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Tema 1: Estructura y función Capitulo 1

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  • Tema 1: Estructura y funciónCapitulo 1

  • e-e-

    e-e-

    Fisiología microbiana BIOL 4368

    endoespora

    células hijas (1-7)

    flagelo

    tallo

    Thiomargaritanamibiensis

    1mmBdellovibrio

  • 1 ~1500 nucleotides

    Secondary structure of 16S rRNA

  • Evolutionary distance - # de nucleótidos diferentes y se usan para calcular distancia.Maximum parsimony - # de nucleótidos diferentes, sus posiciones y la naturaleza

    de las diferencias.

  • • Tres linajes distintivos (2 Prokarióticos/1 Eucariótico) Archaea, Bacteria & Eucaria

    • la raíz del árbol de la vida representa una forma ancestral común

    • Archaea & Eucaria son evolutivamente más relacionados

    •Archaea están evolutivamente más cercanas a la forma ancestral (más primitivos).

    • Eucariotas están más distanciados de la forma ancestral (más evolucionados)

    • origen termofílico de los seres vivos

    EL ARBOL DE LA VIDA

    basadoen secuencias de

    genes de RNAribosomal 16S

  • YesYesNoHistones

    3(12-14 subunits)

    Several

    (8-12 subunits)

    1

    (4 subunits)

    RNA polymerase

    YesYesNoRibosomes sensitive to diphteria toxins

    YesYesNoIntrons in tRNAMetMetformyl-MetInitiator tRNA80S70S70SRibosomes

    Ester linkedEther linkedEster linkedLipids

    NoNoYesPeptidoglycanEukaryaArchaeaBacteriaCaracteristicas

  • micro.magnet.fsu.edu/cells/bacteriacell.html

    1) Flagella2) Fimbriae, pili, filaments, and fibrils3) Cell walls4) Periplasm5) Cell membrane6) Cytoplasm7) Cytoskeleton

  • perítrico monotricolofótrico

    amfitrico

    Bacterial Flagella

    Los flagelos son filamentos helicoidales y rígidos de un diámetro de ~20nmy que rota como una hélice.

    Estos consisten de: basal body, a hook, filament, motor, switch, exportapparatus, capping and junction proteins.

  • Basal BodyMS ring

    FliF protein

    FlgH protein

    FlgI protein

    Central rodFlgB,C,F

    Flagella and its components

    C ring

  • The motor

    Startor (MotA, B proteins)

    Rotor (FliG proteins)

    C ring (FliM, N)

    H+ pass across the CM thru the MotA,Bwhich provide the torque to rotate the rotor.

  • The motor: how does it change direction?

    Startor (MotA, B proteins)

    Rotor (FliG proteins)

    C ring (FliM, N)

    The direction of the rotation results in the directionof the cell (North, south…) and this is related to

    CheY-P which are chemotactic proteins and binds FliM.

  • Chemiotactic effect on motility

  • The motorFliC is not identical in all bacteria.20 to 65 kD more importantly only the C and N-terminal seem to be conserved(~60%). The filament grows from the hookTo the capping protein by adding flagellinmonomers as it needs.

    Furthermore, a cell could have more than one type of flagellin. E. coli (1),Caulobacter sp. (3).

  • Summary of steps in Flagella biosynthesis

    Gram-negative Bacteria

  • Fimbriae, pili, filaments, and fibrils

    Pili : estructura filamentosa compuesta de proteínas, envuelta en el proceso de colonización, adhesión o conjugación.

    Fimbrias : estructura filamentosa compuesta de proteínas, su función esde adherencia (tejidos animales), colonización de superficies sólidas, motilidad en algunas casos.

