Membrana citoplasmática (MCP)
La membrana interna de la célula es una estructura «fluida» y dinámica, cuya organización química es muy similar a la plasmalema de las células animales. La base de la membrana es una doble capa de lípidos (bicapa fosfolipídica) en la que se integran diversas proteínas.
Al estudiarla mediante microscopía electrónica, la MCP se observa como una estructura trilaminar bien definida. Consta de dos capas oscuras externas, con un grosor aproximado de 2,5 nm cada una, y una capa intermedia clara que las separa. El componente proteico de la membrana incluye proteínas integrales que atraviesan la bicapa por completo. Una parte significativa de estas moléculas actúa como permeasas, transportadores especializados que aseguran el transporte de sustancias hacia el interior y el exterior de la célula.
Funciones de la membrana citoplasmática:
- Actúa como una barrera que limita estrictamente el citoplasma.
- Regula la presión osmótica intracelular.
- Lleva a cabo el transporte de metabolitos y nutrientes.
- Desempeña un papel clave en el metabolismo energético. Los procariotas carecen de mitocondrias, por lo que las enzimas de la cadena de transporte de electrones y las ATPasas se localizan precisamente en la membrana citoplasmática.
Derivados de la membrana: mesosomas e invaginaciones
Cuando la membrana de la bacteria crece más rápido que la pared celular que la rodea, se forman invaginaciones específicas hacia el interior del citoplasma. Por el grado de complejidad de su organización estructural, se suelen dividir en dos grupos:
- Membranas intracitoplasmáticas: formaciones de estructura relativamente simple.
- Mesosomas: estructuras membranosas multicapa y de formas complejas.
En la comunidad científica aún se debate sobre la naturaleza de los mesosomas. Varios investigadores apoyan la hipótesis de que son un artefacto que surge durante el proceso de fijación química de las preparaciones para microscopía electrónica. Sin embargo, la visión tradicional atribuye a los mesosomas la participación en procesos vitales y de gran consumo energético de la célula bacteriana. Se cree que intervienen en la división celular (asegurando una correcta segregación de las moléculas de ADN), suministran energía para la síntesis de la nueva pared celular y participan en la secreción de sustancias y la esporulación.
Citoplasma y aparato sintetizador de proteínas
El citoplasma ocupa el volumen principal y dominante de la célula bacteriana. Es un sistema coloidal complejo que incluye proteínas solubles, varios tipos de ARN, ribosomas y diversas inclusiones.
Características de los ribosomas Los ribosomas procariotas tienen un tamaño de unos 20 nm y son el principal aparato de síntesis de proteínas. Su diferencia clave con respecto a los ribosomas eucariotas radica en el coeficiente de sedimentación: en las bacterias es de 70S, mientras que en los eucariotas es de 80S. Esta diferencia estructural tiene una enorme importancia médica. Gracias a ella se cumple el principio de toxicidad selectiva de muchos fármacos antibacterianos: inhiben específicamente la síntesis de proteínas en los ribosomas bacterianos 70S sin dañar en absoluto las células del organismo humano.
El ribosoma 70S se disocia en dos subunidades funcionales:
- Subunidad menor (30S): contiene una molécula de ARNr 16S.
- Subunidad mayor (50S): contiene una molécula de ARNr 23S.
Los ARN ribosómicos son elementos altamente conservados, una especie de «reloj molecular» de la evolución de los microorganismos. En particular, la estructura del ARNr 16S sirve como base fundamental de la genosistemática, permitiendo determinar con precisión el grado de parentesco evolutivo entre diferentes organismos.
Inclusiones citoplasmáticas
Las inclusiones se forman en el citoplasma cuando hay un exceso de nutrientes en el entorno. Desempeñan el papel de una reserva estratégica de carbono y energía que la bacteria consumirá en períodos de ayuno. Los principales tipos de estos acúmulos intracitoplasmáticos incluyen gránulos de glucógeno, polisacáridos de tipo almidón, ácido $\beta$-hidroxibutírico y polifosfatos.
Volutina (gránulos de polifosfatos) Los gránulos de volutina son acúmulos de polifosfato inorgánico polimerizado. En la microscopía electrónica aparecen como zonas electrodensas con un tamaño de 0,1 a 1,0 µm, que se localizan con mayor frecuencia en los polos de la célula.
