Microbiología y Microorganismos PDF

La microbiología y los microorganismos U.D.1 Índice de contenidos 1. INTRODUCCIÓN A LA MICROBIOLOGÍA. 2. NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS 3. ESTRUCTURA MICROBIANA CELULAR 4. LA CÉLULA PROCARIOTA. 4.1. Envolturas celulares: El glicocálix/cápsula. 4.2. Envolturas celulares: La pared celular. 4.3. Envolturas celulares: La membrana citoplasmática. 4.4. El interior de la célula procariota. 4.5. El exterior de la célula procariota. 4.6. Las endosporas 5. LA CÉLULA EUCARIOTA 5.1.- Flagelos y cilios 5.2.- Pared celular y glicocálix 5.3.- Membrana citoplasmática 5.4.- Citoplasma 5.5.- Orgánulos 1) Retículo endoplasmático 2) Ribosomas 3) Mitocondrias 4) Cloroplastos 5) Aparato de Golgi 6) Lisosomas 7) Centrosoma 8) Vacuolas 6. REPRODUCCIÓN Y CRECIMIENTO MICROBIANO. 6.1. Reproducción. 6.2. Crecimiento 6.3. Crecimiento en cultivo estático: Curva de crecimiento y fases 7. NUTRICIÓN Y METABOLISMO MICROBIANO. 7.1. Nutrición 7.2 Tipos de metabolismos. 8. CONDICIONES DE CULTIVO DE LOS MICROORGANISMOS. 8.1. Temperatura. 8.2. Oxígeno. 8.3. pH. 1 8.4. Presión osmótica y actividad agua. 9. BACTERIAS 9.1. Morfología bacteriana: Tamaño y forma. 9.2. Morfología bacteriana: Disposición. 9.3. Principales familias bacterianas 10. LAS ARQUEAS 11. LOS PROTOZOOS Y LAS ALGAS. 11.1. Los protozoos 11.2. Las algas 12. LOS HONGOS 12.1. Características generales 12.2. Clasificación de los hongos 1) Zigomicetos 2) Ascomicetos 3) Basidiomicetos 4) Deuteromicetos 13. LOS VIRUS. 13.1. Características generales 13.2. Tamaño de los virus 13.3. Estructura vírica 13.4. Clasificación de los virus 1) Según el tipo de ácido nucleico 2) Según la forma de la cápsida del virus 3) Según la envoltura lipídica 4) Según la célula a la que infectan 13.5. Replicación de los virus 1) Fases del proceso de replicación del virus 2) Ciclo lítico y ciclo lisogénico 14. TÉCNICAS DE CULTIVO Y AISLAMIENTO DE VIRUS. 1) Inoculación en animales de laboratorio 2) Inoculación en embrión de pollo 3) Cultivos celulares TÉCNICAS DE RECONOCIMIENTO DE LA INFECCIÓN VÍRICA 1) Métodos directos 2) Métodos indirectos 2 La microbiología y los microorganismos U.D.1 En esta unidad didáctica aprenderemos a conocer las características básicas de los microorganismos (mo), sobre todo las bacterias, que son las que continuamente aparecerán en la mayoría de los análisis que se realizan en los laboratorios de microbiología. Debes tener en cuenta que todo lo que aprendas durante el desarrollo de la unidad, posteriormente lo aplicarás en las técnicas analíticas que se explicarán a lo largo de este módulo y te servirá para ubicar cada una de ellas en el contexto adecuado. La utilización de los microorganismos por parte de la especie humana es tan antigua como la propia especie (obtención de queso, yogur, kefir, cerveza, vino, pan...). La especie humana aprendió a utilizar los microorganismos, pero no conocía su existencia ni la naturaleza de los procesos que tenían lugar. Los microorganismos están ampliamente distribuidos en la naturaleza, en ambientes muy variables como suelos, aguas, aire, superficie e interior de vegetales y animales. 1. INTRODUCCIÓN A LA MICROBIOLOGÍA. ¿Qué son los microorganismos? Los microorganismos son unos organismos demasiado pequeños para ser observados a simple vista. Existen de forma unicelular o bien en grupos reducidos de células. Son microorganismos: Bacterias. Arqueobacterias Microorganismos Hongos microscópicos celulares Protozoos Algas microscópicas Virus (no cumplen la condición de ser vivo). Microorganismos Priones acelulares Se sabe que habitan la Tierra desde hace tres mil millones de años y que están adaptados a todos los medios: tierra, mar y aire. Es posible encontrarlos en las plantas, en los animales y en el hombre. Algunos viven en ambientes muy fríos y otros en ambientes muy cálidos. El oxígeno del aire no siempre es necesario para su existencia. Hay tendencia a asociar a los microorganismos (mo) con infecciones, enfermedades, etc., pero son esenciales para la vida. Solo unos pocos son patógenos. Participan en los ciclos biogeoquímicos, en el cuidado del medio ambiente, ayudan a mantener el equilibrio entre los seres vivos…..:  Base de la cadena alimenticia en el ambiente acuático.  Degradación de residuos.  Fijación del nitrógeno atmosférico.  Fotosíntesis.  Simbiosis con otros organismos.  Aplicaciones comerciales: alimentos, antibióticos, hormonas, vacunas, …. 3 ¿Qué es la microbiología? La microbiología es la ciencia que estudia a los microorganismos y su interacción con otros organismos y con el medio ambiente. La microbiología no nació hasta que no se conocieron las lentes de aumento. Hoy se sabe que los mo están por todas partes, pero eran desconocidos hasta la invención del microscopio. Partes de la microbiología: Microbiología básica: es la parte de la microbiología que estudia las características de los microorganismos y su clasificación. Microbiología aplicada: estudia las aplicaciones de los estudios microbiológicos en la vida del hombre y su entorno. Actualmente, la microbiología ha dado origen a dos nuevas ramas, la Inmunología y la Virología. Las técnicas de ensayos microbiológicos están evolucionando continuamente a medida que se realizan nuevas investigaciones. El gran reto de la microbiología es encontrar técnicas que den resultados más rápidos, ya que las técnicas clásicas requieren de varios días para obtenerlos. Enlaces a vídeos didácticos: Introducción https://www.youtube.com/watch?v=G0IRlqcg1AQ Qué es un microorganismo y tipos  https://youtu.be/gKUNoccyYhU Autoevaluación La causa de la gripe es… Una bacteria. Un protozoo. Un virus. Un hongo. Nota importante Las respuestas correctas a los ejercicios de autoevaluación la hallarás en la versión guiada del tema 4 2. NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS ¿Tienes una idea aproximada del número de especies de seres vivos que existen en la tierra? Algunas estimaciones recientes cifran este número en 1.750.000, pero se cree que el número de especies que realmente existen sobre la Tierra son 100.000.000. La taxonomía es la ciencia que describe, ordena y clasifica a los seres vivos con el fin de facilitar su estudio y la comunicación de los descubrimientos científicos. Provee de nombres universales para los organismos y de referencias para identificarlos. Hasta el siglo XVIII solo se conocían dos reinos, el animal y el vegetal, denominados Animalia y Plantae. Posteriormente, con el desarrollo de las técnicas de microscopia, se descubrieron formas de vida que no podían encuadrarse en estos dos reinos. En 1977, Carl Woese establece tres dominios de jerarquía superior al reino y seis reinos. Fueron propuestos a partir de la composición química del ARN y de la membrana Dominios y Reinos establecidos por Carl Woese Dominios Reinos  Archaea  Archaea  Bacteria  Bacteria  Animalia  Plantae  Eukarya  Fungi  Protista Archaea (arqueas). Son un grupo de microorganismos unicelulares, que al igual que las bacterias, son de morfología procariota (sin núcleo ni, en general orgánulos membranosos internos), y tienen una historia evolutiva independiente y muestran muchas diferencias en su bioquímica con las otras formas de vida. Bacteria (bacterias). Son células procariotas, por lo que no tienen el núcleo definido ni presentan, en general, orgánulos membranosos internos. Generalmente poseen una pared celular y ésta se compone de peptidoglicano. La presencia frecuente de pared de peptidoglicano junto con su composición en lípidos de membrana son la principal diferencia que presentan frente a las arqueas, el otro importante grupo de microorganismos procariotas. Eukarya (eucariota). Incluye aquellos organismos formados por células con núcleo verdadero. Estos organismos constan de una o más células eucariotas, abarcando desde organismos unicelulares hasta verdaderos pluricelulares, en los cuales las diferentes células se especializan para diferentes tareas y que, en general, no pueden sobrevivir de forma aislada. Los eucariotas se dividen en los siguientes reinos:  Protista (protozoos). Organismos eucariotas generalmente unicelulares. 5  Fungi (hongos). Son organismos eucariotas heterótrofos, y pueden ser uni (levaduras) o pluricelulares (mohos).  Plantae (plantas). Son organismos eucariotas autótrofos y pluricelulares.  Animalia (animales). Organismos eucariotas, pluricelulares, heterótrofos. Además de los criterios tradicionales utilizados para definir la posición taxonómica de cada especie (morfología, anatomía, fisiología comparativa...), las nuevas tecnologías desarrolladas con posterioridad al descubrimiento de la estructura del ADN han proporcionado nuevas formas de afrontar este estudio. El tamaño y simplicidad de las bacterias y, por esta misma razón las escasas diferencies morfológicas entre ellas, han hecho necesario buscar otros criterios con los que establecer la diferenciación de especies Debido a la reciente introducción de la filogenia molecular y del análisis de las secuencias de genomas, la clasificación bacteriana actual es un campo en continuo cambio y plena expansión. Las bacterias también pueden clasificarse en base a otros criterios, como diferencias en determinados componentes como ADN, ácidos grasos, pigmentos, antígenos o quinonas. Sin embargo, todavía no están claras estas diferencias. Por ello, y con el fin de superar esta incertidumbre, la clasificación bacteriana actual se centra en el uso de técnicas moleculares modernas (filogenia molecular), tales como la determinación del contenido de guanina/citosina en el ADN, la hibridación genoma-genoma o la secuenciación de ADN ribosómico. El Comité Internacional de Sistemática de Procariotas (ICSP) es el organismo encargado de la nomenclatura, taxonomía y las normas según las cuales son designados los procariotas. 6 Para ordenar y clasificar a los seres vivos se emplean una serie de taxones o categorías taxonómicas ordenadas jerárquicamente con una estructura piramidal, de modo que cada categoría incluye a las demás o está incluida en otra. A medida que se desciende en la pirámide, las características que tienen en común son cada vez mayores. Las categorías taxonómicas son las siguientes: dominio-reino-filo-clase-orden-familia-género-especie Ejemplo: Escherichia coli  Dominio: Bacteria.  