microbiologia ambiental.semana 2. micororganisos con organizacion celular.bacterias

7/23/2019 MICROBIOLOGIA AMBIENTAL.semana 2. Micororganisos Con Organizacion Celular.bacterias

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MICROORGANISMOS CON ORGANIZACIÓNCELULAR

DOMINIO BACTERIAS

CARACTERÍSTICAS

Son microorganismos unicelulares, cuyo tamaño oscila entre 1 y 10micras.

Adaptados a vivir en cualquier ambiente (terrestre o acuático).

Como seres vivos autónomos que son, tienen su propio metabolismo yfisiología, y se reproducen si las condiciones ambientales son lasadecuadas

Formas de nutrición :

- Autótrofas: fotosintéticas y quimiosintéticas.

- Heterótrofas: saprófitas, simbióticasy parasitarias.

Las bacterias gracias a sunotable diversidad de

funciones sonorganismos

indispensables para el

mantenimiento delequilibrio ecológico, yaque contribuyen al

mantenimiento de losciclos biogeoquímicos

que permiten el reciclaje

de la materia en labiosfera

MORFOLOGÍA BACTERIANA

- Estructura

- Clasificación

ESTRUCTURA BACTERIANA

CÀPSULA

• Es una estructura viscosa compuesta por sustancias glucídicas.• Función: Protectora de la desecación, de la fagocitosis o del ataque de anticuerpos.

PARED BACTERIANA

• Formada por péptidoglucanos y otras sustancias. Es una envoltura rígida.•

Función: Protección contra las fuertes presiones osmóticas a las que están sometidas las células.MEMBRANA CELULAR

• Similar en estructura y composición a la de las células eucariotas. No presenta esteroides.• Función: Intercambio de sustancias

MESOSOSMAS

• Repliegues de la membrana contienen importantes sustancias responsables de procesos metabólicos .• Función : Transporte de electrones, la fotosíntesis o la replicación del ADN, etc.

RIBOSOMAS

• Similares a los de la célula eucariota aunque de menor tamaño.• Función: Intervienen en la síntesis de proteínas.

CROMOSOMA BACTERIANO

• Formado por una sola molécula de ADN de doble hélice, circular y no asociado a histonas.• Función : Contiene la información gética.

PLÁSMIDOS

• Moléculas de ADN extracromosómico también circular.

FIMBRIAS O PILIS

• Filamentos largos y huecos.• Función: Intercambio de material génico y la adherencia a sustratos.

FLAGELOS

• Estructuras filamentosas formados por fibrillas proteicas..• Función : Motriz.

INCLUSIONES

• Depósitos de sustancias de reserva.

E L E M E N

T O S E S T R U C T U R A L E

Entre las formas máscomunes destacan lassiguientes:

1. Cocos2.

Bacilos3. Vibrios4. Espirilos

Clasificación de las bacterias por su forma

Cocos Bacilos Espirilos y Vibrios

•Forma redondeada(relación superficievolumen mínima)

•Poca relación con elexterior

Viven en medios ricosen nutrientes

•Se transmiten por el aire

•Muy resistentes

•Suelen ser patógenas

•Forma alargada,cilíndrica (mayor relaciónsuperficie volumen)

•Obtienen nutrientes demanera más eficaz

Viven en medios pobresen nutrientes (suelos,aguas)

•Menos resistentes

•Suelen ser saprófitas

•Forma de hélice y decoma

•Viven en mediosviscosos

•Pequeño diámetro

• Atraviesan fácilmente lasmucosas

•Patógenas por contactodirecto o mediantevectores

Relación entre forma y el modo de vida

Clasificación de las bacterias según la estructura desu pared Celular.

Pueden ser:

1. Gramnegativas

2. Grampositivas

Bacterias Gram positivas :La red de peptidoglucanos

origina varias capassuperpuestas, es gruesa yhomogénea y no haymembrana externa

acterias Gram negativas

Existe una sola capa de

peptidoglucanos sobre la

que se dispone unamembrana externa

constituida por una capa

de fosfolípidos y otra de

glicolípidos asociados,

estos últimos se asocian a

polisacáridos que seproyectan hacia el exterior

1.Función de Nutrición y metabolismo2. Función de relación3. Función de reproducción y genética bacteriana

FISIOLOGÍA BACTERIANA

1 NUTRICION Y METABOLISMO BACTERIANO

Son biocatalizadores(sustancias capaces de modificar la velocidad delas reacciones químicas, sin ser consumidas ni alteradas).

