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MICROBIOLOGÍA
UNIDADES 24 - 27
Microorganismos
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Concepto de microorganismo.
Clasificación de los microorganismos.
Bacterias
Virus.
Microorganismos eucarióticos.
Relaciones entre los microorganismos y la
especie humana.
• Importancia de los microorganismos en
investigación e industria.
• Biotecnología: Concepto y aplicaciones.
Microorganismos
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Concepto de microorganismo.
Clasificación de los microorganismos.
Bacterias
Virus.
Microorganismos eucarióticos.
Relaciones entre los microorganismos y la
especie humana.
• Importancia de los microorganismos en
investigación e industria.
• Biotecnología: Concepto y aplicaciones.
Microorganismos
Concepto de microorganismo.
CONJUNTO DE SERES VIVOS QUE SE CARACTERIZAN POR
TENER UN TAMAÑO PEQUEÑO, DE MODO QUE LA MAYORÍA
DE ELLOS NO SON VISIBLES A SIMPLE VISTA, TENIENDO UNA
GRAN SENCILLEZ EN SU ESTRUCTURA Y SU ORGANIZACIÓN.
Microorganismos
Concepto de microorganismo.
LOS HAY SIN ESTRUCTURA CELULAR, LOS VIRUS, PERO LA
MAYORÍA DE ELLOS SON UNICELULARES;
ALGUNOS SON PLURICELULARES, BIEN FORMADOS POR POCAS
CÉLULAS, LAS CUALES APENAS TIENEN DIVERSIDAD FUNCIONAL,
O BIEN TIENEN UN PORTE MAYOR, CONSTITUIDOS POR LA
ASOCIACIÓN DE FILAMENTOS FORMADOS POR LA AGREGACIÓN DE
CÉLULAS, COMO ES EL CASO DE LOS MOHOS.
Microorganismos
Concepto de microbiología
A PESAR DE SU SENCILLEZ APARENTE, SU IMPORTANCIA ES TANTA
QUE HA DADO ORIGEN A UNA RAMA DE LA BIOLOGÍA DEDICADA A
SU ESTUDIO, LA MICROBIOLOGÍA.
Microorganismos
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Concepto de microorganismo.
Clasificación de los microorganismos.
Bacterias
Virus.
Microorganismos eucarióticos.
Relaciones entre los microorganismos y la
especie humana.
• Importancia de los microorganismos en
investigación e industria.
• Biotecnología: Concepto y aplicaciones.
Microorganismos
Microorganismos
Microorganismos
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Concepto de microorganismo.
Clasificación de los microorganismos.
Bacterias
Virus.
Microorganismos eucarióticos.
Relaciones entre los microorganismos y la
especie humana.
• Importancia de los microorganismos en
investigación e industria.
• Biotecnología: Concepto y aplicaciones.
Microorganismos
Microorganismos
procariotas
Microorganismos procariotas
Arqueobacterias
• Es el grupo más antiguo de bacterias.
• Las paredes celulares carecen de peptidoglicanos; en cambio,
poseen glucoproteínas, además de polisacáridos o proteínas, según
las especies.
• Tienen una membrana plasmática cuyos lípidos carecen de ácidos
grasos y, en su lugar, poseen hidrocarburos que se unen a la
glicerina mediante enlaces éter (-C-O-C-) en vez de enlaces éster.
• Su genoma está formado por una sola molécula de ADN circular,
más pequeña que la de eubacterias.
• Algunas especies adaptadas a hábitats de temperaturas extremas,
contienen lípidos especiales que forman monocapas muy rígidas,
para darles estabilidad en estos ambientes. También poseen
enzimas especiales que no se desnaturalizan en esas condiciones.
• Hay especies autótrofas, aunque la mayoría son heterótrofas.
• Son capaces de vivir en ambientes de condiciones extremas de
temperatura, salinidad, pH y anaerobiosis.
Arqueobacterias
a)
b)
c)
d)
e)
Dependiendo de las condiciones a las que han adaptado su
metabolismo, se distinguen tres grupos:
Halofítas: en ambientes de elevada salinidad. Confieren color rojo a
las aguas sobresaturadas de sal porque algunas presentan
carotenoides en sus membranas.
