Capítulos 27: Bacterias y Archaea

BIOL 3052 - Bacteria y Archaea 08/02/2016

Dr. Fernando J. Bird-Picó - 2016 1

Capítulos 27:Bacterias y Archaea

Dr. Fernando J. Bird-PicóDepartamento de Biología

Recinto Universitario de Mayagüez

Primeros organismos

• Dos dominios: Archaea y Bacteria• No poseen organelos celulares con membrana tales

como el núcleo, cloroplastos, mitocondrios, plastidios, etc.

• Los más numerosos (5,000 especies conocidas (se estiman 4 millones especies)

• Diversidad genética entre éstos es inmensa• Microscópicos• En un puñado de tierra puede haber 10,000 especies

[diferentes] de procariotas• Ubicuos: Se encuentran en todos lados• Microbiología: la mayoría entre 0.5 – 5 µm (células

eucariotas entre 10 -100 µm)

Formas morfológicas bacterianas comunes:

• Cocos (sencillos, racimos, rosarios)• Bacilos (alargados, bastones)• Espirales

– Espirilo (hélice rígida)– Espiroqueta (hélice flexible)

• Vibrios (en forma de coma)

Figure 27.2

(a) Cocos (b) Bacilos (c) Espirales

3 µm

1 µm

1 µm



Micrococcusbacteria tipo coco

Salmonellabacteria tipo bacilo

Spiroplasmabacteria tipo espiral

Microscopíade barridoelectrónicomostrando

bacterias enla cabeza de

un alfiler



Pared celular• Función: mantener forma de la

célula, protección, y evitar que exploten en ambientes hipotónicos

• Bacteria – pared de peptidoglicano• Archaea – pared de polisacáridos y

proteínas pero no peptidoglicano

• Paredes celulares en eubacteria:– Gram-positiva

• Peptidoglicano muy grueso– Gram-negativa

• Peptidoglicano muy delgado• Poseen membrana externa• Incluye las bacterias más patogénicas- membrana exte rna tóxica y

protege contra defensas del huésped• Más resistentes a antibióticos: membrana externa n o permite

entrada de éstos• Muchos antibióticos atacan peptidoglicano y dañan p aredes

celulares de bacterias

• Cápsula• De polisacárido o proteína; es “pegajosa” - adhesión• Rodeando y envolviendo la pared celular• Hace la bacteria más resistente a defensas del cuer po

Figure 27.4

Bacterialcell wall

Bacterialcapsule

Tonsilcell

200 nm

Figure 27.3(a) Gram-positive bacteria Gram-negative

bacteria(b)

Cellwall

Peptido-glycanlayer

Plasmamembrane

Carbohydrate portionof lipopolysaccharide

Crystal violet is easily rinsed away, revealingthe red safranin dye.

Peptidoglycan traps crystal violet,which masks the safranin dye.

Gram-positivebacteria

Gram-negativebacteria

Cellwall

Outermembrane

Peptido-glycan layer

Plasma membrane

10 µm



Figure 27.5 Gram-positive and gram-negative bacteria

• Fimbrias:– Estructuras proteicas que se extienden desde la célula– Ayudan a las bacterias a adherirse a las superficies (“fimbrias” o

“attachment pili”)

• Pilos– Hay pilos sexuales (más largos de que fimbrias): permiten

intercambio de DNA entre procariotas)

• Flagelo– Produce movimiento rotativo– Compuesto de cuerpo basal, gancho, y filamento

Fimbrias y Pilos en bacteria tipobacilo

Figure 27.7

20 nmFilament

HookMotorCell wall

Plasmamembrane Rod

Peptidoglycanlayer

Flagellum



Organización Interna (subcelular)

• Células procariotas carecen de una compartimentalización compleja

• Algunos procariotas poseen membranas especializadas que llevan a cabo funciones metabólicas (mesosomas)

Figure 27.8

0.2 µm 1 µm

Respiratorymembrane

Thylakoidmembranes

(a) Aerobic prokaryote (b) Photosynthetic prokaryote

• Material genético bacteriano– Molécula de DNA Circular en región

nucleoide– Plásmidos

• Reproducción asexual – Fisión binaria– Gemación (“budding” o yemas)– Fragmentación

