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

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.

Clasificación de los microorganismos Reinos Monera Protoctistas Fungi Bacterias Algas Protozoos Hongos Tipo de organización celular Procariota Eucariota Número de células Unicelulares Uni y pluricelulares Tipo de nutrición Autótrofa y heterótrofa Autótrofa Heterótrofa Existencia de fotosíntesis Si No División celular Bipartición Mitosis Pared celular Sí con mureína Sí de celulosa quitina

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

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

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

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

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

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

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

Orgánulos especiales Tilacoides Orgánulos diminutos: Estructura: Con membrana parecida a la plasmática y pigmentos fotosintéticos. En cianobacterias Función: Fotosíntesis Orgánulos diminutos: Delimitados por membranas rígidas de proteínas Función: Vesícula de gas: Permitir flotabilidad y desplazamientos verticales Clorosomas: Fotosíntesis Carboxisomas: Fijación CO2

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

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

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

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 Ribosomas Libres o formando polirribosomas. Algo más pequeños que los de la célula eucariota Inclusiones Sin 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 Flagelos Prolongaciones finas de longitud variable (De 1 a 100/célula) Pelos Sólo en Gram – Dos tipos: de conjugación o pelos sexuales y de unión o fimbrias

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 Citoplasma Alberga el nucleoide, plásmidos, ribosomas, vesículas de gas y gránulos o inclusiones, Lugar donde se lleva a cabo muchas de las reacciones metabólicas Ribosomas Síntesis de proteínas Inclusiones Gránulos (o inclusiones): fuente de reserva de compuestos Orgánulos especiales Vesícula de gas: permitir flotabilidad y desplazamientos verticales Clorosomas: fotosíntesis Carboxisomas: fijación CO2 Cromosoma bacteriano Llevar y transmitir la información genética Plásmidos Conferir alguna característica ventajosa para la bacteria Flagelos Movilidad Pelos Fimbrias: adhesión a sustrato Pelos sexuales: Transmisión de ADN

Características funcionales: Nutrición 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 Tipos de bacterias Fuente de energía Fuente de carbono Fotoautótrofas Bacterias verdes y purpúreas sulfúrea y las cianobacterias Energía luminosa CO2 Fotoheterótrofas Bacterias verdes y purpúreas no sulfúreas. Moléculas orgánicas Quimioautótrofa o quimiolitótrofo Bacterias nitrificantes Compuesto químico que se oxida Quimioheterótrofas Bacterias de laboratorio y patógenas

Forma de obtener la energía Energía química Energía luminosa Fuente de carbono Autótrofo quimiolitótrofo = quimioautótrofa Bacterias nitrificantes Autótrofo fotolitótrofo = Fotoautótrofa Bacterias verdes y purpúreas sulfúrea y las cianobacterias Dióxido de carbono Heterótrofo quimiorganótrofo = Quimioheterótrofa Mayoría de bacterias: laboratorio, patógenas Heterótrofo fotoorganótrofo = Fotoheterótrofa Bacterias verdes y purpúreas no sulfúreas. Compuestos orgánicos

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

Asexual por bipartición o fisión binaria

Mecanismos parasexuales: Conjugación

Mecanismos parasexuales: Transducción

Mecanismos parasexuales: Transformación

Bacterias

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) Diatomeas Euglena Algas dinoflageladas

Protozoos Características estructurales Características funcionales 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 Ameba Paramecio Stentor Mastigóforo

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 Penicilium notatum Levadura de la cerveza Moho del pan

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) 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.

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

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.

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

Ciclo de los virus

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.

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.

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

Ciclo de los virus. 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.

Retrovirus. Virus del sida

Ciclo de vida del virus VIH

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

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

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

Las enfermedades infecciosas Clasificación en función de los microorganismos que las producen: Virus Gripe, fiebre amarilla, herpes, sida, varicela, viruela, rubeola,… Bacterias Tuberculosis, cólera, sífilis, meningitis,… Levadura Hongos Candidiasis,… Pié de Atleta, tiña,.. Protozoos Malaria, enfermedad del sueño, enfermedad de Chagas, disentería amebiana,…

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),..

Control de los microorganismos Agentes antimicro-bianos físicos Esterilización Calor húmedo (clásica y UHT), calor seco Pasteurización Elevar 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 Esterilizantes Formaldehído, glutaraldehido,… Desinfectantes Hipocloritos, compuestos fenólicos, sulfato de cobre,… Antisépticos Etanol, Yodo, agua oxigenada, jabón, detergentes,… Antibióticos Composición química variada Quimioterapéuticos sintéticos Sulfamidas, isoniacida, AZT, cloroquina, pentamidina,…

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.

BIOTECNOLOGÍA MICROBIANA 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

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

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,..

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 por Sustrato Producto Fermentación alcohólica Levaduras Glucosa (Azúcar de la uva, manzana, cebada, pan) Vino, sidra, cerveza, pan Fermentación láctica Bacterias Suero de leche Ácido láctico (queso, yogurt) Fermentación acética Vino, sidra, disolución de alcohol etílico Ácido acético o vinagre

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

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

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.

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.

Síntesis de insulina mediante ingeniería genética

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

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.