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Contenido principal

La estructura de los procariontes

Generalidades de los procariontes (bacterias y arqueas). Características estructurales de las células procariontes.

Puntos más importantes:

  • Los procariontes son organismos unicelulares que pertenecen a los dominios Bacteria y Archaea.
  • Las células procariontes son mucho más pequeñas que las eucariontes, no tienen núcleo y tampoco organelos.
  • Todas las células procariontes están rodeadas por una pared celular. Muchas también presentan una cápsula o capa viscosa hecha de polisacáridos.
  • Los procariontes con frecuencia tienen apéndices (protuberancias) en su superficie. Los flagelos y algunos pili se usan para la locomoción, las fimbrias ayudan a la célula a adherirse a las superficies y los pili sexuales se usa para el intercambio de ADN.
  • La mayoría de las células procariontes tienen un solo cromosoma circular. También pueden tener fragmentos de ADN circular más pequeños llamados plásmidos.

Introducción

Las bacterias suelen tener mala reputación: se describen como "bichos" peligrosos que provocan enfermedades. Aunque algunos tipos de bacterias sí producen enfermedades (como sabrás si alguna vez te han recetado antibióticos), muchos otros son inofensivos o incluso, benéficos.
Las bacterias se clasifican como procariontes junto con otro grupo de organismos unicelulares, las arqueas. Los procariontes son muy pequeños, pero, en un sentido muy real, dominan la tierra. Viven casi en todas partes, en todas las superficies, en la tierra y en el agua, incluso dentro de nuestros cuerpos.
Para hacer hincapié en este último punto: ¡probablemente tienes el mismo número de células procariontes que de células humanas en tu cuerpo!start superscript, 1, end superscript Esto puede sonar asqueroso, pero muchos de nuestros "compañeros" procariontes desempeñan funciones importantes en el mantenimiento de nuestra salud.
En este artículo, veremos qué son los procariontes y qué es exactamente lo que los diferencia de los eucariontes (como tú, una planta de interiores o un hongo). Luego, veremos con más detalle las estructuras que estos organismos eficientes y omnipresentes usan para sobrevivir.

¿Qué son los procariontes?

Los procariontes son organismos microscópicos que pertenecen a los dominios Bacteria y Archaea, dos de los tres dominios principales de la vida. (El tercero, Eukarya, incluye a todos los eucariontes, entre ellos los animales, las plantas y los hongos). Las bacterias y arqueas son unicelulares, mientras que la mayoría de los eucariontes son multicelulares.
Los fósiles muestran que los procariontes ya habitaban la tierra hace 3 500 millones de años y los científicos piensan que fueron unos ancestros procariontes los que dieron origen a todas las formas de vida presentes actualmente en la Tierrastart superscript, 2, comma, 3, end superscript.

Procariontes contra eucariontes

Los procariontes y eucariontes son similares en algunos aspectos fundamentales, lo que refleja su ascendencia evolutiva compartida. Por ejemplo, tanto tú como las bacterias en tu intestino decodifican los genes para producir proteínas mediante los procesos de transcripción y traducción. De manera semejante, tú y tus inquilinos procariontes transmiten la información genética a su descendencia por medio del ADN.
En otros aspectos, los procariontes y los eucariontes son muy diferentes. Esto puede parecer obvio cuando comparamos humanos con bacterias, pero, al menos para mí, lo es mucho menos cuando comparamos una bacteria con una levadura (que es pequeña y unicelular, pero eucariota). ¿Qué es lo que verdaderamente separa a estas categorías de organismos?
Las diferencias más fundamentales entre procariontes y eucariontes están relacionadas con la estructura de sus células, específicamente:
  • Las células eucariontes tienen un núcleo, una cámara rodeada de membrana en la que se guarda el ADN, de la que carecen las procariontes. Esta es la característica que separa formalmente ambos grupos.
  • Los eucariontes usualmente tienen otros organelos rodeados de membrana además del núcleo; los procariontes, no.
  • Las células en general son pequeñas, pero las procariontes son realmente diminutas. Las células procariontes típicas son de 0, point, 2
    2 start text, μ, m, end text de diámetro, mientras que las típicas eucariontes son de 10
    100 start text, μ, m, end text de diámetrostart superscript, 4, end superscript.
Muchas células procariontes tienen forma de esfera, bastón o espiral (como se muestra a continuación). En las siguientes secciones veremos la estructura de una célula procarionte, empezando por la parte externa y moviéndonos hacia el interior de la misma.
Las células procariontes generalmente tienen forma de esferas (llamadas cocos), bastones (llamadas bacilos) o espirales (llamadas espirilos).
_Imagen modificada de "Diagrama de la morfología bacteriana", pde Mariana Ruiz Villareal (dominio público)_

La cápsula

Muchos procariontes tienen una capa externa pegajosa llamada cápsula, hecha usualmente de polisacáridos (polímeros de azúcares).
La cápsula ayuda a los procariontes a adherirse unos a otros y a las varias superficies de su entorno, y también evita que la célula se seque. En el caso de los procariontes patógenos que han colonizado el cuerpo de un hospedero, la cápsula o capa viscosa las protege contra el sistema inmune de este.
¿Recuerdas el experimento de Griffith en el que se demostraba la existencia de un "principio transformador" (ADN) que podía convertir las bacterias rugosas e inofensivas en lisas y patógenas? ¡Las bacterias lisas eran lisas (y capaces de provocar enfermedades) porque tenían una cápsula!

