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2º BACHILLERATO DE CIENCIAS IES UNIVERSIDAD LABORAL DE MÁLAGA LOS MICROORGANISMOS.

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1 2º BACHILLERATO DE CIENCIAS IES UNIVERSIDAD LABORAL DE MÁLAGA LOS MICROORGANISMOS

2 Concepto de microorganismo Los microbios o microorganismos son seres vivos de tamaño microscópico, por eso para su observación es necesario utilizar el microscopio óptico o el electrónico. Pueden ser unicelulares o pluricelulares, procariotas o eucariotas, autótrofos o heterótrofos. En todos la célula realiza por sí misma todas las funciones vitales como el metabolismo, el crecimiento, la relación y la reproducción. Presentan gran heterogeneidad. Se encuentran en 3 Reinos: Monera, Protoctistas y Fungi y los 3 dominios según clasificación de Woese (1990): Bacteria, Archaea, y Eucarya.

3 Clasificación de los microorganismos

4 Bacterias Escherichia coli Esquema de bacteria Bacilos Cocos Vibrios Espirilos.

5 Cápsula bacteriana Estructura: Capa más externa, rígida, formada por polisacáridos. Sólo en algunas bacterias Función: Proteger contra la fagocitosis o frente a la desecación Permite la fijación a sustratos

6 Pared bacteriana Gram + gruesa capa monoestratificada de mureína con proteínas y polisacáridos asociados Función: Da forma a la bacteria, Proporciona rigidez Soporta presiones osmóticas elevadas Gram - biestratificada, capa basal de mureína y una membrana externa Estructura:

7 Membrana plasmática Estructura: Estructura y composición idéntica a células eucariotas pero carece de colesterol. Contiene numerosos sistemas enzimáticos que intervienen en muchas funciones Función: Delimitar el citoplasma Permite de forma selectiva el paso de sustancias entre el interior y el exterior Alberga algunos procesos metabólicos como respiración o fotosíntesis

8 Citoplasma Alberga el nucleoide, plásmidos, ribosomas, vesículas de gas y gránulos o inclusiones, Función: Lugar donde se lleva a cabo muchas de las reacciones metabólicas

9 Ribosomas Estructura: Libres o formando polirribosomas. Algo más pequeños que los de la célula eucariota, muy parecidos a los ribosomas de las mitocondrias. Velocidad de sedimentación de 70 S, constituidos por dos subunidades: Subunidad pequeña, que sedimenta a valores de 30 S Subunidad grande que sedimenta a valres de 50 S Función: Síntesis de proteínas

10 Gránulos (o inclusiones) Estructura: Sin membrana, dispersos por el citoplasma. Son reservas energéticas: Almidón, glucógeno o lípidos. Función: fuente de reserva de compuestos

11 Orgánulos especiales Tilacoides Estructura: Con membrana parecida a la plasmática y pigmentos fotosintéticos. En cianobacterias Función: Fotosíntesis Orgánulos diminutos: Estructura: Delimitados por membranas rígidas de proteínas Función: Vesícula de gas: Permitir flotabilidad y desplazamientos verticales Clorosomas: Fotosíntesis Carboxisomas: Fijación CO 2

12 Cromosoma bacteriano Estructura: ADN circular situado en la región nuclear o nucleoide del citoplasma. Tiene proteínas y ARN asociado. Está altamente enrollado sobre sí mismo. Plasmidios: pequeñas moléculas de ADN circular (capacidad de replicación autónoma) Función: Llevar y transmitir la información genética

13 Flagelos Estructura: Prolongaciones finas de longitud variable (De 1 a 100/célula) Función: Movilidad

14 Pelos Estructura: alargadas y huecas, compuestas de una proteína llamada pilina Sólo en Gram – Dos tipos: de conjugación o pelos sexuales y de unión o fimbrias Función: Fimbrias o pili: adhesión a sustrato Pelos sexuales: Transmisión de ADN

