Estructura Bacteriana: Elementos Facultativos y Obligados

Las bacterias, estructuralmente, están constituidas por:

Elementos obligatorios

Están presentes en todas las bacterias y son indispensables para la vida de la propia célula. Son:

• Pared celular
• Membrana citoplasmática
• Citoplasma
• Ribosomas
• Región nuclear

Elementos facultativos

Pueden estar o no presentes en la bacteria y son:

• Cápsula
• Flagelos
• Pelos (Pili)
• Endosporas
• Inclusiones citoplasmáticas

La Pared Celular Bacteriana

La pared celular es el límite externo de la célula. Tiene una estructura rígida parecida a la pared celular de las células vegetales. Entre sus funciones destacan las siguientes:

• Protege a la bacteria de cambios externos adversos.
• Ayuda a mantener la morfología de la célula.
• Proporciona a la bacteria resistencia frente a los antibióticos.
• Permite el paso selectivo de algunas sustancias.
• Está implicada en la patogenicidad de la bacteria.

Existen bacterias sin pared celular, como los Micoplasmas, y otras que, al perderla, se transforman en formas L (protoplastos o esferoplastos).

Tinción de Gram y Composición

La pared se pone de manifiesto mediante la tinción por el método de Gram, que permite, de acuerdo con la afinidad tintorial, dividir a las bacterias en Gram positivas y Gram negativas. No obstante, tanto las bacterias Gram positivas como las Gram negativas poseen un componente común: el peptidoglicano (glucopéptido o mureína).

El peptidoglicano es un heteropolisacárido formado por dos aminoazúcares alternantes: N-acetilglucosamina (NAG) y el ácido N-acetilmurámico (NAM). Cada cadena permanece unida a las adyacentes mediante un tetrapéptido, formándose una especie de malla o red.

Estructura del Peptidoglicano

Microbiología

Pared celular de las bacterias Gram positivas

En estas bacterias, el peptidoglicano es muy abundante, constituyendo entre el 50 y el 90% del peso de la pared. Por fuera se suelen encontrar los ácidos teicoicos (polímeros de ribitol-fosfato o glicerol-fosfato).

Pared celular de las bacterias Gram negativas

Es más compleja en composición y estructura. El peptidoglicano es solo una pequeña porción de la pared (10%). El componente mayoritario es la membrana externa, con un alto contenido en lípidos y cuyo componente fundamental es el lipopolisacárido (LPS), además de fosfolípidos y lipoproteínas.

El lipopolisacárido está formado por tres componentes:

1. Cadena glucídica: confiere tipo-especificidad al tratarse de un antígeno de superficie.
2. Parte central o core: es grupo-específica.
3. Porción lipídica (Lípido A): responsable de la toxicidad, puesto que actúa como endotoxina.

Hacia la cara externa de la membrana se localizan unas proteínas denominadas porinas, que forman canales o poros en su interior.

Membrana Plasmática

Es la estructura delgada que se encuentra por dentro de la pared celular, encerrando el citoplasma de la célula. Sus funciones son:

• Actúa como barrera selectiva: a través de ella se produce el paso de moléculas en ambas direcciones debido a la presencia de permeasas.
• En ella se localizan las enzimas respiratorias (citocromo-oxidasas).
• Posee invaginaciones o plegamientos grandes e irregulares llamados mesosomas, relacionados con la duplicación del cromosoma bacteriano y la división celular.
• En su cara externa se localizan las PBP (proteínas fijadoras de penicilina), que intervienen en la síntesis del peptidoglicano y son la diana de los antibióticos betalactámicos.

Membrana plasmática: modelo de mosaico fluido con proteínas integrales y fosfolípidos.

Citoplasma y Material Genético

Citoplasma

Limitado por la membrana, es una masa heterogénea que engloba todos los demás elementos de la célula, incluyendo los ribosomas, el material genético e inclusiones de reserva (polifosfatos, glucógeno, lípidos, etc.). Está formado por un 80% de agua, principios inmediatos, minerales y enzimas.

Material genético

No existe membrana nuclear que lo separe del citoplasma. Consiste en una sola molécula de ADN bicatenario circular (1 cromosoma). A veces existe ADN extracromosómico: plásmidos, que son moléculas circulares con capacidad autorreplicativa que pueden integrarse en el cromosoma bacteriano e incluso transferirse por conjugación a otras bacterias. Entre sus funciones destaca la resistencia a antibióticos, metales pesados y toxinas.

La reproducción en bacterias se realiza de forma asexual por duplicación del material genético. Ocasionalmente, se dan mecanismos de intercambio genético (reproducción parasexual) por tres vías: transformación, transducción y conjugación.

