Rama de la biología que se ocupa del estudio de los microorganismos, sus actividades y sus relaciones con el entorno




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El operador por atenuación sólo funciona en rutas sintéticas de aa, sólo funciona cuando los aa son necesarios




  1. Mucho triptófano en la célula

Se produce la inhibición de la transcripción.

En procariotas la transcripción y la traducción tienen lugar simultáneamente. En la transcripción la ARNpolimerasa se une al operón y funciona a 30-60 nucleótidos/sg; según se va formando ARNm se produce la traducción con los ribosomas que trabajan a 10-20 nucleótidos/sg.

Mientras la ARNpolimerasa transcribe la región 3, la región 1 y 2 está ocupada por los ribosomas por lo que no se puede formar ninguna horquilla. La ARNpolimerasa transcribe más tarde la región 4 y se forma la horquilla 3-4 que tiene la capacidad especial de parar a la ARNpolimerasa cuando se acaba de transcribir la región 4. Así se inhibe la transcripción de los genes estructurales que están a continuación.

  1. Poco triptófano en la célula

Se transcribe la región 1 y es ocupada por ribosomas. La región 2 y 3 se transcribe y forma una horquilla. La ARNpolimerasa no se para ya que no se puede formar la horquilla 3-4. Así la transcripción de los genes estructurales puede continuar.

  1. En ausencia de síntesis de proteínas

Cuando no se sintetizan proteínas no son necesarios los aa por lo que la ARNpolimerasa transcribe las regiones 1, 2, 3 y 4 pero no se produce la traducción de los mimos por los ribosomas. De esta forma se forman las horquillas 1-2 y 3-4. La horquilla 3-4 tiene la habilidad especial de parar la ARNpolimerasa inhibiendo la transcripción de los genes estructurales que se encuentran a continuación.
Regulación de síntesis de proteínas

Tomamos como ejemplo la síntesis de proteínas ribosómicas.

Existe una proteína represora que se une con igual afinidad al ARNr y al ARNm de la proteínas ribosómicas.

  • Si hay mucho ARNr libre, el represor se une al ARNr quedando libre el ARNm de las proteínas ribosómicas que se traduce y se sintetizan.

  • Si hay mucho ARNm de la proteínas ribosómicas, el represor se une a éste quedando libre el ARNr. No hay síntesis entonces de proteínas ribosómicas.

Estos dos procesos se van alternando-
Regulación genética por variación de fase

La célula tiene 2 tipos de flagelina: flagelina 1 y flagelina 2 que se codifican en loci distantes.

  • Cuando la célula está en fase 1 (parte izda de la fotocopia) se produce flagelina 1. En una zona alejada hay otra región que codifica flagelina 2 y una proteína represora. En esa zona hay un promotor que no se ve o está situado al revés por lo que no se transcribe.

  • Por acción de otras proteínas cada 1000 divisiones una enzima corta al promotor que se coloca correctamente. Se puede entonces formar flagelina 2 y la proteína represora que va a inhibir a la flagelina 1. La célula expresa ahora flagelina 2.

- Cada x divisiones el promotor se vuelve a poner al revés. Se deja de producir flagelina 2 y la proteína represora. Ahora en la célula hay flagelina 1.
MICROBIOLOGÍA: DÍA 25/10/07
NIVELES DE REGULACIÓN DEL METABOLISMO BACTERIANO.

La regulación del metabolismo bacteriano puede producirse a distintos niveles:

  1. A nivel del ADN: en posibles alteraciones del ADN e inversiones de fase.

  2. A nivel de transcripción: en los operones.

  3. A nivel de traducción: en posibles alteraciones de la traducción a proteínas, en la afinidad ribosoma-ARNm.

  4. A nivel proteico: mediante mecanismos de inhibición enzimática, alosterismo, alteración enzimática.


REDES GLOBALES DE REGULACIÓN. Importante!!

