microorganismos, Apuntes de Biología Molecular

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16. Los

microorganismos

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1. CARACTERÍSTICAS DE LOS MICROORGANISMOS

Pueden ser unicelulares o pluricelulares, procariotas o eucariotas, autótrofos o heterótrofos. La célula microbiana realiza por si misma todas las funciones vitales. Se encuentran en los 3 dominios: Bacteria, Archaea y Eucarya. Los dos primeros consituidos por procariotas, Eucarya eucariotas. Archaea comprende a las arqueobacterias y Bacteria a las eubacterias. En Eucarya hay microbios que pertenecen a los protoctistas (algas microscópicas, protozoos, hongos microscópicos)

Características Bacteria Archaea Eukarya

Envoltura nuclear Ausente Ausente Presente Orgánulos membranosos

Ausente Ausente Presentes

Peptidoglucanos en la pared celular

Presente Ausente Ausente

ARN polimerasa Una clase Varias clases Varias clases Aminoácido iniciador de la síntesis de proteínas

Formilmetionin a

Metionina Metionina

Histonas asociadas con el ADN

Ausente Presentes

Cromosoma circular

Presente Presente Ausente

Capacidad de crecer a temperaturas superiores a 100ºC

No Algunas No

2. LOS MICROORGANISMOS PROCARIOTAS

En los dominios Bacteria y Archaea. Carecen de nucleo celular, ADN disperso en citoplasma. Simple estructura (metabolismo complejo).

Interviene en procesos de intercambio de agua, iones y nutrientes. 2.2.2 Pared bacteriana Cubierta rígida, da forma a células. Grosor 50-100A. Presenta capa de mureína, permeable a sales y moléculas organicas de baja masa molecular. La destrucción de ésta deja desarmada a la bacteria frente a los cambios de salinidad del medio. La ruptura de la pared puede realizarse con lisozima (enzima de las lagrimas y secreciones nasales - actúa rompiendo enlaces glucosídicos y peptidoglucanos) Por la distinta composición de la pared, las bacterias reaccionan de manera distinta al ser tratadas con la tinción de Gram, 2 grupos: Gram+ (se tiñen de color azul) y Gram- se tiñen de color rojo. Proceso de tinción de Gram:

1. Se tiñen las bacterias con colorante cristal violeta. Ambas quedarían teñidas de color azul.
2. Se añade reactivo lugol. Solo la pared de las Gram+ forma un esmalte impermeable al alcohol.
3. Se añade alcohol. Las Gram- se decoloran y las Gram+ continúan de color azul.
4. Se añade colorante safranina. Las Gram- (previamente decoloradas) se tiñen de rojo y las Gram+ siguen de color azul.

2.2.3 Membrana plasmática Envoltura formada por solo una unidad (75A de grosor) rodea el citoplasma. Estructura y composición idéntica a eucariotas, pero sin colesterol. Delimita la bacteria y regula el paso de nutrientes. Contiene sistemas enzimáticos que intervinen en funciones como:

• Dirigir replicación de ADN mediante ADN polimerasa.
• Realizar respiración por presencia de ATP sintetasas.
• Realizar fotosíntesis en bacterias fotosintéticas que no son cianobacterias (presencia de fotosistemas I en membrana).
• Asimilar nitrógeno en forma de NO - 3 o NO - 2 (bacterias nitrificantes) o N 2 atmosférico, gracias a enzima nitrogenasa. 2.2.4 Ribosomas

Gram+ : gruesa capa monoestratificada (a la que se asocian proteínas y polisacáridos). Gram-: capa biestratificada, con una capa basal de mureína y una membrana externa.

