Al pensar en un organismo que en su constitución está formada por una sola célula procariota, el primer nominado es la bacteria.
Estos son una de las representaciones más diminutas de los seres vivos con un arreglo muy sencillo, desde un punto de vista estructural. Cuentan con una limitación en el tamaño debido a que carece de compartimentos intracelulares separados por membranas.
Las secciones funcionales en la célula eucariota están integrados por un sistema de membranas que permiten el flujo y la concentración de moléculas e iones, mientras que en las células procariotas las sustancias fluyen de manera dispersa en el citoplasma.
Sin embargo a pesar de presentar una organización bastante simple, es otro caso al hablar de sus propiedades metabólicas y bioquímicas pues están compuestos por procesos complejos diversos, ya que exhiben una adaptación a diferentes tipos de hábitats.
Esto quiere decir que la presencia de las células procariotas existe en todos los rincones del planeta, tanto así, que incluso se localizan en el interior o sobre la superficie del cuerpo de los seres pluricelulares.
Pero algo que se suele generalizar es que las bacterias son seres malignos que solo causan enfermedad, lo cual es erróneo pues la mayoría son inofensivas y hasta beneficiosas para el equilibrio ecológico.
La forma de estos entes puede variar por la adaptación al ambiente que se encuentren. Existen algunas esféricas llamadas comúnmente cocos; unas alargadas denominadas bacilos, otras con formas helicoidales generalmente móviles que se les nombra como espirilos.
Las bacterias a veces pueden encontrarse agrupadas y no separadas como, por ejemplo, los diplococos (cocos en pares), estreptococos (cocos en filas) y los estafilococos que sucede cuando se disponen en forma de racimo de uvas.
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Estructura de la célula procariota en la bacteria
Cada bacteria cuenta con sola célula procariota, la cual presenta una membrana plasmática que rodea el citoplasma; donde alrededor de esta membrana aparece una capa rígida y gruesa denominada pared bacteriana, en la cual en sus cercanías tiene una tercera capa, esta vez viscosa, que puede en algunas especies encontrarse gruesa, formando una cápsula.
Además de tener un citoplasma dentro de la célula procariota, hay una región no totalmente definida que corresponde al núcleo donde se manifiesta un nucleoide y muchos gránulos diversos.
Por otro lado, estos seres vivos pueden contar en ocasiones, con expansiones filamentosas que salen de la superficie de la bacteria: los flagelos, que se encargan de proporcionar la movilidad.
Otra estructura destacable son las fimbrias que tiene la función de intervenir en la transferencia unidireccional de ADN entre las células procariotas.
Membrana plasmática
Las bacteria lucen la misma estructura trilaminar de la membrana plasmática que tienen las células eucariotas.
En ella se localizan unas moléculas receptoras (proteínas) que se relacionan mucho con el traslado transmembranal y con la cadena respiratoria, que también se presenta en la membrana interna de las mitocondrias de las células eucariotas.
En las membranas plasmáticas de las células procariotas se visualizan unas invaginaciones que construyen un complejo llamado mesosoma que aumentan la cantidad de membrana plasmática, lo que conlleva a también incrementar el número de moléculas que participan en procesos vitales como la respiración.
Además los mesosomas intervienen en la formación de septos y de la pared bacteriana, que sucede cuando la bacteria se divide.
Nucleoide
Por lo general cada bacteria está comprendida por uno o más nucleoides, que se pueden observar como regiones redondeadas o alargadas en las micrografías electrónicas.
Esta parte de la célula procariota contiene en su interior el cromosoma de la bacteria y, a veces, se halla cerca o inclusive unido a la membrana plasmática.
Este cromosoma bacteriano posee el ADN en forma de filamento circular, que se entiende por dos cadenas dispuesta en hélice, con 1 mm aproximado de longitud pero con la capacidad de que esta molécula se pliegue lo suficiente para caber en la célula procariota.
Por ende las diferencias con la eucariota son notables pues estas presentan un ADN más elaborado con múltiples variedades de proteínas, y en el caso de la célula bacteriana puede existir un número de cromosomas variables pero la mayoría del tiempo solo se encuentra uno.
Como se conocerá detalladamente luego, las bacterias no se dividen por mitosis, por lo tanto los cromosomas no muestran la condensación cíclica que se ve en los cromosomas del otro tipo de célula, durante la división celular. De modo que no existe ciclo celular en las células procariotas.
Plásmidos
No solo se limitan los cromosomas en el nucleoide ya que pueden ubicarse unos más pequeños, fuera del mismo, que también difunden información genética y se les conoce como plásmidos.
Estos se multiplican independientemente de los cromosomas principales y albergan en su interior, genes para la auto-replicación y que influyen para el beneficio de las bacterias; sin embargo no son esenciales para su vida.
Los plásmidos se manifiestan en múltiples copias y esto genera una gran probabilidad de que sus genes prevalezcan y aumenten, generando más eficiencia, existe un plásmido capaz de integrar el cromosoma de la célula procariota, y se le denomina episoma.
