Organismes acel lulars.

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1 Tema 2: Organismes acel lulars. 2.1 Concepte i tipus. Los organismos acelulares son organismos en la frontera de la vida. Se pueden reproducir, pero para ello necesitan parasitar una célula llamada célula huésped y que morirá tras el ciclo. De entre estos organismos podemos destacar los priones, los plásmidos, los viroides y los virus: Priones Están formados por proteínas y quizá tengan ácidos nucleicos, aunque no es probable. Los cúmulos de proteínas son muy infecciosos en células nerviosas humanas pues son capaces de originar copias de si mismos y producen enfermedades degenerativas del sistema nervioso central con la pérdida de neuronas. Los genes que codifican las proteínas del prión están incluidos en el material genético humano (cromosomas). Plásmidos Poseen ARN bicatenario circular. Unos los consideran parte integrante de bacterias; orgánulos de éstas. Otros, sin embargo, los consideran organismos simbióticos dentro de ellas. Son capaces de duplicarse independientemente del genoma celular y de controlar el número de copias dentro de la célula. Proporcionan varias ventajas a las células: Resistentes a sustancias nocivas como los antibióticos. Codifican sustancias tóxicas que defienden la célula contra agentes externos. Proporcionan enzimas que capacitan a la célula o bacteria para aprovechar sustancias nutritivas. Los plásmidos no son organismos parásitos ya que son organismos simbióticos y parte funcional de las células. Tienen aplicación práctica en laboratorios. Viroides No poseen proteínas, sino únicamente ARN monocatenario que penetra en las células y las infecta al generar copias de si mismos. Ocasionan enfermedades en plantas. Algunos los consideran virus de composición muy simple. Capitulo aparte merecen los virus, que también rayan la consideración de seres vivos tal como la definimos en los temas anteriores, pero de importantes implicaciones para todo tipo de organismos celulares por los daños que en éstos ocasionan. La cèl lula. Viatge al centre de la vida. 18

2 2.2 Els virus. Los virus son organismos muy sencillos constituidos por un ácido nucleico, una cápsula proteica y en ocasiones una envoltura membranosa. Carecen de metabolismo, ya que no poseen enzimas. Para su reproducción requieren materia, energía y sistema enzimático de otro ser vivo. Son, por tanto, parásitos obligados. Se ha definido a los virus como pequeñas estructuras encargadas de transportar un ácido nucleico entre una célula huésped y otra célula huésped. A las partículas víricas también se las denomina viriones. Su tamaño no excede de los 2.SOO Á (una bacteria como la Escherichia coli posee unas dimensiones de Á por Á). Los virus más sencillos, los viroides, constan únicamente de un ácido nucleico. Los más complejos poseen envolturas protectoras constituidas por estructuras proteicas. Los virus carecen de funciones de nutrición, ya que no requieren energía para desarrollar ninguna actividad, ni materia para crecer. Asimismo carecen de funciones de relación, pues el contacto con una célula huésped es totalmente fortuito. Se estudian, pues, solamente las funciones de reproducción (ciclo vital). Morfología vírica ACIDO NUCLEICO Los virus pueden presentar ADN o ARN, pero nunca los dos simultáneamente. El ácido nucleico de los virus consta de una sola cadena, ya sea abierta o circular, la cual a su vez puede ser bicatenaria y monocatenaria. CÁPSIDA El ácido nucleico está protegido por una estructura proteica o cápsida constituida por la unión de proteínas globulares o capsómeros. Generalmente una cápsida está constituida por la repetición de un solo tipo de proteínas o capsómeros. La unión de éstas origina tres tipos de cápsidas: icosaédrica, helicoidal y compleja. Icosaédrica: El icosaedro es una forma poliédrica de 12 vértices, 20 caras triangulares y 30 aristas. Un ejemplo podría ser un picornavirus, como el virus de la poliomielitis. La cápsida está compuesta por 32 capsómeros. Helicoidal: Otro tipo de cápsida es aquella en que los capsómeros adoptan una ordenación helicoidal, formando una estructura tubular en cuyo interior se sitúa el ácido nucleico. Su anchura es de 175 Á y su longitud máxima de Á, como, por ejemplo, en el virus de la rabia o en el virus del mosaico del tabaco (VMT). Compleja: Este tipo de cápsida la poseen algunos virus especializados en parasitar bacterias, por lo que reciben el nombre de bacteriófagos. La cèl lula. Viatge al centre de la vida. 19

