Características de una célula bacteriana

Las células son las unidades fundamentales de la vida y, como tales, son los elementos distintivos más pequeños de los seres vivos que retienen toda la clave. propiedades asociadas con los seres vivos, incluido el metabolismo, la capacidad de reproducirse y un medio para mantener la química equilibrio. Las celdas son procariota, un término que se refiere a bacterias y un puñado de organismos unicelulares, o eucariota que se refiere a plantas, hongos y animales.

Las células bacterianas y otras procariotas son mucho más simples en casi todos los sentidos que sus contrapartes eucariotas. Todas las células incluyen como mínimo una membrana plasmática, citoplasma y material genético en forma de ADN. Si bien las células eucariotas presentan una amplia variedad de elementos más allá de estos elementos esenciales, estas tres cosas representan casi la totalidad de las células bacterianas. Las células bacterianas, sin embargo, incluyen algunas características que las células eucariotas no tienen, más notablemente una pared celular.

Un solo organismo eucariota puede tener billones de células, aunque las levaduras son unicelulares; las células bacterianas, por otro lado, tienen una sola célula. Mientras que las células eucariotas incluyen una variedad de orgánulos unidos a la membrana, como el núcleo, las mitocondrias (en animales), cloroplastos (la respuesta de las plantas a las mitocondrias), los cuerpos de Golgi, el retículo endoplásmico y los lisosomas, las células bacterianas no tienen orgánulos. Tanto los eucariotas como los procariotas incluyen ribosomas, las diminutas estructuras responsables de la síntesis de proteínas, pero estas son típicamente se visualiza más fácilmente en eucariotas porque muchos de ellos se agrupan a lo largo del endoplásmico lineal, en forma de cinta retículo.

Es fácil considerar a las células bacterianas, y a las bacterias mismas, como "primitivas", debido a su mayor edad evolutiva (alrededor de 3.500 millones de años, vs. alrededor de 1,5 mil millones para procariotas) y su simplicidad. Sin embargo, esto es engañoso por varias razones. Una es que, desde el puro punto de vista de la supervivencia de las especies, más complejo no significa necesariamente más robusto; con toda probabilidad, las bacterias como grupo sobrevivirán más que los humanos y otros organismos "superiores" una vez que las condiciones en la Tierra cambien lo suficiente. Una segunda razón es que las células bacterianas, aunque simples, han desarrollado una variedad de potentes mecanismos de supervivencia que los eucariotas no tienen.

Las células bacterianas tienen tres formas básicas: en forma de varilla (los bacilos), redondas (cocos) y en forma de espiral (espirilos). Estas características morfológicas de las células bacterianas pueden resultar útiles para diagnosticar enfermedades infecciosas causadas por bacterias conocidas. Por ejemplo, la "faringitis estreptocócica" es causada por especies de Estreptococos, que, como su nombre lo indica, son redondos, al igual que Estafilococos. El carbunco es causado por un bacilo grande y la enfermedad de Lyme es causada por una espiroqueta, que tiene forma de espiral. Además de las diferentes formas de las células individuales, las células bacterianas tienden a encontrarse en grupos, cuya estructura varía según la especie en cuestión. Algunos bastones y cocos crecen en largas cadenas, mientras que otros cocos se encuentran en grupos que recuerdan algo a la forma de las células individuales.

La mayoría de las células bacterianas, a diferencia de los virus, pueden vivir independientemente de otros organismos y no dependen de otros seres vivos para sus necesidades metabólicas o reproductivas. Sin embargo, existen excepciones; algunas especies de Rickettsiae y Clamidias son obligatoriamente intracelulares, lo que significa que no tienen más opción que habitar las células de los seres vivos para sobrevivir.

