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microbiologia generalidades
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Aspectos generales en Microbiologia
clínicaEscuela de medicina: UMAR
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Ilse Valderrama Heller, 2008
• Ciencia que estudia los seres vivos que no se pueden ver a simple vista– mikros (pequeño)– bios (vida) – logos (ciencia)
• Esta definición implica que su objeto de estudio está determinado por la metodología:– Microscopio – Técnicas de cultivo puro en laboratorio
etc.
Definición de microbiología
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Tamaño pequeño: consecuencias biológicas
•Tamaño pequeño Tamaño pequeño intercambio más intercambio más eficiente, permite mayor eficiente, permite mayor velocidad metabólicavelocidad metabólica•La La relación S/Vrelación S/V es muy es muy altaalta•Mayor contacto directo Mayor contacto directo con el mediocon el medio (reciben de (reciben de modo inmediato las modo inmediato las influencias ambientales) influencias ambientales) •Gran tasa de entradaGran tasa de entrada de nutrientesde nutrientes•Altas tasas de Altas tasas de crecimientocrecimiento•Gran tasa de salida deGran tasa de salida de productos de desechoproductos de desecho
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Ramas que estudia la microbiología: Ramas que estudia la microbiología: facilitar su estudiofacilitar su estudio
• Bacteriología – ( bacterias y arqueobacterias)
• Micología– Hongos (unicelulares y filamentosos)
• Virologìa ( parasito intracelular)– Virus, priones
• Parasitologìa– Protozoos (unicelulares)– Metazoos (pluricelulares)
• Helmintos (platelmintos y trematodos)
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Ilse Valderrama Heller, 2008
DIVERSIDAD MICROBIANA
TIPO CÉLULAR
PROCARIOTA EUCARIOTA
HONGOS PARASITOSBACTERIA ARQUEA
PROTOZOOS
METAZOOS
ACELULAR
VIRUS PRIONES
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Ilse Valderrama Heller, 2008
PROTOZOOS
BACTERIAS
HONGOS
VIRUS
Helmintos
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Ilse Valderrama Heller, 2008
TIPOSCELULARES
TIPOSCELULARES
PROCARIONTEPROCARIONTE EUCARIONTEEUCARIONTE
BacteriasArquea
BacteriasArquea
ProtistasHongosPlantas
Animales
ProtistasHongosPlantas
Animales
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Cilios y flagelos(9+ 2)
Flagelos (s/9+2)Órganos de locomoción
PresenteAusenteSistema de Endomebranas
PresentesAusentesNucléolos
De celulosa (vegetales)
De mureínaPared celular
80S (60S + 40S)70S (50S + 30S)Ribosoma
en células vegetales
(con ribosomas 70S)
Cloroplasto
Presentes(con ribosomas
70S)
Ausente. Los procesos
bioquímicos equivalentes
tienen lugar en la membrana
citoplasmática
Mitocondria
Mitosis o MeiosisFisión binariaDivisión celular
MúltiplesÚnicoCromosomas
con histonasDesnudo y circularADN
PresenteAusenteMembrana nuclear
EucariontesProcariontesCaracterística
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Clasificación Organismos VivosClasificación Organismos Vivos• La Teoría de la Evolución y la Teoría Celular nos proveen las
bases para comprender la interrelación entre los seres vivos
• Sistema de Clasificación Jerárquica de Whittaker (1969) distribuyendo a los seres vivos en cinco reinos:
• Moneras
• Protistas
• Hongos
• Plantas
• Animales
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Clasificación Clasificación Organismos VivosOrganismos Vivos
• Carl Woese (1980) construye un árbol filogenético a partir de los estudios del ARNr (ácido ribonucléico ribosómico)– Se basa en el estudio
de las diferencias en las secuencias de ARNr comunes a todos los seres vivos
• De este tronco común surgirían en la evolución tres modelos de células y una clasificación en 3 dominios:– Bacteria– Archae– Eucarya
Analizó las
secuencia del
rRNA 16S,
descubriendo un
dominio entero
de vida, las
Archeas y sus
resultados
condujeron a una
clasificación en
tres dominios
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Clasificación Clasificación Organismos VivosOrganismos VivosEn 1980 se vio la necesidad de modificar la clasificación de los 5 reinos agregando un sexto que corresponde a las Arqueobacterias
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Los tres grandes dominios de la vida
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Ilse Valderrama Heller, 2008
• Árbol filogenético Universal establecido por Carl Woese y su discípulo Gary Olsen que muestra los tres Dominios
• El termino "dominio" refiere a un nuevo taxón filogenético que incluye tres líneas primarias:– Archaea, Bacteria y Eucarya; y en línea descendente siguen seis
Reinos: I-Moneras, II-Arqueobacterias (obviamente separadas de Moneras), III-Protistas, IV-Hongos, V-Plantas, VI-Animales.