3 Esta cápsida se puede delimitar en dos partes: cabeza, de tipo icosaédrico y que contiene el ácido nucleico; y cola, adaptada para la inyección del ácido nucleico en el interior de la bacteria. En la base de la cola pueden existir enzimas y ATP, que tienen la función de destruir la pared bacteriana. cápsida icosaédrica de un picornavirus Cápsida helicoidal del VMT Cápsida compleja de un virus bacteriófago ENVOLTURA Un grupo de virus, como los que producen la rabia, la hepatitis, la gripe y la viruela poseen una envoltura de tipo membranoso alrededor de la cápsida. Esta La cèl lula. Viatge al centre de la vida. 20

4 envoltura suele ser proteica, pero algunos virus, por ejemplo, el de la gripe, poseen una envoltura similar a la membrana unitaria, generalmente procedente de las células huésped a las que parasita. Envoltura en el virus de la hepatitis Envoltura en el virus de la gripe CUESTIONES 1. Cuál es la característica fundamental de los organismos acelulares? 2. Enumera los principales organismos acelulares. Son todos dañinos? Cuáles lo son? 3. Cuál es la composición química de un virus? 4. Describe la estructura básica de un virus. 5. Qué es una cápsida? Cómo está constituida una cápsida? La cèl lula. Viatge al centre de la vida. 21

5 Tema 3: Organismes cel lulars. 3.1 Teoria cel lular. Los primeros conocimientos sobre la estructura celular datan del año 1665, fecha en la que Robert Hooke publicó los resultados de sus observaciones microscópicas realizadas en tejidos vegetales. En ellos describía las celdillas celulares que constituyen un tejido suberificado como el corcho. En 1774, Cortti señaló la presencia de un medio interno celular. Este descubrimiento fue completado por Fontana, que en 1781 comprobó la existencia de corpúsculos en el medio interno celular. En 1831, Brown descubrió en células vegetales un corpúsculo que denominó núcleo y al que atribuía funciones muy importantes para la célula, aunque desconocía cuáles podían ser. En 1838 Purkinje describió el medio interno como una sustancia mucilaginoso en la que se observaban ciertos movimientos y le dio el nombre de protoplasma. En 1839 Schleiden y Schwann iniciaron la teoría celular al enunciar que todas las células son morfológicamente iguales (tienen la misma forma o apariencia) y que todos los seres vivos están constituidos por células. En 1855 Wirchow amplió esta teoría celular al postular que sólo pueden aparecer nuevas células a partir de la división de otras ya existentes. En 1861 Brucke completó esta teoría al definir la célula como un organismo elemental, es decir, como el ser vivo más pequeño y sencillo portador de todos los elementos necesarios para permanecer con vida. Así, pues, la teoría celular expresa que la célula es la unidad vital, morfológica, fisiológica y genética de todos los seres vivos: Unidad vital. La célula es el ser vivo más pequeño y sencillo. Unidad morfológica. Todas las células son similares y todos los seres vivos están constituidos por células. Unidad fisiológica. Las células poseen todos los mecanismos bioquímicos necesarios para permanecer vivas. Unidad genética. Todas las células derivan de otras células preexistentes. 3.2 Tipus d organismes cel lulars. La cèl lula. Viatge al centre de la vida. 22

