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.TEMA 10.1 Procariotas, eucariotas y entidades acelulares. Procariotas: Bacterias y Arqueas. Organismos unicelulares que, en general, poseen un solo cromosoma y no presentan compartimentos citoplasmáticos, excepto ribosomas. Los procariotas incluyen los dos grandes y únicos dominios denominados Bacteria y Archea. Se pueden llevar a cabo árboles filogenéticos de ambos dominios basándose en el 16S ARN ribosómico.
1. Morfología Presentan poca diversidad morfológica, generalmente, responden a una morfología esférica, espiral o cilíndrica.
- Esférica ( COCOS ): cuando el procariota presenta igual dimensión de largo que de ancho.
- Cilíndrica ( BACILOS ): cuando presentan una dimensión más grande que la otra.
- Espiral ( VIBRIOS, ESPIRILOS, ESPIROQUETAS ): procariotas del tipo bacilos curvados formando espiras. En función del número y forma de las espiras: vibrios (1 giro), espirilos (2 ó 3 giros), espiroquetas ( >3 giros). Algunas de las excepciones morfológicas son las siguientes: 2. Agrupaciones Después de dividirse, los procariotas quedan agrupados de diferentes maneras de tal forma que su tipo de agrupación puede ser una característica útil para su identificación. Mayoritariamente existen los siguientes tipos de agrupaciones dependiendo del plano de división:
- Diplo: asociación de procariotas en parejas. Se generan por división en 1 plano.
- Estrepto: asociación de procariotas en pequeñas cadenas. Por división en 1 plano.
- Tétradas: grupos de 4 unidades. Por división en 2 planos perpendiculares.
- Sarcinas: grupos de 8 unidades. Por división en 3 planos perpendiculares.
- Estafilo: asociación de procariotas en forma de grumos^ racimos. Por división en varios planos aleatorios. Estos términos se añaden delante del nombre morfológico del organismo: estreptococos ó estreptobacilos.
4. Estructuras celulares Dentro de las estructuras procariotas encontramos 2 categorías: esenciales y NO esenciales. - Estructuras esenciales : Están presenten en todos los procariotas y son las siguientes: membrana, citoplasma, pared celular, nucleoide y ribosomas.
- Membrana citoplásmica
La membrana es la barrera que define la unidad celular (lo que es una célula). Esta membrana delimita el interior (citoplasma) del exterior celular (medio colindante). Composición: formada por una bicapa de fosfolípidos y proteínas intercaladas, dando lugar a esta membrana unitaria trilaminar. Además, puede presentar componentes adicionales como hopanoides y oligosacáridos.
- Hopanoides: se intercalan entre la bicapa de lípidos (enlace éster) y dan rigidez/ estabilidad a la membrana. Estos componentes tienen una función y estructura similar a la de los esteroles en eucariotas.
- Oligosacáridos: son glicoproteínas y glicolípidos implicados en identificar señales del exterior.
Diferencias bacterias/arqueas: La membrana citoplásmica de las arqueas no contiene hopanoides y los fosfolípidos se organizan tanto en bicapa como en monocapa. Las bicapas se forman por enlaces éster y los lípidos que las forman contienen ácidos grasos; las monocapas se forman por enlaces éter y contienen largas cadenas de hidrocarburos tipo fitano en lugar de ácidos. En ambos casos presentan glicerol y fósforo. Arqueas: se forman diéteres (a 20 C) y tetraéteres (a 40 C) de glicerol. Función:
- Barrera semipermeable: la membrana actúa de barrera semipermeable , permitiendo mantener los componentes del citoplasma en [ ] superiores a las externas, regular el transporte de moléculas para la entrada y salida de nutrientes.
- Anclaje de proteínas: la membrana sirve de anclaje para las proteínas pues el el lugar de inserción de muchas de ellas como las transportadoras, bioenergéticas ( ATPasa, CTE ), biosintéticas, quimiotácticas, etcétera. ATPasa = encima encargada de sintetizar e hidrolizar el ATP (molécula energética). CTE = cadena de transporte electrónico, que son las proteínas que movilizan los electrones y los protones.
