2º bachillerato de ciencias ies universidad laboral de mÁlaga los microorganismos
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2º BACHILLERATO DE CIENCIASIES UNIVERSIDAD LABORAL DE
MÁLAGA
LOS MICROORGANISMOS
Concepto de microorganismo
Los microbios o microorganismos son seres vivos de tamaño microscópico, por eso para su observación es necesario utilizar el microscopio óptico o el electrónico.
Pueden ser unicelulares o pluricelulares, procariotas o eucariotas, autótrofos o heterótrofos.
En todos la célula realiza por sí misma todas las funciones vitales como el metabolismo, el crecimiento, la relación y la reproducción.
Presentan gran heterogeneidad. Se encuentran en 3 Reinos: Monera, Protoctistas y Fungi y los 3 dominios según clasificación de Woese (1990): Bacteria, Archaea, y Eucarya.
Clasificación de los microorganismos
Bacterias
Escherichia coliEscherichia coli
Esquema de bacteriaEsquema de bacteria
BacilosCocosVibrios
Espirilos.
.
Cápsula bacteriana
Estructura:
Capa más externa, rígida, formada por polisacáridos. Sólo en algunas bacterias
Función:
• Proteger contra la fagocitosis o frente a la desecación
• Permite la fijación a sustratos
Pared bacteriana
Gram +
gruesa capa monoestratificada de
mureína con proteínas y polisacáridos asociados
Función: •Da forma a la bacteria,•Proporciona rigidez•Soporta presiones osmóticas elevadas
Función: •Da forma a la bacteria,•Proporciona rigidez•Soporta presiones osmóticas elevadas
Gram -
biestratificada, capa basal de mureína y una membrana
externa
Gram -
biestratificada, capa basal de mureína y una membrana
externaEstructura: Estructura:
Membrana plasmática
Estructura: Estructura y composición idéntica a células eucariotas pero carece de colesterol.
Contiene numerosos sistemas enzimáticos que intervienen en muchas funciones
Función: • Delimitar el citoplasma• Permite de forma selectiva el paso de sustancias entre el interior y el exterior• Alberga algunos procesos metabólicos como respiración o fotosíntesis
Citoplasma
Alberga el nucleoide, plásmidos, ribosomas, vesículas de gas y gránulos o inclusiones,
Función: Lugar donde se lleva a cabo muchas de las reacciones metabólicas
Ribosomas
Estructura: Libres o formando polirribosomas. Algo más pequeños que los de
la célula eucariota, muy parecidos a los ribosomas de las mitocondrias.
Velocidad de sedimentación de 70 S, constituidos por dos subunidades: Subunidad pequeña,
que sedimenta a valores de 30 S Subunidad grande
que sedimenta a valres de 50 S
Función: Síntesis de proteínas
Gránulos (o inclusiones)
Estructura: Sin membrana, dispersos por el citoplasma. Son reservas energéticas: Almidón,
glucógeno o lípidos.
Función: fuente de reserva de compuestos
Orgánulos especiales
Tilacoides Estructura:
Con membrana parecida a la plasmática y pigmentos fotosintéticos. En cianobacterias
Función: Fotosíntesis
Orgánulos diminutos: Estructura:
Delimitados por membranas rígidas de proteínasFunción: • Vesícula de gas:
• Permitir flotabilidad y desplazamientos verticales• Clorosomas:
• Fotosíntesis• Carboxisomas:
• Fijación CO2
Cromosoma bacteriano
Estructura: ADN circular situado en la región nuclear o nucleoide del citoplasma. Tiene proteínas y
ARN asociado. Está altamente enrollado sobre sí mismo. Plasmidios: pequeñas moléculas de ADN circular (capacidad de replicación autónoma)
Función: Llevar y transmitir la información genética
Flagelos
Estructura: Prolongaciones finas de longitud variable (De 1 a 100/célula)
Función: Movilidad
PelosEstructura: alargadas y huecas, compuestas de una proteína llamada pilinaSólo en Gram – Dos tipos: de conjugación o pelos sexuales y de unión o fimbrias
Función: • Fimbrias o pili: adhesión a sustrato• Pelos sexuales: Transmisión de ADN
Características estructurales de las bacterias
Cápsula bacteriana
Capa más externa, rígida, formada por polisacáridos. Sólo en algunas bacterias
Pared bacteriana
Gram +: gruesa capa monoestratificada de mureína con proteínas y polisacáridos asociadosGram - :biestratificada, capa basal de mureína y membrana externa
Membrana plasmática
Estructura y composición idéntica a células eucariotas pero carece de colesterol. Contiene numerosos sistemas enzimáticos que intervienen en muchas funciones
Ribosomas Libres o formando polirribosomas. Algo más pequeños que los de la célula eucariota
Inclusiones Sin membrana, dispersos por el citoplasma.
