Célula procariota
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.
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 polímeros.
Algunos
eucariontes, como las plantas y los hongos, también tienen paredes
celulares, pero están compuestas de diferentes materiales que las de los
procariontes. Las paredes celulares vegetales están hechas
principalmente de celulosa, y las de los hongos, de un polisacárido
modificado llamado quitina. Aprende más acerca de la celulosa y la
quitina en el artículo sobre carbohidratos.
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).
La tinción de Gram
El
proceso de tinción consiste en aplicar dos colorantes a una misma
muestra de bacterias. Primero, se aplica un colorante de cristal violeta
y yodo, los cuales se unen y forman una molécula voluminosa que se une a
la pared celular de las bacterias. Luego se usa alcohol para lavar la
muestra, lo que remueve el compuesto de violeta y yodo sobrante o apenas
unido a la pared. Entonces se aplica un tinte rojo a la muestra.
La estructura de la pared celular de la bacteria determina qué tinte es
visible al final del procedimiento. Las bacterias gram-positivas tienen
una gruesa pared de peptidoglucano, que atrapa las moléculas voluminosas
de violeta y yodo. (El tinte rojo también se une, pero el cristal
violeta lo cubre). En cambio, las bacterias gram-negativas tienen una
delgada pared de peptidoglucano y una membrana externa adicional (ver la
imagen siguiente). La delgada pared de peptidoglucano solo retiene el
tinte rojo, lo que le da un tono rosado a las bacterias gram-negativas.
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.
Además
de estar compuestas de monocapas en algunos casos, las membranas
plasmáticas de las arqueas tienen otras características distintas a las
de las bacterias y eucariontes. A continuación se mencionan otras tres
diferencias fundamentales:
- En primer lugar, las arqueas tienen fosfolípidos con colas isoprenoides en lugar de colas de ácido graso. Las colas isoprenoides presentan ramificaciones, las de ácidos grasos, no.
- En segundo lugar, la unión entre la molécula de glicerol y las colas isoprenoides en las arqueas es un enlace éter. En cambio, en bacterias (y eucariontes), el glicerol se une a las colas de ácido graso por medio de un enlace éster, como se muestra a continuación.
- En tercer lugar, las moléculas de glicerol que conforman los fosfolípidos de las arqueas son imágenes especulares de las que constituyen los fosfolípidos bacterianos y eucariontes (cuando se ven en un espacio tridimensional). Estas formas de glicerol son enantiómeros una de otra y se designan como L-glicerol (que se encuentra en arqueas) y D-glicerol (que se encuentra en bacterias y eucariontes).
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.
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.
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.
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 Calvin.
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