Filo: Proteobacteria.  Clase: Gamma Proteobacteria.  Orden: Enterobacteriales.  Familia: Enterobacteriaceae.  Género: Escherichia.  Especie: coli. No obstante, a los microorganismos se les conoce fundamentalmente por el género y la especie a que pertenecen (sistema binomial de nomenclatura):  La primera letra del nombre debe ir en mayúscula (género)  El segundo nombre todo en minúsculas (especie)  La totalidad del nombre en cursiva o subrayado (género + especie) Ejemplos: Escherichia coli, Salmonella typhi. Donde Escherichia y Salmonella son los nombres genéricos; coli y typhi son los nombres específicos. Normalmente se abrevia el nombre genérico: S. typhi, E. coli A veces las especies no se identifican plenamente y se recurre a utilizar las abreviaturas sp. y spp. En estos casos nunca se abrevia el género: Escherichia sp., Salmonella spp.:  “sp”: es un singular; se utiliza para una especie concreta que es desconocida o cuyo nombre carece de importancia  “spp”: es un plural; se utiliza para referirse a todas las especies de un mismo género 3. ESTRUCTURA MICROBIANA CELULAR Como sabrás, el principio de la vida se originó en el agua a partir de seres unicelulares muy sencillos. La célula es la unidad viva más pequeña capaz de crecimiento autónomo y reproducción, así como de utilizar sustancias alimenticias químicamente diferentes de sí misma. La célula es dinámica, constantemente sufre cambios y sustituye sus partes. Incluso si no está creciendo, toma continuamente materiales de su medio y los transforma en sustancia propia. Al mismo tiempo, arroja constantemente al medio que le rodea materiales celulares y productos de desecho. 7 Existen dos tipos de células: la procariota y la eucariota. Ambos tipos de células se diferencian en su estructura, organización y en cómo llevan a cabo las funciones metabólicas y de reproducción. ESTRUCTURA CELULAR EUCARIOTA ANIMAL CÉLULA PROCARIOTA ESTRUCTURA CELULAR EUCARIOTA VEGETAL Estructura:  Procariota: Es mucho más simple y pequeña que la eucariota. No tienen un núcleo rodeado por una membrana que contenga el material genético. Tienen un único cromosoma.  Eucariota: tiene un núcleo verdadero rodeado por membrana que contiene el material genético y más de un cromosoma. Tiene orgánulos especializados en funciones específicas. Su estructura es más compleja 8 Organización: Las procariotas sobreviven por sí mismas como una única célula y todas las células de la misma especie son idénticas. En las eucariotas se distinguen tres tipos de organización celular (pluricelular, filamentosa, unicelular) y sobreviven agrupadas. Reproducción: Las procariotas no tienen reproducción sexual y las eucariotas sí. Las eucariotas se dividen por mitosis y las procariotas no. Función metabólica: Las reacciones que llevan a cabo para obtener energía son muy similares en ambas. En las procariotas se producen en el citoplasma y en la membrana citoplasmática. En las eucariotas en la membrana de las mitocondrias Sólo las bacterias y las arqueas tienen células de tipo Procariota Animales, plantas, hongos, protozoos y algas, todos poseen células de tipo Eucariota. Enlaces a vídeos didácticos: Presentación de la célula procariota https://www.youtube.com/watch?v=ld9P01koKdo Células procariotas y células eucariotas https://youtu.be/_y0K-SfzJn0 Partes de la CÉLULA - Tipos de célula  https://youtu.be/yo5MpRAXsEI A CONTINUACIÓN NOS CENTRAREMOS EN EL ESTUDIO DE AMBOS TIPOS DE CÉLULAS 9 4. LA CÉLULA PROCARIOTA. Las células procariotas conforman un grupo muy heterogéneo de organismos unicelulares que comprende a las bacterias y las arqueas. Aunque ambas presentan un aspecto similar, su composición química es diferente. Las células procariotas, con frecuencia también llamadas células bacterianas o bacterias, son muy pequeñas (entre 0,2 y 2 μm de diámetro y entre 2 y 8 μm de largo) y relativamente sencillas, su material genético no está rodeado por una membrana nuclear especial, de ahí su nombre. La estructura de una célula procariota es la que se observa en la figura siguiente. Una típica célula procariota contiene las siguientes estructuras desde el exterior hacia el interior: Estructuras constantes, presentes en todas las células:  Pared celular: separa a la célula del medio que la rodea. Suele ser rígida y es de naturaleza glúcido - lípido -proteica.  Periplasma: espacio entre la pared celular y la membrana citoplasmática.  Membrana plasmática: separa el citoplasma de la pared celular. Está compuesta de proteínas y lípidos.  Citoplasma: es una solución coloidal que contiene elementos nucleares, inclusiones citoplasmáticas (vacuolas, vesículas, ribosomas, etc.) Estructuras inconstantes, no siempre están presentes:  Cápsula: es una capa rígida externa que protege a la célula del ambiente exterior. Si es más blanda y gelatinosa se llama glicocálix. Ambos tipos de capa están compuestos de material extracelular que suelen incluir polímeros de diversos tipos.  Flagelos: nacen en el citoplasma y son estructuras de locomoción. Están compuestos de una proteína (flagelina).  Fimbrias y pilis: formaciones piliformes que nacen en el citoplasma. Están compuestos de proteína (pilina).  Esporas Enlaces a vídeos didácticos: Morfología y estructura bacteriana  https://youtu.be/gjGnUqCAmwU 10 Autoevaluación 2 ¿Qué capa externa de la célula es blanda? ¿Qué suelen utilizar las procariotas para La cápsula. moverse? El glicocálix. La pared celular. Las fimbrias. La membrana citoplasmática. Los flagelos. El glicocálix. Las vacuolas. A CONTINUACIÓN ESTUDIAMOS CON MAYOR PROFUNDIDAD CADA UNA DE ÉSTAS ESTRUCTURAS ¿Cómo crees que se protegen del exterior las bacterias? Hay tres capas básicas cuya función conjunta es de protección, denominadas envolturas bacterianas. Se describen a continuación. 4.1.- Envolturas celulares: El glicocálix/cápsula. Algunas células bacterianas tienen una estructura de material gelatinoso o viscoso que rodea la pared celular. Está formado por polisacáridos, polipéptidos o ambos. Su composición química y rigidez no son iguales en todas las especies de bacterias. A mayor proporción de proteínas es más rígida y a mayor proporción de polímeros de azucares lo es menos. Si la estructura está bien definida, es regular y está unida firmemente a la pared celular se denomina cápsula. Si por el contrario su contorno es irregular, no tiene una forma definida, no está firmemente unido a la pared celular y forma una capa mucilaginosa o mucosa, se denomina glicocálix o glucocálix. Si las bacterias están inmersas en dicha estructura, se denomina biopelícula o biofilm. En ocasiones, dicha estructura se pierde en los cultivos de laboratorio. Su función es variada según la especie bacteriana: 11  Adherencia: es la principal. Hace que las bacterias que se van formando se mantengan unidas, llegando incluso a originar biopelículas en la superficie de medios líquidos. Streptococcus mutans se adhiere a través de la cápsula a la superficie de los dientes originando caries; sin la cápsula el microorganismo se elimina fácilmente con la saliva.  Resistencia a la desecación: posee muchos grupos polares que al retener moléculas de agua protegen a la célula frente a la desecación y pérdida de nutrientes.  Patogenicidad y virulencia: es un mecanismo de virulencia para algunas especies. Los neumococos sin cápsula no son virulentos.  Protección: evita la fagocitosis protegiendo contra los bacteriófagos (virus que infectan bacterias) y evita la acción de los antibióticos. 4.2.- Envolturas celulares: La pared celular. ¿Sabías que la pared celular bacteriana es comparable a la cáscara de un cacahuete? Ambas cubiertas sirven para protegerse del exterior. Es una red bidimensional que rodea a la célula a modo de saco. Existe prácticamente en todas las bacterias (los micoplasmas no la poseen) y es exclusivo de las procariotas. Se encuentra alrededor de la membrana plasmática (también llamada citoplasmática). Para comprender mejor  puedes ver el siguiente vídeo https://youtu.be/44Oysp3C1hM La pared celular es una estructura compleja y rígida que mantiene la forma característica de cada célula bacteriana. Es porosa, hace de barrera para algunas sustancias impidiendo que penetren dentro de la célula y permite el paso a otras. Funciones: – Proporcionar rigidez, estabilidad y forma – Prevenir la ruptura de la bacteria cuando su presión osmótica sea mayor que la del medio externo – Proteger a la célula de los cambios adversos del medio ambiente – Permitir el paso de nutrientes – Ser continente de los elementos internos – Ser soporte de flagelos, fimbrias y pilis – Ser soporte o unión a antibióticos – Receptora de fagos 12 – Permite la clasificación en dos grandes grupos: Gram (+) y Gram (-) – Lugar de epítopos antigénicos – Factor de virulencia de las Gram (-) Su estructura no es homogénea, sino que posee distintas capas que varían según el tipo de bacteria, existiendo diferencias tanto en su grosor como en su composición. Dependiendo de las especies y de las condiciones de cultivo, puede suponer desde el 10% al 40% del peso seco de la célula. Estas diferencias se utilizan para identificar y clasificar las bacterias, así como diferenciarlas mediante la tinción de Gram. Según la composición de la pared celular las bacterias se clasifican en: Gram +: Varias cadenas de peptidoglicano o mureína conectadas por cadenas peptídicas laterales y puentes cruzados formando una estructura rígida y gruesa. También contienen ácidos teicoicos y lipoteicoicos, que tienen cargas negativas y se unen a cationes regulando su movimiento entre el interior y el exterior de la célula. Además, son responsables de la especificidad antigénica de la pared celular. Se presentan embebidos en la pared de la bacteria. Gram -: Contienen peptidoglicano en mucha menor proporción que las anteriores y no poseen ácidos teicoicos, esto hace que su pared sea menos resistente que la de las bacterias Gram+. La capa de péptidoglicano está rodeada por una membrana externa compuesta de lipoproteínas, lipopolisacáridos y fosfolípidos. La función de esta membrana es proteger a la célula de la fagocitosis y de la acción de algunos antibióticos y enzimas. El espacio comprendido entre la pared celular y la membrana plasmática se denomina periplasma o espacio periplasmático. Gram + Gram - 1-membrana citoplasmática 1-membrana citoplasmática (membrana interna) 2-peptidoglicano 2-espacio periplasmático 3-fosfolípidos 3-membrana exterior 4-proteínas 4-fosfolípidos 5-ácido lipoteicoico (LTA) y teicoico 5-peptidoglicano 6-lipoproteína 7-proteínas 8-lipopolisacáridos 9- porinas 13 Relación entre propiedades y las bacterias Gram + y Gram - Propiedad Gram + (Resultado tinción: azul) Gram - (Resultado tinción: rojo) Grosor de 2-7 nm de peptidoglicano y Grosor de 20-80 nm de Pared celular membrana externa de 7-8 nm de lípidos, peptidoglicano. proteína y lipopolisacáridos. Esferas, bastones o filamentos, Formas Esferas, bastones, filamentos, ovoides algunas pueden formar celulares helicoidales , algunas con cápsulas. ramificaciones. Normalmente Fotótrofo, quimiolitoautótrofo o Metabolismo quimiorganoheterótrofo. quimiorganoheterótrofo. La mayoría inmóviles; algunas son Móvil e inmóvil. Flagelos y algunas Movilidad móviles por flagelos. utilizan filamentos axiales. Apéndices Sin apéndices. Pilis o fimbrias. Endoesporas Algunas forman endosporas. No forman endosporas. Sólo existe membrana externa en las Gram (-). Por tanto, la capa característica de las Gram (-) es la membrana externa que actúa como barrera selectiva al paso de algunas sustancias. Composición del peptidoglicano:  Disacáridos ligados a polipéptidos.  