Tema 17. Biología de los Microorganismos

Los microorganismos TEMA 17

CELULARES ACELULARES

VIRUS: Ác. Nucleícos y proteínas VIROIDES: moléculas de RNA PRIONES: proteínas infecciosas

MICROORGANISMOS

PROCARIOTAS EUCARIOTAS

MICROORGANISMOS

DOMINIO EUCARYA DOMINIO ARCHAEA

REINO MONERAS

MICROORGANISMOS CELULARES

(según clasificación Woese 1990)

PROCARIOTAS EUCARIOTAS

REINO PROTOCTISTAS

DOMINIO BACTERIA

REINO HONGOS

MICROBIOLOGÍA • Se ocupa de los Microorganismos o microbios (Reinos Monera,

Protoctista y Fúngico)

• Organismos unicelulares • Procariotas (Reino Moneras): Bacterias, Cianobacterias, Micoplasmas

(bacterias sin pared) y Arqueobacterias. • Eucariotas (Reino Protoctistas): Protozoos acuáticos y Algas

unicelulares del fitoplancton. • Organismos pluricelulares:

• Reino Protoctistas : Grupo de los Mixomicetos (parásitos de plantas como mildius y royas blancas)

• Reino Hongos : mohos → naranja, levaduras, micorrizas y parásitos de plantas (oidios) y de animales (tiñas piel)

• Organismos acelulares: Virus

MICROORGANISMOS PROCARIOTAS

Reino Moneras

MICROORGANISMOS EUCARIOTAS

Reino Protoctistas

VIRUS

Bacterias

Virus

Algas microscópicas

Protozoos

Arqueobacterias

VIROIDES Y PRIONES

Cianobacterias MICROORGANISMOS EUCARIOTAS

Reino Hongos

Hongos

Levaduras

Los virus • Son parásitos intracelulares

obligados, carecen de metabolismo propio.

• Están formados por: • Un ácido nucleico, DNA o RNA

(pero nunca los dos). • Una envoltura proteica : cápsida • Algunos presentan una envoltura

membranosa.

• La partícula viral perfectamente constituida que puede abandonar la célula infectada y transmitirse a otra se denomina virión.

Tamaño de los virus

• Su sencilla estructura hace de ellos organismos de muy pequeño tamaño, del orden de los 10 a 100 nm, mientras que las bacterias tienen un tamaño medio entre 1 y 10 µm (es decir, 100 veces mayores).

Estructura virus ESTRUCTURA DE LOS VIRUS

Genoma vírico Cubierta membranosa Cápsida

Cápsida icosaédrica Cápsida helicoidal Cápsida compleja

ADN

Glicoproteína

Adenovirus ARN

Virus del mosaico del tabaco

Capsómeros

Clasificación de los virus • Según el tipo de célula a la que infectan:

• Virus animales: gripe, sida… • Virus vegetales: mosaico del tabaco… • Fagos o bacteriofagos: T4

• Según el material hereditario: • Virus de DNA circular o lineal • Virus de RNA monocatenario o bicatenario

• Según la forma de la cápside: • Virus icosaédricos como el virus de la polio • Virus helicoidales como el mosaico del tabaco • Virus complejos como los bacteriófagos • Virus con envoltura como el virus del sida

Clasificación de virus (según la cápsida)

Clasificación de virus (según la cápsida)

Virus con envoltura • La mayoría de los virus animales,

poseen una envoltura membranosa.

• Esta bicapa lipídica posee glicoproteínas codificadas por el virus y dispuestas hacia el exterior, a modo de espículas.

• Constituyen su sistema de anclaje a los receptores de membrana de las células hospedadoras .

• Esta envoltura es muy importante desde el punto de vista inmunológico.

Ciclo vital de los virus

• Fase extracelular, el virión está inactivo, es como una partícula inerte compuesta de proteínas y ácidos nucleicos.

• Fase intracelular, el virus se autoreplica, aprovechando la materia prima de la célula infectada y su maquinaria para la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos.

Ciclo vital de los virus

Ciclo vital de los virus • Etapa de fijación. La infección es específica. • Etapa de entrada:

• Virus sin membrana lipoproteica. El virus puede inyectar el ácido nucleico (caso de los bacteriófagos), o introducir el virión completo mediante alguna enzima de la cápsida.

• Virus con membrana lipoproteica: endocitosis. • Virus vegetales: por los poros de la pared celular.

• Etapa de eclipse: el virus desaparece aparentemente. • Desensamblaje de la cápsida y liberación del ácido nucleico. • Síntesis del RNAm responsable de la síntesis de proteínas víricas.

