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TEMA 21 Las Arqueas
Conforman uno de los 3 dominios del árbol de la vida. Las primeras bacterias estudiadas fueron unas hipertermófilas; a pesar de la creencia general de que las arqueas son más antiguas en realidad las bacterias son más antiguas que éstas. Su estructura celular y modo de vida es equivalente al procariota:
- Dos principales filum: Crenarchaeota y Euryarchaeota (Korarchaeota no lo estudiaremos). Contienen especies termófilas, hipertermófilas y psicrófilas, pudiendo encontrarlas en ambientes marinos, terrestres, en simbiosis con animales (en el intestino de rumiantes hay metanógenas), ambientes extremos de Tª, salinidad o pH gracias a sus adaptaciones estructurales, químicas y metabólicas (algunas las vemos en la foto inferior, lo importante está remarcado en rojo).
- Pueden ser aerobias, anaerobias facultativas o anaerobias estrictas.
- Gran diversidad nutricional y de conservación de la energía:
- Las metanógenas son distintas al resto de seres vivos, realizan la ruta del acetil- CoA ( autotrofía ) y producen metano.
- NINGUNA realiza la fotosíntesis a excepción de algunas haloarqueas.
- El resto de arqueas son quimiorganótrofas (usan CRC en la vía Entner Doudoroff o la glucolisis) o quimiolitótrofas (algunas usan H2 por ejemplo).
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Dentro las quimiolitótrofas algunas son autótrofas pudiendo realizar la ruta del acetil- CoA (metanógenas), o el TCA-1, ciclo del hidroxipropionato o ciclo de Calvin (estos 3 las hipertermófilas). Cabe destacar que no se sabe mucho acerca de sus metabolismos intermedios (aa, nucleótidos…) y poseen citocromos que permiten la creación de un fmp al translocar protones; como siempre esta fmp puede ser usada por el organismo en caso de necesitar energía mediante una ATPasa que dará lugar a ATP.
Filum Euryarchaeota
El nombre les es dado por la gran variedad de hábitats que ocupan y la gran diversidad metabólica que tienen (del griego eurus (amplio) y archaios (antiguo o primitivo). Muchas de las especies que incluye habitan ambientes extremos (anóxicos/con gran fuerza iónica/gran temperatura ). Incluye bacterias metanogénicas (anaerobias estrictas), halobacterias (aerobias), hipertermófilas o termoacidófilas.
• Haloarqueas
Condiciones ambientales y metabolismo : Son arqueas que requieren de concentraciones saturantes de sal (1’5 M a 5M) para poder crecer y son aerobias estrictas ( excepto algunas especies que son anaerobias y fermentan o realizan una respiración anaerobia de NO3 ). Persisten a pH neutro y alcalino. Las arqueas no pueden almacenar la energía en forma de gradiente de protones, han de hacerlo en forma de gradiente de sodio. La mayoría de aerobios pueden metabolizar aa y ao ( quimiorganótrofos) y crecen en medios complejos (difícil crecimiento). Algunas pueden oxidar carbohidratos.
Fototrofía : Algunas especies contienen bacteriorodopsina (tienen coloración rojiza ; además pueden usar también halorodopsinas que intervienen también en el bombeo de Cl- al interior o en las taxias) que usan para obtener energía a partir de la luz. Hay bacterias marinas que tienen fotosíntesis basada en protorodopsinas , pero aún no han sido aisladas.
Ecología : Las lagunas salinas donde crecen son visitadas por las aves, vertiendo gran cantidad de materia orgánica que se concentra en ambientes con gran evaporación. Antiguamente se creía que solo las arqueas podían soportar tal salinidad pero no es así, también hay algas ( Dunaliella ) y bacterias ( Salinibacter ) que pueden resistir tal concentración de sal pero aun así las haloarqueas apenas tienen competencia en estos medios tan extremos. Habitan en salinas de evaporación como las de Santa Pola (Na+ y Cl-), lagos de interior como el de Tirez (mucho Mg2+ y SO4 2-) o lagos alcalinos como el de Mono (pH 10-12 con poco Ca 2+ y Mg2+).
Taxonomía :
- Halobacterium salinarum.
- Haloferax mediterranei.
- Natronobacterium magadii****.
Problemas con la salinidad: Un problema que tiene al vivir a concentraciones hipersalinas es que fuera en el exterior hay fuerza iónica elevada y en el interior es baja ; las células se nos deshidratarían y para resolver el problema osmótico que acabamos de presentar lo que hacen es introducir cationes K+ dentro igual a la concentración de Na+ que hay en el exterior. Los enlaces hidrofóbicos con tanta fuerza iónica son difíciles de tener y mantener -> menos estructuras terciarias y cuaternarias. Las proteínas tienen muchos aa ácidos habiendo menos hidrófobos. Cuando se diluye el medio mueren por turgencia.
Otras características : Tienen división binaria, no esporulan , la mayoría son inmóviles, poseen vesículas de gas (les permiten flotar o no) y pueden poseer megaplásmidos (no se sabe si es un gran plásmido o es otro cromosoma bacteriano) con %G+C distinto del cromosoma. Pueden existir haloarqueas cuadradas como vemos en la fotografía, tienen gran variedad morfológica.
Metanógenas
Condiciones ambientales y metabolismo: Son anaerobios estrictos y no fermentan (hay excepciones pero igualmente no soportan una alta tensión de oxígeno). La mayoría son mesófilos y no halófilos; son relativamente fáciles de aislar porque si a un sustrato o agua
(quimiorganótrofos); son aerobios facultativos. Tiene una membrana citoplasmática peculiar: lipoglicanos tetraéter. Se está barajando que los thermoplasma puedan ser las predecesoras de eucariotas, poseen histonas. Aparece en minas de carbón, sulfataras volcánicas y otros. Thermplasma acidophilus.