Los disacáridos son: N-acetilmurámico (NAM) y N-acetilglucosamina (NAG) Enlaces a vídeos didácticos: Bacterias Gram(+)  https://youtu.be/UF6KEPWPyxg Bacterias Gram(-)  https://youtu.be/0VsJ2ztz99I 14 4.3.- Envolturas celulares: La membrana citoplasmática. Aunque las bacterias sean procariotas, poseen una membrana lipídica que rodea al citoplasma, similar a la de las células eucariotas. Mide aproximadamente 7,5 nm, está compuesta fundamentalmente de fosfolípidos (20% - 30%) y proteínas (50% - 70%). Los fosfolípidos forman una bicapa donde se intercalan las proteínas. En la bicapa lipídica, la parte polar soluble en agua está alineada hacia afuera de la bicapa y la parte no polar hacia adentro. Estos fosfolípidos la hacen fluida, permitiendo que las proteínas se muevan alrededor. Algunas proteínas se encuentran sobre la superficie externa o interna de la membrana y reciben el nombre de periféricas. Estas proteínas pueden actuar como enzimas catalizando reacciones químicas. Otras proteínas son las denominadas integrales, que se encuentran unidas a la membrana y la transmembrana, abarcando todo el espesor de la membrana, y pueden tener un poro u orifico que permite el paso de sustancias. Las proteínas pueden moverse en la membrana plásmática. A este modelo se le denomina modelo de mosaico fluido. 15 La función más importante de la membrana citoplasmática es actuar como una barrera selectiva a través de la cual entran y salen sustancias de la célula. Por eso se dice que la membrana citoplasmática es selectivamente permeable o semipermeable ya que permite el paso de determinadas moléculas, mientras que a otras se lo impide. Los mecanismos que permiten el paso de sustancias de un lado a otro de la membrana se esquematizan en la siguiente figura: Difusión simple Sustancias pasan de mayor a menor concentración No hay gasto de energía (ATP) No necesita transportador Difusión facilitada Sustancias pasan de mayor a menor concentración No hay gasto de energía Se necesita transportador (proteína) Ósmosis Movimiento del agua de una zona de baja concentración de solutos a otra de alta hasta alcanzar el equilibrio Transporte activo Sustancias pasan de menor a mayor concentración Sí hay gasto de energía Sí se necesita transportador (proteína) 16 Autoevaluación 3 Autoevaluación 4 Autoevaluación 5 ¿La capa más externa de la ¿Cuál de las siguientes afirmaciones se ¿Cuál es el componente principal envoltura bacteriana se refieren a las bacterias gram de la membrana citoplasmática? llama…? negativas? Los polisacáridos. El peptidoglicano. Tiene un grosor más pequeño que las gram positivas. El peptidoglicano. La pared celular. Sólo tiene una capa externa de Los fosfolípidos. La membrana peptidoglicano. Las proteínas. citoplasmática. Tiene una fina capa de El glicocálix. peptidogluno debajo de una membrana externa. Pueden formar endoesporas. 4.4.- El interior de la célula procariota. Todo lo que hay en el interior de la membrana citoplasmática es el citoplasma. Las células bacterianas no contienen orgánulos como las mitocondrias y cloroplastos de las células eucariotas; sin embargo, la membrana citoplasmática de muchas bacterias se extiende dentro del citoplasma formando unos túbulos o invaginaciones que se llaman mesosomas. Estos mesosomas pueden localizarse cerca de la membrana citoplasmática o más adentro en el citoplasma. A los mesosomas centrales se une el material nuclear de la célula y se piensa que intervienen en la replicación del DNA y en la división celular. Los mesosomas periféricos parecen estar implicados en la secreción de ciertos enzimas. También actúan como centros con actividad respiratoria o fotosintética ya que este sistema de membranas aumenta la superficie disponible para estas actividades. El citoplasma es un fluido que contiene sustancias disueltas y partículas en suspensión como los ribosomas. El 80% es agua y el resto lo componen ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos, lípidos, iones orgánicos, compuestos de bajo peso molecular y partículas. En este fluido espeso ocurren muchas reacciones bioquímicas tales como la síntesis del material celular a partir de los nutrientes (anabolismo). El citoplasma es espeso, semitransparente y elástico. Los ribosomas son pequeñas partículas formadas por proteínas y ácido ribonucleico (ARN), funcionando como lugar de síntesis proteica. Una simple célula procariota puede poseer cerca de 10.000 ribosomas, confiriendo al citoplasma una apariencia granular. Son más pequeños y menos densos que los de las células eucariotas, y se denominan 70S (coeficiente de sedimentación en una ultracentrifugación). Están formados por dos subunidades, una grande, 50S, y otra más pequeña, 30S. Las subunidades están compuestas por varias proteínas y por RNA ribosómico como se 17 observa en la figura. Nucleoide Al contrario que los eucariotas, los procariotas no poseen una membrana que englobe al núcleo. El material nuclear en una bacteria ocupa la zona central de la célula y parece estar unido a los mesosomas es decir ligado a la membrana plasmática. Este material nuclear llamado nucleoide está formado por un único cromosoma circular de ADN doble, que contiene todas las informaciones necesarias para el funcionamiento y estructuración celular. La región nuclear contiene una única molécula circular de DNA que constituye el cromosoma bacteriano, y que contiene la información genética necesaria para todas las estructuras y funciones de la célula. El material genético no está rodeado por una membrana y la molécula de ADN no está unido a proteínas tipo histonas. Además del cromosoma bacteriano, las bacterias pueden contiene pequeñas moléculas de DNA circular llamadas plásmidos, que no tienen ninguna relación con el DNA cromosómico y que se replican de forma independiente. Los plásmidos pueden albergar genes que determinen resistencia a antibióticos, producción de toxinas, síntesis de enzimas, etc. Los plásmidos pueden ser transferidos de una bacteria a otra a través de los pili, en el proceso de conjugación. Diferencia entre cromosoma bacteriano y plásmido  https://youtu.be/Hp-1HlkT1jA Autoevaluación 6 ¿En dónde realizan la fotosíntesis algunas ¿Qué orgánulo es el que más se repite en las bacterias? bacterias? En los ribosomas. Los ribosomas. Los mesosomas periféricos. Los mesosomas. En el interior del citoplasma. El ADN. Los mesosomas centrales. Los plásmidos. 18 4.5.- El exterior de la célula procariota.  Los flagelos. – Son filamentos helicoidales que se extienden desde el citoplasma a través de la pared celular. – Los flagelos son los responsables de la movilidad de las bacterias en los líquidos, llegando a velocidades de 100 µm/segundo, lo que equivale a 3.000 veces la longitud de su cuerpo por minuto. – Los flagelos están formados por una proteína denominada flagelina. – Su estructura consta de tres partes, cuerpo basal, que se encuentra dentro de la membrana, gancho y filamento. – Los flagelos funcionan rotando como un sacacorchos, lo que permite a la célula moverse en los líquidos. – No todas las bacterias tienen flagelos (son raros en los cocos) pero en aquellas que los poseen (muchos bacilos y espirilos) se utilizan como criterio de clasificación la posición y el número de flagelos: A. Monótricos (Monopolar) (1 flagelo). B. Lofótricos (2 o más flagelos en uno o en ambos polos). C. Anfitricos (1 flagelo por polo). D. Flagelos perítricos (sobre toda la superficie).  Las fimbrias o pilis.  Son apéndices en forma de vellosidades que no tienen nada que ver con el movimiento.  Unidos a las células bacterianas de forma muy parecida a los flagelos. Suelen ser más cortos, más delgados y más numerosos que los flagelos.  Su principal función es la adherencia.  Los pilis son más largos que las fímbrias y se encuentran en número de uno o dos.  Diferentes tipos de pili están asociados a diferentes funciones siendo las más conocidas la adherencia a superficies y la reproducción sexual de bacterias ya que permiten la unión de dos bacterias para que tenga lugar la transferencia de DNA (en forma de plásmidos) entre ellas en el proceso denominado conjugación. 19 Autoevaluación 7 ¿Cómo les llega a las bacterias la ¿Qué es la flagelina? información de resistencia a los La proteína que compone las antibióticos? fimbrias. Ya la tenían desde siempre. La proteína que forma el filamento móvil del flagelo. A través de los flagelos. La proteína motora del flagelo. A través de los pilis se intercambian plásmidos de una bacteria a otra. 4.6.