Transporte a través de la Membrana Citoplasmática

La membrana citoplasmática es una barrera selectiva que rodea el citoplasma. El citoplasma es una fase acuosa que contiene sales, azúcares, aminoácidos (aa), vitaminas (vit), coenzimas (coen) y una gran variedad de sustancias solubles. Los compuestos polares no la atraviesan, como es el caso de moléculas hidrofílicas cargadas como ácidos orgánicos (ac org), aminoácidos y sales inorgánicas. Las moléculas no polares y solubles en fases hidrofóbicas, como ácidos grasos, alcohol y benceno, sí la atraviesan.

Tipos de Transporte

Transporte Pasivo: No requiere energía, se produce a favor del gradiente de concentración, el número de proteínas (prot) transportadoras es limitado y no modifica la molécula transportada.

• Difusión Simple: Permite el paso de gases como nitrógeno (N), dióxido de carbono (CO2) y oxígeno (O2).
• Ósmosis: En un medio hipotónico, el agua penetra por flujo osmótico, generando presión de turgencia que empuja el citosol y la membrana plasmática contra la pared celular. En un medio hipertónico, la membrana se retrae de la pared, perdiendo agua por flujo osmótico (plasmólisis). Permite el paso de sustancias lipídicas como hormonas esteroideas, fármacos liposolubles y anestésicos como el éter; sustancias apolares como oxígeno y nitrógeno; y sustancias polares muy pequeñas como H2O, CO2, etanol y glicerina.
• Difusión Facilitada: Proteínas canal acuosas permiten el paso de ciertos iones (Na+, Ca++, K+). Es un transporte específico de un solo tipo de molécula o un grupo de ellas. Las moléculas hidrófilas (glúcidos, aa) no atraviesan a favor del gradiente, pero sí lo hacen a través de enzimas transportadoras (permeasas). La glucosa entra en la mayor parte de las células por difusión facilitada, con un número limitado de proteínas transportadoras de glucosa.

Transporte Activo: Requiere energía, se produce en contra del gradiente de concentración, el número de proteínas transportadoras es limitado y no modifica la molécula transportada.

• Transporte Primario: Por ejemplo, la bomba Na+/K+ (contratransporte o antiporte), donde el K+ ingresa al interior y el Na+ sale al exterior, gastando ATP.
• Transporte Secundario: Permite el paso de azúcares, la mayoría de los aminoácidos y ácidos orgánicos, e iones inorgánicos (sulfato, fosfato y K). En bacterias, la energía se obtiene a partir de ATP en transportadores y, en la mayoría de los casos, por separación de iones de hidrógeno (H), lo que genera un gradiente de protones (fuerza motriz de protones).

Translocación de Grupo

La glucosa se transporta por transporte activo en algunas bacterias y por sistemas de fosfotransferasas en otras. La translocación de grupo es un proceso que modifica químicamente al compuesto que se transporta, generando un gradiente de concentración. Ejemplos de moléculas que se transportan por este mecanismo incluyen glucosa, fructosa, manosa, N-acetilglucosamina y β-glucósidos, que son fosforilados en el transporte por sistemas de fosfotransferasa. El sistema de fosfotransferasa de E. coli está compuesto por 24 proteínas, y se necesitan 4 para el transporte de un azúcar. Otros compuestos que se transportan por translocación de grupo incluyen purinas, pirimidinas y ácidos grasos. La glucosa se fosforila utilizando un enlace fosfato de alta energía del fosfoenolpiruvato (PEP), siendo este el primer paso para iniciar su metabolismo intracelular.

Actividad de Agua (aW)

aW es la cantidad de agua disponible en un medio para que se puedan realizar funciones específicas. Las bacterias requieren una aW alta, mayor a 0.90. Los hongos se desarrollan bien a 0.80 aW (Saccharomyces rouxii a 0.60 aW). Las bacterias patógenas requieren entre 0.995 y 0.98 aW.

Tipos de Microorganismos (MO) según su aW

• Osmófilos: aW óptima = 0.995 a 0.98; aW mínima = 0.90 a 0.86.
• Xerófilos: aW óptima = 0.90 a 0.80; aW mínima = 0.75.
• Halófilos: aW óptima = 0.75 a 0.80; aW mínima = 0.60.