- Conservación de la energía: la membrana participa en la conservación de energía ya que es una de las zonas de generación de energía mediante el mantenimiento/ formación de la diferencia de potencial entre el medio externo e interno y la síntesis de ATP por fuerza protón-motriz.
- Pared grampositiva (Gram+ / G+) Estructura y composición: esta pared está formada por una gruesa capa de peptidoglicano que representa alrededor del 90% de su composición; proteínas asociadas relacionadas con el transporte , entre las que destaca la proteína M de estreptococos; ácidos teicoicos , que son polímeros de ribitol ó glicerol fosfato que se unen a la capa de peptidoglicano por enlace covalente; ácidos lipoteicoicos que presentan la misma composición y función que los ácidos teicoicos, pero están embebidos en la membrana citoplásmica. Gram + y tinción de Gram: ciertas bacterias de pared G+ (micobacterias) responden mal a la tinción ya que acumulan por fuera de la pared compuestos impermeables que son verdaderas ceras. Esto hace que sean resistentes a tóxicos (tintes) y que crezcan lentamente ya que el intercambio de nutrientes y desechos con el exterior está comprometido por la presencia de dicha capa impermeable.
- Pared gramnegativa (Gram - / G-) Estructura y composición: compuesta por una delgada capa de peptidoglicano que representa alrededor del 10% de su composición total; periplasma, espacio entre ambas membranas que contiene lipoproteínas, mureína y enzimas hidrolíticas; membrana externa trilaminar asimétrica que incluye lípidos especiales (LPS = lipopolisacáridos) que le confieren una mayor capacidad selectiva; porinas, es decir, proteínas triméricas que hacen canales de paso para el transporte de moléculas; lipoproteínas de Braun que sujetan la membrana externa a la mureína del periplasma. Capa de peptidoglicanos Proteínas asociadas relacionadas con el transporte ( proteína M de los estreptococos) Ácidos teicoicos Ácidos lipoteicoicos (embebidos en la membrana citoplásmica)
Gram - y lípidos LPS: gracias a las LPS de su membrana externa se caracteriza por se mucho más selectiva y tóxica que la pared G+. La fracción polisacárida (AgO) de las LPS genera una carga negativa alrededor de la bacteria que excluye compuestos tales como colorantes, sales biliares y antibióticos.
- Pared celular de arqueas Presentan muchos tipos de pared celular. Cabe destacar que su pared está formada por pseudomureína y no mureína, que es una red compuesta por cortas cadenas de peptidoglicanos, unidas entre si por enlaces peptídicos. Este peptidoglicano está formado por un disacárido formado por 2 unidades repetitivas: N-acetil-glucosamina (NAG) y N-acetil-talosaminurónico (NAT) unidas mediante enlace glicosídico B (1,3) , que a diferencia de la B (1,4) de la pared de las bacterias es insensible a la lisozima. Periplasma: espacio que incluye la capa de p e p t i d o g l i c a n o (mureína), lipoproteínas y enzimas hidrolíticas LPS: fracción lípida (Lípido A) es tóxica y fracción sacárida (polisacárido O) es muy antigénica Capa de peptidoglicano delgada Membrana externa trialminar asimétrica Porinas Lipoproteinas Braun
- Sustancia polimérica extracelular (EPS):^ polímero polisacárido, que participa en la formación de biofilms (un tipo de ecosistema), produciendo la matriz donde se quedan adheridos los microorganismos participantes en dicha biopelícula.
- Fimbrias, Ganchos y Pelos
Apéndices filamentosos presentes en algunos procariotas, de naturaleza proteica, cortos y rígidos, que se extienden hacia el exterior de la célula y presentan diversas funciones. Fimbrias: filamentos finos, rectos y abundantes que participan en la adherencia a superficies y en la de biofilms. Presentes en casi todas las Gram (-) y en algunas Gram (+). Ganchos: filamentos parecidos a las fimbrias pero aún más finos y recientemente encontrados en arqueas SM1. Pelos: filamentos más gruesos y largos que los anteriores, son mucho menos abundantes por célula ( de 1 a 10/cel). Presentes en algunas Gram (-). Estas estructuras están muy especializadas según su función distinguimos: pelos F o sexual (para la transferencia de ADN por conjugación genética) ó pelos tipo IV (movimiento por deslizamiento y transformación genética).