Partículas globulares de 200A de diámetro. Libres en citoplasma o formando polirribosomas. Son mas pequeños que los de las eucariotas (70S). 2.2.5 Inclusiones Gránulos de sustancias de reserva que la bacteria sintetiza. Se encuentran dispersas en citoplasma y carecen de membrana plasmática. Sirven de reserva energética (como gránulos de almidón, o glucógeno, depósitos de lípidos). 2.2.6 Orgánulos especiales Tilacoides: Orgánulos con pigmentos fotosintéticos formados por membrana tilocoidal. Se encuentran en cianobacterias. Orgánulos diminutos: delimitados con membranas rígidas, monocapas contituidas por proteínas. Presentes en cianobacterias.

• Vacuolas de gas: contienen aire, actúan como flotadores. Si aumenta su numero la bacteria puede ascender obteniendo la luz necesaria para realizar la fotosíntesis.
• Clorosomas o vesículas de Clorobium: Contienen pigmentos fotosintéticos.
• Carboxisomas o cuerpos poliédricos: Contienen ribulosa-difosfato-carboxilasa (responsable de fijación del CO 2 del aire) 2.2.7 Cromosoma bacteriano Constituido por doble cadena circular de ADN situada en nucleoide. Tiene proteínas asociadas y esta altamente enrollado sobre sí mismo y anclado a proteínas de la membrana plasmática. Pueden contener plásmidos (con capacidad de replicación autónoma). 2.2.8 Flagelos Prolongaciones finas, de larga longitud. Según el numero y situación, las bacterias pueden ser monotricas (si solo tienen uno), lofotricas (con varios en un solo polo), anfitricas (con grupos en ambos polos) y petricas (si rodean la bacteria). Si no tienen son atricas. Permiten movimiento de bacterias. 2.2.9 Pelos Solo en las Gram-. Estructuras alargadas y huecas mediante las que se adhieren a superficies. Se componen de proteína pilina. Hay 2 tipos: de conjunción (pelos sexuales) y pelos de unión (fimbrias). 2.3 Fisiología bacteriana Los medios de cultivo se pueden preparar en medio liquido o en forma de gel (semisólido). Éste ultimo se obtiene al mezclar el liquido con una sustancia gelificante (agar-agar) en capsulas de Petri. 2.3.1 Nutrición Pueden realizar todos los tipos de metabolismo. Una especie puede desarollar uno u otro según las características del medio y abundancia de nutrientes. Pueden ser fotoautótrofas

Se clasifican por características morfológicas, fisiología y bioquímica. Según sus características fisiológicas:

Bacterias purpúreas y verdes

Fotosintéticas y anaerobias. Poseen pigmento bacterioclorofila, fotosistema I (no usan agua como fuente de hidrógeno por lo que no generan oxígeno). El fotosistema I está en los clorosomas (estructuras de forma cilíndrica delimitadas por paredes proteicas). Se llaman sulfúreas si utilizan H 2 S como fuente de hidrógeno o no sulfúreas si usan moléculas orgánicas. Cianobacterias (cianofíceas o algas verde-azuladas)

Fotosintéticas y anerobias. Poseen pigmento azul (ficocianina) y clorofila a. Forman colonias gelatinosas gracias a capa gelatinosa externa. Pared celular similar a la de las Gram-. Citoplasma presenta región central translucida con material genético (centroplasma) y una zona periférica (cromoplasma) con sáculos de pigmentos fotosintéticos, ribosomas, gránulos de volutina, vacuolas de gas y carboxisomas. Bacterias nitrificantes Quimioautótrofas. Forman compuestos órganicos gracias a energía liberada en reacciones de oxidación de compuestos nitrogenados inorgánicos. 2 tipos: oxidantes del amonio (NH 4 +^ ) Que transforman el amonio en nitrito (NO 2 -^ ) y las oxidantes de nitritos que oxidan nitritos a nitratos (NO 3 -^ ). Viven en suelo y sedimento marino. Bacterias fijadoras de nitrógeno

Aerobias, Gram-, fijan el N 2 de la atmósfera. Viven en el suelo. Algunas en simbiosis con plantas leguminosas. Bacterias entéricas En intestino de personas y animales. Contribuyen a formación de heces al alimentarse de materia organica. Suelen ser bacilos Gram- (anaerobios facultativos y oxidan glucosa). Espiroquetas Presentan fibrillas internas en citoplasma, que al rotar desplazan a la bacteria. Viven en medios acuáticos (producen enfermedades ej. sífilis humana) Bacterias del acido láctico