15 Características estructurales de las bacterias Cápsula bacteriana Capa más externa, rígida, formada por polisacáridos. Sólo en algunas bacterias Pared bacteriana Gram +: gruesa capa monoestratificada de mureína con proteínas y polisacáridos asociados Gram - :biestratificada, capa basal de mureína y membrana externa Membrana plasmática Estructura y composición idéntica a células eucariotas pero carece de colesterol. Contiene numerosos sistemas enzimáticos que intervienen en muchas funciones RibosomasLibres o formando polirribosomas. Algo más pequeños que los de la célula eucariota InclusionesSin membrana, dispersos por el citoplasma. Orgánulos especiales Tilacoides: con membrana parecida a la plasmática y pigmentos fotosintéiticos Delimitadas por membrana rígida de proteína : vacuolas de gas, clorosomas, carboxisomas Cromosoma bacteriano ADN circular situado en la región nuclear o nucleoide del citoplasma. Plasmidios: pequeñas moléculas de ADN circular FlagelosProlongaciones finas de longitud variable (De 1 a 100/célula) PelosSólo en Gram – Dos tipos: de conjugación o pelos sexuales y de unión o fimbrias

16 Funciones de los componentes Cápsula bacteriana Proteger contra la fagocitosis o frente a la desecación Permite la fijación a sustratos Pared bacteriana Da forma a la bacteria, Proporciona rigidez Soporta presiones osmóticas elevadas Membrana plasmática Delimitar el citoplasma Permite de forma selectiva el paso de sustancias entre el interior y el exterior Alberga algunos procesos metabólicos como respiración o fotosíntesis CitoplasmaAlberga el nucleoide, plásmidos, ribosomas, vesículas de gas y gránulos o inclusiones, Lugar donde se lleva a cabo muchas de las reacciones metabólicas RibosomasSíntesis de proteínas InclusionesGránulos (o inclusiones): fuente de reserva de compuestos Orgánulos especiales Vesícula de gas: permitir flotabilidad y desplazamientos verticales Clorosomas: fotosíntesis Carboxisomas: fijación CO 2 Cromosoma bacteriano Llevar y transmitir la información genética PlásmidosConferir alguna característica ventajosa para la bacteria FlagelosMovilidad Pelos Fimbrias: adhesión a sustrato Pelos sexuales: Transmisión de ADN

17 Características funcionales: Nutrición Tipos de bacteriasFuente de energía Fuente de carbono Fotoautótrofas Bacterias verdes y purpúreas sulfúrea y las cianobacterias Energía luminosaCO 2 Fotoheterótrofas Bacterias verdes y purpúreas no sulfúreas. Energía luminosaMoléculas orgánicas Quimioautótrofa o quimiolitótrofo Bacterias nitrificantesCompuesto químico que se oxida CO 2 Quimioheterótrofas Bacterias de laboratorio y patógenas Compuesto químico que se oxida Moléculas orgánicas El éxito evolutivo de las bacterias se debe en parte a su versatilidad metabólica. Todos los mecanismos posibles de obtención de materia y energía Según la fuente de carbono que utilizan: Autótrofos (= litótrofo): materia inorgánica - CO2 - Heterótrofos (= organótrofo): materia orgánica Según la fuente de energía:, Fotótrofos: la luz Quimiótrofos: compuesto químico que se oxida

18 Forma de obtener la energ í a Energ í a qu í micaEnerg í a luminosa Fuente de carbono Autótrofo quimiolitótrofo = quimioautótrofa Bacterias nitrificantes Autótrofo fotolitótrofo = Fotoautótrofa Bacterias verdes y purpúreas sulfúrea y las cianobacterias Di ó xido de carbono Heterótrofo quimiorganótrofo = Quimioheterótrofa Mayoría de bacterias: laboratorio, patógenas Heterótrofo fotoorganótrofo = Fotoheterótrofa Bacterias verdes y purpúreas no sulfúreas. Compuestos org á nicos

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20 Características funcionales: Reproducción Asexual por bipartición o fisión binaria Este mecanismo solo permite a la bacteria la posibilidad de aumentar su variabilidad genética por mutación. Mecanismos parasexuales Mecanismos de transferencia genética horizontal, mediante los cuales intercambian información genética, de esta forma una bacteria pasa información a otra de la misma generación