Esta estructura exhibe la particular característica de pasar los genes que contiene a otras bacterias, lo que es un importante rasgo de supervivencia.
Incluso esta ventaja es utilizada para el estudio de la ciencia ya que se utiliza como una técnica para transferir genes a otros organismos en la ingeniería genética y biotecnología. Otro rasgo resaltante es que son dotados de movilidad.
Otra similitud entre célula procariota y eucariota es que existe la posibilidad de transferir genes en distintas áreas del ADN de la misma célula, lo cual se produce por los transposones, que son segmentos de ADN.
Estos aumentan la variabilidad genética entre las bacterias, lo que posibilita desarrollar mecanismo de defensas y resistencia a condiciones adversas.
Pared
Estos organismos (excepto los micoplasmas) presentan una pared rígida que se le adjudica la responsabilidad de darle forma y soporte a la célula, así como protegerla contra la rotura y contra agentes bacteriófagos.
Esta pared evita que las bacterias se rompan, lo que atribuye la supervivencia y multiplicación en medio hipotónicas, ya que esto seres para el transporte activo de moléculas e iones mantienen una presión osmótica más alta que la del medio ambiente que habitan.
A pesar de ser una pared bastante rígida y fuerte, es permeable para la nutrición celular y la eliminación de moléculas fabricadas por las bacterias y que ya no son necesarias.
Para añadir, dicha pared tiene moléculas antigénicas (que las identifican) que estimulan una respuesta inmune.
Sistema de clasificación que divide a las bacterias en dos grandes grupos
Las Gram positivas y Gram negativas, se basan en determinar el tipo de bacteria por el comportamiento en la técnica de tinción de Gram.
Las que resultan coloreadas de violeta son llamadas Gram positivas, en cambio las que no son reconocidas como Gram negativas.
La pared de las Gram positivas se considera simples pues están compuestas por solamente una capa gruesa de peptidoglicanos, localizada entre la membrana plasmática y la cápsula.
Los peptidoglicanos son compuestos que cumplen la función de dar rigidez y la resistencia de la pared de algunas células eucariotas.
La pared de las bacterias Gram negativas, son un poco más complejas pues se conforma por cuatro capas: una capa de peptidoglicanos, más delgada que la de las bacterias Gram positivas.
Una capa de lipoproteínas; la membrana externa, de estructura trilaminar, como las de las otras membranas celulares; y una capa de lipopolisacáridos.
Membrana externa
Estructura semejante a las membranas celulares en general, pero cuenta con una construcción tipo mosaico fluido de abundantes moléculas de lipopolisacáridos (LPS).
Que forman una fuerte barrera que cubre a la célula procariota. En las bacterias Gram negativas, la membrana externa presenta unas moléculas proteicas llamadas porinas, que crea canales para permitir la entrada de sustancias como aminoácidos y carbohidratos.
Capsula
Es una capa de consistencia mucosa que puede variar en espesor, donde a veces dispone de antígenos potentes que permiten a las bacterias desarrollar propiedades inmunes.
La presencia de la cápsula suele ser relaciona con bacterias patógenas por adjudicar cierta resistencia a la fagocitosis y al ataque de otros elementos de defensa del cuerpo, sin embargo no es exclusivo.
Flagelos y fimbrias en célula procariota
Son prolongaciones en las superficies de las bacterias, donde los flagelos se describen como órganos filamentosos de movilidad, de variable longitud.
En la base del flagelo se encuentra una dilatación que provoca la rotación del mismo y que se sumerge en la pared y en la membrana plasmática de la célula bacteriana.
Cabe destacar que esta extensión es un polímero de la proteína flagelina, donde los monómeros de flagelina se organizan en 11 protofilamentos para constituir el flagelo. Suelen caracterizarse por ser rotores semirrígidos que realizan un movimiento de rotación por la célula.
La otra prolongación, llamadas fimbrias se conocen como filamentos rígidos que no están relacionados con la locomoción, ya que son más delgadas y cortas que los flagelos, sin embargo ambas están compuestas de subunidades proteicas.
Tipos de fimbrias
Las comunes, que ayudan a la adhesión de las bacterias a las células eucariotas, relacionado mucho con la actividad patogénica, y las fimbrias sexuales, que son más largas y se responsabilizan de la fijación de las bacterias durante el proceso de conjugación.
En este proceso hay pasaje unidireccional de ADN de la célula bacteriana donante a la célula receptora, por medio de las comunicaciones que se forman entre los citoplasmas de las dos células.
Es importante agregar que estas fimbrias sexuales solo se encuentran en las bacterias donadoras, mientras que las células receptoras cuentan en su superficie, macromoléculas que facilitan la fijación de las fimbrias.
El papel de las fimbrias sexuales es sólo fijar temporalmente la célula donante y la receptora.
Otras estructuras
Al existir una carencia de organelas membranosas, el citoplasma de las células procariotas está constituida prácticamente de solo citosol, con cantidades moderadas de ribosomas, que se enlazan a moléculas de ARN-m para formar polirribisomas.