• Etapa de autoreplicación. Síntesis de proteínas víricas. • Etapa de autoensamblaje. Los capsómeros se ensamblan con el ác.

nucleico vírico. • Etapa de liberación. Puede realizarse de dos formas:

• Se liberan los virus tras la lisis y muerte celular. • Los nuevos virus arrastran una porción de la membrana celular

(exocitosis)

Ciclo lítico de los bacteriófagos

• Se denomina así porque la célula infectada muere por rotura (lisis en griego), al liberarse las nuevas copias virales.

Ciclo lisogénico de los bacteriófagos

Virus VIH

Material genético en forma de dos hebras de ARN que contienen un total de 9 000 nucleótidos y que se encuentran ligadas, cada una de ellas, a la transcriptasa inversa.

Nucleocápsida de forma Icosaédrica formada por la proteína P24

Envoltura esférica formada por una capa continua de proteína P17.

Su tamaño es extremadamente pequeño (120 μm) y tiene forma esférica.

Bicapa lipídica externa a la que se asocian diferentes proteínas, como las GP120 que se proyectan hacia fuera.

Proteínas de tipo enzimático, como la integrasa y la proteasa.

Proteína P41 que atraviesa la bicapa

Transcriptasa inversa

Proteínas GP120

Mecanismo de infección VIH 1. Unión de las proteínas

víricas a los receptores CD4 del linfocito.

2. Fusión de la envoltura del virus con la membrana del linfocito y entrada de la nucleocápsida.

3. Liberación del ARN vírico y la transcriptasa inversa.

4. Acción de la transcriptasa inversa formando cadenas híbridas de ARN-ADN del virus.

5. Formación de dobles cadenas de ADN vírico.

6. Entrada de las dobles cadenas de ADN en el núcleo del linfocito.

7. Integración de las dobles cadenas de ADN vírico en el ADN del linfocito.

8. Formación del ARNm de la cápsida y ARN viral.

9. Migración de ARNm de la cápsida y del ARN viral al citoplasma.

10. Formación de las proteínas víricas por los ribosomas del linfocito.

11. Reorganización de las nuevas partículas víricas.

12. Liberación de los virus hijos al exterior.

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Ciclo vital de los retrovirus

SIDA • Dado el papel decisivo de los linfocitos Th en la respuesta

inmunitaria, los enfermos de SIDA tienen disminuidas tanto la respuesta humoral como la celular.

• El VIH se integra en el genoma de la célula hospedadora, donde puede quedar latente durante un tiempo más o menos largo.

• Desde las primeras etapas de la infección, los linfocitos B forman anticuerpos contra los antígenos del virus.

• La presencia de dichos anticuerpos en la sangre de un individuo sirve para diagnosticar la enfermedad y se dice entonces que el individuo es seropositivo.

Transmisión del SIDA

• La transmisión del VIH se realiza por contacto entre fluidos corporales: • a través de sangre, • en las relaciones sexuales: el semen o fluidos vaginales entran en

contacto con la sangre a través de una herida, • a través de la sangre de una madre seropositiva a su hijo. El VIH

puede atravesar la placenta o realizarse el contagio durante el nacimiento.

Tratamiento del SIDA

• Actualmente, el SIDA no se puede curar, pero se trata con

varios fármacos que hacen que la enfermedad avance lentamente. • inhibidores de la fusión del virus con la célula hospedadora, • inhibidores de la transcriptasa inversa • inhibidores de la integrasa • inhibidores de la proteasa.

• Uno de los principales problemas de cara al tratamiento del

SIDA es que el VIH muta con frecuencia.

Origen de los virus Existen dos hipótesis: • Son las primeras formas de vida.

• Poco probable, puesto necesitan parasitar células para vivir, por lo que parece más probable que las primeras células fueran anteriores a la aparición de los virus.

• Aparecen a partir de células primitivas especializándose para

la vida parasitaria. • Esto es coherente con el modo de vida de las especies parásitas,

que suelen perder estructuras innecesarias para su supervivencia en el interior de los organismos hospedadores.

Viroides • Pequeñas moléculas de ARN circular de cadena sencilla (unos

pocos cientos de nucleótidos). • Su tamaño es una milésima parte del de los virus más

pequeños. • Sólo detectados en plantas, en las que producen una gran

variedad de enfermedades • Semejanzas entre la secuencia de los viroides y ciertas

secuencias de intrones en el genoma de plantas sugieren que pudieron evolucionar a partir de estos.

Priones • Partículas infecciosas proteicas que provocan las

encefalopatías espongiformes transmisibles. • Poseen la misma secuencia de aminoácidos de una proteína

normal, pero presentan una estructura diferente. • Inducen, por un mecanismo hasta ahora desconocido, la

transformación de proteínas normales en anómalas.