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Ilse Valderrama Heller, 2008
La gran profundidad evolutiva de los microorganismos
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Ilse Valderrama Heller, 2008
ARBOL FILOGENETICO UNIVERSAL
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Bacteria Archaea EucaryaPeptidoglicano Sí No No
Lípidos Enl. ester Enl. eter Enl. ester
Ribosomas 70S 70S 80S
tRNA iniciador Formilme-tionina
Metionina Metionina
I ntrones en tRNA No Sí Sí
RNA polimerasa Una(4 subun)
Varias(8-12 subun)
Tres(12-14 subun)
Ribosoma sensible a:Toxina diftérica No Sensible Sensible
CloranfenicolKanamicinaEstreptomicina
Sensible No No
Características diferenciales entre Bacteria, Archaea y Eukarya
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Diferencia entre la estructura celular de Bacteria, Archaea y Eucarya
Eter, ramificados
Ester unido a glicerol
Ester unidos a glicerol
Lípidos de membrana
SISINO
(hopanoides)
Esteroles en membrana
NONOSIPeptidoglicano en la pared
70S80S70STamaño ribosoma
NOSINOOrganelos
NOSINOMembrana nuclear
ArchaeaEucaryaBacteriaPropiedad
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Estructura y Estructura y fisiología fisiología
BacterianaBacteriana
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Estructura y función celular:
PROCARIOTA
BACTERIA ARQUEA
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Ilse Valderrama Heller, 2008
TAXONOMÍA
Rama de la biología que se ocupa de Nombrar, Organizar y Mostrar Relaciones entre seres vivos – Funciones:
• 1.Identificar y describir la unidad taxonómica básica o especie
• 2.Visualizar la forma apropiada de catalogar esas unidades
• Tiene tres disciplinas de apoyo: – •La Clasificación – •La Nomenclatura – •La Identificación
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Ilse Valderrama Heller, 2008
TAXONOMIA MICROBIANA
CLASIFICACION NOMENCLATURA IDENTIFICACIÓN
Es rotular o nombrar unidades definidas por clasificación
Características importantes de un microorganismo
REINO
DIVISIÓN
CLASE
ORDEN
FAMILIA
GENERO
ESPECIE
GENOTIPICAS
FENOTIPICASSISTEMA BINOMIAL
Escherichia coli
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Clasificación POLIFÁSICA
Fenotípicos: - clásicos (morfología, nutrición, etc) - marcadores quimiotaxonómicos- perfil de proteínas totales y enzimas
Filogenéticos: basados en el gen del ARNr 16S
Genotípicos: clásicos: % G+C hibridación DNA-DNA
nuevos: fingerprinting (ej. perfiles moleculares por restricción o amplificación de ADN)
Es la tendencia moderna. Consenso en la integración de distintos tipos de caracteres:
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Dominio Phylum Clase Orden Familia Genero Especie
Bacteria Proteobacteria Gamma Proteobacteria Zymobacteria Enterobacteriales Enterobacteriaceae Escherichia Escherichia coliEscherichia coli
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Treponema pallidum
Nombre binomial
T.pallidumespecie
Treponemagenero
SiprochaetaceaeFamilia
SpirochaetalesOrden
SchizomycetesClase
SpirochaetePhilo
BacteriaReino
Clasificación científica
Treponema pallidum
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Ilse Valderrama Heller, 2008
• Los agentes causales de enfermedades Los agentes causales de enfermedades infecciosas humanas pertenecen a :infecciosas humanas pertenecen a :
• BacteriasBacterias
• HongosHongos
• Parásitos : protozoos y metazoosParásitos : protozoos y metazoos
• virusvirus
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Clasificación de las Bacterias de importancia medica
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Las bacterias
• son más grandes y complejas que los virus (0.1 a 5 ó más µm de longitud).