La principal propiedad físico-química de la volutina es su gran afinidad por los colorantes básicos y su capacidad de metacromasia (cambio del color original del colorante). Al utilizar azul de metileno o azul de toluidina, así como en la tinción de Neisser, los gránulos de volutina adquieren un intenso color rojo violeta, mientras que el citoplasma se tiñe de azul. Este fenómeno tiene un valor diagnóstico primordial: la presencia de gránulos metacromáticos característicos en los polos celulares es un signo clave para la identificación en laboratorio del agente causal de la difteria (Corynebacterium diphtheriae).
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué mecanismos de transporte de sustancias a través de la membrana citoplasmática existen en las bacterias?
En las bacterias existen cuatro mecanismos principales de transporte de sustancias a través de la membrana citoplasmática, además de sistemas especializados de secreción.
| Tipo de transporte | Demanda energética | Relación con el gradiente |
|---|---|---|
| Difusión simple | No requerida | A favor del gradiente |
| Difusión facilitada | No requerida | A favor del gradiente (mediante translocasa) |
| Transporte activo | Requerida (ATP, permeasas) | En contra del gradiente |
| Translocación de radicales | Requerida (con modificación química) | En contra del gradiente |
Además, las bacterias cuentan con el sistema fosfotrasferasa y sistemas de secreción específicos (por ejemplo, los tipos III y IV), que aseguran la excreción de componentes estructurales, proteínas, ADN y factores de patogenicidad.
¿Qué clases de antibióticos inhiben selectivamente la síntesis proteica al unirse a las subunidades 30S y 50S de los ribosomas bacterianos?
La síntesis de proteínas es inhibida selectivamente por antibióticos que actúan sobre diferentes subunidades del ribosoma bacteriano 70S.
- Aminoglucósidos: actúan sobre la subunidad 30S; alteran la unión del ARNt y la formación del complejo de iniciación. La inhibición es irreversible.
- Tetraciclinas: actúan sobre la subunidad 30S; bloquean la unión del nuevo aminoacil-ARNt al sitio aceptor. La inhibición es reversible.
- Macrólidos (por ejemplo, eritromicina), cloranfenicol y lincosamidas: actúan sobre la subunidad 50S.
Para los fármacos que actúan sobre la subunidad 50S, se describen los siguientes mecanismos: bloqueo de la peptidil transferasa, alteración de la translocación del peptidil-ARNt y terminación prematura de la cadena peptídica. Su tipo de acción es bacteriostático.
¿Qué bacterias, además del agente causal de la difteria, son capaces de formar gránulos de volutina prominentes?
Además del agente causal de la difteria, se observan gránulos de volutina en los agentes causales de la tuberculosis y la lepra: su citoplasma contiene inclusiones lipídicas y gránulos de volutina.
En comparación, en Corynebacterium pseudodiphtheriticum (C. hofmannii), los gránulos de volutina están prácticamente ausentes.
Para no confundirse con la estructura del ribosoma procariota: tiene un tamaño de 70S y consta de las subunidades 50S y 30S. ¡En el mundo de la sedimentación las matemáticas 50+30=80 no funcionan, por lo que la suma siempre es 70!
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué las enzimas del metabolismo energético bacteriano se encuentran en la membrana citoplasmática?
Las células procariotas carecen de orgánulos membranosos, como las mitocondrias. Por lo tanto, la membrana citoplasmática asume el papel de análogo funcional de las mitocondrias, al albergar las ATPasas y las enzimas de la cadena de transporte de electrones.
¿Cuál es el significado médico de la diferencia entre el ribosoma bacteriano y el humano?
La diferencia en el coeficiente de sedimentación (70S en bacterias frente a 80S en humanos) permite que los antibióticos bloqueen selectivamente la síntesis de proteínas bacterianas. El fármaco «reconoce» su diana específica y no daña las células del organismo hospedador.
¿Qué es la metacromasia?
Es un fenómeno en el cual una estructura se tiñe de un color diferente al del propio colorante. Por ejemplo, al teñir bacterias con colorantes azules, los gránulos de volutina adquieren un color rojo-violáceo.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismos de acción de las permeasas de membrana y tipos de transporte de sustancias
- El papel de los invaginados en el proceso de segregación del ADN durante la división celular
- Principios de la genosistemática basada en el análisis del ARNr 16S
- Técnica de tinción de frotis bacterianos según el método de Neisser
- Metabolismo del ácido $\beta$-hidroxibutírico en bacterias
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