La pared celular

Todas las células procariontes tienen una pared celular rígida, localizada por debajo de la cápsula (si esta última existe). Esta estructura mantiene la forma de la célula, protege su interior y evita que la célula reviente cuando absorbe agua.
La pared celular de la mayoría de las bacterias tiene peptidoglucano, un polímero de azúcares y polipéptidos. El petidoglucano es inusual porque no solo contiene L-aminoácidos, el tipo que normalmente se usa para hacer proteínas, sino también D-aminoácidos (imágenes "especulares" de los L-aminoácidos). Las paredes celulares de las arqueas no tienen peptidoglucano, pero algunas tienen una molécula parecida llamada pseudopeptidoglucano, mientras que otras están compuestas de proteínas y otros tipos de polímerosstart superscript, 5, comma, 6, end superscript.
Las estructuras externas de la célula procarionte son la membrana plasmática, la pared celular y la cápsula (o capa viscosa).
_Imagen modificada de "Estructura de los procariontes: Figura 2", de OpenStax College, Biología (CC BY 3.0)_
Algunos de los antibióticos que se usan para tratar infecciones bacterianas en humanos y otros animales actúan afectando la pared celular bacteriana. Por ejemplo, algunos antibióticos contienen D-aminoácidos similares a los usados en la síntesis de peptidoglucano, y "engañan" a las enzimas que construyen la pared celular (pero sin afectar a las células humanas que no tienen una pared celular ni utilizan D-aminoácidos para producir polipéptidos)start superscript, 5, comma, 7, end superscript.

La membrana plasmática

Por debajo de la pared celular se encuentra la membrana plasmática. Los componentes básicos de la membrana plasmática son los fosfolípidos, lípidos compuestos de una molécula de glicerol unida a una cabeza de fosfato hidrofílico (que atrae el agua) y a dos colas hidrofóbicas (que repelen el agua) de ácidos grasos. Los fosfolípidos de una membrana eucariota o bacteriana están organizados en dos capas, formando una estructura llamada bicapa de fosfolípidos.
Las membranas plasmáticas de las arqueas tienen algunas propiedades únicas, diferentes de las de las bacterias y eucariontes. Por ejemplo, en algunas especies, las colas opuestas de los fosfolípidos están unidas en una sola estructura, formando una monocapa en lugar de una bicapa (como se muestra abajo). Esta modificación estabiliza la membrana a altas temperaturas, lo que permite a las arqueas vivir felizmente en el agua hirviendo de las fuentes termales.
La membrana plasmática de las células bacterianas y eucariontes (y de algunas arqueas) está compuesta por una bicapa de fosfolípidos. Las colas de los fosfolípidos opuestos permanecen separadas, formando dos capas.
La membrana plasmática de algunas arqueas está compuesta de una monocapa de fosfolípidos. Las colas de los fosfolípidos opuestos se unen, formando una sola capa.
_Imagen modificada de "Membrana de arqueas", de Fransciscosp2 (dominio público)_

Apéndices

Las células procariontes suelen tener apéndices (proyecciones de la superficie celular) que les permiten adherirse a las superficies, moverse o transferir ADN entre ellas.
Los filamentos delgados llamados fimbrias (singular fimbria), como los que se muestran en la imagen de abajo, se usan para la adhesión: ayudan a las células a pegarse a los objetos y superficies de su entorno.
Una fimbria (plural: fimbrias) es un tipo de apéndice de las células procariontes. Estas protuberancias parecidas a pelos le permiten a los procariontes adherirse entre ellos y a las superficies de su entorno.
_Imagen modificada de "Fimbrias de E. coli.png", de Manu Forero (CC BY 2.5)_
Los apéndices más largos, llamados pili (singular: pilus), son de diferentes tipos y tienen diversas funciones. Por ejemplo, los pili sexuales mantienen unidas a dos bacterias y permiten la transferencia de ADN entre ellas en un proceso conocido como conjugación. Otros tipos de pili bacterianos, denominados pili tipo IV, ayudan a que la bacteria se mueva en su medio ambientestart superscript, 10, end superscript.
Sin embargo, los apéndices más comunes para la locomoción son los flagelos (singular: flagelo). Estas estructuras parecidas a una cola se mueven como hélices para impulsar a las células a través de ambientes acuosos.
Las bacterias pueden tener varios tipos de estructuras superficiales. Entre ellas están las fimbrias, protuberancias cortas que se encuentran en toda la superficie de la bacteria; el flagelo, ubicado en la parte posterior de la bacteria y que sirve para la locomoción; y el pilus sexual, que se usa para unirse a otra bacteria e intercambiar material genético.