21 Asexual por bipartición o fisión binaria

22 Mecanismos parasexuales: Conjugación

23 Mecanismos parasexuales: Transducción

24 Mecanismos parasexuales: Transformación

25 Bacterias

26 Algas microscópicas Características estructurales Eucariotas Con cloroplastos con clorofilas, xantofilas y carotenoides Pared celular de celulosa Unicelulares o pluricelulares Características funcionales Realizan la fotosíntesis: Autótrofos Mayoría viven en medios acuáticos: fitoplancton (1º eslabón cadena alimenticia) Euglena Diatomeas Algas dinoflageladas

27 Protozoos Características estructurales Eucariotas Sin pared celular Unicelulares. Algunos pueden formar colonias de varios individuos. Características funcionales Heterótrofos Capacidad de desplazamiento Sensibilidad ante diferentes estímulos Viven en ambientes acuáticos o terrestres muy húmedos Para desplazarse utilizan pseudópodos, cilios o flagelos Stentor Ameba Mastigóforo Paramecio

28 Hongos microscópicos Características estructurales Eucariotas Sin cloroplastos Con pared celular de quitina Unicelulares o pluricelulares Características funcionales Heterótrofos Secretan enzimas digestivas al exterior, y absorben pequeñas moléculas originadas tras la digestión Moho del pan Levadura de la cerveza Penicilium notatum

29 Virus / Características / Controversia Un virus es un agente genético que posee un ácido nucleico que puede ser ADN o ARN (sólo un tipo), rodeado de una envuelta de proteína llamada cápsida (formada por varias subunidades proteicas o capsómeros)ADN o ARN No tienen estructura celular, ya que carece de citoplasma y de las enzimas necesarias para realizar un metabolismo. No tienen metabolismo propio. Los virus contienen toda la información necesaria para su ciclo reproductor; pero necesitan para conseguirlo a otras células vivas de las que utilizan orgánulos y moléculas.

30 Clasificación de los virus Según el hospedador al que parasiten: Virus bacterianos, bacteriófagos o fagos Virus vegetales Virus animales Según el tipo de material genético Adenovirus Retrovirus Según la forma de la cápsula proteica Con cápsida icosaédrica Con cápsida helicoidal Con cápsida compleja

31 Virus Presenta dos estados: Extracelular: fuera de la célula, metabólicamente inerte. En esta fase el virus se denomina virión o partícula vírica. Intracelular: se adhieren a la superficie de células (hospedador) e introduce en ellas su genoma (ADN o ARN). Utiliza la materia, energía y sistemas enzimáticos de la célula hospedadora para replicarse.

32 Estructura de los virus Composición química Función Genoma vírico Una o varias moléculas de ADN o ARN /Abierta o circular / monocaternaria o bicatenaria Llevar la información genética Cápsida Cubierta proteica, formada por capsómeros, que envuelve al genoma vírico. Según su composición se distinguen: cápsidas icosaédricas, helicoidal, compleja Protección Reconoce los receptores de membrana de las célula que parasita Cubierta membranosa (sólo en ciertos virus) Compuesta por una doble capa lipídica, procedente de la célula hospedadora, y de glucoproteínas incluidas en ella Reconocer la futura célula hospedadora Inducir la penetración del virión en ella

33 Ciclo de los virus

34 Ciclo de los virus. Ciclo lítico Ciclo lítico conduce a la destrucción (lisis) de la célula hospedadora y lo realizan los bacteriófagos (ejemplo el bacteriófago T4). Fases: Fase de fijación o absorción: en la superficie de la las bacterias hay receptores específicos a los que se une el fago (Hay gran especificidad). Los virus se fijan a través de las puntas de las fibras caudales, mediante enlaces químicos y clavan las espinas basales en la pared bacteriana.

35 CICLO LÍTICO Fase de penetración: El bacteriófago perfora la pared celular de la bacteria mediante lisosimas situadas en su placa basal. Contrae la vaina de la cola e introduce su ADN a través del orificio practicado en el citoplasma bacteriano. Fase de eclipse: Utilización de la maquinaria biosintética de la bacteria para producir muchas copias del ácido nucleico y de la cápsida, y otros componentes víricos si los tuviera Fase de ensamblaje: los capsómeros recién formados se reúnen formando cápsidas, las nuevas moléculas de ADN vírico se pliegan y penetran en las cápsidas. Fase de lisis o liberación: la enzima endolisina (enzima lítico) produce la lisis de la bacteria y los nuevos viriones formados salen al exterior y pueden infectar otras bacterias.

