ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA CELULAR Y LA PARED

La membrana celular es una estructura fundamental de las bacterias y de todas las células del mundo. Es una barrera selectiva que rodea completamente el citoplasma y permite que determinadas moléculas e iones entren y salgan de la célula. Químicamente es una bicapa lipídica formada por miles de fosfolípidos, unos lípidos que tienen una región polar hidrofílica y una región hidrofóbica que repele el agua. Por tanto, de forma espontánea la bicapa se organiza de forma que la región hidrofílica se orienta hacia el exterior y la región hidrofóbica hacia el interior manteniendo una gran estabilidad. Además, la membrana tiene embebidas algunas proteínas integrales, que pueden atravesar completamente la bicapa, o no hacerlo. Ciertos iones como el Ca2+ o el Mg2+ ayudan a dar estabilidad a las membranas.
Ambas capas, externa e interna de la membrana interaccionan con proteínas del medio externo e interno respectivamente (proteínas periféricas) que participanen diferentes funciones.
Es importante saber que la membrana no es una capa rígida, sino que tiene una cierta fluidez y que los fosfolípidos y las proteínas pueden moverse en ella por lo que se llama mosaico fluido.

Sinembargo, las membranas tienen unas moléculas lipídicas como los esteroles en aucatioras y los haponoides en bacterias, que dan rigidez y disminuyen la fluidez de la bicapa. En el caso de arqueo-bacterias, las membranas son químicamente distintas. No tienen ácidos grasos unidos al glicerol, sino que tienen unas moléculas llamadas fitano, formadas por la unión de varios lípidos de tipo isopreno. Estos fitanos se unen al glicerol por un enlace de tipo éter, a diferencia de bacterias y eucariontes que tienen enlaces tipo éster. Además, las arqueas suelen tener una mono capa en vez de bicapa. Esto aumenta la estabilidad y resistencia de arqueas hipertermófilas que resisten altas temperaturas.

Sobre las funciones de la membrana, además de ser una barrera que separa el medio externo del interno, y una puerte selectiva de permeabilidad, también permiten el procesamiento de moléculas e iones y la unión a sustratos esepcíficos. El intercambio entre componentes moleculares e iónicos es debido a 3 mecanismos que no entraremos en profundidad a detallar, porque su conocimiento pertenece a la carrera universitaria de Biología en cursos de microbiología y bioquímica, pero si citaremos brevemente:
-Transporte simple mediado por permeasas
-Translocación de grupo
-Transporte ABC: ATP, binding, casttle
Estos 3 mecanismos permiten el paso de sustancias de dentro a fuera de la célula y viceversa a expensas de la energía, bien a costa del potencial electroquímico producido por la Fuerza Motriz de Protones, o bien por la hidrólisis del ATP para dar ADP + Pi.
Finalmente existe otro mecanismo de liberación de proteínas de mayor tamaño, llamado translocación protéica, llevado a cabo por proteínas transmembranosas llamadas translocasas. Estas, son capaces de liberar enzimas amilasas o celulasas necesarias para hacer la digestión extracelular de determinados sustratos y así después introducir los monómeros en el interior celular graceas a los 3 mecanismos mencionados anteriormente.

MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE TRANSMISIÓN Y DE BARRIDO

La microscopía electrónica de transmisión (MET) se utiliza para analizar estructuras intracelulares muy pequeñas, de hasta pocos nanómetros. En vez de haces de luz, emplea electrones y las lentes son electromagnéticas. Necesita realizar ultra cortes finísimos en la célula que va a observar que además se tiñe con distintos compuestos.
El microscopio electrónico de barrido (MEB) se usa para estudiar la superficie de la célula con una alta reslución. No necesita por tanto hacer cortes, pero sí tinciones con oro por ejemplo para que los haces de electrones emitidos por la técnica sobre la célula, en función de la superficie y del oro, sean proyectados en una pantalla que genera una imagen.

MICROSCOPÍA DE CONTRASTE DE FASES, CAMPO OSCURO Y FLUORESCENCIA.

Para el estudio de microorganismos como las bacterias y las arqueas, son necesarios los microscopios, pues con una alta resolución permiten observar estructuras celulares inferiores a micras que de otra forma sería imposible estudiar. Así, el microscopio de contraste de fases permite sin necesidad de tinciones, ver las diferencias entre los contrastes de fases de una célula y el medio que la rodea debido a la diferencia entre el índice de refracción de la propia célula y el del medio, lo que desvía los rayos de luz. Esto permite generar imágenes oscuras sobre fondos brillantes. Otra forma de microscopía es el microscopio de fondo oscuro, que permite que la luz solo incida sobre la muestra estudiada desde los lados, lo que genera una imagen brillante sobre fondo oscuro. Es muy útil para ver el movimiento de los flagelos bacterianos.
El microscopio de fluorescencia se basa en la emisión de fluorescencia por parte de muestras a las que se les incide con una luz de una determinada longitud de onda menor a la que ella emite. Para que las células emitan esa fluorescencia, o bien deben tener ciertas moléculas como clorofilas, o bien deben haber sido tratadas para introducirles la sustancia fluorescente.

MICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICA (AFM)

Muy buena para obtener imágenes tridimensionales de células o micro-estrutcutas celulares. La clave de la técnica es utilizar una sonda en forma de pequeña aguja a una distancia pequeña de la muestra a analizar para generar fuerzas de repulsión débiles entre la aguja y la muestra. Entonces se recorre la muestra en horizontal y vertical, lo que permite a la sonda recrear los valles y colinas asociados a cada punto recorrido. La sonda manda la información a un ordenador y desde allí se genera la figura tridimensional en función de la información de la sonda.

MICROSCOPIA DE CONTRASTE DE INTERFERENCIA DIFERENCIAL

La microscopía de contraste de interferencia diferencial se basa en el uso de una luz polarizada que pasa primero a través de un prisma y forma 2 haces de luz que atraviesan la muestra y van a la lente del objetivo. Ahí los 2 rayos diferentes se combinan y debido a las diferencias de índice de refracción de las partes de la muestra que han atravesado, se genera una diferencia de fase con interferencia. Gracias a ello se pueden ver el núcleo de células eucariotas, esporas, vacuolas entre otras estructuras microscópicas.

METABOLISMO BACTERIANO Y ENERGÍA

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se producen en los organismos, y en el caso de las bacterias, esto se extiende y se ramifica como en ningún otro tipo de ser vivo. Es así, que para la obtención de energía y carbono usan métodos realmente diversos e increíbles a veces. Para la obtención de carbono, tenemos 2 grandes grupos: las autótrofas, que son aquellas que pueden obtenerlo a partir del CO2 y las heterótrofas, que obtienen el carbono a aprtir de fuentes orgánicas sintetizadas previamente por otro organismo. Pero a partir de este punto, si nos fijamos en la obtención de la energía necesaria para realizar las funciones celulares básicas, tenemos nuevas ramificaciones. De este modo, aquellas bacterias y organismos superiores que utilizan como fuente de energía moléculas orgánicas para oxidarlas y generar ATP (molécula energética por excelencia) se llamam quimioorganotrofos, y además de muchas bacterias, los animales pertenecemos a este grupo. Las moléculas que sirven como combustible para la oxidación pueden ser muy diversas: azúcares, ácidos grasos, aminoácidos, etc. Otras bacterias sin embargo emplean otro método de obtención de energía: moléculas inorgánicas presentes en el medio como Hidrógeno molecular H2, Ácido sulfhídrico H2S, NH4, Hierro Fe2+, etc. Éstas se llaman quimiolitotróficas. Finalmente, algunas bacterias como las cianobacterias y algunas bacterias rojas del azufre y verdes del azufre son capaces de obtener la energía de la luz al igual que las plantas. Para ello emplean unos pigmentos clorofílicos capaces de captar deerminadas longitudes de onda y oxidar la molécula de agua liberando Oxígeno y reduciendo una molécula llamada NADP+ a NADPH.

ORGANIZACIÓN Y FILOGENIA BACTERIANA

Las bacterias representan un dominio que junto al grupo de las arqueas representan el nivel de organización Procariota. Este nivel celular se diferencia del eucariota en que los primeros carecen de orgánulos membranosos en su interior y por tanto carecen de núcelo como lugar de almacén del ADN. Sin embargo, las Bacterias, al igual que las Arqueas no tienen su ADN libremente flotando a la deriva por el citoplasma, sino que se organiza en forma de un único cromosoma generalmente circular formado por una doble cadena de ADN unido a algunas pocas proteínas en una estructura llamada Nucleoide. Además pueden contener moléculas con información genética adicional al cromosoma bacteriano llamadas plásmidos, que consisten en pequeñas agrupaciones genéticas con información asociada a resistencia y supervivencia frente a antibióticos por ejemplo.
Otra importante característica de la mayoría de las bacterias es su reducido tamaño, pues solo miden entre 1 y 5 micras.
En cuanto a su filogenia, es decir, sus relaciones de parentesco evolutivo comparando secuencias genéticas, podemos establecer un árbol evolutivo en que primeramente se diferencia el grupo de las bacterias Aquifex, seguido del grupo de Thermotoga y Bacterias verdes no del azufre y del azufre. Tras estas primeras ramificaciones aparecen nuevas líneas como los Deinococcus y las Espiroquetas, causantes éstas de enfermedades como la Sífilis. Tras estas, la línea principal se ramifica en Proteobacterias (un tipo de bacterias llamadas Gram negativas debido al tipo de pared celular que tienen, con las Pseudomonas y Escherichia coli como ejemplos) y Gram positivas, un amplio grupo que contiene Bacillus, Clostridium, Lactobacillus y Streptococcus. Además, existen otros grupos como las Cianobacterias, relacionadas con los cloroplastos y capaces de realizar la fotosíntesis oxigénica (liberando Oxígeno) y Planctomyces, un importante tipo bacteriano cuyas unidades son capaces de unirse en agrupaciones asociadas mediante un pedúnculo que les otorga forma de roseta.