A la bacteria le interesa regular varias rutas o características a la vez. Por ejemplo, cuando una bacteria va a esporular tienen que activarse muchos procesos en ella: la producción de extina y exina, la producción de endosporas… Una bacteria que se desarrolla en medio acuoso no tiene tantos requerimientos como una bacteria que intenta colonizar un organismo. Para poder controlar varios procesos simultáneos existen una serie de mecanismos que dejan controlar varios operones a la vez, se trata de los regalones o redes globales de regulación.

Estas redes globales pueden ser:

  1. proteínas activadoras de promotores: se unen a secuencias promotoras provocando su activación.

Un ejemplo típico es la regulación de catabolitos por proteínas CAP.

  1. reemplazo de factores σ: hacen a la ARNpolimerasa afín por diferentes promotores.

La ARNpolimerasa tiene una subunidad σ que reconoce el promotor y se une a él. Si existen dos subunidades σ, las bacterias tienen la posibilidad de reconocer dos promotores distintos. Entonces, el reeplazo hace que la subunidad σ sea afín a 2 promotores, ya sea ganando una y perdiendo otra, o bien, ganando varias subunidades.

Ej: el control de la esporogénesis y la germinación. En el control de la esporogénesis lo primero que cambia es la subunidad σ, de modo que unos promotores que hasta ese momento eran silentes, gracias a este tipo de regulación comienzan a actuar.

  1. factores de restricción: se activa una enzima de síntesis de un segundo mensajero.

Ej: factor de restricción en ausencia de aa.

  1. transducción de señales: se activa una proteína quinasa que fosforila otras, por una cascada de señalización.

Ej: la motilidad flagelar en respuesta a quimiotácticos.
REGULÓN POR CAP. REPRESIÓN POR CATABOLITO

En un experimento se vio que cuando las bacterias crecían en medios de glucosa y otros compuestos alternativos de carbono, aunque la bacteria tuviese mecanismos para metabolizar los compuestos alternativos, utilizaban siempre glucosa en primer lugar.

Así, en presencia de glucosa y lactosa, se vio que sólo cuando desaparecía la glucosa las bacterias comenzaban a expresar el operón lactosa y tras una fase de adaptación, sintetizaban nuevos enzimas y metabolizaban la lactosa.

En realidad, las bacterias procuran ceñirse a la glucosa porque es un metabolito rentable desde el punto de vista energético, con respecto a los demás compuestos.
Estudiando a una bacteria en distintas situaciones y medios…
CON GLUCOSA:

  • En un medio con glucosa, la bacteria introduce glucosa por translocación de grupos. La enzima 2 (E2) por su parte, transfiere el grupo fosfato para que la glucosa pase a glucosa-6-P, con lo que queda defosforilado, por tanto, no se activa la adenilato ciclasa y disminuye el AMPc. En esta situación, la proteína activa PAC no se une al ADN.

  • En un medio con glucosa pero sin lactosa, el represor está unido al operador, de modo que la ARNpolimersasa no se une o no es capaz de funcionar, entonces no se produce ARNm para lactosa.

  • En un medio con glucosa y también lactosa, el represor está inactivo, el operador está libre pero el promotor no es capaz de unir se a la ARNpolimerasa y por tanto, no se produce ARNm para lactosa.

En el caso de la maltosa, independientemente de si el represor esté o no activo, el operador no es reconocido por la ARNpolimerasa.
SIN GLUCOSA:

  • En un medio sin glucosa, no hay transporte de moléculas de glucosa, la enzima 2 (E2) sí está fosforilada porque no transfiere el fosfato, entonces se activa la adenilato ciclasa, aumentan los niveles de AMPc, este AMPc se une a la prot inactiva y produce la modificación alostérica en PAC. PAC activa se une al promotor y se establece un lugar de unión para la ARNpolimerasa.

  • En un medio sin glucosa ni lactosa, el represor está activo ocupando el operador. Por tanto, la ARNpolimerasa no se une y no hay producción de ARNm.