Gram+, anaerobias (tolerantes al O 2 ). Viven en productos de fermentación y en tracto digestivo o urogenital de personas. No son patógenas. Microplasmas o afragmobacterias

Pequeñas. Carecen de pared bacteriana y membrana plasmática contiene esteroles. Forma de cocos y forman colonias esféricas. Patógenas y producen enfermedades ej.

Neumonía atípica.

2.5 Arqueobacterias Procariotas, anaerobias, suelen vivir en ambientes extremos de temperatura o salinidad. Pertenecen al dominio Archaea. Membrana plasmática puede ser bicapa o monocapa. Los lípidos de ésta no contienen ácidos grasos, sino hidrocarburos isoprenoides (pueden ser polares o apolares). Los hidrocarburos se unen a la glicerina mediante enlaces éter (en vez de éster). Las paredes celulares carecen de peptidoglucanos y de De- aminoacidos, pero sí contienen pseudopeptidoglucanos y polisacáridos o proteínas. Genoma formado por solo 1 molécula de ADN circular, asociado a histonas. Muchas son autótrofas, capaces de colonizar medios con condiciones ambientales extremas. Según su hábitat, 3 tipos:

• Halófilas: en aguas hipersalinas ej. Mar muerto.
• Termófilas: En aguas termales o hábitats volcánicos ricos en azufre.
• Metanógenas: En condiciones de anaerobiosis, capaces de producir metano a partir de CO 2. Responsables de la producción de metano en pantanos, aparatos digestivos de herbívoros rumiantes. 3. LOS MICROORGANISMOS EUCARIOTAS Tienen núcleo, orgánulos, y se incluyen en el dominio Eukarya. Las algas y protozoos a los protoctistas, y los hongos microscópicos a los hongos. Las algas y hongos poseen especies macroscópicas, algunos con papel fundamental en el ciclo de ecosistemas terrestres y acuáticos. Los protozoos son todos microscópicos. 3.1 Algas microscópicas Tienen cloroplastos (fotosíntesis gracias a clorofilas, xantofilas y carotenoides). Pueden ser unicelulares o pluricelulares. Viven en medios acuáticos, en el mar forman fitoplancton (constituye el primer eslabon en la cadena alimentaria marina - productor). Otras viven en aguas dulces, termales, fango o sobre la corteza de árboles. Grupos de algas microscópicas:
• Algas euglenoides: pertenecen a filum euglenofitos. Unicelulares, 1 flagelo, disponen de mancha de pigmento (estigma) sensible a la luz. No tienen pared celular pero sí capa membranosa externa por fuera de la membrana plasmática. Sustancia de reserva es el paramilo. Mayoria vive en aguas dulces, otros en suelos húmedos. Algunos carecen de pigmentos fotosintéticos (tienen nutrición heterótrofa) y viven en interior de invertebrados acuáticos.

• División múltiple: a partir de un protozoo se forman numerosos individuos. Permite parasitar muchas células del hospedador en poco tiempo. Solo en apicomplejos. En los cilióforos se lleva a cabo conjugación (fusión temporal de dos individuos – intercambio de parte de su ADN) da lugar a formación de otros 2 individuos con genoma diferente al original. Favorece variabilidad genética. 3.3 Hongos microscópicos Orgaismos eucariotas unicelulares o pluricelulares carentes de pigmentos fotosintéticos, heterótrofos. Para alimentarse secretan enzimas digestivas al exterior (sobre materia oprganica) y absorben moléculas originadas. Según su alimentación:
• Hongos saprofíticos: de materia organica en descomposición y contribuyen a ella. En ambientes terrestres (suelo o materia vegetal muerta).
• Hongos parásitos: de materia organica de plantas o animales vivos. Según numero de células:
• Hongos unicelulares: ej. levaduras se reproducen asexualmente por gemación. Viven en medios azucarados (frutas/flores.
• Hongos pluricelulares: ej. Mohos son hongos filamentosos constituidos por hifas. Esporas se forman sin que haya reproducción sexual previa, en extremo de hifas especiales (conidios). Características de principales grupos de hongos Filum Tipos de esporas