- Citoplasma
Solución coloidal que incluye a todos los constituyentes celulares englobados por la membrana citoplásmica: materia genético, proteínas del citoesqueleto, ribosomas 70S e inclusiones.
Composición ó constituyentes a los que engloba:
- Material genético: moléculas que contienen los genes. En el caso de los procariotas sólo existe 1 cromosoma y la estructura molecular es de tipo ADN bicatenario circular en la que se contienen información de los genes completos. Este material genético se localiza en el nucleoide ya que no presentan memrbana nuclear y tampoco un núcleo a diferencia de las eucariotas. El nucleoide = masa agregada de ADN que constituye el cromosoma de las bacterias y aqruqeas. Contiene una única moléucla de ADN bicatenaria y circular y contiene los genes esenciales para la vida del procariota. Plásmidos = pequeñas moléculas de ADN circular bicatenario y extracromosómico, presente en procariotas. Contiene los genes no esenciales que confieren al procariota cierta ventaja selectiva para la supervivencia bajo determinadas condiciones ambientales. Los genes plásmídicos más habituales son: de resistencia antimicrobiana (antibióticos, UV, desinfectantes…) y de síntesis de proteínas (enzimas, toxinas…).
Por flotación: se realiza mediante vesículas de gas que permiten desplazarse al individuo en el eje vertical. Este tipo de movimiento es propio de bacterias verdes y cianobacterias. Por deslizamiento: también conocido como gliding, se lleva a cabo mediante tres mecanismos.
- Excreción de polisacáridos mucosos según se deslizan (cianobacterias).
- Extensión y retracción de pelos tipo IV (myxococcus).
- Retracción y desplazamiento de proteínas de membrana (flavobacterium). El desplazamiento de las proteínas de la membrana externa se da un sentido, y hace que la membrana citoplásmica se mueva en el sentido contrario, de esta forma desplaza con ella a la célula.
6. Endosporas bacterianas Son células diferenciadas que actúan como estructuras de supervivencia, permitiendo al organismo hacer frente a condiciones adversas. No son formas reproductivas. Presentes en bacterias Gram (+). Estas estructuras son muy resistentes a la desecación, radiación, calor, agentes químicos, colorantes, etc… y pueden permanecer viables durante largos periodos de tiempo. En relación con las endosporas encontramos dos procesos: Esporulación: proceso de diferenciación de la célula en el interior de la célula vegetativa (espora). Germinación: proceso de diferenciación en el interior de la espora (célula vegetativa). .TEMA 10.2 Procariotas, eucariotas y entidades acelulares. Eucariotas: Protistas y Hongos. Los microorganismos eucariotas pertenecen a un único dominio (Eukarya) e incluyen un grupo polifilético denominado Protista y otro monofilético Fungi.
- Grupo Fungi (monofilético): este grupo constituye un reino. Sin embrago, el grupo de los Protistas incluye un variado grupo de difícil ubicación taxonómica dando lugar a numerosas reordenaciones, problema aún sin resolver. De ahí la existencia de tres diferentes clasificaciones principales:
2. Protistas .Protozoos, microalgas, oomicetos y hongos mucilaginosos. Colección de microorganismos polifiléticos muy variada. Este grupo puede presentar más de 1 núcleo. Todos los protistas son unicelulares o pluricelulares sin diferenciación en tejidos (no hay tejidos). Pueden organizarse en microcolonias. Los protistas pueden ser tanto quimiotrofos (obtienen su energía por oxidación de donantes de electrones de sus ambientes: estas moléculas pueden ser orgánicas “quimiorganótrofos” ó inorgánicas “quimiolitótrofos” ) como fototrofos (obtención de la energía por energía solar). Se alimentan por absorción de nutrientes o por fagocitosis. Presentan tanto vida libre como en asociación parasitaria. Se reproducen de forma asexual (por fisión binaria, múltiple o por gemación) ó sexual (mediante zigoto diploide).