Plásmidos y cromosomas

La mayoría de los procariontes tiene un solo cromosoma circular y, por lo tanto, una sola copia de su material genético. En cambio los eucariontes, como los humanos, tienden a tener múltiples cromosomas en forma de bastón y dos copias de su material genético (en cromosomas homólogos).
De igual manera, los genomas de los procariontes por lo general son mucho más pequeños que los de los eucariontes. Por ejemplo, el genoma de E. coli es de menos de la mitad del tamaño del de la levadura (un sencillo eucarionte unicelular) ¡y casi 700 veces más pequeño que el genoma humano!start superscript, 13, end superscript.
Por definición, los procariontes carecen de un núcleo delimitado por una membrana para guardar sus cromosomas. En cambio, el cromosoma procariota se encuentra en una zona del citoplasma llamada nucleoide.
Los procariontes suelen tener un solo cromosoma circular que ocupa una región del citoplasma llamada nuecleoide. También pueden tener pequeños anillos de ADN extracromosómico de doble cadena conocidos como plásmidos.
Además del cromosoma, muchos procariontes tienen plásmidos, pequeños anillos de ADN extracromosómico ("fuera del cromosoma") de doble cadena. Los plásmidos tienen un número reducido de genes no esenciales, se copian de manera independiente al cromosoma celular y pueden ser transferidos a otros procariontes en una población, lo que permite la diseminación de genes que pueden ser beneficiosos para la supervivencia.
Por ejemplo, algunos plásmidos tienen genes que confieren resistencia a los antibióticos que se conocen como genes R. Cuando los plásmidos con genes R se intercambian en una población, pueden hacer que esta se vuelva rápidamente resistente a los antibióticos. Si bien esto es beneficioso para las bacterias, este proceso dificulta que los médicos puedan tratar infecciones bacterianas perjudiciales.

Compartimientos internos

Se "supone" que los procariontes no tienen compartimientos internos semejantes a los organelos de los eucariontes y, en su mayoría, carecen de ellos. Sin embargo, las células procariontes a veces necesitan aumentar el área de superficie de su membrana para llevar a cabo ciertas reacciones o concentrar un sustrato alrededor de su enzima, igual que los eucariontes. Debido a esto, algunas procariontes tienen pliegues de membrana o compartimientos funcionalmente parecidos a los de los eucariontes.
Por ejemplo, las bacterias fotosintéticas a menudo tienen pliegues de membrana extensos que aumentan el área superficial para las reacciones que dependen de la luz, de manera semejante a los tilacoides de las células vegetales. Estas bacterias también pueden tener carboxisomas, compartimientos celulares rodeados de proteínas en los que se concentra el dióxido de carbono para su fijación en el ciclo de Calvinstart superscript, 14, end superscript.

Comprueba tu comprensión

  1. Con un potente microscopio, observas a un organismo unicelular descubierto recientemente.
    ¿Cómo puedes determinar si el organismo es procarionte o eucarionte?
    Escoge 1 respuesta:
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  • Avatar aqualine ultimate style para el usuario montsefigaro3
    ¿Qué es la tincion de Gram?
    (4 votos)
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    • Avatar primosaur sapling style para el usuario Elena Murillo
      Es un método que se utiliza para identificar dos tipos de bacterias: las Gram positivas y las Gram negativas.
      Una forma de clasificar a las bacterias es por su pared celular. Las gram positivas tienen una pared más "gruesa" por así decirlo y las gram negativas una pared menos gruesa, además estas últimas tienen una membrana externa.
      Básicamente lo que se hace es que se tiñen las bacterias para poder diferenciarlas. Las gram positivas toman un color azul-violeta y las gram negativas toman un color rojizo y así puedes identificarlas :)
      (9 votos)
  • Avatar blobby green style para el usuario liznicole202
    Como las células pueden tener genes iguales? y para qué funcionan esos genes
    (2 votos)
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  • Avatar primosaur ultimate style para el usuario |~Rᴀᴍîʀᴇᴢ Tʀᴜᴊɪʟʟᴏ Gɪᴀɴ Fʀᴀɴᴄᴏ~|
    El material genético de los procitos:
    a)Está constituido exclusivamente por RNA y poco
    DNA.
    b) Se forma un número variable de cromosomas y
    plásmidos.
    c)Está dispuesta en forma circular.
    d) Está asociado a las histonas y no histonas.
    e)Está encerrado por la carioteca.
    (2 votos)
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  • Avatar blobby green style para el usuario Monserrat Guarneros
    Las Celulas Procarionte Y Eucarionte Son Importantes En Nosotros Pues Cada Una Con Su Función Nos Ayuda A Tener Algo
    (2 votos)
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  • Avatar starky seed style para el usuario Jhonier Steven Escobar
    ¿Donde se encuentra la membrana plasmática?
    (1 voto)
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  • Avatar blobby green style para el usuario Arantxa  Ríos
    Que organelo protege el adn del exterior en las procariontas?
    (1 voto)
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  • Avatar blobby green style para el usuario Monserrat Guarneros
    Las Celulas Procariontes Y Eucariontes Son Importantes Para Que Nosotros Podamos Desarrollarnos Pues Ambas Cumplen Diferentes Opciones
    (0 votos)
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