Requieren de energía de activación.

Son altamente catalíticas.

Tiene alto grado de especificidad

ENZIMAS

Clasificación de las enzimas

Conformada solo porproteínas.(cadena de más de 10de más polipéptidos .

Formada por unaproteína unida a unaparte no proteica.

Con un ión(cofactor)

Con unamoléculaorgánica(coenzima)

Clasificación de las enzimas

O inducidas: Son secretadas por las células yactúan fuera de ellas.Función: Degradan nutrientes del ambiente externopara que puedan ser transportados dentro de ella.Ejemplo : pepsinasa , amilasa

O constitutivas: Actúan dentro de la célula.Función: Sintetizar material celular y degradarnutrientes que entraron a la célulaEjemplo: DNA polimerasa, ATP sintetasas,

Enzimas en bacterias

Condiciones que afectan la actividad enzimática

Reacciones fundamentales

Nomenclatura

Inhibición de la actividad enzimática

Inhibidores:Son sustancias, quedisminuyen, neutralizano regulan la actividadenzimática

El inhibidor se unecovalentemente a laenzima y la inutilizapermanentemente

SUELE SER UNVENENO

Cuando el inhibidorse une al centroactivo de la enzima

Cuando el inhibidor seune a un lugardiferente activo de laenzima (alosterismo)

Inhibición de la actividad enzimática

NUTRIENTES

Son sustancias extracelulares de donde la célula obtiene energía parasus funciones

NUTRICIÓN BACTERIANA

F A C T O R E S D

E T R M I N A N T E S

L A N U T R I C I O

B A C T E R I A N A

1.1. Condicionantes Físico-químicos

CONCENTRACIÓN DE HIDROGENIONES• La mayoría de los m.o. crecen en pH cercanos a la neutralidad, entre 5 y

9. Esta regulación es ATP dependiente.

LUZ Y RADIACIÓN• Determina la actividad fotosintética de los m.o.

TEMPERATURA• Determina el crecimiento microbiano, afecta la estabilidad de las

proteínas celulares, especialmente de las enzimas

Clasificación Tº Max Tº Opt. Tº Min

Termófilos 25 a 45 ºC 50 a 55 ºC 80 a 90 ºC

Mesófilos 40 a 45 ºC 25 a 37 ºC 5 a 10 ºC

Psicrófilo 19 a 22 ºC 15 a 18 ºC -5 a 18 ºC

Clasificación pH externopH

interno

Acidófilos 1.0 - 5.0 6.5

Neutrófilos 5.5 - 8.5 7.5

Alcalófilos 9.0 - 10.0 9.5

1.2. Potencial REDOX

Potencial de Oxido-reducción

Es una medida de la tendencia

del medio a donar o recibirelectrones.

Generalmente está asociado conla presencia de O2 disuelto en elmedio.

Los anaerobios estrictosnecesitan una atmósfera sinoxígeno pues deben crecer enmedios reductores donde elpotencial no sea mayor a -0,2Voltios.

1.3. Humedad

El agua es el solvente en dondeocurren las reacciones químicas yenzimáticas de la célula y esindispensable para el desarrollo de

los microorganismos.

Las necesidades de agua de losm.o. de definen como actividaddel agua o potencial de agua.

aW= PS/PW

Donde:PS : es la presión parcial de vapor de agua en

la solución problema

PW: es la presión parcial de vapor del agua

destilada.

aW= 100

1.4. Presencia de CO2

a) Aerobios : requieren O2 como aceptorfinal de electrones en la cadenarespiratoria.

b) Anaerobios : crecen en ausencia total deO2. Los aceptores finales de electronespueden ser SO4

2- (ión sulfato), Fumarato2-

o CO32- (ión carbonato).

c) Facultativos: pueden crecer en presenciao ausencia de O2 .

d) Microaerofilos: sólo pueden crecer conbajas tensiones de oxígeno . La energía la

obtienen por respiración aeróbica oanaeróbica

e). Anaerobios aerotolerantes: puedencrecer en presencia o ausencia deoxígeno, pero la energía la obtienen porfermentación

1.5. Presión osmótica

Bacteriasosmotolerantes

Son aquella que puedenadaptarse a vivir en medioscon elevadas concentraciones

de sales,

Halotolerantes Pueden soportar una reducciónlele de aw. (Staphylococcusaureus, aw= 0,9

Halófilos Requieren de bajas (1-6 %) omoderadas (6-15%)

concentraciones de sal paracrecer (mo. Marinos).