La falta de núcleo de las células bacterianas es la razón por la que las células procariotas se distinguieron originalmente de células eucariotas, ya que esta diferencia es evidente incluso bajo microscopios de aumento comparativamente bajo energía. El ADN bacteriano, aunque no está rodeado por una membrana nuclear como la de los eucariotas, tiende a agruparse estrechamente y la formación rugosa resultante se denomina nucleoide. Hay considerablemente menos ADN en general en las células bacterianas que en las eucariotas; si se estira de un extremo a otro, una sola copia del material genético típico de eucariotas, o cromatina, se estiraría hasta alrededor de 1 milímetro, mientras que el de una bacteria abarcaría alrededor de 1 a 2 micrómetros - 500 a 1000 veces diferencia. El material genético de los eucariotas incluye tanto el ADN como proteínas llamadas histonas, mientras que el ADN procariota tiene algunas poliaminas (compuestos nitrogenados) e iones de magnesio asociados.

Quizás la diferencia estructural más obvia entre las células bacterianas y otras células es el hecho de que las bacterias poseen paredes celulares. Estas paredes, hechas de peptidoglicano moléculas, se encuentran justo fuera de la membrana celular, que presentan células de todo tipo. Los peptidoglicanos consisten en una combinación de azúcares polisacáridos y componentes proteicos; su trabajo principal es agregar protección y rigidez a las bacterias y ofrecer un punto de anclaje para estructuras como pili y flagelos, que se originan en la membrana celular y se extienden a través de la pared celular hacia el ambiente externo.

Si usted fuera un microbiólogo que operaba en un siglo pasado y quisiera crear un medicamento que fuera peligroso para las células bacterianas, mientras que en su mayoría era inofensivo para las células humanas, y tuviera conocimiento de las estructuras respectivas de la composición celular de estos organismos, puede hacerlo diseñando o encontrando sustancias que sean tóxicas para las paredes celulares y evite otras células componentes. De hecho, así es precisamente como funcionan muchos antibióticos: atacan y destruyen las paredes celulares de las bacterias, matando a las bacterias como resultado. Penicilinas, que surgió a principios de la década de 1940 como la primera clase de antibióticos, actúa inhibiendo la síntesis de los peptidoglicanos que forman las paredes celulares de algunas bacterias, pero no de todas. Lo hacen inactivando una enzima que cataliza un proceso llamado entrecruzamiento en bacterias susceptibles. A lo largo de los años, la administración de antibióticos ha seleccionado bacterias que producen sustancias llamadas betalactamasas, que se dirigen a las penicilinas "invasoras". Por lo tanto, sigue en vigor una "carrera armamentista" interminable y de larga data entre los antibióticos y sus minúsculos objetivos causantes de enfermedades.

Algunas bacterias presentan estructuras externas que ayudan a las bacterias en su navegación por el mundo físico. Por ejemplo, flagelos (singular: flagelo) son apéndices en forma de látigo que proporcionan un medio de locomoción para las bacterias que los poseen, similar al de los renacuajos. A veces se encuentran en un extremo de una célula bacteriana; algunas bacterias las tienen en ambos extremos. Los flagelos "laten" como lo hace una hélice, permitiendo que las bacterias "persigan" nutrientes, "escapen" de sustancias químicas tóxicas o se muevan hacia la luz (algunas bacterias, llamadas cianobacterias, dependen de la fotosíntesis para obtener energía como lo hacen las plantas y, por lo tanto, requieren una exposición regular a la luz).

Pili (singular: pilus), son estructuralmente similares a los flagelos, ya que son proyecciones similares a pelos que se extienden hacia afuera desde la superficie de la célula bacteriana. Sin embargo, su función es diferente. En lugar de ayudar a la locomoción, los pili ayudan a las bacterias a adherirse a otras células y superficies de diversas composiciones, incluidas las rocas, los intestinos e incluso el esmalte de los dientes. En otras palabras, ofrecen "pegajosidad" a las bacterias en la forma en que las conchas características de los percebes permiten que estos organismos se adhieran a las rocas. Sin pili, muchas bacterias patógenas (es decir, que causan enfermedades) no son infecciosas porque no pueden adherirse a los tejidos del huésped. Un tipo especializado de pili se utiliza para un proceso llamado conjugación, en el que dos bacterias intercambian porciones de ADN.