- Endosporas. ¿Sabías que existen bacterias que pueden sobrevivir después de haber sido hervidas en agua? ¿Cómo pueden aguantar una temperatura tan alta? Las endosporas son estructuras de resistencia formadas por algunos tipos de bacterias para sobrevivir en condiciones ambientales adversas (calor, desecación, productos tóxicos o radiación) (varias horas hirviendo en el caso de Clostridium botulinum). Consiste en que, dentro de la célula, un cromosoma recién replicado y una pequeña porción de citoplasma son rodeados por una doble membrana y una cubierta muy resistente. El proceso de formación de endosporas se conoce como esporulación, y son metabólicamente inactivas. Una vez formada, la endospora puede permanecer latente durante largos periodos de tiempo y volver al estado vegetativo (comenzar a crecer) y llegar a ser células vegetativas metabólicamente activas, que crecen y se multiplican. A este proceso se denomina germinación. Proceso de esporulación y germinación de una endospora bacteriana 20 Clasificación de las endosporas Según su forma: ovoides y esféricas Según localización dentro de la célula: o 1,4,6. centrales o 2. subterminales o 3,5. terminales. Las endosporas bacterianas se usan como protección, al contrario que las esporas fúngicas que se usan para reproducción. Enlaces a vídeos didácticos: Diferencia entre cápsula y espora bacteriana  https://youtu.be/tD0n1aQG-4A Endospora  https://youtu.be/pSg_ejZ5cvw 21 5. LA CÉLULA EUCARIOTA La célula eucariota es la que forma los organismos de los reinos protista, fungi, animal y vegetal. Es mayor y de estructura más compleja que la célula procariota. Las principales diferencias entre las células eucariotas y las procariotas son las siguientes:  Las células eucariotas contienen orgánulos rodeados de membranas. Los orgánulos son estructuras especializadas que llevan a cabo funciones específicas.  El material genético en las células eucariotas, DNA, está rodeado de una membrana, organizado en cromosomas y estrechamente asociado a histonas y otras proteínas.  Las células procariotas se reproducen por simple fisión binaria, mientras que las eucariotas lo hacen por dos procesos más complejos: mitosis y meiosis. En la figura siguiente se representan las estructuras de los principales tipos de células eucariotas, animal y vegetal: 5.1.- Flagelos y cilios Muchos tipos de células eucariotas poseen proyecciones que les sirven para la locomoción celular o para mover sustancias a lo largo de la superficie de la célula. Los flagelos son proyecciones escasas y largas en comparación con el tamaño de la célula, mientras que los cilios son numerosos y cortos. Estas proyecciones contienen citoplasma y están rodeadas por la membrana citoplasmática. Su estructura consta de un cuerpo basal que los une a la membrana plasmática, nueve pares de microtúbulos formando un anillo y otro par en el centro. Los microtúbulos están formados por la proteína tubulina. 22 5.2.- Pared celular y glicocálix En general, la pared celular de la célula eucariota es más sencilla que la de la célula procariota y solo está presente en plantas, algas y hongos y no contienen péptidoglicano. – En plantas y algas, la pared celular está formada por el polisacárido celulosa, que segregada por la propia célula y que se dispone en capas superpuestas en una matriz acuosas. Es un exoesqueleto cuyas funciones es dar rigidez a la célula e impedir su ruptura por choque osmótico. – En la mayoría de los hongos la pared está formada por otro polisacárido, quitina y la de las levaduras contienen glucano y manano. – Los protozoos no poseen pared celular típica, sino una cubierta llamada cutícula. – Los animales no poseen pared celular. El glicocálix es un conjunto de cadenas de oligosacáridos aparece en la cara externa de la membrana celular de muchas células animales. Fortalece la superficie celular, facilita la unión de células entre si y contribuye a reconocimiento intercelular. 5.3.- Membrana citoplasmática En cuanto a su función y estructura, la membrana plasmática de células eucariotas y procariotas es muy similar, aunque existen algunas diferencias en cuanto a las proteínas que aparecen. También contiene hidratos de carbono y esteroles. Las sustancias pueden atravesar la membrana de las células eucariotas por los mismos mecanismos que en las células procariotas: difusión simple, ósmosis, difusión facilitada y transporte activo. Además, utilizan un mecanismo adicional denominado endocitosis. Para ello, una porción de la membrana citoplasmática rodea una partícula o una molécula grande, la encierra y la introduce en la célula. 23 5.4.- Citoplasma Es el espacio celular comprendido entre la membrana plasmática y la nuclear, está formado por el citosol y el citoesqueleto y contiene los orgánulos celulares.  Funciones del citoplasma: – Proporcionar soporte y morfología – Organizar las reacciones químicas – Transportar sustancias a través de la célula Citosol o hialoplasma – Ocupa el espacio situado entre la membrana plasmática, la envoltura nuclear y las membranas de los diferentes orgánulos. – En él están inmersos el citoesqueleto y los ribosomas. – Es un medio acuoso, con un 85 % de agua, en el cual aparecen disueltas gran cantidad de moléculas formando una dispersión coloidal – En él tienen lugar un gran nº de reacciones metabólicas: glucólisis, gluconeogénesis, hidrólisis de grasas, fermentación láctica Citoesqueleto – Presente en todas las células eucariotas – Formado por una red de filamentos protéicos, entre los que destacan los microfilamentos o filamentos de actina, los filamentos intermedios y los microtúbulos  Funciones: – Mantener la forma de la célula – Cuando es necesario, cambiar dicha forma – Posibilitar el desplazamiento de la célula (pseudópodos) – La contracción de las células musculares – Transporte y organización de los orgánulos en el citoplasma. – Producir comunicación celular 24 5.5.- Orgánulos Las células eucariotas presentan un complejo sistema de membranas internas que divide a la célula en diversos compartimentos y en cada uno de ellos se realiza una función específica. 1) Retículo endoplasmático El retículo endoplasmático es un sistema membranoso cuya estructura consiste en una red de sáculos aplanados o cisternas, sáculos globosos o vesículas y túbulos sinuosos que se extienden por todo el citoplasma y comunican con la membrana nuclear externa. Dentro de esos sacos aplanados existe un espacio, llamado lúmen, que almacena las sustancias. Existen dos clases de retículo endoplasmático:  Liso: si no está asociado a ribosomas.  Rugoso: si está asociado a ribosomas. Sus funciones más importantes son – La síntesis de proteínas gracias a los ribosomas asociados, – La síntesis de lípidos constituyentes de la membrana celular – Participar en los procesos de detoxificación de la célula. 2) Ribosomas – Son estructuras globulares carentes de membranas y se pueden encontrar unidos a la superficie externa de parte del retículo endoplasmático y también libres en el citoplasma. – Son el sitio donde se realiza la síntesis de proteínas y son algo más grandes (80S = 60S y 40S) y más densos que los de las células procariotas. 3) Mitocondrias – Son orgánulos esféricos o alargados y se encuentran repartidos por el citoplasma de las células eucariotas. – Están formadas por una doble membrana, la membrana externa es lisa, pero la interna forma una serie de pliegues denominados crestas, el centro de la mitocondria se llama matriz. – Las mitocondrias poseen su propio DNA, se 25 pueden reproducir de forma independiente de la célula – Poseen ribosomas más pequeños que los citoplasmáticos. – Las mitocondrias se consideran las centrales energéticas de las células debido a que producen ATP a través del proceso de la respiración celular. En la membrana interna, en las crestas mitocondriales, se sitúan las ATP sintetasas y en la matriz se efectúa el ciclo de Krebs, la oxidación de los ácidos grasos, la biosíntesis de proteínas en los ribosomas y la duplicación del ADN mitocondrial. 4) Cloroplastos – Solo aparecen en las células de plantas y algas verdes. – Es una estructura rodeada por una doble membrana. La membrana interna está muy plegada y forma un sistema de sacos aplanados llamados tilacoides que contiene los pigmentos que captan la energía luminosa necesaria para realizar la fotosíntesis. Los tilacoides se apilan formando los grana, que están inmersos en el estroma. – El estroma contiene ribosomas y moléculas de DNA circular. – Su función más importante es la realización de la fotosíntesis en la que, aparte de la transformación energética, existe una transformación de materia inorgánica a orgánica, utilizando el ATP sintetizado a partir de la luz solar. En el cloroplasto se produce la fase luminosa y oscura de la fotosíntesis además de la biosíntesis de proteínas y la duplicación de su propio ADN. 5) Aparato de Golgi El aparato de Golgi forma parte del sistema membranoso celular. Está formado por una estructura de sacos aplanados o cisternas (dictiosoma) acompañados de vesículas de secreción. Se sitúa próximo al núcleo y en células animales rodeando al centríolo. Las cisternas poseen una cara cis y otra trans, con orientaciones diferentes. La cara cis se orienta hacia el RER y la trans hacia la membrana citoplasmática. Las conexiones entre cisternas se realizan por vesículas de transición. Sus funciones son diversas: 26 – Desempeña un papel organizador dentro de la célula – Participa en el transporte, maduración, clasificación y distribución de proteínas – Termina la glucosilación de lípidos y proteínas – Sintetiza mucopolisacáridos de la matriz extracelular de células animales y sustancias como pectina, celulosa y hemicelulosa que forman la pared de las vegetales. 6) Lisosomas Se forman a partir del complejo de Golgi. Son esferas rodeadas por una membrana y contiene numerosas enzimas capaces de romper muchas clases de moléculas. 7) Centrosoma – Es exclusivo de células animales. – Está situado próximo al núcleo. – Consta de una zona interior donde aparecen los centriolos, un par de estructuras cilíndricas formadas cada una de ellas por nueve grupos de tres microtúbulos. – Su función es o Organizar los microtúbulos o De él se derivan estructuras de movimiento como cilios y flagelos o Intervienen en el proceso de división celular ya que forma el huso acromático que facilita la separación de las cromátidas en la mitosis. 