Metanógenas: anaerobias. Producen metano. Se encuentran en
ambientes ricos en materia orgánica en descomposición, (ambientes
pantanosos y cenagosos, aguas estancadas, depósitos de
tratamiento de aguas residuales, tracto digestivo, etc.)
Hipertermófilas: de ambientes geotérmicos como fuentes termales y
volcanes, incluso submarinos, donde las temperaturas superan los
80-100º C. Son las arqueas llamadas termófilas extremas.
Acidófilas: ambientes de valores extremos de pH, (por ejemplo en
suelos muy ácidos, aunque su citoplasma no disminuye el pH)
Psicrófilas: incluye las bacterias que pueden crecer en condiciones
extremas como los hielos antárticos.
Eubacterias
Eubacterias
-También denominadas simplemente bacterias.
-Actualmente están representadas por cerca de 5000 especies
diferentes, haciéndose complicada su clasificación.
- Son formas simples que varían entre 1 y 15 micras.
-Desde el punto de vista estructural, poseen (o pueden poseer):
• membrana plasmática que limita al citoplasma con ribosomas
• pared celular
• cápsula
• flagelos
• fimbrias o pili
• cromosoma circular
• plásmido
Eubacterias
Staphylococcus aureus
Bacillus anthracis
El tamaño de las bacterias varía entre 1micra (Staphylococcus aureus) y
13 micras (Bacillus anthracis).
Formas de las bacterias
Tipos de bacterias
CÉLULA PROCARIÓTICA
Cápsula bacteriana
La cápsula es una capa externa sin
estructura definida, compuesta por
glúcidos
de
gran
tamaño,
generalmente polímeros de glucosa,
aunque
puede
contener
otros
componentes.
Aparece en casi todos los grupos de
bacterias patógenas.
Regula procesos de intercambio de
iones, agua y sustancias nutritivas
con el medio externo.
Retiene
agua
(mecanismo
de
resistencia ante la desecación del
medio.
Facilita la adherencia al sustrato, por
ejemplo a las células del huésped.
Facilita la formación de colonias
bacterianas.
Dificulta el reconocimiento de la
bacteria por parte de anticuerpos y
células fagocíticas.
Pared Bacteriana
La pared bacteriana está formada
por el peptidoglicano mureína,
componente común a todas las
paredes celulares de las
eubacterias.
La mureina está compuesta por
cadenas de un heteropolisacárido
formado por dos azúcares, Nacetilglucosamina (NAG) y ácido Nacetilmurámico (NAM), unidos por
enlaces β(1 -4); una corta cadena de
cuatro aminoácidos (tetrapéptido)
se une, a su vez, a los restos de
NAM.
Pared Bacteriana
La estructura de la pared adquiere una
forma de una red que resulta cuando
varias cadenas del heteropolisacárido
se superponen, y se pueden establecer
enlaces peptídicos intercatenarios entre
los tetrapéptidos de las cadenas
adyacentes
mediante
pequeños
oligopéptidos de 5 aminoácidos.
Pared Bacteriana
La pared cumple varias funciones:
Mantiene la forma de la bacteria
frente a variaciones de presión
osmótica.
Regula el paso de iones.
Una vez formada, la pared hace a
la bacteria resistente a la acción de
antibióticos y otras sustancias , ya
que estos actúan sobre las enzimas
que regulan la formación de la
pared. Por ejemplo, la lisozima
presente en secreciones animales
impide los enlaces entre NAG y
NAM. La penicilina y otros
antibióticos impide la formacón del
enlace entre del NAM con el
tetrapéptido.
Pared Bacteriana
En función de la tinción de gram, se distinguen dos tipos de bacterias que se
diferencian en la estructura de su pared.
