Estructura de la célula bacteriana
En comparación con los eucariotas, las características intracelulares de la célula bacteriana son extremadamente simples. Las bacterias no contienen orgánulos en el mismo sentido que los eucariotas. En su lugar, el cromosoma y quizás los ribosomas son las únicas estructuras intracelulares fácilmente observables que se encuentran en todas las bacterias. Existen, sin embargo, grupos especializados de bacterias que contienen estructuras intracelulares más complejas, algunas de las cuales se discuten a continuación.
El ADN bacteriano y los plásmidosEditar
A diferencia de los eucariotas, el ADN bacteriano no está encerrado dentro de un núcleo unido a una membrana, sino que reside dentro del citoplasma bacteriano. Esto significa que la transferencia de información celular a través de los procesos de traducción, transcripción y replicación del ADN se produce dentro del mismo compartimento y puede interactuar con otras estructuras citoplasmáticas, sobre todo con los ribosomas. El ADN bacteriano puede localizarse en dos lugares:
- Cromosoma bacteriano, localizado en la región de forma irregular conocida como nucleoide
- ADN extracromosómico, localizado fuera de la región del nucleoide como plásmidos circulares o lineales
El ADN bacteriano no se empaqueta utilizando histonas para formar la cromatina como en los eucariotas, sino que existe como una estructura superenrollada muy compacta, cuya naturaleza precisa sigue sin estar clara. La mayoría de los cromosomas bacterianos son circulares, aunque existen algunos ejemplos de ADN lineal (por ejemplo, Borrelia burgdorferi). Normalmente hay un solo cromosoma bacteriano, aunque se han descrito algunas especies con múltiples cromosomas.
Además del ADN cromosómico, la mayoría de las bacterias también contienen pequeñas piezas independientes de ADN llamadas plásmidos que a menudo codifican para rasgos que son ventajosos pero no esenciales para su huésped bacteriano. Los plásmidos pueden ser ganados o perdidos fácilmente por una bacteria y pueden ser transferidos entre bacterias como una forma de transferencia horizontal de genes. Así pues, los plásmidos pueden describirse como un ADN cromosómico adicional en una célula bacteriana.
Ribosomas y otros complejos multiproteicosEditar
En la mayoría de las bacterias la estructura intracelular más numerosa es el ribosoma, el lugar de la síntesis de proteínas en todos los organismos vivos. Todos los procariotas tienen ribosomas 70S (donde S= unidades Svedberg) mientras que los eucariotas contienen ribosomas 80S más grandes en su citosol. El ribosoma 70S está formado por las subunidades 50S y 30S. La subunidad 50S contiene los ARNr 23S y 5S, mientras que la subunidad 30S contiene el ARNr 16S. Estas moléculas de ARNr difieren en tamaño en los eucariotas y están complejas con un gran número de proteínas ribosómicas, cuyo número y tipo puede variar ligeramente entre organismos. Si bien el ribosoma es el complejo multiproteico intracelular más comúnmente observado en las bacterias, existen otros complejos de gran tamaño que a veces pueden verse mediante microscopía.
Membranas intracelularesEditar
Aunque no son típicas de todas las bacterias, algunos microbios contienen membranas intracelulares además de (o como extensiones de) sus membranas citoplasmáticas. Una de las primeras ideas era que las bacterias podían contener pliegues de membrana denominados mesosomas, pero más tarde se demostró que eran artefactos producidos por los productos químicos utilizados para preparar las células para la microscopía electrónica. Ejemplos de bacterias que contienen membranas intracelulares son los fotótrofos, las bacterias nitrificantes y las bacterias oxidantes de metano. También se encuentran membranas intracelulares en bacterias pertenecientes al grupo de los Planctomicetos, poco estudiado, aunque estas membranas se parecen más a las membranas organolépticas de los eucariotas y su función es actualmente desconocida. Los cromatóforos son membranas intracelulares que se encuentran en las bacterias fototróficas. Utilizados principalmente para la fotosíntesis, contienen pigmentos bacterioclorofílicos y carotenoides.
CitoesqueletoEditar
El citoesqueleto procariota es el nombre colectivo de todos los filamentos estructurales de los procariotas. Antes se pensaba que las células procariotas no poseían citoesqueletos, pero los recientes avances en la tecnología de visualización y determinación de estructuras han demostrado que los filamentos sí existen en estas células. De hecho, se han encontrado en procariotas homólogos de todas las principales proteínas citoesqueléticas de los eucariotas. Los elementos del citoesqueleto desempeñan papeles esenciales en la división celular, la protección, la determinación de la forma y la determinación de la polaridad en varios procariotas.
Estructuras de almacenamiento de nutrientesEditar
La mayoría de las bacterias no viven en entornos que contengan grandes cantidades de nutrientes en todo momento. Para acomodar estos niveles transitorios de nutrientes las bacterias contienen varios métodos diferentes de almacenamiento de nutrientes en tiempos de abundancia para utilizarlos en tiempos de carencia. Por ejemplo, muchas bacterias almacenan el exceso de carbono en forma de polihidroxialcanoatos o glucógeno. Algunos microbios almacenan nutrientes solubles, como el nitrato, en vacuolas. El azufre se almacena con mayor frecuencia en forma de gránulos elementales (S0) que pueden depositarse intra o extracelularmente. Los gránulos de azufre son especialmente comunes en las bacterias que utilizan el sulfuro de hidrógeno como fuente de electrones. La mayoría de los ejemplos mencionados pueden observarse con un microscopio y están rodeados por una fina membrana no unitaria que los separa del citoplasma.