8) Vacuolas – Son orgánulos formados por una membrana que rodea un líquido y diversas sustancias de reserva. – Solo aparecen en las plantas. 27 PRINCIPALES DIFERENCIAS ENTRE LA CÉLULA VEGETAL Y LA ANIMAL VISTAS AL MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE TRANSMISIÓN PRINCIPALES DIFERENCIAS ENTRE LA CÉLULA EUCARIOTA Y PROCARIOTA Estructura/Proceso en Eucariotas en Procariotas Membrana nuclear Presente Ausente ADN Combinado con proteínas (histonas) Desnudo y circular Cromosomas Múltiples Único División celular Mitosis o Meiosis Fisión binaria Mitocondria Presentes (con ribosomas 80S) Ausente. Los procesos Presentes en células vegetales (con ribosomas 80S) bioquímicos equivalentes en Cloroplastos la membrana citoplasmática. 80S (60S y 40S sus subunidades) 70S (50S y 30S sus Ribosomas subunidades) Presente en vegetales constituida por celulosa. Presente constituida por Pared celular Hongos por quitina mureina o péptido glicano Nucléolos Presentes Ausentes Retículo Presente Ausente endoplásmico Órganos de Cilios y flagelos que al corte transversal presentan una Flagelos locomoción distribución característica de microtúbulos 28 6. REPRODUCCIÓN Y CRECIMIENTO MICROBIANO. 6.1.- Reproducción. Generalmente las bacterias se reproducen por fisión binaria o bipartición, proceso en el que por cada unidad se originan dos células idénticas:  En primer lugar, se produce la duplicación del ADN, que está dirigida por la ADN- polimerasa que se encuentra en los mesosomas.  Le sigue el aumento del volumen celular; la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal separador de las dos nuevas bacterias.  Termina con la división  Este crecimiento sería indefinido si el aporte de nutrientes fuera continuo y no escaseara. Algunas especies bacterianas se reproducen por gemación. Desarrollo de pequeña protuberancia que aumenta de tamaño hasta alcanzar aproximadamente el tamaño de la célula parental. Entonces se produce la separación de la célula hija. 29 Además de la reproducción asexual, las bacterias poseen unos mecanismos de reproducción “sexual o parasexual”, mediante los cuales se intercambian fragmentos de ADN:  Transformación. Consiste en el intercambio genético producido cuando una bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN de otra bacteria que se encuentran dispersos en el medio donde vive.  Conjugación. En este proceso, una bacteria donadora transmite a través de un puente o pili, un fragmento de ADN, a otra bacteria receptora. La bacteria donante posee un plásmido, además del cromosoma bacteriano.  Transducción. En este caso la transferencia de ADN de una bacteria a otra, se realiza a través de un virus bacteriófago, que se comporta como un vector intermediario entre las dos bacterias. Para entender mejor el proceso, puedes ir al siguiente enlace http://www.microinmuno.qb.fcen.uba.ar/Seminario Bacteriofagos.htm Para saber más: Cómo es el mecanismo de transcripción del ADN  https://youtu.be/kdIXbBD42TU Proceso de traducción del ARN https://youtu.be/8_JEKZolW2A Autoevaluación 15 El proceso de transferencia de ADN a través de pilis, se denomina: Bipartición. Conjugación. Transformación. Transducción. 30 6.2. Crecimiento En los eucariotas superiores (animales y plantas), el crecimiento se entiende como el aumento del tamaño del individuo. Sin embargo, en los microorganismos unicelulares, el crecimiento hace referencia al aumento en el número de células con el tiempo. En la naturaleza jamás encontraremos bacterias aisladas, siempre las encontraremos cohabitando con otros microorganismos. Los microorganismos usualmente forman biofilms: grupos de diferentes microorganismos organizados en capas sobre una superficie. Los nutrientes entran de manera continua a bajas concentraciones en la célula, y las poblaciones crecen continuamente a una tasa uniforme (mucho más baja que en un laboratorio). Normalmente la tasa de crecimiento en condiciones de vida libre está determinada por la concentración del nutriente que es limitante y casi nunca por la acumulación de productos metabólicos ya que otros microorganismos los utilizan y también tienen la posibilidad de diluirse mucho más. Sin embargo, en el laboratorio, los organismos son estudiados en cultivos puros que crecen con abundancia de nutrientes a muy altas densidades. Es lo que se llama cultivo estático o continuo. Colonia: cuando una población de células microbianas se desarrolla a partir de una única célula sobre una superficie sólida, forman acúmulos de cientos, miles o miles de millones de mo, dando origen a lo que se denomina colonia. Las diferentes especies de microorganismos forman colonias de diferentes formas y texturas. Enlace a vídeos didácticos: Formación de colonias bacterianas https://youtu.be/X32pMl9lU6E 31 6.3.- Crecimiento en cultivo estático: Curva de crecimiento y fases ¿Sabes a qué velocidad se reproduce una bacteria? Hay varios factores a considerar para responder a esta cuestión.  Tiempo de duplicación o tiempo de generación n: periodo que requieren las células de una población microbiana para crecer, dividirse y dar lugar a dos células por cada una que existía anteriormente. Este tiempo es aproximadamente el mismo para todas las células de una determinada población y no cambia si no se agotan los nutrientes o se acumulan los productos metabólicos tóxicos. El tiempo de duplicación depende de: o La especie microbiana. o Las condiciones de crecimiento de la población. Así por ejemplo: La E.Coli a 40 ºC tiene un tiempo de generación de 1 división/0,35 horas, el S. aureus a 37 ºC 1/0,47 horas…  Tasa de crecimiento: número de generaciones por hora  Ciclo celular: tiempo que transcurre entre dos divisiones. Su duración en E.Colies del orden de20 minutos en condiciones óptimas. Sin embargo emplea casi 40 minutos en duplicar su ADN; esto es posible porque la duplicación del genoma comienza antes de que haya terminado el ciclo de división anterior. En el laboratorio de análisis microbiológicos, los microorganismos normalmente crecen en medios de cultivo estáticos. Los microorganismos crecen hasta que se agota el medio de cultivo o se acumula una cantidad crítica de desechos metabólicos tóxicos para ellos. Las fases de crecimiento son: (no todos los cultivos presentan todas las fases de crecimiento. Las fases lag y de muerte pueden existir o no)  Fase de latencia o lag: adaptación al nuevo ambiente.  Fase exponencial (log): velocidad máxima de crecimiento (vc) bajo condiciones particulares, tiempo de generación mínimo. No puede continuar indefinidamente ya que siempre pasa alguna cosa: o Se agota un nutriente esencial. o Se acumula un producto tóxico. o El pH se hace desfavorable…  Fase estacionaria: sin crecimiento neto, vc = vm (siendo vc la velocidad máxima de crecimiento y vm la velocidad de muerte). No aumenta la masa del cultivo pero si cambia la composición celular. Las células se hacen más pequeñas y comienzan a sintetizar componentes para sobrevivir. Algunas especies bacterianas forman endoesporas.  Fase de muerte: vm>vc. La muerte se produce exponencialmente, pero a una velocidad lenta. La muerte se produce generalmente porque las células han agotado sus reservas intracelulares y no pueden reparar sus componentes celulares. 32 Las células que forman una colonia están en diferentes fases de crecimiento según su localización y el medio de cultivo:  En un medio de cultivo sólido las células del centro de la colonia no tienen acceso a los nutrientes (fase estacionaria o de muerte). Las células del borde de la colonia están en contacto con los nutrientes (fase log). Ninguna célula de una colonia visible está en fase de latencia, ya que cuando las células del centro han dejado de crecer, no pueden volver a hacerlo hasta que se traspasen a un medio fresco.  En un medio de cultivo líquido todas las células que lo forman se encuentran en la misma fase de crecimiento. Autoevaluación 16 ¿En qué fase de la curva de crecimiento la velocidad de crecimiento v c, es muchísimo mayor que la velocidad de muerte vm? La fase de latencia. La fase estacionaria. La fase exponencial. La fase de muerte. 33 7. NUTRICIÓN Y METABOLISMO MICROBIANO. 7.1.- Nutrición ¿Sabes de qué se alimentan las bacterias? Cualquier ser vivo, por su actividad vital (crecimiento, mantenimiento, reproducción, etc.) requiere continuos aportes de energía para reponer las pérdidas y para que todo el sistema pueda funcionar. La nutrición es el proceso por el que los seres vivos toman del medio donde habitan, las sustancias químicas que necesitan para crecer (nutrientes). Los microorganismos están formados, igual que el resto de los seres vivos, por células, y estas, a su vez, por proteínas, lípidos, azucares, ácidos nucleicos, agua y oligoelementos. Todas estas sustancias deben tomarse del exterior o bien fabricarse a partir de otras más sencillas. La biosíntesis de nuevos componentes celulares son procesos que requieren energía procedente del medio ambiente. Una característica de las células bacterianas es la alta proporción que existe entre el área de la superficie y el volumen de la célula. Esto significa que poseen una gran superficie a través de la cual pueden entrar nutrientes para alimentar a un pequeño volumen; con lo cual pueden realizar muchas reacciones metabólicas y crecer rápidamente. Los nutrientes se clasifican, según las cantidades en que son requeridos, en:  Macronutrientes: fuentes de carbono, de nitrógeno, de azufre, de fosforo.  Oligoelementos: K, Mg, Ca, Co, Cu, Zn, Mo.  Factores de crecimiento: vitaminas, purinas y pirimidinas, aminoácidos… Se requieren para los dos objetivos que comprende el metabolismo:  Fines energéticos: reacciones de mantenimiento celular  reponer el catabolismo (fase del proceso del metabolismo en la cual se destruye la sustancia de los seres vivos).  Fines biosintéticos: reacciones de síntesis celular  anabolismo o conjunto de procesos metabólicos en los cuales se produce la síntesis de moléculas a partir de otras más simples Reacciones de crecimiento. El agua. Las bacterias necesitan grandes cantidades de agua. De hecho, salvo excepciones, se pueden considerar como organismos acuáticos. Requieren cierto grado de humedad para crecer. Es el principal constituyente del protoplasma bacteriano. Es el medio universal donde ocurren las reacciones biológicas y es un reactante en exceso (es decir, un producto resultante de algunas reacciones bioquímicas). Las fuentes de agua pueden ser:  Endógena: procedente de procesos de oxidación-reducción.  