Elementos Facultativos en Detalle

Cápsula

Capa mucosa presente en algunas bacterias (Gram positivas y Gram negativas), constituida por polímeros sintetizados por la propia bacteria que se depositan por fuera de la pared celular. Puede ser de naturaleza polisacarídica (ej. K. pneumoniae, S. pneumoniae y H. influenzae) o proteica (ej. género Bacillus).

Funciones:

• Protección frente a la fagocitosis (factor de virulencia).
• Capacidad antigénica.
• Protección frente a fagos y antibióticos.

Glicocálix

Homopolisacárido extracelular formado por un entramado de fibras que facilitan la adherencia a superficies (ej. Streptococcus mutans en la caries dental). Sus funciones incluyen la adherencia y la disminución de la eficacia de los antibióticos.

Flagelos

Apéndices filamentosos largos que nacen de la membrana celular, constituidos por la proteína flagelina (antígeno H). Son órganos de locomoción, más frecuentes en bacilos que en cocos. Se clasifican en:

• Monotricas
• Lofotricas
• Peritricas

Fimbrias o Pili

Apéndices proteicos cortos y numerosos. Su función principal es la adherencia a superficies (especialmente en el epitelio de las vías urinarias). Los pili sexuales son más largos y participan en la conjugación bacteriana.

Endosporas

Estructuras de resistencia presentes en algunas especies bacilares. La esporulación es el paso de forma vegetativa a espora, y la germinación es el proceso inverso. Su localización puede ser central, terminal o subterminal, y se utilizan para la identificación bacteriana.

Nutrición, Metabolismo y Crecimiento Bacteriano

Para vivir y reproducirse, la bacteria necesita nutrientes esenciales, energía y condiciones fisicoquímicas adecuadas.

1.1 Nutrientes esenciales

• Agua: Constituye el 80% de la célula.
• Sales minerales: Mantienen el equilibrio iónico y actúan como cofactores.
• Oligoelementos: Manganeso, cinc, cobre, cobalto, níquel, boro, etc.
• Carbohidratos: Fuente energética principal (glucosa, lactosa).
• Proteínas/Nitrógeno: Aminoácidos, sales de amonio, nitratos.
• Lípidos: Fuente de energía para algunas especies.

1.2 Elementos específicos (Factores de crecimiento)

Sustancias que la bacteria no puede sintetizar:

• Aminoácidos, purinas y pirimidinas.
• Vitaminas (ej. Vitamina K para anaerobios).
• Cofactores: Factor X (hemina) y Factor V (NAD/NADP), esenciales para Haemophilus.

1.3 Condiciones fisicoquímicas

1. pH: El óptimo para patógenos es 6,5-7,5. Las acidófilas (Lactobacillus) y alcalófilas (Vibrio) son excepciones.
2. Temperatura:
   • Psicrófilas (0-20 °C).
   • Mesófilas (20-45 °C, óptimo 37 °C – mayoría de patógenos).
   • Termófilas (encima de 45 °C).
3. Presión osmótica: Las bacterias halófilas toleran altas concentraciones de sal.
4. Oxígeno: Aerobias estrictas, anaerobias estrictas, facultativas y microaerofílicas.
5. CO2: Algunas requieren 5-10% (ej. Neisseria).
6. Humedad: Esencial para el crecimiento; la desecación afecta a Treponema pero no a las esporas de Bacillus.

Metabolismo Bacteriano

Conjunto de reacciones químicas divididas en:

• Catabolismo: Descomposición de sustancias para liberar energía (ATP). Se realiza por respiración (aerobia o anaerobia) o fermentación (alcohólica, láctica, propiónica).
• Anabolismo: Síntesis de materiales celulares (cápsulas, toxinas, antibióticos, vitaminas, pigmentos).

Crecimiento Bacteriano

Se define como el aumento de los componentes celulares, el tamaño o el número de la población. El estudio cuantitativo se realiza analizando la curva de crecimiento en medio líquido, que presenta cuatro fases:

1. Fase de Latencia: Adaptación al medio, sin aumento de número pero sí de masa.
2. Fase Exponencial: Incremento máximo del número de microorganismos.
3. Fase Estacionaria: Agotamiento de nutrientes y acumulación de desechos.
4. Fase de Muerte: Disminución exponencial de la población.

El método más común para medirlo es la turbidimetría mediante espectrofotómetro. El tiempo de generación varía según la especie (ej. Proteus: 17 min; M. tuberculosis: varias horas).

Estudio cualitativo

La mayoría de las bacterias crecen en medios artificiales. En medios sólidos, forman colonias, cuyas características (tamaño, forma, aspecto) son constantes y fundamentales para la identificación clínica.