- Stramenópilos (diatomeas hy oomicetos) Diatomeas Algas marinas y dulceacuícolas, algunas muy específicas de ciertos ecosistemas (interés en análisis forense). Están rodeadas de una rígida testa de sílice, denominada frústula , que tiene 2 mitades que encajan una en la otra. La parte superior de la testa se denomina epíteca y la inferior hipoteca. Las frústulas proporcionan formas simétricas muy características y son responsables de la división asexual reductiva del organismo. Proceso de división asexual reductiva
1º Se da la mitosis de la célula. 2º La nueva célula comienza a generar la hipoteca. 3º Al generar la hipoteca la célula debe hacerse cada vez más pequeña para entrar dentro. 4º Se dan una serie de mitosis sucesivas hasta que se llega al nivel/estado crítico. 5º A partir de aquí ocurre la división sexual. Bajo determinadas condiciones las diatomeas producen extensos afloramientos conocidos como BLOOMS , que son muy tóxicos debido a la toxina que presentan, llamada ácido domoico. Las frústulas pueden usarse como filtros para depurar el agua mediante lo que conocemos como tierra de diatomeas. Oomicetos En la actualidad no se consideran un grupo, están incluidos en las diatomeas y las algas doradas. Son protistas heterotrófos y parásitos, incluyen especies patógenas, para vegetales y animales. Phytophtora infestans Es un parásito de la patata responsable de la hambruna en Irlanda a medidas de 1800. Aphanomyces astaci Es un parásito de plantas y crustáceos, que produjo la plaga del cangrejo rojo americano en la península ibérica, dando como resultado la extinción del cangrejo autóctono en las marismas de Huelva y el resto de la península.
- Alveolados (dinoflagelados) Estos protistas presentan sacos alveolados bajo la membrana y una hendidura central donde se enrosca un flagelo que actúa a modo de cuerda de peonza, que al desenroscarse lanza al organismo (movimiento celular). Son clásicos productores de BLOOMS: blooms de bioluminiscencia, de alto interés turístico en algunos países ó blooms tóxicos por las toxinas que producen, concentrándose en peces y bivalvos (ciguatera: ciguatoxina y marea roja: saxitoxina).
3. Hongos Son un amplio y diverso grupo de microorganismos eucariotas, que constituye por sí solo el Reino Fungi, filogenéticamente muy próximo a los animales. De su estudio se encarga la micología. Algunas de sus características son las siguientes: - Son organismos aerobios aunque algunos pueden vivir en condiciones anaeróbicas como las levaduras (anaerpbias facultativas), que fermentan en estas condiciones. - Son terrestres (en general) y algunas especies son dulceacuícolas o de agua salada. - Se reproducen asexual y sexualmente mediante esporas, escepto algunos que lo hacen por gemación. - Sintetizan numerosos metabolitos, lo que les hace importantes para la industria (alimentos, antibióticos, fármacos, ácidos orgánicos…). - Algunas especies son patógenas (micosis) y otras simbióticas (micorrizas y líquenes). - Generalmente son saprófitos que se alimentan por absorción mediante secreción de enzimas, descomponiendo la materia orgánica. Características morfológicas: Los hongos pueden ser unicelulares (levaduras) o pluricelulares (mohos) y en algunos casos dimórficos (alternan su morfología según las condiciones ambientales).
- Las levaduras presentan una morfología celular irregular ovoide y sus colonias son
similares a las de las bacterias.
- Los mohos morfología filamentosa y cada uno de estos filamentos se denomina hifa;
al conjunto de hifas se le denomina micelio. Las colonias que forman son irregulares pilosas.
- Dimórficos : alternan de morfología levadura-filamento según condiciones
ambientales, por ejemplo con la temperatura. Características morfológicas (hongos): Los mohos presentan varios tipos de hifas, denominadas de diferente manera según su función y estructura.
- Hifas aéreas: son las que crecen por encima del sustrato, están diferenciadas y son hifas reproductoras.
- Hifas^ vegetativas:^ crecen^ pegadas^ al sustrato y constituyen el micelio vegetativo (absorben nutrientes y producen enzimas líticas). Pueden ser de dos tipos: septadas o cenocíticas. 1. Septadas: hifas con un septo (pared) transversal que presenta un poro central que comunica los espacios separaados. 2. Cenocíticas: hifas sin septos y con sus núcleos distribuidos a lo largo del filamento.