Exógena (la más importante): procedente del medio, y se difunde a través de las membranas. Además, son necesarias determinadas condiciones ambientales físicas para que el desarrollo se produzca de forma satisfactoria:  Temperatura  Actividad de agua aw / Presión  pH osmótica 34 7.2.- Tipos de metabolismos. El carácter mayoritariamente unicelular o muy simple de los microorganismos los hace muy vulnerables a cambios en el ambiente. El éxito evolutivo de las bacterias se debe en parte a su versatilidad metabólica. Todos los mecanismos posibles de obtención de materia y energía podemos encontrarlos en las bacterias. Los organismos tienen distintos tipos de metabolismo y se clasifican según cuál sea la fuente de energía o la fuente de carbono:  Según la fuente de energía pueden ser: o Fotótrofos: utilizan la luz como principal fuente de energía. Transforman CO2 + agua  glucosa + O2. Realizan la fotosíntesis. Convierten la Eluminosa en Equímica. A su vez pueden ser:  Fotolitotrofos: captan energía lumínica en presencia de sustancias inorgánicas.  Fotoorganotrofos: captan energía lumínica con requerimiento de sustancias orgánicas. o Quimiótrofos: obtienen la energía de reacciones de oxidación-reducción de compuestos orgánicos o inorgánicos.  Quimiolitótrofos: requieren sustancias inorgánicas sencillas (SH2, S, NH3, NO2-, Fe, etc.).  Quimiorganótrofos: requieren compuestos orgánicos (hidratos de carbono, hidrocarburos, lípidos, proteínas...).  Según la fuente de carbono pueden ser: o Autótrofos: el origen del carbono es inorgánico  CO2 atmósferico. (figura A) o Heterótrofos: principal fuente de carbono es materia orgánica. (figura B) 35 Combinando las fuentes de E y de C se obtienen como modelos nutricionales de los seres vivos: Tipo nutricional Fuente de energía Fuente de carbono Ejemplos Fotoautótrofo = Luz CO2 Bacterias fotosintéticas, Fotolitrótrofo cianobacterias, algas, plantas Fotoheterótrofo = Luz Compuestos Bacterias verdes y rojas no Fotoorganótrofo orgánicos del azufre Quimioautótrofo = Compuestos CO2 Bacterias del hidrógeno, Quimiolitótrofo inorgánicos del azufre, del hierro y nitrificantes Quimioheterótrofo Compuestos Compuestos Mayoría de bacterias, = orgánicos orgánicos hongos, protozoos y Quimioheterótrofo animales Para entender mejor Tipos de metabolismohttps://es.khanacademy.org/science/biology/bacteria-archaea/prokaryote- metabolism-ecology/a/prokaryote-metabolism-nutrition Tipos de alimentación en bacterias https://youtu.be/a2xSx9yXjtg Reflexiona La versatilidad metabólica de los microbios es tal que puede resumirse en la siguiente frase: “Los microorganismos son capaces de comerse cualquier cosa”. Había una excepción a esta frase. Ningún ser vivo era capaz de aprovechar la energía radioactiva. Si es cierto que hay microorganismos capaces de sobrevivir en ambientes con una alta radioactividad, siendo el más famoso la bacteria Deinococcus radiodurans. Pero no había ninguno descrito capaz de transformar la energía radioactiva en energía química. Busca en internet el tema de los hongos radioactivos, capaces de utilizar la radioactividad como fuente de energía. Como sugerencia, en mayo de 2007 el grupo de Arturo Casadevall publicó un artículo sobre la capacidad de unas levaduras pigmentadas de utilizar radiación como fuente de energía. Autoevaluación 18 ¿Metabólicamente cómo llamarías a una bacteria que utiliza como fuente de carbono moléculas inorgánicas sencillas y como fuente de energía compuestos orgánicos? Quimiorganótrofas. Quimiorganoautótrofas. Quimiorganoheterótrofas. 36 8. CONDICIONES DE CULTIVO DE LOS MICROORGANISMOS. 8.1.- Temperatura. La mayoría de los microorganismos crecen dentro de un margen limitado de temperatura. Cada microorganismo tiene Tª de crecimiento adecuada En el gráfico se representa la velocidad de crecimiento de E. coli en función de la temperatura. Temperaturas características de una especie:  Temperatura mínima de crecimiento: Tª más baja a la cual el mo puede crecer.  Temperatura óptima de crecimiento: Tª a la cual la especie crece mejor. A temperaturas por encima de la temperatura mínima se produce un incremento lineal de la velocidad de crecimiento.  Temperatura máxima de crecimiento: Tª más alta a la cual el crecimiento es posible. La velocidad de crecimiento se estanca. Generalmente, la velocidad de las reacciones bioquímicas suele aumentar entre 1,5 y 2,5 veces al aumentar 10ºC la temperatura a la que tienen lugar. A temperaturas muy bajas se reduce la velocidad de crecimiento debido al cambio de estado de los lípidos de la membrana celular que pasan de ser fluidos a cristalinos (algo parecido a la precipitación del aceite a bajas temperaturas) impidiendo el funcionamiento de la membrana celular. La muerte celular a altas temperaturas se debe a la desnaturalización de proteínas y a las alteraciones producidas en las membranas lipídicas a esas temperaturas. Sin embargo, antes hemos explicado que las bacterias pueden sobrevivir a altas temperaturas. Del mismo modo, las bacterias y otros microorganismos pueden desarrollarse a temperaturas muy bajas como, por ejemplo, en el frigorífico. Los microorganismos se encuentran en casi todos los ambientes, incluso ambientes muy extremos. 37 Según el rango de temperatura de crecimiento se clasifican en: Tipo de Temp. Temp. Temp. Características microorganismo mínima óptima máxima Adaptados a crecer en bajas temperaturas: profundidades marinas o zonas polares. Psicrófilo -5 – +5 12 – 15 15 – 20 Importantes en la conservación de alimentos en refrigeración La temperatura óptima es la Tambiente, pero proliferan a 0ºC Psicrótrofo -5 – +5 25 – 30 30 – 35 Importantes en la conservación de alimentos en refrigeración. Capaces de deteriorar los alimentos. Son la mayoría de los microorganismos patógenos Mesófilo 5 – 15 30 – 40 35 – 47 Son la mayoría de los mo alterantes de alimentos Termófilo 40 - 45 55 – 65 60 – 90 Algunos son capaces de crecer hasta 90º Hipertermófilo 40 - 45 80 – 90 90 – 113 Algunos son capaces de crecer hasta Tª>100º Efecto de la temperatura sobre la velocidad de crecimiento: el crecimiento microbiano decrece mucho más rápidamente a T mayores de la T óptima de crecimiento Autoevaluación 20 Tenemos en la nevera un limón al que le ha crecido moho ¿De qué tipo de organismo se trataría según el rango de temperatura? Mesófilo. Psicrótrofo. Psicrófilo. Termófilo 38 8.2.- Oxígeno. Las bacterias son muy antiguas, por esa razón existen bacterias que necesitan vivir en ausencia de oxígeno, ya que, al iniciarse la vida en la tierra, no existía el oxígeno. Con la aparición de los organismos productores de oxígeno, sobre todo las plantas, resultó que se añadió un nuevo elemento al ecosistema y además resultó ser tóxico para las bacterias y otros seres vivos. Las bacterias tuvieron que adaptarse a la nueva situación, aunque no todas lo han hecho de la misma forma. Clasificación de los microorganismos en función de sus requerimientos de oxígeno:  Aerobios: Utilizan el oxígeno para obtener energía. En la respiración aeróbica, el oxígeno se combina con 2 H+ procedente de compuestos orgánicos para formar agua y liberar gran cantidad de energía. Pueden ser: o Obligados o estrictos: requieren para poder vivir el oxígeno (21% o más). o Microaerófilos: requieren niveles menores de oxígeno que el atmosférico (5%).  Anaerobios: La respiración anaerobia, es un proceso redox en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno. Los compuestos orgánicos de la nutrición se degradan parcialmente a alcoholes, ácidos, etc. Estos compuestos aún contienen gran cantidad de energía sin liberar, por lo que el rendimiento energético es mucho menor. Estos microorganismos suelen estar implicados en las fermentaciones. o Anaerobios Facultativos (AAF): no requieren oxígeno para vivir, pero se desarrollan mejor con oxígeno. o Anaerobios Aerotolerantes: no requieren oxígeno y no son sensibles al oxígeno (crecen en presencia o ausencia de oxígeno). o Anaerobios Obligados o estrictos: no toleran el oxígeno, mueren en su presencia. En la siguiente figura se observa el crecimiento de cada uno de estos organismos en un tubo con un medio de cultivo semisólido: 39 Para saber más Toxicidad del oxígeno: mecanismos químicos. Las oxidaciones de flavoproteinas por O2 conducen inevitablemente a la formación de un compuesto tóxico, el peróxido de hidrógeno, H2O2, como producto principal. Estas oxidaciones y probablemente otras oxidaciones u oxigenaciones catalizadas por enzimas, producen además pequeñas cantidades de un radical libre hiperóxido, mucho más tóxico. En los aerobios y anaerobios aerotolerantes, el enzima superóxidodismutasa impide la acumulación potencialmente letal de hiperóxido (O2-) al catalizar su conversión en oxígeno y peróxido de hidrógeno. Casi todos estos organismos contienen también el enzima catalasa, que descompone el peróxido de hidrógeno en oxígeno y agua. 8.3.- pH Es un parámetro crítico en el crecimiento de microorganismos ya que cada tipo de microorganismo sólo puede crecer en un rango estrecho de pH fuera del cual mueren rápidamente.  La mayoría de los microorganismos crecen mejor en pH cercanos a la neutralidad, entre 6,5 y 7,5.  Pocas bacterias crecen a pH < 4.  Menos bacterias soportan pH elevados.  Mohos y levaduras soportan mayor rango de pH que las bacterias, aunque su pH óptimo es entre 5 y 6. El pH intracelular es ligeramente superior al del medio que rodea las células ya que, en muchos casos, la obtención de energía metabólica depende de la existencia de una diferencia en la concentración de protones a ambos lados de la membrana citoplasmática. El pH interno en la mayoría de los microorganismos está en el rango de 6.0 a 7.0. El rango de pH óptimo para el desarrollo de los microorganismos es estrecho debido a que frente a un pH externo muy desfavorable se requiere un gran consumo de energía para mantener el pH interno. Cuando se cultivan las bacterias en el laboratorio producen ácidos que pueden interferir en el crecimiento bacteriano deseado. Para neutralizar los ácidos y mantener el pH adecuado se introducen sustancias químicas, llamadas tampones, en el medio de cultivo. Las peptonas y aminoácidos de algunos medios actúan como tampones, así como las sales de fosfato de otros. 