Además las bacterias tienen la capacidad de almacenar material de reserva en gránulos osmóticamente inertes, sin membrana.
Estos orgánulos son empleados como una fuente de carbono para la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos, cuando las células obtienen suficiente nitrógeno.
De modo que, las células procariotas no poseen citoesqueleto, como las células eucariotas que le da la posibilidad de mantener y darle forma a la célula.
Pero esto no quiere decir que las procariotas no tengan esta propiedad, ya que la forma celular de las bacterias se ve determinada por la pared, que es una estructura rígida.
Metabolismo bacteriano en la célula procariota
Estos seres vivos posiblemente sean uno de los grupos con mayor diversidad metabólica, ya que diferentes bacterias pueden utilizar como fuente de carbono y energía, los nutrientes más variados e incluso en condiciones de temperaturas extremas.
Unas bajo hábitats muy frías, o adaptadas a temperaturas incompatibles con la vida de la mayoría de las células. Estas se conocen como bacterias termófilas.
La capacidad de obtener muchos nutrientes y la resistencia a diversos climas explican la gran distribución de las bacterias en la tierra, con presencia en múltiples suelos, distintas superficies de agua y hasta dentro de los intestinos y piel de los animales.
Metabólicamente estos organismos se pueden clasificar en:
Fotótrofas, que manifiesta la utilización de la luz solar como fuente de energía, y quimiótrofas cuando aprovechan la energía dispuesta en los compuestos químicos.
Por consiguiente, si el compuesto donador de energía es inorgánico, se especifica como quimiolitotrófica, en cambio, si el compuesto es orgánico se le denomina quimiorganotrófica.
Estas últimas son las más exigente ya que solo se proliferan en medios de cultivo que presentan contienen hidratos de carbono, vitaminas y ciertos aminoácidos.
Las bacterias quimiorganotrófica buscan la energía por la oxidación de los carbohidratos, grasas y proteínas. Sin embargo, algunas obtienen la energía de la descomposición anaerobia de los hidratos de carbono (bacterias anaerobias).
A menudo se llama bacterias anaerobias facultativas a las que pueden habitar tanto en medio aerobio como anaerobio.
Las bacterias quimioorganotróficas aerobias tienen un metabolismo muy parecido con el metabolismo de la mayoría de las células animales (eucariotas).
Los hidratos de carbono son ampliamente utilizados por estas bacterias como fuente de energía.
Adaptación bacteriana
Ante condiciones ambientales adversas, ciertas especies de bacterias forman estructuras de resistencia, denominadas esporas, las cuales sostienen situaciones críticas de temperatura y falta de agua que normalmente provocarían la muerte celular en la forma vegetativa.
Cuando se habla de forma vegetativa se trata de la capacidad de multiplicarse y realizar todas las actividades típicas de las bacterias.
Por tanto las esporas son células cuyo citoplasma tiene muy poca agua (poca actividad metabólica), están envueltas en una capa gruesa y no se reproducen.
La formación de la espora es un proceso bastante complejo por lo que se dispondrá a explicarlo en las siguientes etapas:
Etapa 1
La célula bacteriana replica su cromosoma, formando dos copias completas, pero continúas. La bacteria queda con un único cromosoma, muy grande, debido a la no separación de la nueva hebra de ADN
Etapa 2
Inicia una invaginación de la membrana plasmática, que separa el antiguo y el nuevo cromosoma, cada uno en un compartimento, pero de tamaños desiguales.
Cada compartimento está delimitado por la membrana plasmática que se desarrolló hacia el interior de la bacteria, y el compartimiento menor dará origen a la espora
Etapa 3
En esta fase, la espora está ya completamente formada y aislada dentro de la bacteria
Etapa 4
A continuación, se forma una capa cortical gruesa, compuesta por peptidoglicanos, y surge la pared de la espora, también compuesta de peptidoglicanos.
En esta fase, la espora presenta, de adentro hacia afuera:
- El cromosoma y
- Los componentes del citoplasma deshidratados,
- La membrana celular
- La capa cortical
- la pared.
Etapa 5
Esta etapa se inicia con la formación de una envoltura alrededor de la espora. La envoltura es de naturaleza proteica y particularmente rica en cisteína, un aminoácido que contiene azufre.
Etapa 6
Por último, la espora ya con la envoltura completa es liberada por la lisis de la bacteria original (ruptura de la membrana y de la pared).
División célula procariota
Consta que el ADN de una célula se reparte entre dos nuevas celular hijas, es decir, que se distribuyen duplicados exactos de la información hereditaria.
Este proceso es un sencillo es la procariotas pues la mayor parte del material genético está en forma de una sola molécula larga y circular ADN que consta de un cromosoma que se duplica antes de la división celular.
Posteriormente, cuando la célula se alarga y duplica su tamaño original, los cromosomas se separan. Luego la membrana celular se invagina y se crea una nueva frontera, que divide a las dos células nuevas y a sus duplicados cromosómicos.
