jueves, 2 de septiembre de 2010

Actividades de Afianzamiento

Segun sus conocimientos responda a los siguientos planteamientos:
 Establezca relaciones entre llos microorganismos del dominio Arquea, de acuerdo al edio en que residen?

Porque se consideran extremas los medios en los cuales residen microorganismos del dominio arquea?

Establezcan diferencias entre microorganismos del dominio arquea (Temperatura, medio natural,menbranas)

CLASES DE MICROORGANISMOS SEGÚN LA TEMPERATURA: ADAPTACIONES EVOLUTIVAS

Cada especie o cepa bacteriana tiene temperaturas cardinales distintas, de modo que una bacteria puede presentar una temperatura óptima superior a la temperatura máxima de otra, o inferior a la temperatura mínima de una tercera. Según el rango de temperaturas al que pueden crecer las distintas bacterias, se pueden establecer tres tipos principales:

 MICROORGANISMOS PSICRÓFILOS
Las psicrófilas o criófilas: crecen a partir de entre -5 a 5ºC.
a) Las llamadas psicrófilas obligadas tienen temperatura óptima a 15-18ºC, como por ejemplo Flavobacterium. La bacteria Polaromonas vacuolata, recientemente aislada en aguas heladas de la Antártida es lo que pudiéramos llamar un psicrófilo extremo: tiene su óptimo de crecimiento en 4ºC, y es incapaz de crecer a 14ºC (¡se muere de calor!).
b) Las psicrófilas facultativas o psicrotolerantes (también llamadas psicrotrofas) presentan temperatura óptima en torno a los 20-30ºC y máximas a los 35ºC. Las bacterias y hongos psicrotrofos son los responsables de que los alimentos guardados en nevera se estropeen al cabo del tiempo.
Ejemplos de medios permanentemente fríos son la mayor parte de las aguas oceánicas (cuya temperatura media es de unos 5oC, pero que en las profundidades alcanzan sólo 1-2ºC por encima de cero) y las áreas permanentemente heladas del Ártico y de la Antártida. En los medios helados existen pequeñas bolsas o microcavidades de agua líquida, donde pueden medrar algunos microorganismos. Un ejemplo no bacteriano muy característico es el alga de las nieves (Chlamydomonas nivalis), que llega a conferir color rojo a la nieve en algunas zonas de montaña a mitad de la estación estival.
Las principales adaptaciones bioquímicas a medios fríos exhibidas por estos microorganismos psicrófilos son:
enzimas más resistentes al frío;
sistemas de transporte adaptados a bajas temperaturas;
los fosfolípidos de la membrana celular aumentan la proporción de ácidos grasos insaturados (y en algunas bacterias, poliinsaturados, con entre 4 y 9 dobles enlaces); ello supone que la membrana sigue en su estado semifluido, evitándose su congelación.
Los psicrotrofos (psicrófilos facultativos) son más abundantes, ya que están adaptados a soportar grandes oscilaciones térmicas, y en verano pueden crecer a unos 30ºC-40ºC. Algunas bacterias y hongos pueden crecer en alimentos (carne, leche, frutas y hortalizas) que se guardan en frigoríficos, alterando las cualidades organolépticas e incluso, echándolos a perder (una experiencia que casi todos hemos tenido).

MICROORGANISMOS MESÓFILOS

Los mesófilos presentan temperaturas óptimas a los 25-40ºC y máximas entre 35 y 47ºC. La mayor parte de las eubacterias (incluyendo las patógenas) pertenecen a esta categoría. La mayor parte de los microorganismos que viven en ambientes templados y tropicales, incluyendo los simbiontes y parásitos, pertenecen a esta categoría.