Hifas Hábitat Ejemplos

Zigomicetos Zigosporas Sifonadas Suelo y vegetales en descomposició n

Moho de pan

Ascomicetos Ascosporas Septadas Suelo y vegetales en descomposició n

Levaduras

Basidiomiceto s

Basidiospora s

Septadas Suelo y vegetales en descomposició n

Setas

Oomicetos Oosporas Sifonadas Agua Mohos del agua Deuteromicet os

Conidiospora s

Septadas Suelo y vegetales en descomposició

Penicilluim , pie de atleta

n y piel de animales

4. LOS VIRUS

Partículas microscópicas de estructura sencilla y tamaño inferior a 2500A. No tienen estructura celular (sin citoplasma ni enzimas para realizar metabolismo). Pueden presentar dos fases:

• Fase extracelular: fuera de células y son inertes. En esta fase se les denomina partículas víricas o viriones.
• Fase intracelular: adhieren a superficie de células del hospedador, introducen en ellas su genoma vírico (ADN o ARN). Se reproducen así ya que utilizan materia, energía y sistema enzimático de la célula. Se clasifican según hospedador al que parasiten (bacteriófagos, virus vegetales y virus animales), tipo de material genético o la forma de la cápsula proteica. 4.1 Estructura de los virus Constituidos por 3 elementos:
• Genoma vírico: se compone de una o varias moléculas de ADN o ARN (nunca de las 2 a la vez). Pueden ser de cadena abierta o circular y monocatenaria o bicatenaria.
• Cápsida: cubierta proteica que envuelve al genoma vírico. Protege ácido nucleico y reconoce receptores de membrana de las células hospedadoras. Conjunto de genoma vírico + capsida se llama nucleocápsida. Cápsida formada por capsomeros (proteínas globulares colocadas de manera regulas y simétrica) según su disposición:
• Cápsida icosaedrica: estructura poliédrica, 20 caras triangulares. Formada por unión de capsómeros de uno o dos tipos (hexones o pentones). (hexones formados por unión de 6 proteínas o protómeros y forman caras y aristas de la cápsida) (pentones formados por 5 protómeros, se hallan en vértices del icosaedro). Ej. Virus de verrugas, faringitis, resfriado.
• Cápsida helicoidal: formada por capsómeros idénticos dispuesto helicoidalmente, formando estructura tubular hueca en cuyo interior se situa el ácido nucleico. Ej. Virus del mosaico del tabaco.
• Cápsida compleja: en bacteriófagos. Dos partes: cabeza (tipo icosaedrico, contiene ácido nucleico) y cola (para inyección de ácido nucleico en bacteria). En base de la

separación de ADN profago y el ADN de la célula. Desde aquí el ADN del profago iniciara el ciclo lítico desde la fase eclipse. Mientras la célula lisogénica posea ADN profago será inmune frente a infecciones de este virus. Esta inmunidad se heredará. 4.3 Viroides y priones Los virus tienen otros agentes infecciosos:

• Viroides: pequeñas moléculas de ARN circular y monocatenaria que infecta células vegetales. Causa disminución de crecimiento de planta.
• Priones: proteínas con la estructura primaria igual o similar a la de una normal, pero una estructura secundaria distinta (plegamiento anormal), son capaces de inducir a las proteínas normales de la célula a adoptar la forma del prión (reacción en cadena). Los priones afectan a proteínas de membrana de las neuronas, por lo que provocan enfermedades neurovegetativas. No hay tratamiento ya que son resistentes a cambios físicos y químicos.