Morfologías bacterianas Bacilo

Coco

Espirilo Vibrio

Diplococos

Estreptococos

Sarcinas

Estafilococos

Morfología bacterias

Flagelo

Inclusión

Fimbria

Ribosoma

Cloroxisoma

Carboxisoma Vacuola de gas

Membrana plasmática

Cápsula

Pared Plasmido

Cromosoma bacteriano


Membrana: Similar en estructura y composición a la de eucariotas. Presenta unos repliegues internos llamados mesosomas.

Morfología bacterias Pared: Formada por péptidoglucanos. Envoltura rígida que soporta las fuertes presiones osmóticas a las que está sometida la bacteria. Por su estructura se distinguen bacterias Gram+ y Gram-.

Pared bacteriana • Estructura rígida y resistente que aparece en la

mayoría de las células bacterianas. • La tinción Gram permite distinguir dos tipos:

Gram + • Bacterias con paredes

anchas, formadas por gran cantidad de capas de peptidoglucanos unidos entre sí.

Gram – • Bacterias con paredes

estrechas, con una capa de peptidoglucanos, rodeada de una bicapa lipídica muy permeable.

• Son más resistentes a los antibióticos.

Pared bacteriana

PARED BACTERIAS GRAM +

PARED BACTERIAS GRAM -

• Algunas bacterias presentan por fuera de la pared bacteriana una CÁPSULA formada por polisacáridos.

Pared bacteriana

Gram + Gram -

Morfología bacterias Cápsula Se presenta en muchas bacterias patógenas. Es una cápsula viscosa compuesta por sustancias glucídicas. Tiene función protectora de la desecación, de la fagocitosis o del ataque de anticuerpos.

Capsula bacteriana

• Cápsula viscosa compuesta por polisacáridos.

• Aparece en casi todas las bacterias patógenas: las protege de la desecación, de la fagocitosis y del ataque de los anticuerpos, lo que aumenta la virulencia de las bacterias encapsuladas.

• Determinadas bacterias pueden o no formarla en función de los medios de cultivo.


Mesosomas: Repliegues de la membrana con importantes funciones. Contienen proteínas responsables del transporte de electrones, la fotosíntesis o la replicación del ADN.


Ribosomas: De menor tamaño que los de la célula eucariota. Intervienen en la síntesis de proteínas.


Cromosoma: Una sola molécula de ADN de doble hélice, circular y no asociado a histonas.


Plásmido: Moléculas de ADN extracromosómico también circular.


Flagelo: Estructuras filamentosas con función motriz, formados por fibrillas proteicas.

Flagelo bacteriano

• Las bacterias también pueden presentar FIMBRIAS, filamentos proteicos, más finos que los flagelos y que sirven para la fijación al sustrato, o para el reconocimiento de otras células.


Fimbrias o pilis: Filamentos largos y huecos con funciones relacionadas con el intercambio de material génico y la adherencia a sustratos.

Formación de esporas Membrana plasmática

ADN Condensación del ADN

Invaginación de la membrana plasmática

Formación del septo de la espora

Crecimiento del tabique de la espora

Formación de la preespora

Formación del exosporio

Formación del córtex

Lisis de la célula

Espora libre

Cianobacterias • Cianofíceas o algas verdeazuladas. • Organismos fotosintéticos que

poseen además de clorofilas, ficocianina (pigmento azulado).

• Durante más de 1500 m.a. fueron los organismos más abundantes del planeta por lo que se les considera responsables del enriquecimiento en O2 de la atmósfera.

• Muchas especies pueden fijar también el N2 atmosférico en las proteínas.

Micoplasmas • Organismos PPLO

(pleuroneumoniae like organism).

• Son muy pequeños y carecen de pared celular.

• la mayoría son parásitos de animales, que pueden provocar enfermedades de poca entidad (pleuroneumonía del ganado) o ser prácticamente inocuos, como en los humanos en los cuales se presentan como parásitos de la cavidad bucal y de los genitales.

Arqueobacterias

• Adaptadas a vivir en condiciones extremófilas: aguas muy calientes o muy saladas, ….etc.

• Presentan diferencias notables con las bacterias : • La pared celular es más rica en proteínas (en lugar de mureína). • La membrana plasmática posee hidrocarburos en vez de

fosfolípidos.

• El funcionamiento de sus genes es más similar a los eucariotas

• Se les supone en la base del árbol genealógico de los seres vivos.

Metabolismo bacteriano

Según la fuente de carbono: • Bacterias autótrofas, pueden fijar el CO2 en materia

orgánica. • Fotosintéticas o fotoautótrofas: Utilizan la energía solar.

Realizan la fotofosforilación bacteriana. • Quimiosintéticas o quimioautótrofas: utilizan la energía

de oxidación de sustancias inorgánicas para la fijación del CO2 .