MICROORGANISMOS TERMÓFILOS

Las únicas formas de vida capaces de vivir por encima de 65ºC son todas procariotas. Los termófilos presentan óptimos a 50-75ºC y máximos entre 80 y 113ºC. Dentro de esta categoría se suele distinguir las termófilas extremas (=hipertermófilas), que pueden llegar a presentar óptimos cercanos a los 100ºC, y que taxonómicamente pertenecen al dominio de las Archaea.
Los hábitats naturales con temperaturas permanentemente altas (por encima de 45-50ºC) están restringidos a unas pocas zonas de la biosfera, normalmente relacionadas con fenómenos volcánicos:
fuentes termales volcánicas terrestres (en zonas de EE. UU., Japón, Nueva Zelanda e Islandia);
fuentes termales submarinas: los llamados “humeros” (fumarolas hidrotermales) asociados a las grandes dorsales oceánicas);
fumarolas
Los materiales en fermentación como acúmulos de abono (compost) y ensilados pueden alcanzar 65ºC.
Como ejemplo “clásico”, muy conocido por documentales de divulgación, recordemos que en el famoso Parque Nacional de Yellowstone, en EE UU, existe la mayor concentración mundial de fuentes volcánicas, con géiseres que emiten a más de 100oC, siendo esta temperatura bastante constante, con oscilaciones de +/- 1 ó 2oC. Cuando esta agua sale, lo hace a punto de ebullición. El riachuelo que genera va bajando su temperatura en su recorrido, de modo que se genera un gradiente de temperatura en el que se pueden estudiar fascinantes comunidades microbianas adaptadas a esas diversas temperaturas. Allí fue donde T.D. Brock descubrió la eubacteria termófila Thermus aquaticus, de la que se extrae la ADN polimerasa termorresistente (Taq) empleada en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) automatizada. Recientemente se está recurriendo a usar la polimerasa de una arquea hipertermófila, Pyrococcus furiosus, que funciona muy bien a 100ºC.
Los hipertermófilos, con óptimos por encima de los 80ºC son de hecho incapaces de crecer a menos de 37oC, como las citadas arqueas (ej., Thermoproteus, Pyrococcus, Pyrodictium). La arquea Pyrolobus fumarii, habitante de los humeros termales submarinos tiene su óptimo nada menos que a 105ºC y puede llegar a aguantar 113ºC, y parece que detiene su metabolismo (por “frío”) a la “agradable” temperatura de 90ºC (!).
Las termófilas facultativas pueden crecer a menos de 37ºC, como p. ej. la eubacteria Thermus aquaticus.
Se han aislado bacterias termófilas en medios artificiales, como calentadores de agua domésticos e industriales.
Las principales adaptaciones bioquímicas a altas temperaturas en células vegetativas bacterianas son:
enzimas termorresistentes. Algunas de ellas tienen un interior molecular muy hidrófobo;
ribosomas termorresistentes;
membranas ricas en ácidos grasos saturados, que permiten enlaces hidrofóbicos más fuertes.
En Arqueas hipertermófilas los lípidos son muy especiales: en vez de basarse en ésteres de ácidos grasos con el glicerol, se trata de éteres de hidrocarburos unidos al glicerol (el enlace éter es más resistente). Algunas, además, en vez de la típica bicapa lípídica, exhiben una monocapa bioquímica de C40-bifitanil-tetraéteres (resultado de unirse “cola con cola” dos C20-fitanil-diéteres), que condicionan una extrema resistencia a agentes ambientales. (repasar tema 6).

http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/13agfisicos.htm#_Toc59451621





Dominio Arquea

Este dominio muestra una serie de aspectos interesantes con respecto a la heterogeneidad de sus grupos y la forma como cada uno de ellos han resuelto los problemas que enfrentan en los diferentes ambientes.

Las arquebacterias están divididas en tres grupos de acuerdo con la adaptación que presentan al medio donde residen:

HALOFILICAS EXTREMAS: Estos procariotas se caracterizan por vivir en ambientes de elevada salinidad, entre ellos: salinas, los lagos salados naturales, hábitats salinos artificiales como en las preparaciones caseras concentradas de sal que se utilizan para la preservación de algunos tipos de pescado y carne, en donde se reconoce su presencia por el hecho de formar manchas rojas. La concentración de sal en dichos hábitats está cercana al punto de saturación (32%) aunque la mayoría de especies requieren 12-23% para un óptimo de crecimiento.
Con referencia a su morfología pueden presentar formas similares a la de las bacterias verdaderas tales como cocos y bacilo. Todas las arqueas halofílicas son Gram negativas, poseen una pared celular compuesta de polisacáridos a base de glucosa, ácido glucurónico, galactosamina, acetato y abundantes residuos de sulfato. Se reproducen por fisión binaria, no forman esporas y su metabolismo corresponde al de bacterias quimiorganotróficas, la mayoría de las especies son aerobios obligados, pero otras pueden realizar procesos fermentativos o de respiración anaeróbica. Además, por el hecho de encontrarse en medios hipertónicos (muy salados) adquieren un comportamiento muy particular que consiste en acumular intracelularmente compuestos orgánicos denominados solutos compatibles los cuales contrarrestan la tendencia de la bacteria a deshidratarse en esas condiciones.
METANOGENAS: Este tipo de arqueas se caracterizan por sintetizar metano en condiciones anóxicas a partir de por lo menos 10 sustratos , entre otros, CO2, CO, formiatos, metanos, acetatos ,etc. Se conocen metanógenas tanto Gram positivas, como Gram negativas, por lo que no se considera una característica de validez en su clasificación, por lo cual se recurre a métodos moleculares, basados en la comparación de las secuencias del ARNr 16s. Algunas arqueas metanógenas poseen una pared celular constituida de un peptidoglicano parecido al que presentan las bacterias verdaderas al cual se le ha denominado pseudopeptidoglicano (figura N compuesto de repeticiones alternas de N-acetilglucosamina y Acido N- acetiltalosaminurónico el cual sustituye al ácido N-acetilmurámico del peptidoglicano). Además también se diferencia de las paredes bacterianas en los enlaces glucosídicos 1,3 en vez de 1,4. Habitan por lo general en los drenajes, pantanos y aparatos digestivos de los vertebrados incluyendo el hombre, que proporcionan un ambiente anaeróbico adecuado para su metabolismo.
Figura N.