6 Como ya se ha explicado en la teoría celular, todas las células están formadas por los mismos componentes. La variación en algunos de estos componentes permite la formación de diferentes grupos de células. Así, la presencia de membrana nuclear caracteriza las células eucariotas frente a las células procariotas, que carecen de ella. También la presencia de plastos y pared celular celulósica y la ausencia de centríolo diferencian a las células eucariotas vegetales de las células eucariotas animales, que carecen de plastos y pared celular celulósica y que, en cambio, poseen centríolos. 3.3 La cèl lula procariota. Como ya hemos comentado con anterioridad, este grupo de células se diferencia de las eucariotas por carecer de una membrana o envoltura nuclear que separa el ADN del resto de la célula. La estructura de las células procariotas es muy sencilla, careciendo de algunos de los orgánulos presentes en las células eucariotas. Esta sencillez organizativa va acompañada de una reducción en el tamaño. Hay tres tipos de células procariotas: las bacterias, las cianofíceas y los micoplasmas. Las unidades empleadas en microscopía para definir las dimensiones de estos organismos son la micra (µ), actualmente denominada micrómetro (µm), el nanómetro (nm) y el angström (Á). Sus equivalencias son: 1 mm = 10 3 µ = 10 6 nm = 10 7 Á 1 m = 10 6 µ = 10 9 nm = Á 3.4 Bactèries: Morfologia i Fisiologia. Estos organismos unicelulares procariotas están representados por unas especies y son el grupo más estudiado y, por tanto, mejor conocido de las células procariotas. Su tamaño oscila entre 1,3 y 10µ del Bacillus anthracis y 1 µ del Streptococcus aureus. Las bacterias poseen cuatro tipos morfológicos, adaptadas a las características alimenticias y del medio en que viven: bacilo espirilo vibrio coco Algunas bacterias presentan agrupaciones de individuos debido a que, una vez producida la división, la cápsula bacteriana mantiene unidas a las bacterias producidas. Los bacilos suelen presentar cadenas lineales, ya que su división tiene lugar en una sola dirección. La cèl lula. Viatge al centre de la vida. 23

7 Morfología bacteriana La organización de una bacteria es muy simple. Estos son sus principales elementos estructurales: Bacteria Cápsula bacteriana (puede faltar) Pared bacteriana Membrana plasmática Hialoplasma Citoplasma Morfoplasma Ribosomas Lisosomas ADN bacteriano CÁPSULA BACTERIANA Concepto. Es una capa gelatinosa de un grosor que oscila entre 100 y 400 A. Aparece en casi todos los grupos bacterianos patógenos. Estructura. Esta cubierta es abundante en glúcidos de gran tamaño. Función. A la cápsula bacteriana se le atribuyen dos funciones: Regulación de los procesos de intercambio de agua, iones y sustancias nutritivas, además de servir como un almacén externo de elementos nutritivos. Defensa frente a anticuerpos, bacteriófagos y células fagocíticas. También protege a la bacteria de desecaciones del medio, ya que esta envoltura contiene gran cantidad de agua. La cápsula permite la formación de agrupaciones o colonias de bacterias. PARED BACTERIANA Concepto. Es una envoltura rígida y fuerte que da forma a las células bacterianas. Su anchura oscila entre los 50 y 100 Á. La cèl lula. Viatge al centre de la vida. 24

8 Estructura. Existen dos tipos de pared: el denominado Gram positivo y el tipo Gram negativo. La pared Gram positiva es monoestratificada y está constituida por una capa basal de peptidoglicanos (mureína. La pared Gram negativa es biestratificada, con una capa basal de peptidoglicanos (mureína), sobre la cual existe otra capa de naturaleza lipídica que además contiene fosfolípidos y proteínas. Función. La pared mantiene la forma de la bacteria frente a variaciones de presión. También actúa como una membrana semipermeable, regulando el paso de iones. Esta envoltura, una vez formada, es resistente a la acción de los antibióticos, ya que éstos actúan sobre las enzirnas que regulan la formación de la pared. Así, la lisozima impide la unión de las moléculas de NAM y NAG, la penicilina impide la unión de las cadenas de mureína. La destrucción de la pared deja inerme a la bacteria. MEMBRANA PLASMÁTICA Concepto. Es una envoltura que rodea al citoplasma bacteriano. Está constituida por una membrana de tipo unitario de 75 Á de espesor. Estructura. Es igual que la que aparece en las células eucariotas, variando únicamente algunas de las moléculas que la componen (la veremos cuando veamos éstas). Una particularidad que presentan las bacterias es la existencia de unos repliegues internos que reciben el nombre de mesosomas. Función. Las funciones de la membrana plasmática bacteriana son iguales que en la célula eucariota, es decir, limitan la bacteria y regulan el paso de sustancias nutritivas. Los mesosomas incrementan la superficie de la membrana plasmática, sirven para sujetar el cromosoma bacteriano y además poseen una gran cantidad de enzimas que son utilizadas para: dirigir la duplicación del ADN bacteriano; realizar la respiración; el crecimiento de la membrana plasmática; la fotosíntesis, en bacterias fotosintéticas, ya que los fotosistemas se sitúan en la membrana del rnesosoma; - asimilar N 2 (nitrogenasa), NO 3 - (nitrato sintetasa) y NO 2 (nitrito sintetasa) en bacterias nitrificantes. La cèl lula. Viatge al centre de la vida. 25

