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

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


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.


Tilacoides: con membrana parecida a la plasmática y pigmentos

fotosintéiticos Delimitadas por membrana rígida de proteína: vacuolas de gas, clorosomas, carboxisomas


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


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


• Vesícula de gas: permitir flotabilidad y desplazamientos verticales• Clorosomas: fotosíntesis• Carboxisomas: fijación CO2


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


Transducción


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


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,..


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


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.

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