TERMOACIDÓFILAS: Este tipo de organismos por lo general habita ambientes terrestres correspondientes a aguas calientes geotérmicas (>80ºC), los cuales se caracterizan por ser ricos en azufre y además por su acidez (pH<2), que puede presentarse desde moderada a extremadamente ácida, debido a la oxidación biológica del H2S y So que produce H2SO4. A su vez también se pueden encontrar algunas arqueas que habitan en lugares ligeramente alcalinos como algunas solfataras (medios calientes y ricos en azufre). Su metabolismo productor de energía puede ser quimiorganotrófico ó quimiolitotrófico y por lo general son anaerobias estrictas , sin embargo se pueden encontrar géneros como Sulfolobus que tiene un metabolismo aeróbico activo, con facultades anaerobias en ciertas ocasiones. Pueden presentar formas muy variadas entre las cuales se pueden contemplar bacilares individuales o en grupos, esféricas solitarias o en grupos, filamentosas, esféricas lobuladas, discoidales, etc.
Según los criterios de secuenciación molecular las arqueas están más relacionadas filogenéticamente con el dominio Eukaria que con el dominio bacteria.
Por lo general dentro del dominio arquea las formas varían desde esféricas, bacilares, filamentosas hasta discoidales, organizadas tanto de manera individual como asociadas en colonias.
Por otra parte, las arqueas han sido de invaluable importancia en el estudio de hipótesis sobre las primeras formas de vida en la tierra, considerando su capacidad de adaptación a ciertas condiciones ambientales extremas tales como: temperaturas altas, gran actividad volcánica y una atmósfera anóxica que favorece la metanogénesis. Por tanto, las arqueas son excelentes candidatos para ilustrarnos sobre las posibles adaptaciones de las primeras células a la tierra primitiva.

Además, teniendo en cuenta los estudios realizados en su ARNr 16s se ha podido determinar un ritmo bajo de evolución con respecto a las otras bacterias y a los eucariotes, debido a la necesidad de conservar intactos los genes que les proporcionan las características fenotípicas apropiadas para sobrevivir en ambientes críticos. Por tal razón, han desarrollado una pared celular como estructura de protección, con lo cual impiden la lisis osmótica y por otra parte adquieren resistencia natural a la acción de la lisozima.

PARED CELULAR DE ARQUEA
El tipo más común de pared celular entre arqueas es la capa superficial paracristalina (capa S) que también se encuentra en las eubacterias, formada de proteína o glicoproteína generalmente de simetría hexagonal. La pared celular de arqueas adquiere diferentes morfologías como respuesta a los diferentes ambientes en los cuales se desarrolla.

MEMBRANA PLASMÁTICA DE ARQUEA
La membrana plasmática de las arqueas presenta características particulares con respecto al componente lipídico. A diferencia de las eubacterias y eucariotas, carecen de ácidos grasos y en su lugar tienen cadenas laterales compuestas de unidades repetitivas de isopreno (fentanilo o bifentanilo) unidas por enlaces éter al glicerol (Figura 2) que constituyen el gliceroldiéter cuando se distribuyen a manera de bicapa y el gliceroltetraéter cuando es a manera de monocapa, este último arreglo es muy estable a temperaturas altas por lo tanto, no es una sorpresa que se encuentre principalmente en las arqueas termoacidófilas.

(Figura 2)

CARACTERÍSTICAS ESPECIALES DEL METABOLISMO
En cuanto a su metabolismo, las arqueas poseen características particulares. Difiere de bacterias y eucariotas en la ausencia de citocromos y quinonas para la transferencia de electrones. Además la síntesis de proteínas se caracteriza por que en el complejo de iniciación no existe la desoxirribotimidina en el ARNt y por hacer uso de Met-ARNt en vez de fMet-ARNt propio del dominio bacterias