Síntesis de Proteínas

Procariotas

• Primer aminoácido: Formilmetionina.
• ARNm policistrónico: los genes se transcriben en una única cadena de ARNm.
• Un tipo de ARN polimerasa (se encarga de ARNm, ARNr y ARNt).
• Transcripción: avanza hasta una señal de terminación.
• Ribosomas: menor tamaño y composición diferente. Subunidad con 25 péptidos. Los péptidos y el ARN que los forman son más pequeños.
• Traducción: solo existe un factor de iniciación que debe asociarse al ARN y al ribosoma para empezar la traducción.

Eucariotas

• Primer aminoácido: Metionina.
• ARNm monocistrónico: cada gen se transcribe por separado en una molécula de ARNm.
• Tres tipos de ARN polimerasa: I, II y III.
• Un ARNm codifica para una proteína.
• Ribosomas de mayor tamaño.
• Traducción: requiere un mayor número de factores de traducción, de iniciación, colocación del ARN en el ribosoma, elongación y terminación.

Operones

El ADN procariota se organiza en paquetes coherentes denominados operones, en los cuales se encuentran los genes para funciones específicas. Un operón consiste en:

• Operador: controla el acceso de la ARN polimerasa al promotor.
• Promotor: donde la ARN polimerasa reconoce el sitio de inicio de la transcripción.
• Gen regulador: controla el tiempo y la velocidad de transcripción de otros genes.
• Gen estructural: codifica las enzimas relacionadas o las proteínas estructurales.

Traducción

Es la primera etapa de la síntesis de proteínas. El ARNm se une a la subunidad menor de los ribosomas. A estos se asocia el aminoacil-ARNt, gracias a que el ARNt tiene en una de sus asas un triplete de nucleótidos denominado anticodón, que se asocia al primer triplete codón del ARNm según la complementariedad de las bases. A este grupo de moléculas se une la subunidad ribosómica mayor, formándose el complejo ribosomal o complejo activo. Todos estos procesos están catalizados por los llamados factores de iniciación (FI).

Cadena de Transporte de Electrones

Las bacterias pueden usar múltiples cadenas de transporte de electrones, e incluso simultáneamente. También pueden usar varios donadores diferentes de electrones. Por ejemplo, Escherichia coli genera un gradiente de protones utilizando al menos tres bombas de protones. Las eucariotas realizan este proceso en las mitocondrias y las procariotas en el citoplasma.

Factores que Afectan el Crecimiento Microbiano

Temperatura

• Psicrófilos: 0 a 20 °C; óptima = 4 °C (Polaromonas vacuolata).
• Mesófilos: 20 a 40 °C; óptima = 39 °C (E. coli).
• Termófilos: 40 a 80 °C; óptima = 60 °C (Bacillus stearothermophilus).
• Hipertermófilos: 80 a 110 °C; óptima = 88 °C (Thermococcus celer) u óptima = 106 °C (Pyrolobus).

pH

• Neutrófilos.
• Acidófilos.
• Alcalófilos.

Enfoques para la Identificación Microbiana

Enfoque Molecular

• Técnicas: Reacción en cadena de la polimerasa (PCR), electroforesis en gel de campo pulsado (PFGE) para Salmonella y Listeria, biosensores.
• Ventajas: Mayor exactitud y precisión, basado en la genética de los organismos y las secuencias de bases del ADN.
• Desventajas: Alto costo.

Enfoque Clásico

• Técnicas: Tinción de Gram, agar ácido-alcohol resistente (AAR), catalasa.
• Ventajas: Menor costo y mayor accesibilidad, basado en características fenotípicas.
• Desventajas: Procedimiento lento debido a las horas de incubación. Presencia de ambigüedad (los resultados se pueden interpretar de diferentes maneras). Afectado por condiciones ambientales. Problemas técnicos que dificultan la interpretación de los resultados. Los cultivos mixtos no permiten identificar las especies.

Tanto el enfoque clásico como el molecular deben realizarse en cultivos puros.

Taxonomía Microbiana

Taxón: Grupo de microorganismos emparentados que, en una clasificación dada, han sido agrupados.

Taxonomía: Agrupa a los microorganismos en grupos o taxones por semejanzas o parentescos evolutivos.

Rangos Taxonómicos en la Clasificación Bacteriana

• Dominio (Bacteria).
• Filo (Protobacteria).
• Clase (Gammaproteobacteria).
• Orden (Enterobacteriales).
• Familia (Enterobacteriaceae).
• Género (Escherichia).
• Especie (E. coli).
• Subespecie.

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