  • Prokaryotic cell wall

    The primary function of the CW is to protect the cell from bursting. There areonly two types of CW in Bacteria:

    This is a contribution of the Danish physician, Christian Gram in 1884

  • - polímero de dos azúcares modificadas (N-acetil glucosaminay N-acetil ácido murámico ) y tetrapéptidos

    G = N-acetil glucosaminaM = N-acetil ácido murámico (mureína)

    tetrapéptido (4 amino ácidos)

    Prokaryotic cell wall

    Peptidoglycan

    G M G M G M G M

    G M G M G M G MM

    3 4

    enlace β, 1-4

  • PeptidoglycanChemical structure

  • M

    M

    M

    M

    L-AlaninaD-Acido glutámico

    Meso-DAP (ácido diaminopimélico)D-Alanina

    L-AlaninaD-Acido glutámicoMeso-DAPD-Alanina

    Gram -

    M

    M

    = GlycineL-AlaninaD-GlutaminaL-R3

    D-Alanina

    L-AlaninaD-GlutaminaL-R3D-Alanina

    Gram + interbridge

    L-R3 is varible, but usually is Meso-DAP

    L-R3 is very varible in G+ cells

    S. aureus

  • G+ Cell Wall

    15-30 nmthick

    Covalently linkedTo the peptidoglycan

  • N-acetil ácido murámico (mureína)

    Attachment to peptidoglycan

    or glycerol

    Teichoic acid attachment

    Polyanionic polymers of ribitol-PO4Or glycerol-PO4.

  • G – Cell Wall

  • Lipido AEndotoxina,fiebre, necrotización

    de tejidos fallocardíaco

    Polisacárido medularPolisacárido O-específicodesata reacciones alérgicas

    LPS

    It produce a permeability barrier to hydrophobic compounds:antibiotics, dyes (eosin-methylene blue), bile salts

  • Porin are major proteins in the outer envelop that form small non-specifichydrophilic channels that allow the diffusion of low molecular weightneutral or charged solutes. Examples are LamB, OmpF, OmpC, Tsx.

  • Periplasm It is a aqueous compartment containing protein, salts,oligosaccharide, and peptidoglycan.

    What happens in this space?Specialized activities such as

    1) oxidation-reduction reactions2) osmotic regulation3) solute transport4) protein secretion5) degradation by phosphatasesand nucleases.6) Detoxification

  • Cell membrane

    Responsible for solute transport, electron transport, photosynthetic electron transport,the establishment of electrochemical gradients, ATP synthesis, biosynthesis of lipids,biosynthesis of cell wall polymers, secretions of proteins, the secretion and uptake of intercellular signals, and responses to environmental signals.

    >100 differentProteins. Integraland peripheral.

  • Ácidos grasos

    Rol estructural en la membrana citoplasmica

  • Archaea

  • Estructuras de inclusión

    Polímeros de almacenamiento de carbono:poly β-hydroxybutyrate-lípido polimerizado que se almacena

    cuando hay fuentes de carbono en exceso. Además se puede Almacenar: phosphato, azufre elemental, magnetite Fe3O4.

    Magnetospirillum magnetotacticum, Isochromatium buderi, Rhodovibrio sodomensis

    vesículas de gas: compartimiento delimitado por una membrana impermeable al agua y solutos. Solo gases pueden pasar.Presentes en bacterias planctónicas (de existencia flotante)facilita movimiento en respuesta a estímulos ambientales.

    Ancyclobacter aquaticus

  • Cytoskeleton

    Microtubules

    Microfilaments

    Cell shape, movement of cilia and flagella, muscle contraction, endocytosis.

  • Cytoskeleton

    FtsZ is a cell division protein related to tubulin.

    Phase contrast

    Nucleoid stain

    FtsZ stain

    Nucleoid stainFtsZ stain

  • Streptococcus hemolyticus

    Wall band

  • Cell ShapeMreB- This protein is a member of the actin superfamily and is found in manybacteria

    Rod-shape Spherical-shape

    Crescentin- This protein is found in Caulobacter crescentus and is responsiblefor the vibrioid-shape of the bacterium