Pared bacteriana
La tinción de gram es un método de
tinción diferencial que utiliza un
colorante fundamental, el cristal
violeta, y un colorante de contraste,
la safranina (de color rosado). Las
células gram positivas se observan
al microscopio de color violeta,
mientras que las células gram
negativas, incapaces de retener el
colorante fundamental tras la
decoloración con alcohol, presentan
color rosado.
http://biol1c201.blogspot.com.es/2009/07/pared-celular.html
Pared Bacteriana
Pared Bacteriana gram +
Gram +
La pared de las bacterias gram + es monoestratificada y está constituida por una
capa gruesa de peptidoglicano (con varias capas superpuestas e
interconectadas de mureina), a la que se asocian proteínas y ácidos teicoicos.
Pared Bacteriana gram +
Los ácidos teicoicos son polímeros de glicerol o ribitol unidos mediante enlaces
fosfodiéster. Estos ácidos se encuentran en la pared celular de las bacterias
gram + extendiéndose sobre la superficie de la capa de peptidglicano.
Pared Bacteriana gram La pared de las bacterias gram – muestran la siguiente estructura:
• Una membrana externa constituida por una bicapa lipídica con diversas
proteínas asociadas, muchas de ellas con actividad enzimática. Presenta gran
cantidad de lipopolisacáridos que se proyectan hacia el exterior, (estos
lipopolisacáridos al igual que la mureina, son exclusivos de las bacterias. Están
formados por ácidos grasos, acetilglucosamina, grupos fosfato y diferentes
azúcares dependiendo de la bacteria de la que se trate).
•Una capa basal fina de peptidoglicano, unida a la membrana externa
mediante lipoproteínas.
Entre la membrana externa y y la membrana plasmática se encuentra el espacio
periplasmático .
Debido a la presencia de la membrana externa, las bacterias gram – son más
resistentes a antibióticos.
Pared Bacteriana gram -
Gram -
Membrana
La membrana rodea al citoplasma. Tiene una estructura casi idéntica a la de las
células eucariotas, excepto que no hay esteroides (colesterol por ejemplo). Presenta
unos repliegues hacia dentro denominados mesosomas. Las funciones son:
• Regular el paso de sustancias. La membrana celular tiene permeabilidad
selectiva y permite el ingreso de nutrientes y la salida de desechos por
mecanismos de transporte activo y pasivo.
• Los mesosomas aumentan la superficie de la membrana. Sirven para
sujetar el cromosoma bacteriano.
• Además en ellos existen gran cantidad de enzimas:
 Contienen la ADN polimerasa, y dirigen la duplicación del ADN
bicatenario.
 Realizan la respiración, ya que ahí se encuentran los sistemas de
fosforilación oxidación y el transporte de electrones para la producción
de energía.
 Enzimas que intervienen en la fotosíntesi (en quellas bacterias que
sean fotosintéticas).
 Enzimas para la asimilación delnitratos y nitritos en bacterias
nitrificantes.
 Además tiene las enzimas necesarias para la síntesis de lípidos, de la
pared celular, de la cápsula, etc.
 Finalmente la membrana contiene moléculas receptoras especiales que
ayudan a las bacterias a detectar y responder a sustancias químicas del
medio externo.
Bacterias
Ribosomas
Los ribosomas de la célula procariota son 70 S. La subunidad mayor es 50 S
(Dos moléculas de ARN r y 34 proteínas). La subunidad menor es 30 S (una
molécula de ARN r y 21 proteínas).
La síntesis de las proteínas es idéntica que en los ribosomas eucariotas, pero en
procariotas siempre actúan libres en el citoplasma.
Bacterias
Gránulos de inclusión
• Son gránulos de material orgánico o inorgánico, algunas
veces rodeados de membrana. En general funcionan
como almacenamiento de compuestos energéticos que
son usados como fuente de energía (polisacáridos,
lípidos, polifosfatos).
• El glucógeno constituye el principal elemento
almacenado por las enterobacterias (40% de su peso).
• También
pueden
almacenar
residuos
del metabolismo.
• Están dispersos por el
citoplasma,
y
generalmente
no
posen una membrana
que los aísle del
medio interno.
Vesículas gaseosas
• Estructuras membranosas huecas, cilíndricas y extremos cónicos, que
contienen gas.