InclusionesEditar
Las inclusiones se consideran componentes no vivos de la célula que no poseen actividad metabólica y no están delimitadas por membranas. Las inclusiones más comunes son el glucógeno, las gotas de lípidos, los cristales y los pigmentos. Los gránulos de volutina son inclusiones citoplasmáticas de polifosfato inorgánico complejado. Estos gránulos se denominan gránulos metacromáticos debido a que muestran el efecto metacromático; aparecen rojos o azules cuando se tiñen con los colorantes azul de metileno o azul de toluidina.
Vacuolas gaseosasEditar
Las vacuolas gaseosas son vesículas fusiformes unidas a la membrana, que se encuentran en algunas bacterias planctónicas y Cianobacterias, y que proporcionan flotabilidad a estas células al disminuir su densidad celular global. La flotabilidad positiva es necesaria para mantener las células en la parte superior de la columna de agua, para que puedan seguir realizando la fotosíntesis. Están formadas por una cáscara de proteína que tiene una superficie interior altamente hidrofóbica, lo que la hace impermeable al agua (e impide que el vapor de agua se condense en su interior) pero permeable a la mayoría de los gases. Como la vesícula de gas es un cilindro hueco, puede colapsar cuando la presión circundante aumenta. La selección natural ha ajustado la estructura de la vesícula de gas para maximizar su resistencia al pandeo, incluyendo una proteína externa de refuerzo, GvpC, algo así como el hilo verde de una manguera trenzada. Existe una relación sencilla entre el diámetro de la vesícula de gas y la presión a la que se colapsa: cuanto más ancha es la vesícula de gas, más débil es. Sin embargo, las vesículas de gas más anchas son más eficientes, proporcionando más flotabilidad por unidad de proteína que las vesículas de gas estrechas. Las distintas especies producen vesículas de gas de diferente diámetro, lo que les permite colonizar diferentes profundidades de la columna de agua (especies de crecimiento rápido y altamente competitivas con vesículas de gas anchas en las capas más altas; especies de crecimiento lento y adaptadas a la oscuridad con vesículas de gas estrechas y fuertes en las capas más profundas). El diámetro de la vesícula de gas también ayudará a determinar qué especies sobreviven en diferentes masas de agua. Los lagos profundos que experimentan una mezcla invernal exponen las células a la presión hidrostática generada por la columna de agua completa. Esto seleccionará las especies con vesículas de gas más estrechas y fuertes.
La célula alcanza su altura en la columna de agua sintetizando vesículas de gas. A medida que la célula se eleva, es capaz de aumentar su carga de carbohidratos mediante una mayor fotosíntesis. Si sube demasiado, la célula sufrirá un fotoblanqueo y una posible muerte; sin embargo, los carbohidratos producidos durante la fotosíntesis aumentan la densidad de la célula, haciendo que se hunda. El ciclo diario de acumulación de carbohidratos a partir de la fotosíntesis y el catabolismo de carbohidratos durante las horas de oscuridad es suficiente para ajustar la posición de la célula en la columna de agua, llevándola hacia la superficie cuando sus niveles de carbohidratos son bajos y necesita hacer la fotosíntesis, y permitiéndole hundirse lejos de la dañina radiación UV cuando los niveles de carbohidratos de la célula se han repuesto. Un exceso extremo de hidratos de carbono provoca un cambio significativo en la presión interna de la célula, lo que hace que las vesículas de gas se doblen y colapsen y que la célula se hunda.
MicrocompartimentosEditar
Los microcompartimentos bacterianos son orgánulos extendidos, unidos a la membrana, que están formados por una cáscara de proteína que rodea y encierra varias enzimas. proporcionan un nivel más de organización; son compartimentos dentro de las bacterias que están rodeados por cáscaras de proteína poliédrica, en lugar de por membranas lipídicas. Estos «orgánulos poliédricos» localizan y compartimentan el metabolismo bacteriano, función que realizan los orgánulos unidos a membranas en los eucariotas.
CarboxisomasEditar
Los carboxisomas son microcompartimentos bacterianos que se encuentran en muchas bacterias autótrofas como las Cianobacterias, Knallgasbacterias, Nitroso- y Nitrobacterias. Son estructuras proteináceas que se asemejan a las cabezas de los fagos en su morfología y contienen las enzimas de fijación del dióxido de carbono en estos organismos (especialmente la ribulosa bisfosfato carboxilasa/oxigenasa, la RuBisCO y la anhidrasa carbónica). Se cree que la alta concentración local de las enzimas junto con la rápida conversión de bicarbonato en dióxido de carbono por parte de la anhidrasa carbónica permite una fijación del dióxido de carbono más rápida y eficiente que la posible dentro del citoplasma. Se sabe que estructuras similares albergan la glicerol deshidratasa que contiene coenzima B12, la enzima clave de la fermentación del glicerol a 1,3-propanediol, en algunas Enterobacteriaceae (por ejemplo, Salmonella).
MagnetosomasEditar
Los magnetosomas son microcompartimentos bacterianos que se encuentran en las bacterias magnetotácticas y que les permiten percibir y alinearse a lo largo de un campo magnético (magnetotaxis). Se desconoce el papel ecológico de la magnetotaxis, pero se cree que participa en la determinación de las concentraciones óptimas de oxígeno. Los magnetosomas están compuestos por el mineral magnetita o greigita y están rodeados por una membrana de bicapa lipídica. La morfología de los magnetosomas es específica de cada especie.