9 RIBOSOMAS Concepto. Son partículas globulares de unos 200 a 250 Á de diámetro. Aparecen libres en el citoplasma bacteriano en número de unos por bacteria. Estructura. Están constituidos por dos subunidades que a veces están unidas y a veces no. Función. Actúan en la síntesis de proteínas y funcionan igual que en las células eucariotas, con la única diferencia de que los polirribosomas están libres en el citoplasma. INCLUSIONES Concepto. Son gránulos de reserva de diversos tipos de sustancias que la bacteria sintetiza en épocas de abundancia de alimentos, o bien son residuos de su metabolismo. Estructura. Estas inclusiones están dispersas por el citoplasma, sin membrana que las aísle del medio interno. Las sustancias que forman gránulos son: polisacáridos (almidón, glucógeno... ), lípidos (triacilglicéridos, céridos, ) y azufre. Función. ADN BACTERIANO Las inclusiones sirven como elementos de reserva nutritiva. Concepto. El ADN de la bacteria está constituido por una sola molécula circular de tipo bicatenario muy plegada y que suele estar unida a los mesosomas. Esta molécula es muy larga en comparación con el tamaño de la bacteria, Así, la Escherichia coli, de 2 µ, posee un ADN de µ (proporción de 1: 700), Estructura. Es una doble hélice circular y no está asociada a histonas, como sucede en las células eucariotas. Función. Mantiene y conserva la información genética y dirige el funcionamiento de la bacteria. FLAGELOS Concepto. Son unas prolongaciones cuya longitud es varias veces la de la bacteria. Aparecen en un número que varía entre 1 y 100. Según la situación de los flagelos, las bacterias pueden ser: monótricas, lofótricas, anfítricas y perítricas. Estructura. Son mucho más sencillos que los flagelos de una célula eucariota. En ellos se distinguen dos partes: zona basal y tallo. La zona basal está constituida por cuatro fijaciones discoidales que tienen la función de anclar el flagelo y de darle un punto de apoyo para su movimiento. El tallo bacteriano está constituido por una o dos fibras helicoidales de una proteína elástica, la elastina. La cèl lula. Viatge al centre de la vida. 26

10 Función. Proporcionan el medio de locomoción a las bacterias que los poseen. PELOS Concepto. Son unas estructuras huecas, tubulares, muy numerosas, que rodean uniformemente a la bacteria. Reciben también la denominación de pili o fimbria. Estructura. Estos cortos tubos están constituidos por moléculas proteicas. Función. No sirven para proporcionar movilidad a la bacteria. Se les suponen funciones de fijación a un sustrato, de intercambio de moléculas con el exterior y de intercambio de información genética con otra bacteria, ya sea de la misma especie o no. En ocasiones suelen ser una vía de penetración de virus bacteriófagos. Fisiología bacteriana Las bacterias, al igual que cualquier ser vivo, desarrollan funciones de nutrición, relación y reproducción. FUNCIONES DE NUTRICIÓN Las bacterias forman un grupo muy heterogéneo, ya que sus diferentes especies pueden realizar todos los tipos de metabolismo existentes. Algunas especies incluso pueden poseer dos tipos de metabolismo diferentes que utilizan dependiendo de la abundancia nutritiva del medio. Según la fuente de energía, las bacterias pueden clasificarse en fotótrofas (energía lumínica), quimiolitótrofas (oxidación de sustancias inorgánicas) y quimiorganótrofas (oxidación de sustancias orgánicas). Según la fuente de carbono, son autótrofas (C0 2 ) y heterótrofas (carbono de moléculas orgánicas). FUNCIONES DE RELACIÓN Casi todas las bacterias pueden desplazarse mediante reptación, movimientos de contracción y dilatación y movimiento flagelar; mediante este último pueden alcanzar en medios acuosos velocidades de hasta 20 cm/hora. Se han comprobado respuestas frente a estímulos luminosos (fototactismo), en bacterias fotosintéticas, y a estímulos químicos (quimiotactismo). Una de las La cèl lula. Viatge al centre de la vida. 27