• Esta membrana es impermeable al agua o a los solutos, pero sí es
permeable a los gases.
• Pueden existir desde solo una a varios centenares por bacteria.
• Permiten la flotabilidad de las bacterias que las poseen.
• Permite movilidad hacia arriba y hacia abajo en la columna de agua en
respuesta a cambios ambientales.
• Ejemplos de bacterias
que presentan vesículas
gaseosas son:
cianobacterias,
bacterias fotosintéticas
purpúreas y verdes y
algunas Archaea).
Vesículas gaseosas
ADN BACTERIANO
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•
Una sola molécula circular muy plegada.
Suele estar unido a mesosomas.
La región del cromosoma donde se presenta mayor condensación es el nucleoide.
El plegamiento de la molécula se estabiliza por medio de proteínas estructurales,
semejantes a las histonas, pero no iguales, ni presentan unidades tipo
nucleosomas.
El ADN tiene la función de mantener y conservar la información genética y dirigir
el funcionamiento de todo el metabolismo.
Además del cromosoma
principal, pueden existir
uno o varios plásmidos,
pequeñas moléculas de
ADN circular
extracromosómico que se
replican de forma
independiente al
cromosoma principal.
Flagelos de las Bacterias
Los flagelos son prolongaciones finas
cuya longitud es varias veces la de la
bacteria. Presentan dos partes, la
zona basal, (constituida a su vez por
el cuerpo basal y el codo) y el tallo.
La zona basal se compone de una
bastón central y cuatro estructuras
discoidales.
•Los dos internos asociados a la
membrana plasmática. Al girar sobre
sí mismos transmiten su movimiento
al resto del flagelo.
•Los dos externos son fijos, y se
encuentran incrustrados en la pared,
el de abajo en la capa de mureina. El
más externo se asocia a la
membrana externa de las bacterias
gram -, y en las gram + no existe.
Flagelos de las Bacterias
•El codo hace una curvatura de 90º. Es algo más
grueso que el tallo del flagelo.
•El tallo contiene un número variable de fibras
trenzadas constituidas por moléculas de la
proteína flagelina. Es una estructura ligeramente
ondulada pero rígida.
•Los flagelos intervienen en la locomoción.
Bacterias
A-Monotrico; B-Lofotrico; C-Anfitrico; D-Peritrico.
Pelos (pili) y fimbrias
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Son estructuras huecas tubulares constituidas por moléculas proteícas que se
disponen helicoidalmente.
Si son cortas y muy numerosas son fimbrias.
Los pelos son más largos y menos numerosos (1 o 2 por bacteria).
Las fimbrias permiten a la bacteria fijarse al sustrato.
Los pili sirven para el intercambio de material genético con otras bacterias.
Reproducción en Bacterias
• Asexual por bipartición
• Procesos Parasexuales
– Conjugación. A través de los pili.
– Transducción. Consiste en una transferencia del
material genético mediante un bacteriófago.
– Transformación. Consiste en la captura del ADN
de otra bacteria que estaba libre en el medio.
Puede considerarse el menos frecuente.
Bacterias
Reproducción por Bipartición
La duplicación del ADN está regida por la ADN polimerasa de los mesosomas.
Bacterias
Reproducción por Bipartición
Reproducción en Bacterias
Conjugación
Es un proceso en el que una bacteria donadora (F+) transmite ADN, a través
de los pili, a otra bacteria receptora (F-).
Existen dos tipos de bacterias donadoras:
a) Bacterias F+ : poseen plásmidos no integrados en el cromosoma.
b) Bacterias Hfr : poseen plásmidos integrados en el cromosoma.
En ocasiones, una bacteria F+ puede pasar a Hfr si su episoma se incorpora al
ADN bacteriano.
-Las bacterias F+ suelen transferir únicamente el factor F (plásmido), que, en
principio, no se recombina con el ADN de la bacteria receptora (ésta Fqueda convertida en F+).
-En cuanto a las bacterias Hfr:
· antes de la conjugación, duplican su ADN, incluido el factor F.