36 1. Fase de fijación o absorción 2. Fase de penetración 3. Fase de eclipse 4. Fase de ensamblaje 5. Fase de lisis o liberación

37 Ciclo de los virus. Ciclo lisogénico Ciclo lisogénico: El genoma del virus queda integrado en el de la bacteria, no expresa sus genes y se replica junto al genoma de la célula (hospedadora o célula lisogénica). El virus queda en forma de profago. Puede ocurrir que: Pase a ciclo lítico Permanezca en estado latente durante toda la vida de la célula huésped.

38 Retrovirus. Virus del sida

39 Ciclo de vida del virus VIH

40 ¿Cómo actúa el VIH? Mecanismo de acción de algunos medicamentos

41 LOS VIRUS El genoma del fago lambda se ha cartografiado y secuenciado completamente

42 Relaciones entre los microorganismos y la especie humana Inocuas: viven en la piel, conductos respiratorios, digestivo,.. Beneficiosas: flora bacteriana. Perjudiciales: producen enfermedades a plantas y animales. Son los microorganismos patógenos Oportunistas: son patógenos en determinadas condiciones

43 Las enfermedades infecciosas Clasificación en función de los microorganismos que las producen: VirusGripe, fiebre amarilla, herpes, sida, varicela, viruela, rubeola,… BacteriasTuberculosis, cólera, sífilis, meningitis,… Levadura Hongos Candidiasis,… Pié de Atleta, tiña,.. ProtozoosMalaria, enfermedad del sueño, enfermedad de Chagas, disentería amebiana,…

44 Las enfermedades infecciosas Clasificación en función del medio por el que son transmitidas: Contacto directo Rabia (retrovirus), Tétanos (bacteria), Dermatomicosis (hongos),… Por el aire Resfriado (virus), Gripe (virus), Sarampión (virus), Paperas (virus),… Vía sexual (ETS) Sida (virus), Herpes genital (virus), Hepatitis B (virus), Gonorrea (Bacteria), Sífilis (Bacteria), Candidiasis (Hongo), Tricomoniasis (Protozoo) Por el agua o los alimentos Disentería amebiana (Protozoo), Poliomielitis (Virus), Botulismo (Bacteria), Salmonelosis (Bacteria), Hepatitis A (Virus),… Por animales Fiebre amarilla (Virus), Peste (Bacteria), Enfermedad del sueño (Protozoo), Malaria o paludismo (Protozoo),..

45 Control de los microorganismos Agentes antimicro -bianos físicos EsterilizaciónCalor húmedo (clásica y UHT), calor seco PasteurizaciónElevar rápidamente la tª y tras 15´- 20´enfriarla Tª bajo punto de congelación Radiaciones electromagnéticas Radiaciones ionizantes y no ionizantes Filtración de fluido o gas Filtros de membrana Agentes antimicro -bianos químicos EsterilizantesFormaldehído, glutaraldehido,… DesinfectantesHipocloritos, compuestos fenólicos, sulfato de cobre,… AntisépticosEtanol, Yodo, agua oxigenada, jabón, detergentes,… AntibióticosComposición química variada Quimioterapéuticos sintéticos Sulfamidas, isoniacida, AZT, cloroquina, pentamidina,…

46 BENEFICIOS DE LOS MICROORGANISMOS La microflora intestinal nos ayuda a fabricar vitaminas K y B12. La flora vaginal provoca un pH bajo que impide la proliferación de infecciones. El metabolismo bacteriano junto con el de los hongos y otros microorganismos, es esencial para el mantenimiento del medio en los ecosistemas. Las bacterias hacen posibles los ciclos biogeoquímicos (el del carbono, el nitrógeno y el fósforo) y mantienen unas determinadas condiciones en el suelo y las aguas. Biotecnología: utilización de microorganismos para a obtención de productos.