Plásmidos R y Resistencia Antibiótica

• plásmidos R tienen genes para resistencia a antibióticos• Tomar antibióticos hace que se seleccionen las bacterias

con genes que son resistentes a antibióticos• Cada vez es mas común las cepas de bacterias

resistentes a una gama amplia de antibióticos



Figure 27.8

Chromosome Plasmids

1 µµµµm

• Transformación– Ingesta de fragmentos de DNA

• Transducción– Bacteriófago acarrea DNA bacteriano entre células

• Conjugación– Células de diferentes tipos (“mating”) que se aparean

e intercambian material genético

TransformaciónTransducción

Fig. 27-11-4

Recombinant cell

Recipientcell

A+B–

B–

A+

A–

Recombination

A+

Donorcell

A+B+

A+B+

Phage DNA



Conjugación y recombinación en E. coliFigure 27.13

BacterialchromosomeF plasmid

F+ cell

F+ cell

F+ cell(donor)

Matingbridge

Bacterialchromosome

(a) Conjugation and transfer of an F plasmid

F− cell(recipient)

Hfr cell(donor)

F factor

F− cell(recipient)

RecombinandF− bacterium

(b) Conjugation and transfer of part of an Hfr bacte rial chromosome,resulting in recombination

A−

A+

A−

A+

A−

A−

A+

A+

A+

A+

Endosporas

• Células aletargadas, de alta resistencia al calor, frío y desecación, producidas por algunas eubacterias

• Bajo condiciones adversas de estrés en el medioambiente

• Perduran por siglos• Clostridium tetani ,

Bacillus anthracis

Endospora

Procariotas se pueden clasificar sobre la base de sus requisitos nutricionales:

• Heterótrofos– Fotoheterótrofos– Quimioheterótrofos

• Se alimentan de materia orgánica muerta y/o en descomposición

• Autótrofos– Fotoautótrofos– Quimioautótrofos

Table 27.1



Cianobacterias o algas verdeazules Procariotas también se pueden clasificar por sus requisitos atmosféricos (metabolismo)

• La mayor parte de las bacterias son aeróbicas

• Las bacterias anaerobias facultativas utilizan oxígeno si está disponible (llevan a cabo respiración celular y fermentación)

• Las bacterias anaerobias obligadas solamente pueden llevar a cabo metabolismo de forma anaeróbica (fermentación)

• Algunos procariotas convierten nitrógeno atmosférico(N2) en ammonia (NH3)

Cooperación Metabólica

• Cooperación entre procariotas les permite utilizar recursos ambientales que de otra forma no podrían utilizar como células individuales

• Anabaena (cianobacteria): las células fotosintéticas y células fijadoras de nitrógeno (heterocitos) intercambian productos metabólicos

• En otras especies, la cooperación se lleva a cabo en colonias que tapizan superficies (“biofilms” y tapetes)

Fig. 27-14

Photosynthetic

cells

Heterocyte

20 µm

Anabaena



Fig. 27-15

1 µ

m

“biofilms”Clasificación de Procariotas:

Uso de técnicas de PCR para obtener de forma más rápida secuencias de diferentes genomas y

comparar los mismos (sistemática molecular) han sido de gran ayuda.

• Dominio Bacteria– Reino Bacteria

• Gram + y Gram -• Dominio Archaea

– Reino Archae• Paredes celulares carecen

de peptidoglicanos• Mecanismo de traducción

es similar al de los eucariotas

Eukarya

Archaea

Bacteria

Figure 27.15

UNIVERSALANCESTOR

Eukaryotes

Korarchaeotes

Euryarchaeotes

Crenarchaeotes

Nanoarchaeotes

Proteobacteria

Chlamydias

Spirochetes

Cyanobacteria

Gram-positivebacteria

Dom

ainE

ukaryaD

omain A

rchaeaD

omain B

acteria

Table 27.2



• Metanógenas– Producen gas metano (CH4)– Ambientes anaeróbicos

• Halófilas extremas– Habitan soluciones de sales saturadas (salinas)

• Termófilas extremas– Habitan ambientes cuyas temperaturas pueden

sobrepasar los 100°C

Medioambiente típico de bacteriastermófilas

Bacteria

• Incluye la mayoría de los procariotas que los humanos están conscientes

• De diferentes requerimientos nutricionales

• Lleva a cabo funciones ecológicas vitales:– Descomponedoras de materia orgánica– Fijación de nitrógeno para las plantas

• Patógenas– Postulados de Koch:

• Presencia del patógeno en individuos afectados• Muestra del patógeno puede ser cultivada

(pura)• Muestra del cultivo es inoculada en individuo no

afectado causando la misma enfermedad• Se recupera el microorganismo del individuo

inoculado experimentalmente– Exotoxinas : producidas por bacterias y

secretadas al exterior de las mismas (o liberadas al morir la bacteria): difteria y botulismo

– Endotoxinas : toxinas forman parte de la pared celular de las bacterias gram-negativas



Bacterias Gram (-)