- Thermococcales -> Hipertermófilos.
Thermococcu s: Cercanos a la raíz , viven en aguas termales anóxicas (anaerobios estrictos ), son móviles mediante un penacho de flagelos y son quimioorganótrofos estrictos ( dador: Proteínas; aceptor: Sº ). Crecen a temperaturas altas (75-90ºC). Thermococcus celer.
- Pyrococcus : Su nombre quiere decir “bola de fuego”. Son anaerobios fermentadores que viven a cerca de 100 grados y tiene el mismo metabolismo que Thermococcus. Pyrococcus furiosus.
Arqueoglobales
- Archaeoglobus: Son anaerobias reductoras de sulfato (aceptor de electrones que viven en chimeneas hidrotermales a unos 83º; su morfología es de coco irregular. El sustrato que usan es H2, lactato o piruvato. Comparten características con metanógenas (transferencia horizontal de genes de metanógenas a Archaeoglobus pudo darse): Enzimas específicos de metanógenas, producen CH4 en pequeñas cantidades (sin metil-CoM reductasa) y en su genoma comparte genes con metanógenas.
- Nanoarchaeum
Nanoarcheum equitans : Probablemente es el microorganismo más pequeño no viral que conocemos con 0’4 micrómetros (1% del de E.Coli). Es un simbionte obligado de Ignicoccus (H2+Sº) y tiene capa S además de espacio periplásmico. Vive en chimeneas hidrotermales (90ºC). Su metabolismo depende del hospedador , no sabemos si el hospedador le provee de ATP directamente o de macromoléculas que sirven para obtenerlo. Su 16s rRNA es muy diferente, posee genoma tipo Thermococcales con 491000 pb ( faltan genes de rutas metabólicas para la síntesis de aa, nucleóticdos, lípidos, coenzimas o ATP sintetasa ). Su genoma es denso porque el 95% es codificante (no posee apenas “genes basura”), poseen genes para la transcripción, traducción y replicación. Su detección se puede realizar por metagenómica y clonación de microorganismos relacionados sin cultivar.
Filum Crenarchaeota
Viven a muy alta temperatura generalmente ( hipertermófilas ) se encuentran normalmente en suelos o aguas geotermales (Yellowstone) donde hay compuestos reducidos de azufre (H2SO4) y algunas son acidófilas o incluso viven en medios ligeramente alcalinos (solfataras, chimeneas hidrotermales, centrales geotérmicas). Son anaerobios estrictos siendo fundamentalmente quimioorganótrofos y quimiolitótrofos ; algunas pueden fermentar y no hay fotótrofas en este filum.
Hipertermófilos terrestres ( Sulfolobus , Acidianus , Thermoproteus).
Sulfolobales.
Sulfolobus : pH ácido (2-3), es aerobio, es un quimiolotótrofo que usa compuestos de azufre reducidos y son autótrofos con células lobuladas. Fue la primera arquea aislada. En ambientes con temperatura alta (80ºC ) y azufre: manantiales ricos en azufre (hábitat volcánico terrestre). Sulfolobus acidocaldarius.
- Acidianus : Facultativo (su nombre procede de un dios romano que posee dos rostros, porque puede usar el azufre de dos formas). En condiciones aerobias usa Sº para dar H2SO4 2- y en anaerobias usa Sº como aceptor de electrones (H2S). Altas temperaturas (90ºC).
So + O 2 → H 2 SO 4 ; H 2 + S o → H 2 S
Thermoproteales.
- Thermoproteus : Bacilos, en lodos de manantiales con gran temperatura, neutros o ligeramente ácidos. Son anaerobios estrictos, quimiolitótrofos (H2) o quimioorganótrofos (sustratos de carbono complejos); son autótrofos porque fijan CO2 y CO.
Hipertermófilos de volcanes submarinos (Pyrodictium, Ignococcus)
La mayoría de hipertermófilos se han conseguido en volcanes marinos:
Pyridictium : Su temperatura óptima de crecimiento está a 105ºC; crecen sobre azufre formando una red de fibras huecas (posible factor para adherirse al sustrato), sin capa S, con una pared celular de glicoproteínas. Son quimiolitótrofos (H2) o quimiorganótrofos (mezcla compleja de CRC). Son anaerobios estrictos.
factores importantes para aumentar la vida media de esas moléculas (ATP y otros); también hay que destacar que a veces usan cofactores más sencillos (Fe en vez de grupos hemo).
- En cuanto a proteínas tienen muchas alfa hélices ; muchas modificaciones en la estructura primaria , que al plegarse hará que el núcleo interior de las proteínas sea mucho más hidrofóbico (queda más plegada) y hay muchas más interacciones iónicas en la superficie (esto en halófilos vimos que no era posible) quedando una estructura más cerrada y estable que por ejemplo en mesófilos. Existen chaperonas que sirven para reestructurar proteínas que se han desnaturalizado por ejemplo gracias a la temperatura -> Termosomas.
- Un problema muy serio de la elevada temperatura es que el DNA no puede formar pares. Esto lo solucionan usando solutos orgánicos o inorgánicos (K+ y solutos compatibles orgánicos). Tienen topoisomerasas que giran el DNA en dirección opuesta ( superenrollamiento al contrario que nosotros, es positivo en su caso. Poseen poliaminas e iones magnesio. Proteínas unidas a los surcos del DNA (Sulfolobus) ayudando a resistir la temperatura. Las histonas en metanógenas termófilas como Thermoplasma (¿posible antecesor eucariotas?). Tienen lípidos especiales como los tetraéter y su porcentaje G+C en ribosomas es mayor que en el genoma.
Que se callen… Dios mío han acabado con Taxonomía ._.
¡BRUJERÍA!