47 Incluye procesos industriales que utilizan microorganismos como base para obtener productos de utilidad para las personas: Producción de antibióticos Producción de vitaminas, aminoácidos y enzimas Procesos de fermentación: elaboración de vino, cerveza, pan, queso, yogur,.. Control de plagas de insectos: bioinsecticidas El descubrimiento de la estructura del ADN y el desarrollo de los procesos técnicos para estudiarlo, se ha transformado en una tecnología en si misma, con la que obtener también bienes y servicios: Ingeniería genética

48 IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN INVESTIGACIÓN E INDUSTRIA 1. Producción de antibióticos Se conocen cerca de 800 antibióticos producidos por microorganismos: hongos del género Penicillium y bacteria de los géneros Bacillus y Streptomyces

49 IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN INVESTIGACIÓN E INDUSTRIA 2. Producción de vitaminas, aminoácidos y enzimas Vitaminas: la mayoría son sintetizadas en laboratorio, pero algunas se producen industrialmente mediante procesos de fermentación microbiana. Aminoácidos Muchos microorganismos pueden sintetizar aminoácidos a partir de precursores nitrogenados inorgánicos. Son utilizados en la industria alimentaria como potenciadores del sabor, edulcorantes, aditivos o antioxidantes Enzimas extracelulares Diversos hongos y bacterias producen enzimas que expulsan y actúan en el medio: proteasas, amilasas,..

50 IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN INVESTIGACIÓN E INDUSTRIA 3. Procesos de fermentación: transformaciones químicas realizadas por algunos microorganismos en las que las moléculas orgánicas son degradadas incompletamente a un compuesto orgánico. Producidas porSustratoProducto Fermentación alcohólica LevadurasGlucosa (Azúcar de la uva, manzana, cebada, pan) Vino, sidra, cerveza, pan Fermentación láctica BacteriasSuero de lecheÁcido láctico (queso, yogurt) Fermentación acética BacteriasVino, sidra, disolución de alcohol etílico Ácido acético o vinagre

51 Elaboración de cerveza Pasos del proceso: Malteado Molido Adición de lúpulo Hervido Acción de las levaduras Maduración

52 IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN INVESTIGACIÓN E INDUSTRIA 4. Control de plagas de insectos: bioinsecticidas Utilización de microorganismos para controlar el excesivo crecimiento de las poblaciones de algunas especies de insectos perjudiciales para la agricultura: infectan a los insectos adultos o a sus estados larvarios y los matan. No tienen efecto tóxico en otros animales superiores ni en la especie humana

53 IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN INVESTIGACIÓN E INDUSTRIA 5. Microorganismos e industria alimentaria Control biológico de los alimentos: garantizan que los alimentos puedan ser consumidos sin peligro par la salud humana Preservación de los alimentos: para evitar la proliferación de ciertos microbios: manipulado aséptico, tratamiento con calor o bajas temperaturas, deshidratación, aditivos químicos, rayos ultravioletas o radiación ionizante.

54 IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN INVESTIGACIÓN E INDUSTRIA 6. Microorganismos e ingeniería genética La ingeniería genética es una tecnología que permite modificar el conjunto de los genes de un organismo, al introducir en él otros genes que proceden de otro ser vivo. La ingeniería genética microbiana consiste, basicamente, en realizar una transferencia de genes de una célula donante (por ej. una célula humana) a una célula receptora (por ej. una bacteria), en la cual se produce la expresión de ese gen, es decir la síntesis de la proteína correspondiente.

55 Síntesis de insulina mediante ingeniería genética

56 7. Microorganismos y depuración de aguas residuales Diferentes microorganismos (bacterias, protozoos) eliminan sustancias orgánicas indeseables en las plantas depuradoras de aguas residuales (Tratamiento secundario) mediante reacciones de fermentación y respiración

57 Microorganismos y ciclos biogeoquímicos Los elementos químicos que componen los materiales terrestres están sometidos a unos circuitos cíclicos, denominados ciclos biogeoquímicos. El papel de los microorganismos es fundamental y realizan dos tipos de procesos: Descomposición de la materia orgánica compleja muerta en materia orgánica sencilla. Mineralización o transformación de la materia orgánica en materia inorgánica, que puede volver a tomar las plantas, cerrando de esta manera el ciclo.


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