Orgánulos especiales
Tilacoides: con membrana parecida a la plasmática y pigmentos
fotosintéiticos Delimitadas por membrana rígida de proteína: vacuolas de gas, clorosomas, carboxisomas
Cromosoma bacteriano
ADN circular situado en la región nuclear o nucleoide del citoplasma. Plasmidios: pequeñas moléculas de ADN circular
Flagelos Prolongaciones finas de longitud variable (De 1 a 100/célula)
Pelos Sólo en Gram – Dos tipos: de conjugación o pelos sexuales y de unión o fimbrias
Funciones de los componentesCápsula bacteriana
Proteger contra la fagocitosis o frente a la desecaciónPermite la fijación a sustratos
Pared bacteriana
Da forma a la bacteria,Proporciona rigidezSoporta presiones osmóticas elevadas
Membrana plasmática
Delimitar el citoplasmaPermite de forma selectiva el paso de sustancias entre el interior y el exteriorAlberga algunos procesos metabólicos como respiración o fotosíntesis
Citoplasma Alberga el nucleoide, plásmidos, ribosomas, vesículas de gas y gránulos o inclusiones, Lugar donde se lleva a cabo muchas de las reacciones metabólicas
Ribosomas Síntesis de proteínas
Inclusiones Gránulos (o inclusiones): fuente de reserva de compuestos
Orgánulos especiales
• Vesícula de gas: permitir flotabilidad y desplazamientos verticales• Clorosomas: fotosíntesis• Carboxisomas: fijación CO2
Cromosoma bacteriano
Llevar y transmitir la información genética
Plásmidos Conferir alguna característica ventajosa para la bacteria
Flagelos Movilidad
Pelos • Fimbrias: adhesión a sustrato• Pelos sexuales: Transmisión de ADN
Características funcionales: Nutrición
Tipos de bacterias Fuente de energía
Fuente de carbono
Fotoautótrofas Bacterias verdes y purpúreas sulfúrea y las cianobacterias
Energía luminosa CO2
Fotoheterótrofas Bacterias verdes y purpúreas no sulfúreas.
Energía luminosa Moléculas orgánicas
Quimioautótrofa o quimiolitótrofo
Bacterias nitrificantes Compuesto químico que se oxida
CO2
Quimioheterótrofas
Bacterias de laboratorio y patógenas
Compuesto químico que se oxida
Moléculas orgánicas
El éxito evolutivo de las bacterias se debe en parte a su versatilidad metabólica. Todos los mecanismos posibles de obtención de materia y energía • Según la fuente de carbono que utilizan:
•Autótrofos (= litótrofo): materia inorgánica - CO2 -•Heterótrofos (= organótrofo): materia orgánica
• Según la fuente de energía:,• Fotótrofos: la luz• Quimiótrofos: compuesto químico que se oxida
Forma de obtener la energía
Energía química Energía luminosa
Fu
ente d
e carbon
o
Autótrofo quimiolitótrofo = quimioautótrofa
Bacterias nitrificantes
Autótrofo fotolitótrofo = Fotoautótrofa
Bacterias verdes y purpúreas sulfúrea y las cianobacterias
Dió
xido de
carbono
Heterótrofo quimiorganótrofo = Quimioheterótrofa
Mayoría de bacterias: laboratorio, patógenas
Heterótrofo fotoorganótrofo = Fotoheterótrofa
Bacterias verdes y purpúreas no sulfúreas.
Com
puestos
orgánicos
Características funcionales: Reproducción
Asexual por bipartición o fisión binaria
Este mecanismo solo permite a la bacteria la posibilidad de aumentar su variabilidad genética por mutación.
