CÈL·LULA BACTERIANA: CARACTERÍSTIQUES I ESTRUCTURA (PARTS) - BIOLOGIA - 2025

La cèl·lula bacteriana és l'organització més simple que es coneix d'un organisme viu. Els bacteris són organismes unicel·lulars que no posseeixen nucli ni cap orgànul separat de l'contingut citosòlic a través d'una membrana (tots els bacteris estan classificades dins el domini Procariota).

Els estudis científics han demostrat que, tot i que les cèl·lules bacterianes no tenen orgànuls, posseeixen una organització, una regulació i una dinàmica interna molt controlada i precisa. Aquestes tenen tots els mecanismes necessaris per a sobreviure a les condicions hostils i canviants de l'ambient on habiten.

Esquema general d'un bacteri i les seves parts (Font: This vector image is completely made by Ali Zifan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Tal capacitat d'adaptació ha significat per als científics una important eina i un model biològic ideal per estudiar els principis bàsics de la biologia molecular; els coneixements bàsics sobre la replicació, la transcripció i la traducció de l'ADN es van entendre primer en les cèl·lules bacterianes abans que en les cèl·lules eucariotes.

Totes les cèl·lules bacterianes són microscòpiques, és a dir, no es poden observar a simple vista sense emprar un microscopi, el que representa un gran avantatge per a l'estudi d'aquests microorganismes, ja que en poc espai i amb pocs recursos nutricionals es poden mantenir i estudiar a milions de cèl·lules vives.

En l'actualitat la cèl·lula bacteriana és una de les eines biotecnològiques més importants. Els científics manipulen l'ADN extra cromosòmic dels bacteris per produir de forma sintètica gairebé qualsevol proteïna d'interès humà.

Característiques generals de la cèl·lula bacteriana

Morfològicament, les cèl·lules bacterianes poden ser molt variables, però, tot i així, totes comparteixen característiques comunes. Per exemple:

- Tota cèl·lula bacteriana posseeix una paret cel·lular que l'envolta i que està composta per una combinació de carbohidrats amb pèptids que rep el nom de "peptidoglicà".

- Les cèl·lules bacterianes són organismes unicel·lulars, és a dir, que cada cèl·lula és un organisme complet que pot créixer, alimentar-se, reproduir-se i morir.

- El material genètic dels bacteris està "escampat" o distès en un gran embull submergida en el citosol cel·lular, en una regió coneguda com la regió nucleoide.

- Molts bacteris posseeixen estructures especialitzades per a la locomoció anomenades "flagell", les quals estan en les regions més externes dels seus cossos.

- És comú trobar cèl·lules bacterianes formant colònies o mantenint una relació simbiòtica amb altres organismes i, a més, molts bacteris aquestes són patògens per a l'ésser humà.

- La majoria dels bacteris té una longitud gairebé 10 o 15 vegades inferior a la mida de qualsevol cèl·lula animal (eucariota), ja que no superen la unitat de micres en longitud.

- Es troben en tots els ambients existents sobre la biosfera, ja que hi ha d'aquests microorganismes adaptats a pràcticament qualsevol condició ambiental.

Estructura de la cèl·lula bacteriana (parts)

Molts científics subdivideixen a la cèl·lula bacteriana en tres regions anatòmiques per facilitar el seu estudi. Aquestes tres regions que són comuns per a qualsevol tipus de cèl·lula bacteriana observada i són:

- La regió externa, conformada per les estructures extracel·lulars (flagels, pilos, cilis, entre d'altres)

- La regió de cobertura cel·lular, composta per la paret cel·lular i la membrana citoplasmàtica

- La regió interna, formada pel citosol i totes les estructures suspeses en aquest.

Segons l'espècie de bacteri que s'estudiï en cada regió s'observen algunes estructures i parts diferents a les "típiques" d'una cèl·lula bacteriana. No obstant això, les més comuns per a qualsevol cèl·lula bacteriana són explicades i classificades segons cada regió en la qual es troben.

regió extracel·lular

- Càpsula: és una superfície de polímers que recobreix a tota la paret cel·lular dels bacteris. Està composta per llim i glicocàlix, que al seu torn es componen d'abundants molècules de carbohidrats unides a lípids i proteïnes. La càpsula compleix una important funció protectora per a la cèl·lula.

- Pel·lícula: és una superfície, un líquid o una matriu viscosa en la qual estan submergides les cèl·lules bacterianes. Es formen de polisacàrids similars en composició als polisacàrids de la càpsula i generalment compleixen funcions en la protecció i en el desplaçament de les cèl·lules.

- fímbries: són una mena d'apèndixs filamentosos molt nombrosos que es troben units a la paret cel·lular dels bacteris. Aquestes serveixen per a la mobilitat i l'adherència de les cèl·lules bacterianes a qualsevol superfície. Es componen per una proteïna de caràcter hidrofòbic anomenada Pilina.