40 Según el rango de pH del medio en el cual se desarrollan, se dividen según el siguiente esquema: Para saber más Busca información sobre la úlcera de estómago y la relación con la bacteria Helicobacter pylori. 8.4.- Presión osmótica y actividad agua. ¿Sabías qué no puede crecer casi ninguna bacteria en el jarabe o en los productos en almíbar? La disponibilidad de agua es uno de los factores que más afectan al crecimiento microbiano. Los microorganismos obtienen casi todos sus nutrientes disueltos en el agua que los rodea. Por lo tanto, necesitan agua para su crecimiento. Están formados por un 80-90% de agua. Cuando una célula microbiana está en una solución cuya concentración de solutos es mayor que en el interior de la célula, el agua intracelular sale a través de la membrana citoplasmática hacia la zona de mayor concentración salina y el crecimiento se inhibe. Según la presión osmótica del medio, ocurre:  Ambiente hipertónico: La concentración de soluto fuera de la célula es mayor que dentro  tiende a salir agua plasmólisis.  Ambiente isotónico: La concentración de soluto es igual fuera que dentro de la célula existe un equilibrio óptimo crecimiento.  Ambiente hipotónico: La concentración de soluto fuera de la célula es menor que dentro  tiende a entrar agua a la célula hemólisis. 41 Así, la adición de sales u otros solutos sirve para conservar los alimentos. El pescado salado, la miel o la leche condensada azucarada se mantienen durante largo tiempo por esta causa. Actividad de agua (aw). El agua disponible para llevar a cabo reacciones químicas, enzimáticas y microbiológicas se expresa como actividad de agua (aw) y varía entre 0 y 1. Es el agua no ligada a azúcares, proteínas, sales, fibra, etc. aw= 0  aceite; aw= 1 agua pura Representa la fracción molar de las moléculas de agua totales que están disponibles, y es igual a la relación que existe entre la presión de vapor de la solución respecto a la del agua pura (P/P0). aw = Ps = Presión parcial de vapor de agua en la disolución = Humedad relativa Pw Presión de vapor del agua destilada 100 El valor óptimo de aw para muchas especies es mayor a 0,90. Sin embargo, algunas bacterias se han adaptado tan bien a un ambiente de altas concentraciones salinas, que en realidad crecen mejor con aw = 0,80. Denominación de los microorganismos según su capacidad para crecer en ambientes con distinta actividad de agua:  Halófilos: crecen en ambientes salinos o Halófilos extremos (requieren 5-20% de NaCl). Ejemplo: algunas arqueas o Halófilos (necesitan NaCl para su crecimiento). Ejemplo: microorganismos marinos  Halotolerantes (resisten NaCl pero no se multiplican). Ejemplo: Staphylococcus  Osmófilos: necesitan presión osmótica debida a azúcar.  Osmotolerantes (resisten con elevada P osmótica, pero no crecen)  Xerófilos: crecen en ambientes muy secos. 42 Actividad de agua (aW). a la cual crecen algunos microorganismos GRUPOS aw Bacterias G – 0,97 Bacterias G + 0,90 Levaduras 0,88 Hongos filamentosos 0,80 Bacterias halófilas 0,75 Hongos xerófilos 0,61 Autoevaluación 22 Una bacteria dentro de una lata de melocotón en almíbar, ¿en qué ambiente se encontraría? Hipertónico. Isotónico. Hipotónico. 9. BACTERIAS Las bacterias constituyen el grupo metabólicamente más activo de todos los microorganismos. Relativamente pocas especies de bacterias producen enfermedades en el hombre y en otros organismos y sin las actividades de muchas otras bacterias, la vida desaparecería. 9.1.- Morfología bacteriana: Tamaño y forma. Invisibles al ojo humano, las bacterias se miden en µm (micrómetros o micras), que equivale a 10-3 mm. La mayoría de las bacterias tienen un tamaño que oscila entre 0,2 y 2,0 µm de diámetro y son mucho más pequeñas que las células eucariotas. 43 Comparando tamaños La forma de una bacteria viene determinada por la rigidez de su pared celular. Las bacterias poseen una de las tres formas fundamentales: esférica, cilíndrica o espiral.  Las células esféricas se denominan cocos y suelen ser redondeadas aunque pueden ser ovoides o elípticas.  A las de forma cilíndrica se las denomina bacilos. Los extremos de estas células suelen ser redondeados, rectos, en forma de huso o cuerno.  A las de forma espiral o helicoidal se las denomina espirilos y se caracterizan por su forma de sacacorchos.  Los vibrios o vibriones, tienen forma de coma. Algunas especies pueden variar la forma por lo que se les llama pleomórficas. También exhiben pleomorfismo aquellas bacterias que no poseen pared celular como es el caso de los micoplasmas. Una característica de las células bacterianas es la alta proporción que existe entre el área de la superficie y el volumen de la célula. Esto significa que poseen una gran superficie a través de la cual pueden entrar nutrientes para alimentar a un pequeño volumen; con lo cual pueden realizar muchas reacciones metabólicas y crecer rápidamente. Así, por ejemplo, Escherichia coli tarda 20 minutos en dividirse mientras que una célula de mamífero en laboratorio tarda de 13 a 24 horas. 44 Relación entre la forma y el modo de vida de las bacterias Cocos Bacilos Espirilos y vibrios  Forma redondeada,  Forma alargada, cilíndrica,  Forma de hélice. relación superficie mayor relación superficie  Viven en medios viscosos. volumen mínima. volumen.  Pequeño diámetro.  Poca relación con el  Obtienen nutrientes de  Atraviesan fácilmente las exterior. manera más eficaz. mucosas.  Viven en medios ricos en  Viven en medios pobres en  - Patógenas por contacto nutrientes. nutrientes (suelos, aguas). directo o mediante vectores.  Se transmiten por el  Menos resistentes. aire.  Sueles ser saprófitas.  Muy resistentes.  Suele ser patógenas. 9.2.- Morfología bacteriana: Disposición. Cuando observamos al microscopio las bacterias, nos damos cuenta de que las células están unidas unas a otras. Mientras que las bacterias de forma espiral (espirilos) suelen ser células separadas, otras especies suelen crecer en una disposición característica. Cada una de estas disposiciones es típica de un tipo de bacteria en particular y puede usarse en su identificación. 45 Raramente todas las células de un mismo tipo se disponen exactamente de la misma manera, por lo que hay que tener en cuenta la disposición predominante cuando se estudian las bacterias. Cuando un coco se divide en un plano y permanece unido después de varias divisiones formando una cadena se denomina estreptococo (a) Cuando un coco se divide en un plano forma un diplococo o dos células juntas. (b) Cuando un coco se divide en ángulo recto al primer plano de división, forma tétradas o tetracocos. (c) Una posterior división en el tercer plano puede resultar en un paquete cúbico de ocho células conocido como sarcinas. (d) Si la división en los tres planos es de forma irregular se forman racimos de cocos o estafilococos. (e) Los bacilos generalmente no se agrupan en disposiciones características, aunque hay excepciones. Por ejemplo, el bacilo de la difteria tiende a agruparse en empalizada. Las células del género Caulobacter (bacilo acuático) crece en roseta sobre rocas y superficies similares. Dentro del género Bacillus algunas especies forman cadenas y se llaman estreptobacilos. Enlaces a vídeos didácticos: Tipos de bacterias  https://youtu.be/33o3FWfg3BI 46 9.3.- Principales familias bacterianas Las bacterias se clasifican atendiendo a varios criterios:  Morfología  Formación de endosporas  Tinción de Gram  Metabolismo La clasificación más aceptada de las bacterias es la elaborada por la oficina editorial del Manual Bergey de Bacteriología Sistemática (Bergey's Manual of Systematic Bacteriology). Esta clasificación, conocida como "The Taxonomic Outline of Bacteria and Archaea" (TOBA), está disponible en Internet. Clasifica a las bacterias en 35 grupos. De ellos, 9 son grupos de interés en Microbiología de los alimentos: G.2: Gram (-), Aerobias/ Microaerófilas (O2 + 5-10% CO2), Móviles, Helicoides/Vibrioides Gº Campylobacter Gº Helicobacter G.4: Gram (-), Aerobias/Microaerófilas Bacilos y Cocos Gº Acetobacter Gº Halomonas Gº Acinetobacter Gº Legionella Gº Alcaligenes Gº Moraxella Gº Alteromonas Gº Pseudomonas Gº Brucella Gº Psychrobacter Gº Flavobacterium Gº Xanthomonas Gº Gluconobacter G.5: Gram (-) Aeroanaerobias Facultativas, Bacilos Subgrupo 1: Fª Enterobacteriaceae (42 Géneros) Gº Citrobacter Gº Hafnia Gº Rahnella Gº Edwarsiella Gº Klebsiella Gº Salmonella Gº Enterobacter Gº Morganella Gº Obesumbacterium Gº Erwinia Gº Pantoea Gº Serratia Gª Escherichia Gº Proteus Gº Shigella Gº Ewingella Gº Providencia Gº Yersinia Subgrupo 2: Fª Vibrionaceae Gº Aeromonas Gº Plesiomonas Gº Ptohobacterium Gº Vibrio Subgrupo 4: Otros géneros Gº Zymomonas G.6: Gram (-). Anaerobias, bacilos rectos, curvados o helicoidales GºPectinatas G.8: Gram (-) Anaerobias, cocos Gº Megasphera 47 10. LAS ARQUEAS Las arqueas son microorganismos unicelulares procariotas. Están filogenéticamente más próximas a los eucariotas que a las bacterias. Las arqueas son un grupo de organismos unicelulares semejantes a las bacterias, pero tan diferentes a estas que se clasifican en su propio dominio y reino taxonómico. Tienen una historia evolutiva independiente y muestran muchas diferencias en su bioquímica con las otras formas de vida. Inicialmente, las arqueas eran consideradas todas metanógenas o extremófilas que vivían en ambientes hostiles tales como aguas termales y lagos salados, pero actualmente se sabe que están presentes en los más diversos hábitats, tales como el suelo, océanos, pantanos y en el colon humano. Las arqueas son especialmente numerosas en los océanos, y las que forman parte del plancton podrían ser uno de los grupos de organismos más abundantes del planeta. Actualmente se consideran una parte importante de la vida en la Tierra y podrían desempeñar un papel importante tanto en el ciclo del carbono como en el ciclo del nitrógeno. No se conocen ejemplos claros de arqueas patógenas o parásitas, pero suelen ser mutualistas o comensales. Tienen un diámetro comprendido entre 0,1 y 15 μm, algunos agregados o filamentos celulares pueden llegar hasta 200 μm de longitud. Presentan diversas formas: esférica, cilíndrica, espiral, lobular, triangular, rectangular, irregular, pleomórfica, cuadrada y plana. Algunas arqueas tienen flagelos y son móviles. La membrana celular tiene una estructura similar a la de las demás células, pero su composición química es única No contienen peptidoglicano. Pueden clasificarse como Gram positivas (la mayoría tiene una capa homogénea y gruesa de seudopeptidoglicano) o Gram negativas. Debido a estas diferencias, las arqueas exhiben una alta resistencia contra los antibióticos y los agentes líticos. Pueden ser aerobias, aerobias facultativas o anaerobias estrictas; autótrofas o heterótrofas. Pueden reproducirse por fisión binaria o múltiple, fragmentación o gemación. Clasificación: actualmente no está completa, 100 géneros y 300 especies. Cuatro filos:  Crenarchaeota.  