Mecanismos parasexuales Mecanismos de transferencia genética
horizontal, mediante los cuales intercambian información genética, de esta forma una bacteria pasa información a otra de la misma generación
Asexual por bipartición o fisión binaria
Mecanismos parasexuales:
Conjugación
Mecanismos parasexuales:
Transducción
Mecanismos parasexuales:
Transformación
Bacterias
Algas microscópicas
Características estructurales Eucariotas Con cloroplastos con clorofilas, xantofilas y carotenoides Pared celular de celulosa Unicelulares o pluricelulares
Características funcionales Realizan la fotosíntesis: Autótrofos Mayoría viven en medios acuáticos: fitoplancton (1º eslabón cadena
alimenticia)
EuglenaEuglena
DiatomeasDiatomeas
Algas dinoflageladas
Algas dinoflageladas
Protozoos Características estructurales
Eucariotas Sin pared celular Unicelulares. Algunos pueden formar colonias de varios individuos.
Características funcionales Heterótrofos Capacidad de desplazamiento Sensibilidad ante diferentes estímulos Viven en ambientes acuáticos o terrestres muy húmedos Para desplazarse utilizan pseudópodos, cilios o flagelos
StentorStentor
AmebaAmeba
MastigóforoMastigóforo
ParamecioParamecio
Hongos microscópicos
Características estructurales Eucariotas Sin cloroplastos Con pared celular de quitina Unicelulares o pluricelulares
Características funcionales Heterótrofos Secretan enzimas digestivas al exterior, y absorben pequeñas
moléculas originadas tras la digestión
Moho del panMoho del pan
Levadura de la cerveza
Levadura de la cerveza
Penicilium notatumPenicilium notatum
Virus / Características / Controversia
Un virus es un agente genético que posee un ácido nucleico que puede ser ADN o ARN (sólo un tipo), rodeado de una envuelta de proteína llamada cápsida (formada por varias subunidades proteicas o capsómeros)
No tienen estructura celular, ya que carece de citoplasma y de las enzimas necesarias para realizar un metabolismo.
No tienen metabolismo propio. Los virus contienen toda la información necesaria para su ciclo reproductor; pero necesitan para conseguirlo a otras células vivas de las que utilizan orgánulos y moléculas.
Clasificación de los virus
Según el hospedador al que parasiten:• Virus bacterianos, bacteriófagos o fagos• Virus vegetales• Virus animales
Según el tipo de material genético• Adenovirus• Retrovirus
Según la forma de la cápsula proteica• Con cápsida icosaédrica• Con cápsida helicoidal• Con cápsida compleja
Virus
Presenta dos estados:Extracelular: fuera de la célula,
metabólicamente inerte. En esta fase el virus se denomina virión o partícula vírica.
Intracelular: se adhieren a la superficie de células (hospedador) e introduce en ellas su genoma (ADN o ARN). Utiliza la materia, energía y sistemas enzimáticos de la célula hospedadora para replicarse.
Estructura de los virus
Composición química
Función
Genoma vírico Una o varias moléculas de ADN o ARN /Abierta o circular / monocaternaria o bicatenaria
• Llevar la información genética
Cápsida
Cubierta proteica, formada por capsómeros, que envuelve al genoma vírico. Según su composición se distinguen: cápsidas icosaédricas, helicoidal, compleja
Protección Reconoce los receptores de membrana
de las célula que parasita
Cubierta membranosa
(sólo en ciertos virus)
Compuesta por una doble capa lipídica, procedente de la célula hospedadora, y de glucoproteínas incluidas en ella
Reconocer la futura célula hospedadora
Inducir la penetración del virión en ella
Ciclo de los virus
Ciclo de los virus. Ciclo lítico
Ciclo lítico conduce a la destrucción (lisis) de la célula hospedadora y lo realizan los bacteriófagos (ejemplo el bacteriófago T4).
Fases: Fase de fijación o absorción: en la superficie de la las bacterias
hay receptores específicos a los que se une el fago (Hay gran especificidad). Los virus se fijan a través de las puntas de las fibras caudales, mediante enlaces químicos y clavan las espinas basales en la pared bacteriana.
CICLO LÍTICO
Fase de penetración: El bacteriófago perfora la pared celular de la bacteria mediante lisosimas situadas en su placa basal. Contrae la vaina de la cola e introduce su ADN a través del orificio practicado en el citoplasma bacteriano.
Fase de eclipse: Utilización de la maquinaria biosintética de la bacteria para producir muchas copias del ácido nucleico y de la cápsida, y otros componentes víricos si los tuviera
Fase de ensamblaje: los capsómeros recién formados se reúnen formando cápsidas, las nuevas moléculas de ADN vírico se pliegan y penetran en las cápsidas.