11 respuestas mejor conocidas frente a variaciones del medio es la formación de esporas o formas de resistencia. Las bacterias, frente a condiciones adversas o de carencia de alimento, desarrollan procesos en los cuales protegen su ADN y entran en períodos de metabolismo reducido. La más típica es la endospora, que soporta condiciones de sequedad, temperaturas de hasta 80ºC, acción de agentes químicos y radiaciones durante largos períodos de tiempo, a veces de varios siglos. Al aparecer de nuevo condiciones propicias, germina y da lugar a una nueva bacteria con todas sus funciones vitales. FUNCIONES DE REPRODUCCIÓN La reproducción bacteriana se realiza mediante una bipartición, a la que preceden una duplicación del ADN y una separación de las dos moléculas. La reproducción de las bacterias está ligada a la actividad de los mesosomas, que dirigen la duplicación del ADN y la creación de la membrana de separación entre las dos nuevas bacterias. Las bacterias poseen unos mecanismos, definidos como parasexuales, mediante los cuales intercambian información genética con otras bacterias, sean o no de la misma especie. Una vez introducido el fragmento de ADN, es generalmente estabilizado al ser incorporado al cromosoma bacteriano. La cèl lula. Viatge al centre de la vida. 28

12 Existen tres procesos de intercambio genético: conjugación, transducción y transformación. La conjugación es un proceso en el cual la bacteria donadora, a través de los «fimbria» o «pili», transmite ADN a otra bacteria receptora. Existen dos tipos de bacterias donadoras: la F + y la H fr (alta frecuencia de recombinación). La bacteria receptora se conoce por F -. Las donadoras poseen pequeños segmentos de ADN, denominados factores F o episomas; las F + poseen el episoma libre en el hialoplasma y las H fr lo tienen incorporado a su ADN bacteriano. En ocasiones una bacteria F + puede pasar a H fr si su episoma se incorpora al ADN bacteriano. Las bacterias H fr antes de la conjugación, duplican su cromosoma, incluido el factor F. Al transmitir la copia, generalmente sólo pasan un fragmento de ésta. Debido a que el factor F pasa en último lugar, suele quedar en el interior de la bacteria donadora. El ADN transferido se recombina con el cromosoma de la bacteria receptora adquiriendo ésta caracteres de la bacteria H fr. Cuando el donador es un F +, suele transferirse únicamente el factor F, que no se recombina con el ADN del receptor, el cual pasa a ser F +. La transducción requiere un agente transnductor, que generalmente es un virus, el cual transporta fragmentos de ADN procedentes de la última bacteria parasitada. La cèl lula. Viatge al centre de la vida. 29

13 La transformación es un proceso por el cual una bacteria introduce fragmentos de ADN que aparecen libres en el medio. Estos mecanismos explican la variabilidad que pueden presentar algunas bacterias al habitar junto a otras distintas. Un ejemplo de este proceso es la resistencia a antibióticos que presentan ciertas bacterias patógenas al convivir en el intestino con bacterias simbiontes que resisten bien la acción de estos productos farmacéuticos. CUESTIONES 1. Confecciona un cuadro en el que se expongan claramente todas las diferencias existentes entre una célula eucariota y una procariota (una bacteria). 2. El ojo humano sólo está capacitado para percibir objetos mayores de 30 µ. Podemos observar, sin la ayuda de aparatos ópticos, los siguientes organismos: Beggiatoa alba (bacteria de nm), Oscillatoria nigra (cianofícea cuyas colonias miden entre y 0.05 mm), Euglena viridis (alga flagelada unicelular de Á), Amoeba proteus ( nm), Paramecium caudatum (ciliado de de Á) y glóbulos rojos sanguíneos (0,007 mm)? La cèl lula. Viatge al centre de la vida. 30

14 3. Haz un esquema donde aparezca la estructura de una bacteria; con todas sus capas y características. 4. Cómo actúa un antibiótico como la penicilina sobre las bacterias? 5. Dibuja y describe la estructura de la membrana plasmática bacteriana. 6. Qué es un mesosoma? Cuáles son las funciones que desempeñan? 7. Elabora una lista con las sustancias de reserva que aparecen en el interior de la bacteria. Dónde se almacenan? 8. Qué, cómo y para qué es flagelo de una bacteria? 9. Qué tipo de nutrición realizan las bacterias patógenas? Y las bacterias simbiontes en el intestino humano (flora intestinal)? 10. Cuando se forma una espora? 11. Qué utilidad tiene para una bacteria el poder hacer la transducción? 12. Haz un esquema del tema donde aparezcan todos los conceptos que consideres básicos. La cèl lula. Viatge al centre de la vida. 31

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