• Grupo grande y diverso de bacterias• Sobre la base de secuencias de rRNA, se agrupan en

cinco (5) subgrupos:– Alpha

• Simbiontes de plantas, animales y algunas patógenas

– Beta• Nitrosomonas (oxida NH3) y Neisseria gonorrhoeae

– Gamma• Enterobacterias y Vibrio cholerae

– Delta• Myxobacterias (bacterias lamosas)

– Epsilon• Tracto digestivo de animales (Helicobacter pylori )

Figure 27.17-a

Alpha

Beta

GammaDelta

Proteo-bacteria

Epsilon

Subgroup: Alpha Proteobacteria

Rhizobium (arrows) inside a rootcell of a legume (TEM)

2.5

µµ µµm

Subgroup: Delta ProteobacteriaSubgroup: Gamma Proteobacteria Subgroup: Epsilon Proteobacteria

Nitrosomonas (colorized TEM)

1 µµ µµm

Subgroup: Beta Proteobacteria

2 µµ µµm

300

µµ µµm

Helicobacter pylori (colorized TEM)Fruiting bodies of Chondromycescrocatus , a myxobacterium (SEM)

200

µµ µµm

Thiomargarita namibiensiscontaining sulfur wastes (LM)

Figure 27.17-b

Chlamydias

5 µµ µµm

Spirochetes

2.5

µµ µµm

Leptospira , a spirochete(colorized TEM)

Gram-Positive Bacteria

2 µµ µµm

5 µµ µµm

Hundreds of mycoplasmas coveringa human fibroblast cell (colorized SEM)

Streptomyces , the source of manyantibiotics (SEM)

40 µµ µµ

m

Oscillatoria , a filamentouscyanobacterium

Cyanobacteria

Chlamydia (arrows) inside ananimal cell (colorized TEM)

Bacterias Gram +

• Gram- + incluye– Actinomycetes, descomponedores en suelo– Bacillus anthracis, causante del anthrax– Clostridium botulinum, causante del botulismo– Algunos Staphylococcus y Streptococcus, que pueden ser

patogénicos– Micoplasmas, células más pequeñas que se conocen



Importancia de Procariotas• Si procariotas desaparecieran hay pocas

probabilidades de que otras formas de vida sobrevivan

• Indispensable en el reciclaje de elementosquímicos – (fijación de nitrógeno: bacterias -únicas capaces

de convertir nitrógeno atmosférico en forma útil para plantas)

– Descomponedores (saprobios) obtienen sus nutrientes de organismos muertos-regresan elementos al ambiente en forma inorgánica para que las plantas lo utilicen

– Bacterias autótrofas• Toda la vida depende de procariotas

Pueden vivir en relación simbiótica

• Tres tipos de relaciones1. mutualismo - ambos se benefician2. comensalismo - uno se beneficia, el otro no se afecta3. parasitismo (una se beneficia la otra se perjudica-absorben sus nutrientes de fluídos de húespedes vivos)

Ejemplos:– Bacteria en intestino nos proveen vitaminas-mutual– Bacterias en raíces de leguminosas- plantas

habichuelas, etc. (mutual)-bacteria le brinda nitrógeno, planta le da azúcar para respiración celular

– Bacterias patógenas - parasitismo

Nitrosomonas (colorized TEM)

• Bacterias (parasíticas)- patógenos de plantas y animales-– causan enfermedades-patógeno se

adhiere a célula -se multiplica y produce toxinas- venenos

• Exotoxinas: secretadas• Endotoxinas: al romperse célula bacteriana

• tuberculosis, cólera, enfermedades sexuales (chlamydia, gonorrea), botulismo, envenenamiento por comida, salmonella, úlcera digestiva, ántrax, tétano, etc.



Importancia de Procariotas

• Microbiología industrial• Microbiología médica (clínica)• Ecología microbiana (ej. Bioremediación)• Microbiología de alimentos

Uso de procariotas en investigación y tecnología

– Producción de antibióticos-eritromicina, estreptomicina

– Bioremediación- usar procariotas y hongos para remover (degradar) contaminantes (agentes químicos peligrosos como pesticidas, yerbicidad, petróleo, gasolina, metales pesados, etc.) del suelo, agua y aire a compuestos no tóxicos

– Tecnología- crecer bacterias en el laboratorio, manipuladas genéticamente, para que produzcan medicinas-, insulina, interferón, antibióticos, hormona de crecimiento, alcohol, acetona, vacunas, vitaminas

– Microbiología de alimentos- usa ácido láctico bacteriano para convertir leche a Yogurt, queso, salami, vinagre, chocolate

Bioremediación en derrames de petróleo

Plantas de tratamiento de aguas usadas



Fig. 27-21

5 µm

Lyme diseaseTable 27.2

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