Fase de lisis o liberación: la enzima endolisina (enzima lítico) produce la lisis de la bacteria y los nuevos viriones formados salen al exterior y pueden infectar otras bacterias.
1. Fase de fijación o absorción
1. Fase de fijación o absorción
2. Fase de penetración
2. Fase de penetración
3. Fase de eclipse3. Fase de eclipse
4. Fase de ensamblaje
4. Fase de ensamblaje
5. Fase de lisis o liberación
5. Fase de lisis o liberación
Ciclo de los virus. Ciclo lisogénico
Ciclo lisogénico: El genoma del virus queda integrado en el de la bacteria, no expresa sus genes y se replica junto al genoma de la célula (hospedadora o célula lisogénica).El virus queda en forma de profago.
Puede ocurrir que: Pase a ciclo lítico Permanezca en estado latente durante toda la vida de
la célula huésped.
Retrovirus. Virus del sida
Ciclo de vida del virus VIH
¿Cómo actúa el VIH?
Mecanismo de acción de algunos medicamentos
LOS VIRUS
El genoma del fago lambda se ha cartografiado y secuenciado completamente
Relaciones entre los microorganismos y la especie humana
Inocuas: viven en la piel, conductos respiratorios, digestivo,..
Beneficiosas: flora bacteriana.
Perjudiciales: producen enfermedades a plantas y animales. Son los microorganismos patógenos
Oportunistas: son patógenos en determinadas condiciones
Las enfermedades infecciosas
Clasificación en función de los microorganismos que las producen:
Virus Gripe, fiebre amarilla, herpes, sida, varicela, viruela, rubeola,…
Bacterias Tuberculosis, cólera, sífilis, meningitis,…
LevaduraHongos
Candidiasis,…Pié de Atleta, tiña,..
Protozoos Malaria, enfermedad del sueño, enfermedad de Chagas, disentería amebiana,…
Las enfermedades infecciosas
Clasificación en función del medio por el que son transmitidas:
Contacto directo
Rabia (retrovirus), Tétanos (bacteria), Dermatomicosis (hongos),…
Por el aire Resfriado (virus), Gripe (virus), Sarampión (virus), Paperas (virus),…
Vía sexual (ETS)
Sida (virus), Herpes genital (virus), Hepatitis B (virus), Gonorrea (Bacteria), Sífilis (Bacteria), Candidiasis (Hongo), Tricomoniasis (Protozoo)
Por el agua o los alimentos
Disentería amebiana (Protozoo), Poliomielitis (Virus), Botulismo (Bacteria), Salmonelosis (Bacteria), Hepatitis A (Virus),…
Por animales
Fiebre amarilla (Virus), Peste (Bacteria), Enfermedad del sueño (Protozoo), Malaria o paludismo (Protozoo),..
Control de los microorganismos
Agentes antimicro-bianos físicos
Esterilización Calor húmedo (clásica y UHT), calor seco
Pasteurización Elevar rápidamente la tª y tras 15´-20´enfriarla
Tª bajo punto de congelación
Radiaciones electromagnéticas
Radiaciones ionizantes y no ionizantes
Filtración de fluido o gas
Filtros de membrana
Agentes antimicro-bianos químicos
Esterilizantes Formaldehído, glutaraldehido,…
Desinfectantes Hipocloritos, compuestos fenólicos, sulfato de cobre,…
Antisépticos Etanol, Yodo, agua oxigenada, jabón, detergentes,…
Antibióticos Composición química variada
Quimioterapéuticos sintéticos
Sulfamidas, isoniacida, AZT, cloroquina, pentamidina,…
BENEFICIOS DE LOS MICROORGANISMOS
La microflora intestinal nos ayuda a fabricar vitaminas K y B12.
La flora vaginal provoca un pH bajo que impide la proliferación de infecciones.
El metabolismo bacteriano junto con el de los hongos y otros microorganismos, es esencial para el mantenimiento del medio en los ecosistemas.
Las bacterias hacen posibles los ciclos biogeoquímicos (el del carbono, el nitrógeno y el fósforo) y mantienen unas determinadas condiciones en el suelo y las aguas.
Biotecnología: utilización de microorganismos para a obtención de productos.