Fímbries del bacteri E. coli. Té 200 aproximadament. Font: (Image: Manu Forero) / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)

- Pili sexual: algunes fímbries (poques) es modifiquen per formar una mena de "canonada", la qual és emprada pels bacteris per a la conjugació (la transferència de material genètic entre bacteris diferents), que és una mena de "reproducció sexual" primitiva.

- Flagels: són filaments més llargs que les fímbries i que estan compostos per proteïnes; tenen un aspecte de "cua". Compleixen la funció impulsora per al desplaçament de les cèl·lules i estan ancorats a la membrana cel·lular. Es poden trobar des d'un fins a centenars de flagels en la mateixa cèl·lula bacteriana.

Bacteri Vibrio vulnificus amb flagels. CDC / Janice Haney Carr / Public domain

Diagrama d'un flagel bacterià (Font: LadyofHats / Public domain, via Wikimedia Commons)

Regió de cobertura

La cobertura cel·lular consisteix generalment en una membrana citoplasmàtica i una capa de peptidoglicà que és anomenada "paret cel·lular". L'embolcall es compon de complexos de lípids, carbohidrats i proteïnes. La composició química de l'embolcall de peptidoglicà s'utilitza com una classificació per distingir entre dos tipus de bacteris.

Els bacteris Gram positives i els bacteris Gram negatives. Els bacteris gram positives es caracteritzen per posseir una capa gruixuda de peptidoglicà, sense una membrana externa que ho recobreixi, mentre que les gram negatives tenen només una capa prima de peptidoglicà amb una membrana externa superposada sobre aquesta.

- Membrana citoplasmàtica: té una estructura similar a la membrana cel·lular de les cèl·lules eucariotes. Es tracta d'una bicapa de fosfolípids amb proteïnes associades (integrals o perifèriques). No obstant això, es diferencia de la membrana de les cèl·lules eucariotes en què no posseeix esterols sintetitzats de manera endògena.

La membrana citoplasmàtica de les cèl·lules bacterianes és una de les estructures més importants, ja que és allà on ocorre la fusió cel·lular, el transport d'electrons, la secreció de proteïnes, el transport de nutrients i la biosíntesi de lípids, etc.

regió interna

- Genoma: a diferència de les cèl·lules eucariotes, el genoma de les cèl·lules bacterianes no està contingut en un nucli membranós. En el seu lloc, aquest existeix com un embull d'ADN que es compacta en forma més o menys circular i s'associa amb algunes proteïnes i ARN. Aquest genoma és molts més petit que el genoma eucariota: té una grandària aproximada d'entre 3 a 5 MB i forma un únic cromosoma de topologia circular.

- Plàsmids o molècules d'ADN extracromosomales: són petites molècules d'ADN organitzat de forma circular que són capaços de replicar-se de forma independent a l'ADN genòmic cel·lular. Generalment, durant la conjugació s'intercanvien molècules d'ADN plasmídic, ja que en aquestes es codifica la informació necessària per a la resistència a antibiòtics i / o toxines.

ADN bacterià i plasmidis. Original file: User: Spaully. Translation: Fibonacci. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

- Ribosomes: els ribosomes participen en la traducció de l'ARN que va ser transcrit a partir de la seqüència d'un gen que codifica per a una proteïna. Cada cèl·lula bacteriana posseeix al voltant de 1500 ribosomes actius al seu interior. Les subunitats dels ribosomes de la cèl·lula bacteriana són de tipus 70s, 30s i 50s, mentre que les cèl·lules eucariotes tenen subunitats 60s i 40s.

És comú que els antibiòtics ataquin als ribosomes dels bacteris, bloquejant la traducció de les proteïnes i ocasionant la lisi o mort cel·lular.

- endosporas: els bacteris posseeixen unes espores internes que estan en estat de latència i són utilitzades per a la supervivència quan les condicions mediambientals són extremes. Les endosporas surten del seu estat de latència quan diferents receptors en la superfície detecten que les condicions són favorables novament; això origina una cèl·lula bacteriana nova completament funcional.

Endosporas verds a l'interior de cèl·lules bacterianes. CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

- Grànuls o cossos d'inclusió: aquests funcionen com una mena de reserva per carbohidrats, compostos fosfatats i altres molècules. La seva composició varia segons l'espècie de bacteri i són fàcilment apreciables en el citoplasma utilitzant microscopis òptics.

referències

1. Cabeen, MT, & Jacobs-Wagner, C. (2005). Bacterial cell shape. Nature Reviews Microbiology, 3 (8), 601-610.
2. Coleman, JP, & Smith, CJ (2007). Structure and Composition of Microbes.
3. Gitai, Z. (2005). The new bacterial cell biology: moving parts and subcellular architecture. Cell, 120 (5), 577-586.
4. Silhavy, TJ, Kahne, D., & Walker, S. (2010). The bacterial cell envelope. Cold Spring Harbor perspectives in biology, 2 (5), a000414.
5. Willey, JM, Sherwood, L., & Woolverton, CJ (2009). Prescott s principles of microbiology. Boston (MA): McGraw-Hill Higher Education.