• DNA y RNA, pero sin núcleo. • Corresponde al dominio
bacteria• algunos requieren célula
huésped y son por lo tanto parásitos intracelulares estrictos (p.ej. Chlamydia, rickettsias, etc.).
• Aunque incluyen muchos tipos fisiológicos distintos, y por lo tanto pueden vivir en cualquier tipo de ambiente, evidentemente a nosotros nos interesan las que pueden colonizar el cuerpo humano.
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Ilse Valderrama Heller, 2008
TAMAÑO: célula eucariota versus célula procariota
• Por lo general, más pequeño que el de las células eucarióticas
• Pero existen bacterias– Gigantes (>0,5 mm) – Enanas (<0,1 micra) – Un tamaño “típico”: – 0,5 x 3 micras
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Tamaño comparativo de bacterias, virus y ácidos nucleicos
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Diversidad de procariotas: enfoque biomédico v/s virus
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Estructura de la célula bacteriana• Membrana
citoplasmática• Pared celular• Citoplasma o masa
citoplasmática• Material nuclear• E. accesorios
• Cápsulas
• Flagelos
• Pili
• Esporas
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Ilse Valderrama Heller, 2008
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Morfología bacteriana • ESFÉRICA O
ELIPSOIDAL : COCOS• Son más resistentes a los
cambios adversos del ambiente como la desecación.
• CILÍNDRICA: BACILOS• Pueden tomar más
fácilmente los nutrientes en solución diluída
• ESPIRAL: – ESPIRILOS O
ESPIROQUETA– Se propagan rápidamente
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Bacilo único
Diplobacilos
Estreptobacilos
Cocobacilos
Vibrio
Espirilo
Espiroqueta
Forma estrellada
Forma cuadrada
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Agrupamiento de las bacterias:a) cocos
Agrupamiento de las bacterias:b) bacilos
• Diplobacilos
• Estreptobacilos
• cocobacilos
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Ilse Valderrama Heller, 2008
ESTRUCTURA bacteriana• Las estructuras bacterianas las
podemos clasificar, por razones didácticas, en estructuras constantes o accesorias.
• Las estructuras constantes son las estructuras esenciales para la vida de la bacteria e incluyen – el citoplasma – Cromosoma
bacteriano– la membrana celular y
la pared celular.•
• Las estructuras accesorias: están presentes sólo en algunas de ellas y aunque no son indispensables para la vida, otorgan extraordinarias ventajas adaptativas a las bacterias que las poseen.– cápsula, flagelos , esporas ,
fimbrias, etc.
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Citoplasma• Actividad química y biosintética• Proteínas (enzimas, complejos
enzimáticos, estructurales)• Ribosomas (70S: 55 proteínas, rRNA
5S, 16S, 23S• mRNA, tRNA• Otras macromoléculas, solutos,
agua , nutrientes , etc• No tienen citoesqueleto.• Nucleoide bacteriano: ADN
– haploide, Circular, Único
• Material genético extracromosomal :– plasmidios
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Inclusiones citoplasmáticas• Algunas bacterias tienen
estructuras internas• Varian en cantidad y
número• Difieren en sus contenidos
– gránulos de almacenamiento - polifosfato,azufre, polihidroxibutirato (PHBs), glucogeno
– vesículas de gas – flotación
– Carboxisomas, clorosomas.
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Ilse Valderrama Heller, 2008
• Gránulos de polihidroxibutirato (PHBs)
vesículas de gas
flotación
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Ribosomas 80S v/s 70 S
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Ilse Valderrama Heller, 2008
ADN cromosomal: nucloide bacteriano
• Único
• Monocatenario
• ADN
• Sin histonas
• Funciones celulares
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Plasmidios• ADN extracromosomal
– Resistencia antibioticos
– Metales pesados, UV
• Síntesis de pigmentos
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Membrana celular Composición química Funciones
Transporte de sustancias Barrera de permeabilidad En fotótrofas: Estructuras
intracitoplasmáticas(fotosintesis)
Respiración celular
Agentes reforzantes: esteroles
Archaea, membranas adaptadas a condiciones extremas - éteres de alcohol isoprenoide, algunas monocapas
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Ilse Valderrama Heller, 2008
PARED CELULAR• soporte físico de la célula • la estructura más externa
cuando no existe cápsula. • protección física a la
bacteria y también la protege del shock osmótico, dada la hipertonicidad celular.