  • En un medio sin glucosa pero con lactosa, el represor se inactiva; como no hay glucosa, se establece un lugar de unión para la ARNpolimerasa y se inicia la producción de ARNm.


En general, en medios con glucosa, todos los operones dejan de funcionar debido a que su promotor no es reconocido. Todos aquellos operones que pueden metabolizar otras formas alternativas a la glucosa, permanecen en alerta por si termina acabándose dicho sustrato.
CRECIMIENTO Y DESARROLLO BACTERIANO:
A lo largo del tema veremos: la división celular en las bacterias y sus tipos. Factores de crecimiento bacterianos: factores de nutrición y ambientales. Fases del crecimiento bacteriano y su determinación. Medios de cultivo.
Las bacterias crecen a lo largo de su existencia en tamaño, pero alcanzado un límite, o mantienen su tamaño (poco probable) o inician los procesos de división celular. Decimos que la bacteria alcanza un tamaño crítico en su desarrollo (y favorable para la división) ya que tal aumento, hace que el mantenimiento del metabolismo sea cada vez más difícil de realizar.

Para mantener el metabolismo, la bacteria debe intercambiar sustancias con el medio. Pero según va creciendo, la relación superficie-volumen se hace más pequeña por lo que, llega un momento que la superficie es insuficiente para atender a su tasa de intercambio de metabolitos con el medio.

El crecimiento en tamaño es difícil de estudiar y su estudio no es beneficioso para nosotros. Así, en microbiología cuando se habla de crecimiento bacteriano se hace referencia no tanto al incremento de tamaño de una unidad, sino a la tasa de proliferación de la especie.

El proceso de división en bacterias es más rápido y sencillo que en eucariotas. Las bacterias se dividen por fisión binaria y ésta es diferente según sea el comportamiento de la bacteria a la tinción de gram, es decir, la división será diferente en función de la estructura de la pared. De hecho, muchas propiedades bacterianas se explican por esta estructura, por ejemplo, su patogenia.

FISIÓN BINARIA.

Bacterias gram negativas:

Una vez alcanzan un determinado tamaño, replican su ADN y se forman dos genóforos hijos que se acaban separando gracias al propio crecimiento de la membrana (al estar pegados a la membrana, ésta a medida que crece los arrastra con ella). Una vez dividida la membrana, se inicia la invaginación de la membrana. La pared de estas bacterias es fina y posee pocos enlaces cruzados (es más elástica), por lo que la invaginación tira al mismo tiempo de la pared y ésta acaba invaginándose también por lo que se forman dos paredes independientes y dos bacterias hijas.

Bacterias gram positivas:

Debido a que la pared es más gruesa y rígida que las gram negativas, la membrana en su crecimiento no es capaz de tirar de la pared y se acaba produciendo una división interna (similar a la endospora). El resultado es la formación de 2 protoplastos en una misma pared bacteriana.

Una vez separadas por membranas distintas y bajo una única pared, entran en juego un proceso de síntesis de pared a partir de la membrana. La pared, para crecer, como acaba formando una molécula única y rígida, se tiene que ir remodelando por la acción de las autolisinas y va formando unidades de mureína.

Las autolisinas incorporadas en la pared siguen funcionando, pero la pared que sobra en los extremos que destruyen no se regenera, por lo que al final se forman dos bacterias independientes.
Mayoritariamente, las gram negativas se dividen con más rapidez que las gram positivas, ya que no tienen la pared tan gruesa como las gram positivas y el intercambio de sustancias es más rápido. El ejemplo máximo de división lenta se produce en las bacterias con pared alcohol resistente (de metabolismo lento y con pared muy impermeable).

FACTORES DE CRECIMIENTO MICROBIANOS.