• Bacterias heterótrofas o quimioheterótrofas, se nutren de materia orgánica.


Producen materia orgánica a partir de la materia inorgánica ingerida: litótrofos

Ingieren materia orgánica extrayendo parte de su energía química: quimiorganótrofos

PROCARIOTAS

HETERÓTROFOS

SAPROFÍTICAS

PARÁSITAS

SIMBIÓTICAS

Fotosíntesis oxigénica

Fotosíntesis anoxigénica

Cianobacterias

Sulfobacterias verdes y púrpuras

Bacterias del suelo

FOTOAUTÓTROFAS

QUIMIOAUTÓTROFAS

Bacterias de la flora intestinal

Bacterias patógenas

Bacterias descomponedoras

AUTÓTROFOS

QUIMIOHETEROTROFAS

FOTOHETERÓTROFAS (bacterias purpúreas no sulfúreas)

Fotosíntesis bacteriana • Sus pigmentos (bacterioclorofilas) forman un

único fotosistema equivalente al FSI. • El H2O no es el donador de e- . Los e-

generalmente proceden del H2S.

• No se desprende O2: Fotosíntesis anoxigénica. • Produce precipitados de S (bacterias purpúreas y

verdes del S). • Forma más sencilla y antigua de fotosíntesis


Según la disponibilidad de oxígeno: • Aerobias • Anaerobias

• Según el tipo de metabolismo: • Fermentadoras (producen ác. láctico, butírico y propiónico

y gases como CO2 , CH4 y H2S) • Respiración anaerobia (el aceptor último de e- no es el

O2). • Por la tolerancia al oxígeno: anaerobios estrictos,

anaerobios aerotolerantes y anaerobios facultativos.

Quimiosíntesis Bacteriana

Bacterias quimiosintéticas: • Fuente de Carbono: CO2

• Fuente de energía: oxidación de compuestos inorgánicos Bacterias nitrificantes Bacterias sulfatizantes Ferrobacterias Bacterias metanotróficas

Bacterias nitrificantes Producen reacciones de nitrificación Viven en el suelo donde abundan las sales amonicales. Tienen un papel importantísimo en el ciclo del Nitrógeno

• Género Nitrosomonas, transforman el NH3 en nitrito.

• Género Nitrobacter, oxidan el nitrito que pasa a nitrato.

ATP NADH

Formación de moléculas orgánicas (proceso similar a fase oscura de fotosíntesis) ATP

NADH

Bacterias nitrificantes

Bacterias sulfatizantes Viven en aguas ricas en H2S o en simbiosis en la

branquias de invertebrados marinos.

• Se llaman también sulfobacterias incoloras

• No confundir con las sulfobacterias verdes o purpúreas, que son fotosintéticas: utilizan también el H2S, pero como último dador de e- (en vez del H2O) en la fotosíntesis bacteriana.

ATP NADH

Formación de moléculas orgánicas (proceso similar a fase oscura de fotosíntesis)

Ferrobacterias

Viven en aguas ricas en sales ferrosas.

• El género Lepthotrix acumula el hidróxido férrico en vainas alrededor de las bacterias.

ATP NADH


Bacterias metanotróficas

Viven junto a las emanaciones volcánicas hidrotermales de los fondos marinos .

• Utilizan la oxidación del metano para obtener energía.

ATP NADH


Reproducción

• Por bipartición simple

• La replicación del DNA se inicia en un mesosoma que alberga el complejo enzimático necesario.

• Rápida: 20 minutos en condiciones favorables.

Recombinación genética

• No existe en bacterias recombinación genética semejante a eucariotas, ya que no presentan reproducción sexual (no presentan meiosis ni entrecruzamiento cromosómico).

• EXISTEN FENÓMENOS DE RECOMBINACIÓN GENÉTICA de tipo horizontal: • TRANSFORMACIÓN • CONJUGACIÓN • TRANSDUCCIÓN.

Transformación • Aunque es un fenómeno ocasional descubierto en cultivos "in vitro", hoy se sabe que se da espontáneamente en la naturaleza.

• Este fenómeno puede ser la causa de la transmisión de la resistencia a los antibióticos.

Conjugación bacteriana • Los mecanismos de recombinación horizontal se dan entre

dos individuos cualesquiera sin mediar parentesco. • La conjugación es un fenómeno común por el que se

transmiten plásmidos de unas células a otras, y a veces, con ellos, fragmentos de la molécula principal de DNA.

Conjugación

Fimbrias o pilis. Filamentos largos y huecos con funciones relacionadas con el intercambio de material génico y la adherencia a sustratos.

Transducción

• Fenómeno ligado a la infección por bacteriófagos con ciclo lisogénico.

Tema 17. Biología de los Microorganismos

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