Halófilos extremos Crecen en ambientes muysalinos (15 a 30% de sal)

Arqueas

Los microorganismosrequieren agua para su

crecimiento, además paraobtener nutrientes de ésta.

Una presión osmótica altacausa pérdida de agua yplasmólisis de la célula, por lo

que se utiliza este fenómenopara conservar los alimentosya sea añadiendo sal oazúcar, lo que previene elcrecimiento bacterial.

NUTRIENTES COMO FUENTES DE ENERGÍA

Nutrientes para crecimiento microbiano

• Es utilizado por los microorganismos para sintetizar loscompuestos orgánicos requeridos para las estructuras y funcionesde la célula.

CARBONO

• Es utilizado para formar aminoácidos, bases nitrogenadas, etc.• Provienen de fuentes diferentes: Asimilación de NH3 (amoniaco)

y sales de amonio y por fijación de NNITRÓGENO

• Es utilizado para la síntesis de aá. azufrados•

Ingresa a la célula reducido: como grupos sulfhidrilos (-SH), comosulfato (o como aminoácidos azufrados). AZUFRE

• Son compuestos orgánicos que el m.o.es incapaz de sintetizar apartir de los nutrientes y son fundamentales para el metabolismocelular .

FACTORES DECRECIMIENTO

• Los iones requeridos para el crecimiento bacteriano son aportadosen el medio a través de sales que contienen K+, Mg2+, Mn2+, Ca2+,Na+, PO4

3-, Fe2+, Fe3+ y trazas de Cu2+, Co2+ y Zn2+.OLIGOELEMENTOS

a) Protótrofos: m.o. que sintetizan sus propios factores de crecimiento.b) Auxótrofos: m.o. que requieren una fuente exógena de factores de

crecimiento debido a que son incapaces de sintetizarlos

AUTÓTROFAS:

Empleancompuestosinorgánicos parasintetizarcompuestosorgánicos

Las autótrofas fotosintéticas, como las bacterias sulfurosas verdes y

purpúreas, no utilizan agua como dador de electrones en la fotosíntesis,sino otros compuestos, como el sulfuro de hidrógeno, y no producenoxígeno. Al poseer pigmentos que absorben luz casi infrarroja, puedenrealizar la fotosíntesis prácticamente sin luz visible.

Las autótrofas quimiosintéticas, a diferencia de las fotosintéticas, utilizanla energía que desprenden ciertos compuestos inorgánicos al oxidarse.

Transforman el CO2 en compuestos hidrogenados (anabolismo). Susfuentes son oxidadación del hierro, bacterias nitrificantes que oxidansustancias amoniacales, bacterias sulfooxidantes que oxidan el azufre.

HETERÓTROFAS:

Empleancompuestos

orgánicos parasintetizar suspropios compuestosorgánicos

Las bacterias de vida libre suelen ser saprófitas, viven sobre materiaorgánica muerta.

Muchas viven en relación estrecha con otros organismos De ellas, lamayoría son comensales y no causan daños ni aportan beneficios a suhuésped, algunas son parásitas (producen enfermedades) y otras sonsimbiontes (flora bacteriana intestinal)

TIPOS DE NUTRICIÓN BACTERIANA

CARACTERÍSTICAS NUTRICIONALES DE LAS BACTERIAS

El éxito evolutivo de las bacterias de debe fundamentalmente a su plasticidad metabólica,pues poseen todo los mecanismos posibles de obtención de materia y energía:

Fuente de

energía

Fuente

decarbono

Tipo de bacterias

Fotoautótrofas Energíaluminosa

CO2Bacterias verdes.Bacterias purpureas sulfurosas:Clorobiaceas, Chromaticaceae.ClroflexusCianobacterias

Fotoheterótrofas Energíaluminosa MoléculasorgánicasBacterias verdes del azufre.Bacterias fotosintéticaspurpureas NO sulfurosas:Clorof lexus , Rhodob acter,

Rhodospir i l l ium Habitan en lagos contaminados yafloramientos naturales de agua.

Quimioautótrofas o

quimiolitótrofas

Compuesto

químicoque seoxida

CO2Bacterias nitrificantes:

Nitrobacter.Bacterias azufre- oxidantes,bacterias del hidrógeno, delhierrro.

Quimioheterótrofasoquimiorganotróficoa

Compuestoquímicoque seoxida

Moléculasorgánicas

Bacterias no fotosintéticas : E.coli, Bacillus sp. Actinobacteras.Bacterias patógenas .