· al transcribir la copia de ADN, generalmente sólo pasa un fragmento de ésta
a la bacteria receptora F-.
· el factor F o episoma suele quedar en el interior de la bacteria donadora.
· el ADN transferido se recombina con el ADN de la bacteria receptora.
Reproducción en Bacterias
Conjugación a través de pili
TRANSDUCCIÓN
-Es un mecanismo de intercambio genético que requiere un agente transmisor,
concretamente un virus bacteriófago, el cual transporta fragmentos de ADN
procedentes de la última bacteria parasitada.
-El proceso tiene lugar como sigue:
· el ADN del fago penetra en una bacteria A receptora, y se integra en su
cromosoma.
· en un momento dado, el provirus se replica arrastrando un fragmento del
ADN bacteriano; además, el ADN del fago transcribe y traduce su
información para la síntesis de las proteínas que constituirán los
capsómeros de las cápsidas de los nuevos virus.
· tras formarse múltiples copias del fago, se produce la lisis de la bacteria,
quedando libres los virus que portan también material genético de la
bacteria.
· alguno de estos nuevos virus infecta a otra bacteria B receptora y se
integra en su cromosoma; de esta manera, la información genética del virus
más el fragmento de ADN procedente de la bacteria A se inserta en la
bacteria B, y es replicada junto con el resto de ésta.
Bacterias
Relación
Funciones de relación
bacteriana: dependiendo de
las condiciones
ambientales, las bacterias
pueden responder con:
movimientos, variaciones
metabólicas, adopción de
formas de resistencia
(quistes: pierden agua y se
rodean de una gruesa capa;
o endosporas: con una
cubierta interna). Así
permanecen en estado de
vida latente hasta que
pasen las condiciones
adversas. Por eso son muy
resistentes incluso a veces
a la esterilización como
ocurre con Clostridium
botulinum.
Bacterias
Relación y formación de quistes
Nutrición en bacterias
Desde el punto de vista de la degradación de la materia orgánica y
la obtención de energía química (ATP), las bacterias pueden ser:
 Aerobias: cuando utilizan O2 para degradar (oxidar) la materia
orgánica y obtener ATP.
 Anaerobias: cuando no utilizan O2 y degradan la materia orgánica
por medio de procesos fermentativos. A su vez, pueden ser:
• Anaeróbicas estrictas: no toleran el O2 y mueren.
• Anaeróbicas facultativas: si hay presencia de O2 en el medio, lo
utilizan, si no, pueden prescindir de él y utilizar vías
fermentativas.
• Anaeróbicas aerotolerantes: no utilizan el O2, pero toleran su
presencia
Nutrición
En el ámbito de las bacterias se
encuentran todos los tipos de
nutrición que puedan poseer las
células (cuadro).
Así pues, desde este punto de vista
(nutricional), distinguimos cuatro
tipos de bacterias:
1) Fotoautótrofas
– Utilizan luz como fuente de
energía.
– La fuente de carbono es el CO2
(lo fijan, igual que las plantas,
incorporándolo al ciclo de
Calvin).
– También pueden utilizar azufre
(H2S) o nitrógeno (NH3) como
fuente de materia para obtener
las moléculas necesarias para su
metabolismo.
– Ej: Bacterias purpúreas
sulfúreas, bacterias verdes y
cianobacterias.
Nutrición
2) Fotoheterótrofas
– También utilizan luz como fuente de energía.
– Utilizan compuestos orgánicos (ác.grasos y glúcidos) como fuente de
carbono, y se nutren de ellos; este es un proceso anaeróbico, aunque
algunas especies son aeróbicas (y pueden crecer en la oscuridad por
oxidación de sustratos orgánicos).
– Ejemplo: bacterias purpúreas no sulfúreas (también llamadas rojas
fosintetizadoras).
3) Quimioautótrofas
– No precisan luz para crecer y utilizan diversos sustratos inorgánicos
(NO2-, NH3, H2S, CO) tanto como fuente de energía como de materia;
los oxidan para obtener energía y poder sintetizar materia orgánica. Por
lo tanto necesitan la presencia de oxígeno.