• algunos de sus elementos participan en la interacción agente-hospedero, – facilitando la adherencia
a los tejidos– protegiendo la bacteria
de los mecanismos inespecíficos de defensas o induciendo una respuesta inflamatoria.
• El componente básico de la pared celular es el peptidoglicano o mureína.
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Dos grupos de bacterias carecen de pared celular:
• Mycoplasma que poseen solamente membrana celular
• las formas L derivadas de bacterias que perdieron su habilidad de sintetizar su pared celular
• MET de Mycoplasma • Resistente a la
penicilina G
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Paredes de las eubacterias
Esto le da al peptidoglicano su estructura de red, determinando su resistencia.La unión entre los tetrapéptidos de cadenas vecinas es inhibida por los antibióticos ß‑lactámicos. Existen diferencias en la composición y estructura de la pared celular entre las bacterias Gram (+) y Gram (-)
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Gram + Gram-Bacteria
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Estructura del Peptidoglicano
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Ejemplos de entrecruzamientos en el peptidoglucano
Directo (muchas Gram-negativas)
Puente pentaglicina (algunas Gram positivas
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Ilse Valderrama Heller, 2008
PARED EN GRAM +• El péptidoglicano en varias
capas grosor (80 – 90%) • Atraviesan el peptidoglicano
polisacáridos ácidos, denominados ácidos teicoicos.
• Los ácidos teicoicos son de dos clases:
– poliglicerol fosfato y poliribitol fosfato.
• Los poliglicerol fosfatos están unidos a la membrana celular y se les denomina ácidos lipoteicoicos
• los poliribitol fosfato o ácidos teicoicos están unidos al peptidoglicano
Funciones:•Estabilización del peptidoglicán•Adhesión celular (“Adhesina”)•Le dan la carga negativa a la envoltura bacteriana
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Ilse Valderrama Heller, 2008
• La membrana externa contiene numerosas proteínas, siendo las porinas las más abundantes. El LPS constituye una endotoxina, que se libera cuando la bacteria se divide o muere.
• Se denominan así, porque forman poros que comunican el exterior con el espacio periplásmico.• Las porinas constituyen poros de difusión inespecíficos que permiten el paso de sustancias hidrofílicas
y no mayores de 700 daltons (aminoácidos o disacáridos).• Las porinas más conocidas en E. coli son OmpC y OmpF.
PARED EN GRAM -
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PARED EN GRAM -
• El LPS es una molécula anfipática que contiene tres regiones diferentes: el lípido A, el core y el antígeno O.
• El lípido A, es un complejo de azúcares, fosfatos, ácidos grasos y forma una bicapa con los fosfolípidos de la membrana.
• Además, es el responsable de la toxicidad del LPS.• El core, es un oligosacárido de 4 a 5 azúcares, algunos
infrecuentes como las heptosas y un azúcar de 8 carbonos, denominado ceto-deoxioctanoico (KDO) . usualmente específico de especies
• El antígeno O, está formado por cadenas de 25 o más unidades de azúcares repetidas.