CRECIMIENTO BACTERIANO

El crecimiento, es la capacidad paramultiplicarse que tienen las células

individuales, es decir la capacidad parainiciar y completar una división celular.

Tasa de crecimientoProbabilidad de que una célula se dividaen un tiempo determinado

Tiempo de crecimientoTiempo que tarda la bacteria en sintetizarsus propios componentes celulares y

dividirse, gracias a que duplicó su masa ymaterial genético, utilizando losnutrientes que tiene disponible con lamayor eficiencia y rapidez

Crecimiento poblacional bacteriano:Ciclo de la curva de crecimiento

Fase de Latencia o Lag: Periodo de aclimatación a las condiciones de crecimiento,

síntesis de RNA y duplicación de DNA . Existe aumento de la masa celular pero no hayaumento en el número de células.Fase Exponencial: El número de células se duplica a intervalos regulares de tiempo.Ocurre bajo condiciones ideales de crecimiento (Ej. Abundancia de alimentos).Fase Estacionaria: Se agotan los nutrientes, se acumulan los desperdicios dañinos.Los procesos de división celular y muerte están en balance.Fase de Muerte: Las condiciones prevalecientes no pueden sostener más crecimientoy las células mueren.

METABOLISMO BACTERIANO

Es el conjunto de procesos por los cuales un microorganismo obtiene

la energía y los nutrientes que necesita para vivir y reproducirse.

Metabolismo microbiano

Importancia.- Las características metabólicas específicas de unmicroorganismo constituyen el principal criterio para determinar su papelecológico, su responsabilidad en los biogeoquímicos y su utilidad en losprocesos industriales o de biorremediación.

Metabolitos

Metabolitos primariosSon los generadosdurante el catabolismo yel anabolismo que tienelugar durante elcrecimiento(TROFOFASE)

MetabolitossecundariosSon los productosmetabólicos que seacumulan cuando nohay crecimiento sinodiferenciación celular (IDIOFASE)

Métodos para generar ATP

Fosforilación a nivel de sustrato: Fermentaciones• El ATP, se forma a partir del ADP por transferencia de un grupo fosfato de alta

energía de un intermediario de una ruta catabólica

Fosforilación oxidativa: Respiración

• El ATP, se genera por transporte de electrones a través de una cadena de moléculastransportadoras, al final de la cual existe un aceptor de exógeno que se reduce.• Si el aceptor final es el O2, hablamos de respiración aeróbica.• Si el aceptor final es distinto del O2: nitratos, sulfatos, hablamos de respiración

anaeróbica

Fotofosforilación : Fotosíntesis

• La fototrofía , es la capacidad de captar energía de la luz, generándose un gradienteelectroquímico de protones a ambos lados de una membrana, el cual a su vez alimentaa la ATP sintetasa.

• La fotosíntesis, es la combinación de la fototrofía (captación de energía lumínica en lafase luminosa) y la autotrofía (capacidad de fijar CO2 en la fase oscura)

Respiración aeróbica

• El oxígeno molecular se usa como captador de electronesprocedentes de la cadena transportadora y se reduce hasta agua:(1/2 O2 +2 ee +2 H+ a H2O

Respiración anaeróbica• Al final de la C.T.E existe un aceptor diferente al O2. Pueden ser:

Diversidad de las respiraciones, según los tipos de aceptoresfinales de electrones

NO3 Nitrato

NO2 Nitrito

SO4 Sulfato

SH2 Sulfuro de hidrógeno(ac. Sulfídrico)

NH3 Amoniaco

NH4 Amonio

Fe3+ Ion ferrico (oxidado)

Fe2+ Ión ferroso (reducido

Diversidad de las respiraciones, según los tipos de donadoresde electrones

QUIMIORGANOTROFIA• El donador de electrones es una fuente orgánica• La oxidación de la fuente orgánica de C, sirve como donante de electrones (fosforilación

oxidativa) y para generar metabolitos intermediarios para la biosíntesis

QUIMIOLITOTROFÍA

• El donador de electrones es una molécula inorgánica reducida.• Quimiolitótrofos aerobios: el aceptor de electrones es el O2. Pueden ser • Bacterias oxidadoras de hidrógeno:oxidan hidrógeno hasta H2O• Bacterias oxidadoras de hierro ferroso: Pasan Fe2+ a férrico Fe3+. La oxidación final

produce ác. Sulfúrico.• Bacterias nitrificantes:• Las oxidadoras de amo nio: Nitrosas. Respiran NH3 (amoniaco) para convertirlo en