Una construcción bastante diabólica de ciertas bacterias son las endosporas. Bacilo y Clostridium Las especies pueden producir estas esporas, que son versiones altamente resistentes al calor, deshidratadas e inactivas de las células bacterianas normales que se crean dentro de las células. Contienen su propio genoma completo y todas las enzimas metabólicas. La característica clave de la endospora es su compleja capa protectora de esporas. La enfermedad del botulismo es causada por un Clostridium botulinum endospora, que segrega una sustancia mortal llamada endotoxina.

Las bacterias se producen mediante un proceso llamado fisión binaria, que simplemente significa dividirse por la mitad y crear un par de células que son genéticamente idénticas a la célula madre. Esta forma asexual de reproducción contrasta fuertemente con la reproducción de eucariotas, que es sexual en que involucra a dos organismos progenitores que contribuyen con una cantidad igual de material genético para crear un descendencia. Si bien la reproducción sexual en la superficie puede parecer engorrosa, después de todo, ¿por qué introducir este paso energéticamente costoso si las células pueden dividirse por la mitad? - es una garantía absoluta de la diversidad genética, y este tipo de diversidad es esencial para la supervivencia de las especies.

Piénselo: si todos los seres humanos fueran genéticamente idénticos o incluso cercanos, especialmente a nivel de enzimas y proteínas que no puede ver pero que cumplen funciones metabólicas vitales, entonces un solo tipo de adversario biológico sería suficiente para acabar con todos los humanidad. Ya sabe que los seres humanos difieren en su susceptibilidad genética a ciertas cosas, de las principales (algunas personas pueden morir por exposición a pequeñas exposiciones a alérgenos, incluidos los cacahuetes). y veneno de abeja) a lo relativamente trivial (algunas personas no pueden digerir la lactasa de azúcar, lo que las hace incapaces de consumir productos lácteos sin serios trastornos gastrointestinales sistemas). Una especie que disfruta de una gran diversidad genética está en gran parte protegida de la extinción, porque esta diversidad ofrece la materia prima sobre la que pueden actuar las presiones favorables de la selección natural. Si el 10 por ciento de la población de una especie determinada es inmune a cierto virus que la especie aún no ha experimentado, esto es una mera peculiaridad. Si, por otro lado, el virus se manifiesta en esta población, no pasará mucho tiempo antes de que esta casualidad el 10 por ciento represente el 100 por ciento de los organismos supervivientes en esta especie.

Como resultado, las bacterias han desarrollado una serie de métodos para garantizar la diversidad genética. Éstas incluyen transformación, conjugación y transducción. No todas las células bacterianas pueden hacer uso de todos estos procesos, pero entre ellos, permiten que todas las especies bacterianas sobrevivan en mayor medida de lo que lo harían de otra manera.

La transformación es el proceso de tomar ADN del medio ambiente y se divide en formas naturales y artificiales. En la transformación natural, el ADN de las bacterias muertas se internaliza a través de la membrana celular, al estilo de un carroñero, y se incorpora al ADN de las bacterias supervivientes. En la transformación artificial, los científicos introducen intencionalmente ADN en una bacteria huésped, a menudo MI. coli (porque esta especie tiene un genoma pequeño y simple que se manipula fácilmente) para estudiar estos organismos o crear un producto bacteriano deseado. A menudo, el ADN introducido es de un plásmido un anillo natural de ADN bacteriano.

La conjugación es el proceso por el cual una bacteria usa un pilus o pili para "inyectar" ADN en una segunda bacteria a través del contacto directo. El ADN transmitido puede, al igual que con la transformación artificial, ser un plásmido o puede ser un fragmento diferente. El ADN recién introducido puede incluir un gen vital que codifica proteínas que permiten la resistencia a los antibióticos.

Finalmente, la transducción se basa en la presencia de un virus invasor llamado bacteriófago. Los virus dependen de las células vivas para replicarse porque, aunque poseen material genético, carecen de la maquinaria para hacer copias de él. Estos bacteriófagos colocan su propio material genético en el ADN de las bacterias que invaden y dirigen la bacterias para producir más fagos, cuyos genomas contienen una mezcla del ADN bacteriano original y el ADN de bacteriófago. Cuando estos nuevos bacteriófagos abandonan la célula, pueden invadir otras bacterias y transmitir el ADN adquirido del huésped anterior a la nueva célula bacteriana.