Korarchaeota.  Euryarchaeota.  Nanoarchaeota. Para saber más Busca información sobre los siguientes tipos de arqueas:  Arqueas productoras de metano.  Arqueas que producen ácido sulfúrico.  Arqueas capaces de vivir a pH 2 y a 50 ºC.  Arqueas que sobreviven a más de 100 ºC. La siguiente URL: https://youtu.be/9_TyY7lEJuA corresponde a un vídeo donde encontrarás más información sobre las bacterias y las arqueas. 48 11. LOS PROTOZOOS Y LAS ALGAS 11.1.- Los protozoos Son unicelulares,heterótrofos, fagótrofos, depredadores o detritívoros, a veces mixótrofos. Carecen de pared celular. Viven en ambientes húmedos o directamente en medios acuáticos. La reproducción puede ser asexual por bipartición y también sexual por isogametos o por conjugación intercambiando material genético. Como depredadores cazan algas, bacterias, y microhongos unicelulares o filamentosos. Son móviles los siguientes Son Inmóviles el grupo: grupos: Sarcodina, movimiento ameboides. Apicomplexa. Mastigophora, flagelos. Ciliophora, cilios. Para saber más: URL de vídeos donde encontrarás más información sobre los protozoos: https://youtu.be/9qU-ut_eZcY https://youtu.be/KBZT4B_0S9I 49 11.2.- Las algas Son organismos autótrofos de organización sencilla, que hacen la fotosíntesis productora de oxígeno (oxigénica) y que viven en el agua o en ambientes muy húmedos. Pertenecen al reino Protista. Las algas no se clasifican dentro del reino vegetal, es decir, no son plantas (Embriophyta). Se trata de un grupo polifilético o artificial (no es un grupo de parentesco), y no tiene por lo tanto ya uso en la clasificación científica moderna, aunque sigue teniendo utilidad en la descripción de los ecosistemas acuáticos. El estudio científico de las algas se llama Ficología. Algunas algas son unicelulares microscópicas, otras son coloniales y algunas han desarrollado anatomías complejas, incluso con tejidos diferenciados, como ocurre en las algas pardas. Las más grandes, miembros del grupo anterior, forman cuerpos laminares de decenas de metros de longitud. Para saber más Busca información de cómo funcionan las mareas rojas y su implicación en el ecosistema. Autoevaluación 12 ¿La ameba es…? Una bacteria. Una archaea. Un protozoo. Un alga. 50 12. LOS HONGOS MICROMICETOS 12.1.- Características generales El término Fungi designa un reino que incluye a los organismos celulares sin cloroplastos y por lo tanto heterótrofos. Micología: estudio de los hongos Son aerobios estrictos, los mohos, o anaerobios facultativos, las levaduras. Poseen paredes celulares compuestas por quitina y células con especialización funcional. Realizan una digestión externa de sus alimentos, secretando enzimas, y absorben luego las moléculas disueltas resultantes de la digestión (osmotrofia), similar a la de plantas, pero, los nutrientes que toman son orgánicos. La mayoría son saprófitos, es decir, obtienen sus nutrientes de la materia en descomposición. Son los descomponedores primarios de la materia orgánica muerta de plantas y de animales y contribuyen al reciclado de nutrientes. Dos grandes grupos: HONGOS MICROMICETOS MACROMICETOS Hongos carnosos Mohos Levaduras (setas) Mohos u hongos filamentosos. – Estructura de los hongos pluricelulares: tienen una membrana plasmática, núcleo, cromosomas (haploides), y orgánulos intracelulares. La pared celular es rígida, con un componente polisacarídico, hecho de mananos, glucanos y quitina, asociado íntimamente con proteínas. – El cuerpo de un hongo filamentoso tiene dos porciones, una reproductiva y otra vegetativa.  La parte vegetativa, es haploide y generalmente no presenta coloración. Está compuesta por filamentos celulares agrupados llamados hifas (1) usualmente microscópicas.  En la mayoría de los mohos, las hifas contienen tabiques o septos (5) que los dividen en unidades diferenciadas mononucleares, semejantes a células. En otros la hifa no contiene septos y aparece como células largas, continuas con muchos núcleos, en este caso se denominan hifas cenocíticas. Un conjunto de hifas conforma el micelio (usualmente visible). 51  La parte reproductiva comienza con el conidióforo (2), donde a través de la fiálide (3) se distribuyen todas las conidias (4) que poseen las esporas. La reproducción se realiza por medio de esporas, las cuales se dispersan en un estado latente. Cuando las condiciones son adecuadas, la espora germina, surgiendo de ella una primera hifa, por cuya extensión y ramificación se va constituyendo un micelio. La velocidad de crecimiento es muy rápida (algunos a 5 mm por minuto). Las esporas de los hongos se producen asexualmente o como resultado de un proceso de reproducción sexual. – Aerobios estrictos – Pocos son patógenos para el hombre y animales, miles lo son para las plantas – Alterantes importantes de alimentos Levaduras Las levaduras son siempre hongos unicelulares, de forma casi esférica u ovalada; no son filamentosas. No existe en ellos una distinción entre cuerpo vegetativo y reproductivo. Se reproducen por gemación: la célula parental forma una protuberancia sobre su superficie externa, y cuando la yema se alarga el núcleo de la célula madre se divide y uno de los núcleos emigra a la yema que acaba separándose. Algunos tipos de levaduras se reproducen por fisión. Forman colonias cremosas al aumentar el nº de individuos. Son Anaerobias facultativas. Fermentan azúcares produciendo etanol y CO2. Tienen muchas aplicaciones industriales en fermentaciones: cerveza, vino, pan….. No son patógenas, salvo excepciones: Candida albicans  candidiasis, Cryptococcus neoformans  meningitis, meningoencefalitis Autoevaluación 13 ¿Cuál es la parte reproductiva de los hongos filamentosos? El conodióforo. Las hifas. Fialide. El micelio 52 12.2.- Clasificación de los hongos Los hongos se clasifican en función del tipo de espora que produce para reproducirse. Se forma la espora, se separa y germina dando un nuevo hongo. Las esporas pueden ser: – Asexuales o Se dividen por mitosis dando lugar a organismos genéticamente idénticos al parental o Se denominan hongos imperfectos – Sexuales o Se dividen por meiosis o Se denominan hongos perfectos La clasificación más general de los hongos que podemos hacer es: 1) Zigomicetos – Presentan filamentos o hifas – Se alimentan de materia orgánica en descomposición – Su reproducción puede ser sexual o asexual – Ej: Moho del pan (Rizophus stolonifer), frutas en descomposición 2) Ascomicetos – Es el grupo de hongos más numeroso – El micelio está constituido por hifas con septos – Se reproducción es sexual o por gemación – Hábitat: ambientes terrestres y acuáticos o además algunos que se pueden encontrar sobre cuero, tela, papel, vidrio, lentes de cámaras, paredes, etc. – Ej: levaduras 3) Basidiomicetos – Su aspecto es en forma de sombrillas o setas – La mayoría son comestibles, otras alucinógenas – Hábitat: zonas húmedas, cerca de bosques – Reproducción sexual – Ej: las setas 4) Deuteromicetos – Son descomponedores de materia orgánica – Reproducción asexual – Gran utilidad en la industria de alimentos, de medicina, en el control de plagas 53 – Hábitat: lugares donde hay muchas bacterias y humedad – Ej: Penicillium, tiñas, pie de atleta 13. LOS VIRUS 13.1.- Características generales Virus es una palabra que viene del latín: toxina o veneno. Un virus es un agente infeccioso microscópico acelular que solo puede multiplicarse dentro de las células huésped vivas de otros organismos, usando la maquinaria enzimática de la célula. Son parásitos intracelulares obligados debido a que poseen pocas o ninguna enzima para llevar a cabo su propio metabolismo. Infectan todos los tipos de organismos, animales y plantas, hasta bacterias y arqueas. Para que un virus sea capaz de infectar a la célula hospedadora, la superficie exterior del virus debe interaccionar químicamente con receptores específicos situados en la superficie de la bacteria/célula Actualmente, los biólogos debaten si los virus son o no organismos vivos. Los virus no son células. Tienen genes y evolucionan por selección natural. Son organismos en el borde de la vida, en el límite entre la materia viva y la materia inerte. La Virología es la rama de la Microbiología que estudia los virus. 13.2.- Tamaño de los virus El tamaño de los virus se encuentra entre los 20 nm y los 300 nm. Los virus más grandes son como las bacterias más pequeñas Se utilizan microscopios electrónicos tanto de barrido como de transmisión, para visualizar las partículas de virus. 13.3.- Estructura vírica Cada partícula de virus o virión es un agente potencialmente patógeno compuesto por una cápside o cápsida de proteínas que envuelve al ácido nucleico. La cápside o càpsida – Es una envuelta de proteínas cuya estructura viene determinada por el ácido nucleico – La cápsida está formada por unas subunidades idénticas denominadas capsómeros – La cápside le protege y le sirve de vehículo de transmisión de célula a célula Àcido nucleico – Es el material genético del virus – Es ADN o ARN, pero nunca los dos juntos 54 – Puede ser monocatenario o de cadena simple o bicatenario de cadena doble – Puede ser: lineal, circular o fragmentado Envuelta y espículas – Sólo se encuentran en algunos virus más complejos ?

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