• Las oxidadoras de n i t r i to . Nítricas. Respiran NO2- para convertirlo en NO3

-(nitrato)• Quimiolitótrofas anaeróbicas.• Acoplan en anaerobiosis la oxidación del amoniaco con la reducción de los nitritos,

produciendo nitrógeno molecular y agua: NH4+ +NO2- a N2 +2H2O

• Recibe el nombre de oxidación anaeróbica del amoniaco

Ruta de Embden Meyerhof(EM)

• Esta ruta puede funcionar tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas.

Esta determinada por 10 enzimas citoplasmáticas

Ruta de las Pentosas (PF)

• Muchas veces se lleva a cabo junto con la ruta EM. Funciona en condicionesaeróbicas y anaeróbicas. Es importante porque permite la síntesis de

nucleótidos y aminoácidos aromáticos.

Ruta de Etner-Doudoroff (ED)• Es usado por un número reducido de m.o. carentes de la ruta EM. La mayoría

son bacterias Gram (-) como Pseudomonas.

Ruta de la Fosfocetolasa o de Warburg-Dickens (WD)

• Es una ruta que siguen ciertas bacterias lácticas: Lactobacillus

CATABOLISMO DE LA GLUCOSA

Fotosíntesis bacteriana

Fotofosforilación bacteriana• Bacterioclorofilas: similares a las clorofilas de

los cloroplastos.• Presentan un solo fotosistema(similar al FTI

de los cloroplastos), salvo las cianobacterias.• El agua no es el primer dador de electrones.• No se desprende oxígeno (fotosíntesis

anoxigénica)

Dadores de electrones• H2S: sulfobacterias fotosintéticas.• Materia orgánica

Diferencias entre la fotosíntesis oxigénica y anoxigénica

Fotosíntesis oxigénica Fotosíntesis anoxigénica

Aceptor de electrones de respiración y metanogénesis

en procariotas

… para estudiar

Grupo fisiológico de litótrofos

FUNCIÓN DERELACIÓN

- Esporulación- Taxias

FORMACIÓN DE

ESPORAS

Las endosporas bacterianas:

Son estructuras destinadas a protegerel ADN y el resto del contenidoprotoplasmático.

Ciertas clases de bacterias, antelos estímulos adversos delambiente, forman esporas deresistencia, que, al serintracelulares, se denominanendosporas.

La actividad metabólica sereduce al estado de vidalatente.

Pueden resistir temperaturasde hasta 80ºC y soportanla acción de diversos agentes

físicos y químicos.

En condiciones favorablesgerminan y dan lugar a unanueva bacteria (formavegetativa).

FORMACIÓN DE ENDOSPORAS BACTERIANAS

TAXIAS

Son movimientos deacercamiento odistanciamiento respecto ala fuente de los estímulos

(taxias)

Pueden ser de varios tipos:

Flagelar.Reptación.Flexuosos (parecido al

de las serpientes, pero enespiral).

FUNCIÓN DEREPRODUCCIÓN

Cada célula bacteriana sedivide en dos cuando las

condiciones son lasadecuadas.

REPRODUCCIÓN ASEXUAL

Bipartición o divisiónbinaria:

Tras la replicación del ADN, que está dirigida por

la ADN polimerasa de losmesosomas, la paredbacteriana crece hastaformar un tabiquetransversal separador delas dos nuevas bacterias.

REPRODUCCIÓN PARASEXUAL

i. Conjugación:

Mecanismo mediante el cual una bacteria donadora (bacteria F+) transmitea través de las fimbrias o pili el plásmido F o un fragmento de su ADN a otrabacteria receptora (bacteria F- .

La bacteria F- se convertirá así en F+ al obtener el plásmido F e inclusopodrá adquirir genes de la bacteria F+ que hayan pasado junto con el

plásmido F.

ii.Transformación:

Consiste en el intercambio genético producido cuando unabacteria es capaz de captar fragmentos de ADN de otrabacteria que se encuentran dispersos en el medio donde vive.Sólo algunas bacterias pueden ser transformadas. Las quepueden serlo se dice que son competentes.

ii.Transducción:

1. Fijación del fago a la bacteria.2. Respuesta lítica.3. Transducción del fragmento de ADN.4. Integración del ADN en el genoma bacteriano.

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