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GRAM + GRAM -
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Bacterias de importancia medica que no pueden ser observadas con la tinción Gram
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Pared celular de Archaea• No contiene
peptidoglicano• Puede ser de
– pseudopeptidoglicano (pseudomureina) tiñe G+
– pseudomureina cubierta de proteina,tiñe G+
– monocapa superficial de proteina o glicoproteina, sin pseudomureina (alg halófilos, alg.metanogénicos y termoacidófilos) tiñe G-
• Uniones tipo eter acidos grasos
• Existen Archaea sin pared
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Algunas cepasAlgunas cepasProducciom exotoxina
Mas resistenteMas susceptibleAntibacteriana penicilina
ResistenteSensibleLisozima
Presente a vecesPresente a vecescapsula
-El algunas cepasEsporulacion
-Presente a menudoAcido teitoico
+-Endotoxina
+-Lipopolisacarido
DelgadaGruesaPared celular
+-Membrana externa
Gram -Gram +características
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Síntesis de Peptidoglicano
•Bactoprenol (C55 alcohol isoprenoide) -- carrier lipídico que transporta el disacárido-pentapeptido del citoplasma al periplasma y lo inserta en la pared celular en crecimiento•La transpeptidación, es inhibida por penicilina
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Transpeptidación
Inhibido por la penicilina G.
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Componentes no esenciales
• Capsula
• Pili sexual
• Flagelo
• Fimbria
• Esporas
• Plasmidos
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Ilse Valderrama Heller, 2008
Cubiertas extracelulares• Glicocalix: Material externo a la pared celular – Cápsulas - Material en la superficie celular– Capas mucilaginosas - Material adherido, menos
fuertemente– Capa S: Subunidades proteicas o glicoproteicas. G+, G- y Archaea. Pueden constituir la pared
• Funciones– Protección contra defensas del huésped (fagocitosis)– Protección contra desecación– Protección contra virus, toxinas– Adhesión a superficies (células, objetos inanimados)
formación de biofilms.– Protegen de protozoos , de ataques por agentes
antimicrobianos,etc• La mayoría de las bacterias Gram (+) y Gram (-) sintetiza
una cubierta de naturaleza polisacárida que las rodea.• Los exopolisacáridos son sintetizados en la membrana
citoplasmática, atraviesan la pared celular y se establecen afuera.
• Se clasifican de acuerdo a la relación con la superficie exterior de la bacteria y a su grado de rigidez en cápsulas y glicocálix.
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Cápsulas: exopolisacaridos Algunas bacterias segregan materiales mucosos: polisacáridos,
polipéptidos y complejos de polisacáridos y proteínas (glucocálix) Cápsula: cuando el material está dispuesto de un modo compacto
alrededor de la célula Capa mucosa: si el material es laxo, de modo que forma solo una
capa difusa.
Streptococcus Enterobacter aerogenes
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Evasión de una bacteria patógena capsulada del sistema complemento
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Fimbria, Pili, Flagelo• Fimbria - filamento proteico
corto, involucrado en funciones de adhesión a superficies.
• Pelo sexual - unión a célula receptora durante la conjugación.
• Flagelo - filamento proteico involucrado en la motilidad.
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FIMBRIAS• también llamadas pili, son
microfibrillas parecidas a pelos, que rodean en número de 100-200 a algunas bacterias Gram (-).
• Miden 3-7 µm de diámetro, por lo que se observan sólo al microscopio electrónico.
• un proteína estructural llamada pilina, que se dispone en cilindros rígidos
• responsables de la adherencia específica de las bacterias a los tejidos del hospedero, explicando la especificidad de hospedero y de tejidos de las bacterias.
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A) Monótrico B) Anfítrico
C) Lofótrico D) Perítrico
CLASIFICACIÓN POR POSICIÓN DEL FLAGELO
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Endosporas• Resistencia al calor,
radiación, desecación.• principalmente por los
géneros Bacillus y Clostridium
• supervivencia en ambientes desfavorables
• DNA protegido por ácido dipicolínico y proteínas.
• Luego de la activación por stress, la disponibilidad de nutrientes dispara la germinación y el crecimiento
• La localización de la espora en la célula puede ser usada para la identificación
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Características importantes de las esporas y sus implicaciones medicas.
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Células Vegetativas-Endoesporas
ResistenteSensibleSensibilidad lisozima
elevadabajaResistencia: calor, radiación, compuestos
químicos
Bajo o ausenteelevadoMetabolismo
bajaelevadaActividad enzimática
5.5-67pH citoplasma
10-25%80-90%Contenido de agua
presentesausentesPequeñas proteínas solubles en ácido
presenteausenteAc. dipiconílico
altobajoContenido de Calcio
EndoesporaCélula vegetativaCaracterística
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¡Muchas gracias por su atención!