Incluye procesos industriales que utilizan microorganismos como base para obtener productos de utilidad para las personas:
Producción de antibióticos Producción de vitaminas, aminoácidos y enzimas Procesos de fermentación: elaboración de vino, cerveza, pan,
queso, yogur,.. Control de plagas de insectos: bioinsecticidas
El descubrimiento de la estructura del ADN y el desarrollo de los procesos técnicos para estudiarlo, se ha transformado en una tecnología en si misma, con la que obtener también bienes y servicios: Ingeniería genética
IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN INVESTIGACIÓN
E INDUSTRIA
1. Producción de antibióticos
Se conocen cerca de 800 antibióticos producidos por microorganismos: hongos del género Penicillium y bacteria de los géneros Bacillus y Streptomyces
IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN INVESTIGACIÓN
E INDUSTRIA
2. Producción de vitaminas, aminoácidos y enzimas
Vitaminas: la mayoría son sintetizadas en laboratorio, pero algunas se
producen industrialmente mediante procesos de fermentación microbiana.
Aminoácidos Muchos microorganismos pueden sintetizar aminoácidos a
partir de precursores nitrogenados inorgánicos. Son utilizados en la industria alimentaria como potenciadores del sabor, edulcorantes, aditivos o antioxidantes
Enzimas extracelulares Diversos hongos y bacterias producen enzimas que
expulsan y actúan en el medio: proteasas, amilasas,..
IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN INVESTIGACIÓN
E INDUSTRIA
3. Procesos de fermentación: transformaciones químicas realizadas por algunos microorganismos en las que las moléculas orgánicas son degradadas incompletamente a un compuesto orgánico.
Producidas por
Sustrato Producto
Fermentación alcohólica
Levaduras Glucosa (Azúcar de la uva, manzana, cebada, pan)
Vino, sidra, cerveza, pan
Fermentación láctica
Bacterias Suero de leche Ácido láctico (queso, yogurt)
Fermentación acética
Bacterias Vino, sidra, disolución de alcohol etílico
Ácido acético o vinagre
Elaboración de cerveza
Pasos del proceso:MalteadoMolidoAdición de lúpuloHervidoAcción de las
levadurasMaduración
IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN INVESTIGACIÓN
E INDUSTRIA
4. Control de plagas de insectos: bioinsecticidas
Utilización de microorganismos para controlar el excesivo crecimiento de las poblaciones de algunas especies de insectos perjudiciales para la agricultura: infectan a los insectos adultos o a sus estados larvarios y los matan.
No tienen efecto tóxico en otros animales superiores ni en la especie humana
IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN INVESTIGACIÓN E
INDUSTRIA
5. Microorganismos e industria alimentaria Control biológico de los alimentos:
garantizan que los alimentos puedan ser consumidos sin peligro par la salud humana
Preservación de los alimentos: para evitar la proliferación de ciertos microbios: manipulado aséptico, tratamiento con calor o bajas temperaturas, deshidratación, aditivos químicos, rayos ultravioletas o radiación ionizante.
IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN INVESTIGACIÓN E
INDUSTRIA
6. Microorganismos e ingeniería genéticaLa ingeniería genética es una tecnología que
permite modificar el conjunto de los genes de un organismo, al introducir en él otros genes que proceden de otro ser vivo. La ingeniería genética microbiana consiste,
basicamente, en realizar una transferencia de genes de una célula donante (por ej. una célula humana) a una célula receptora (por ej. una bacteria), en la cual se produce la expresión de ese gen, es decir la síntesis de la proteína correspondiente.
Síntesis de insulina mediante ingeniería genética
7. Microorganismos y depuración de aguas residuales
Diferentes microorganismos (bacterias, protozoos) eliminan sustancias orgánicas indeseables en las plantas depuradoras de aguas residuales (Tratamiento secundario) mediante reacciones de fermentación y respiración
Microorganismos y ciclos biogeoquímicos
Los elementos químicos que componen los materiales terrestres están sometidos a unos circuitos cíclicos, denominados ciclos biogeoquímicos. El papel de los microorganismos es fundamental y realizan dos tipos de procesos: Descomposición de la
materia orgánica compleja muerta en materia orgánica sencilla.
Mineralización o transformación de la materia orgánica en materia inorgánica, que puede volver a tomar las plantas, cerrando de esta manera el ciclo.