Cuando las bacterias tienen que crecer y multiplicarse necesitan los factores de crecimiento microbiano que pueden ser:

  1. ambientales: condiciones físico-químicas adecuadas como la temperatura, el pH, la tensión de O2, la presión osmótica…

  2. nutrientes: dentro de éstos, todos aquellos que son fuente de energía; carbono, nitrógeno y azufre (para la producción de aa y nucleótidos), iones (equilibrio osmótico) y metales pesados como el Cu o el Fe para actuar como grupos prostéticos de algunas proteínas.


Un factor de crecimiento microbiano obligado es aquel que la bacteria no es capaz de sintetizar y por tanto, toma del medio. De hecho, la velocidad de crecimiento microbiano está limitada por la cantidad de nutriente obligado que está en menor concentración.

Cuando una bacteria requiere un nutriente se dice que es auxotrofa, ya que sólo toma un tipo de nutriente y su crecimiento está condicionado por la presencia de dicho nutriente. Las bacterias que se desarrollan en medios con 2 tipos de metabolitos se dice que son de crecimiento diáuxico: utilizan glucosa como nutriente de crecimiento auxotrófico, y tras una fase de adaptación, inician una fase de crecimiento auxotrófico para el compuesto alternativo a la glucosa.

Gráfica!!!!!!!!!

EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL CRECIMIENTO MICROBIANO.

GRAFICA!!

Según el rango de temperatura entre la temperatura mínima y la máxima, se distingue entre bacterias:

  1. Bacterias estenotermas: con margen estrecho.

  2. Bacterias euritermas: de margen amplio.


Las temperaturas inferiores a la temperatura mínima y las temperaturas mayores a la temperatura máxima no tienen los mismos efectos. En general, las temperaturas situadas por debajo a la mínima mantienen a las bacterias en un estado en el que no son capaces de dividirse pero no se mueren. Cuando la temperatura vuelve a aumentar, recuperan la capacidad de división.
La temperatura óptima es aquella en la que las bacterias crecen a máxima velocidad. Según este parámetro se dividen en:

  1. psicrofilas: 0-25 ºC (problemáticas en la infección de peces e insectos)

  2. mesófilas: 25-40 ºC (afectan a los organismos superiores: aves y mamíferos)

  3. termófilas: > 40ºC. Es el caso de la termobacillus aquaticus, que permitió la mejora de la técnica PCR para la replicación de material genético (no se tenía que añadir más ARNpolimerasa a pesar de aumentar mucho la temperatura)


TENSIÓN DE O2: Se distiguen microbios:

  1. anaerobios estrictos: sólo pueden vivir en ausencia de oxígeno. Éste es capaz de destruir los componentes de la cadena respiratoria, y produce la formación de superóxidos.

  2. anaerobios aereotolerantes: pueden vivir en presencia de oxígeno porque tienen estructuras que la defienden de los efectos oxidantes del oxígeno (poseen por ejemplo, la superóxido dismutasa) Su metabolismo, sin embargo, es anaerobio.

  3. anaerobio facultativo: pueden tener metabolismo aerobio o anaerobio según las condiciones del medio, aunque dentro del aerobio sólo pueden hacer uso de la fermentación.

  4. microaerófilas: necesitan una cantidad pequeña de oxígeno. Con exceso de oxígeno mueren porque no tienen estructuras suficientes para contrarrestar los productos secundarios de la respiración aerobia.

  5. aerobias estrictas: sólo viven con oxígeno.



EFECTO DEL pH.

Los pH inferiores al pH mínimo y los valores de pH mayores al pH máximo matan a la bacteria. El efecto del pH es similar al de la temperatura (excepto por la salvedad anterior)
DÍA 26/10/2007
TIEMPO DE GENERACIÓN O DE DUPLICACIÓN

Es el tiempo que tarda una población bacteriana en duplicarse, de forma estadística cada bacteria se dividió una vez. El tiempo de generación de las bacterias en el ámbito sanitario es de 20-40 minutos.

El tiempo de generación se calcula dividiendo el tiempo transcurrido por el nº de generaciones que pasaron.

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