– Ejemplo: bacterias incoloras del azufre, bacterias del nitrógeno, del
hierro y del metano.
4) Quimioheterótrofas
– Constituyen la mayoría, y utilizan sustratos orgánicos como fuente de
energía y de materia.
– Las hay grampositivas y gramnegativas (éstas siempre aerobias).
– Dentro de este grupo hay bacterias saprofitas, simbiontes y parásitaspatógenas.
OXIDACIÓN DEL AZUFRE
H2S + ½ O2
2S + 3 O2 + 2 H2O
S + H2O
2SO42- + 4 H+
OXIDACIÓN DEL HIDRÓGENO
H2 + ½ O2
CH4 + 2 O2
H2 O
CO2 + 2H2O
OXIDACIÓN DE IONES FERROSO
4 Fe2+ + 4 H+ + O2
4 Fe3+ + 2 H2O
NITRIFICACIÓN
2NH 3 + 3 O2
NO2- + 1/2 O2
2 NO2- + 2 H+ + 2 H2O
NO3-
Oxidación de amoniaco a nitrito: Nitrosomonas
Oxidación de nitrito a nitrato: Nitrobacter
OXIDACIÓN DEL AZUFRE
H2S + ½ O2
2S + 3 O2 + 2 H2O
S + H2O
2SO42- + 4 H+
OXIDACIÓN DEL HIDRÓGENO
H2 + ½ O2
H2 O
OXIDACIÓN DEL METANO
CH4 + 2 O2
CO2 + 2H2O
OXIDACIÓN DE IONES FERROSO
4 Fe2+ + 4 H+ + O2
2 FeCO3 + 3 H2O + ½ O2
4 Fe3+ + 2 H2O
2Fe(OH)3 + 2CO2
NITRIFICACIÓN
2NH
4
+
+ 3 O2
NO2- + 1/2 O2
2 NO2- + 4 H+ + 2 H2O
NO3-
Oxidación de amoniaco a nitrito: Nitrosomonas
Oxidación de nitrito a nitrato: Nitrobacter
Imágenes de diferentes
especies de bacterias
Cianobacterias
Cianofíceas, cumplen una función de vital importancia para todos los ecosistemas
de La Tierra. Producen grandes cantidades de oxígeno, más que todos los árboles
de la Selva Amazónica. La cantidad de oxígeno en la atmósfera es regulada por
este tipo de seres. Además, son fuente de alimento de gran cantidad de
microorganismos
que
se
alimentan
de
ellas.
Cianobacterias
Bacterias púrpuras
Chromatiaceae. El color se
debe a los compuestos de
azufre.
Vibrio parahaemolyticus - halophilic,
facultative anerobic, rod bacterium
Lactobacillus plantarum - Gram-positive, rod prokaryote, nonspore forming, anaerobic or microaerophilic, occurs singly or in
pairs. Very rarely pathogenic and is part of the normal flora in
man and animals (mouth, vagina, and intestinal tract);
Listeria monocytogenes - Gram-positive, regular, nonsporing, rod prokaryote.
Zoonotic microorganism; domestic mammals, rodents and birds contaminate water,
vegetables and cheese, which, if ingested by humans, can cause listeriosis,
meningitis, septicemia, encephalitis, food poisoning and risk of spontaneous abortion
in pregnant women.
Alicyclobacillus spp. - an acidophilic, thermophilic, spore forming
bacteiurm. Causes food spoilage, especially in fruit juices. The
spores can survive pasteurization treatments and heat can
activate the spores to begin growth and cause contamination.
Ejemplos de enfermedades bacterianas
Streptococcus pyogenes es una bacteria patógena que se encuentra con
frecuencia en el hombre en la boca, la faringe, las vías respiratorias, la sangre y en
algunas heridas. Por lo habitual se trasmite por vía aérea y es responsable de un
gran número de enfermedades como la infección faríngea estreptocócica.
Ejemplos de enfermedades bacterianas
Neisseria meningitidis que muestra esta imagen,
produce meningitis bacteriana