Los microbios y la biotecnología Opción F 1ª Parte: Diversidad de los microbios. Tema 8 de Biología NS Diploma BI Curso

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1 Los microbios y la biotecnología Opción F 1ª Parte: Diversidad de los microbios Tema 8 de Biología NS Diploma BI Curso

2 Antes de comenzar Sobre qué crees que trata esta unidad? - Escríbelo es un post-it amarillo. Cómo relacionarías lo aprendido con una de tus pasiones? - Escríbelo es un post-it de otro color. Pregunta guía Qué diferencia a unos microorganismos de otros?

3 Diversidad de microbios Los microbios son sorpendentes, entre otras cosas por: - Constituyen el 50% de la biomasa existente en el planeta Tierra. - Reciclan toneladas de materia orgánica. - Utilizan distintas formas de nutrición. - Junto con sus enzimas están implicados en la elaboración de una gran cantidad de productos cotidianos. - Son responsables de la mayoría de las enfermedades infecciosas.

4 Concepto de microorganismo La Microbiología estudia un enorme y diverso grupo de microorganismos formado por virus, bacterias, arqueobacterias, protistas (algas y protozoos) y hongos. Los microorganismos o microbios son un variado grupo de seres vivos que tienen como característica común su reducida dimensión, siendo visibles solamente al microscopio. Son diversos en apariencia, metabolismo, fisiología y genética.

5 Características de los microorganismos Su pequeño tamaño determinan varias de propiedades biológicas importantes: - El pequeño volumen de su citoplasma mantiene una gran superficie de contacto con el entorno, facilitando el intercambio de sustancias con el medio. A medida que disminuye el tamaño, aumenta la relación superficie/volumen (hombre 0.3 cm 2 /g versus ameba 400 cm 2 /g). - Su pequeño tamaño hace que todos los puntos estén próximos, por lo que las pérdidas por dilución se reducen al máximo y las reacciones metabólicas ocurren a gran velocidad. - Debido a su rápido metabolismo, originan productos de desecho al exterior. Por tanto, alteran en poco tiempo el medio en el que viven. - Debido a su elevada tasa metabólica, se multiplican con gran rapidez.

6 Criterios para clasificar los microorganismos Característica Virus Bacterias Algas Protozoos Hongos Presencia de estructura celular Tipo de estructura celular No acelulares Si Si Si Si

7 Criterios para clasificar los microorganismos Característica Virus Bacterias Algas Protozoos Hongos Presencia de estructura celular Tipo de estructura celular Número de células Tipo de nutrición Tipo de División celular No acelulares Tamaño µm Si Si Si Si - Procariota Eucariota Eucariota Eucariota - unicelular Unicelular/ pluricelular - Autótrofa/h eterótrofa unicelular Unicelular/p luricelular Autótrofa Heterótrofa Heterótrofa - Bipartición Mitosis Mitosis Mitosis 1 µm 1µmmetros µm 1µmmetros

8 Clasificación de los seres vivos: Los 5 Reinos En 1959 Robert Whittaker ideó un sistema de clasificación de los seres vivos basado en aquellas características que eran fácilmente observables (bioquímicas, morfológicas y metabólicas). Usando estas características obtuvo un sistema ampliamente aceptado para la organización de la vida que ha perdurado durante 30 años. Todos los seres vivos quedaban clasificados dentro de cinco grupos o reinos denominados Monera, Protista, Fungi, Plantae y Animalae.

9 Características de los 5 reinos El reino Monera está formado por las bacterias, es decir, organismos unicelulares procariotas carentes de núcleo y orgánulos membranosos. Al reino Protista pertenecen organismos unicelulares y pluricelulares eucariotas que poseen núcleo y orgánulos rodeados por una membrana. El reino Fungi está formado de organismos unicelares y pluricelulares eucariotas que se alimentan mediante digestión extracelular y poseen pared celular de quitina.

10 Características de los cinco reinos El reino Plantae está formado de organismos pluricelulares eucariotas de nutrición autótrofa (fotosíntesis) que poseen pared celular de celulosa. El reino Animalae está formado por organismos pluricelulares eucariotas de nutrición heterótrofa que no poseen pared celular.

11 Los tres dominios Otro científico, Carl Woese, intentó 30 años más tarde mejorar la precisión del sistema de clasificación a partir de los nuevos conocimientos obtenidos de la biología molecular. Observó que dentro de los propios procariotas existían grandes diferencias en su ARNr, y que estas diferencias eran tan grandes como las existentes entre procariotas y eucariotas. Woese dividió entonces los procariotas en dos grupos, Eubacteria y Archaea, pasando a tener el nuevo modelo de clasificación de los seres vivos 3 dominios: Eukarya, Eubacteria y Archaea. Video sobre Carl Woese y su clasificación

12 Los tres dominios Eubacteria: Bacteria verdadera, procariotas sin núcleo ni orgánulos membranosos. Archaea: Bacteria ancestral, también procariota. La mayoría de grupos viven en ambientes extremos. Eukarya: Organismos unicelulares y pluricelulares con su ADN en el núcleo. Los reinos de los animales, vegetales, hongos y protistas pertenecen a él.

13 Razones para la reclasificación de los organismos vivos Los nuevos conocimientos en biología molecular permitieron un cambio de paradigma, al basar las relaciones evolutivas de los organismos en la comparación de sus secuencias de ARNr, dejando obsoleta la clasificación basada en características estructurales. Por qué Woese y sus colegas usaron el ARNr como base para la reclasificación?. - Molécula común a todos los organismos. - Misma función en todos los organismos (formar las subunidades de los ribosomas). - Está codificado en el ADN. - Observando las variaciones en la secuencia de nucleótidos del ARNr, las relaciones evolutivas entre los seres vivos llegan a ser aparentes, dividiéndolos en tres grandes grupos que Woese llamó dominios.

14 Razones para la reclasificación de los organismos vivos Estudios posteriores han confirmado el paradigma de los tres dominios, generando más evidencias que indican que el antiguo reino Monera puede dividirse en los dos nuevos dominios Eubacteria y Archaea: - Eubacteria y Archaea tienen diferentes secuencias de nucleótidos en sus ARNr. - Eubacteria y Archaea tienen moléculas diferentes para fabricar sus paredes celulares (las últimas carecen de peptidoglucano). - Eubacteria y Archaea tienen diferente estructura molecular en sus membranas celulares (las últimas presentan enlace éter en lugar de éster y presentan monocapa en lugar de bicapa lipídica). Escherichia coli Methanococcus jannischii

15 Características de los tres dominios Cuando se examinan las diferencias y similitudes de los tres dominios, los biólogos moleculares resaltan las siguientes características: 1) Histonas - El ADN se encuentra organizado en forma de largas cadenas en el núcleo de los eucariotas. - Las histonas son proteínas alrededor de las cuáles se enrolla el ADN cromosómico para su estructura tridimensional, impidiendo su desorganización. - Las histonas sólo se encuentran en el dominio Eukarya, mientras que proteínas similares a histonas se encuentran en Archaea. - No se encuentran histonas en el dominio Eubacteria, lo cual lo hace el grupo más primitivo.

16 2) Intrones Características de los tres dominios - Son segmentos de ADN no codificante dentro de los genes que se eliminan antes de la traducción. - Los intrones están ausentes en Eubacterias (primitivos) y presentes en Eukarya (recientes), pero sólo presentes en algun ADN de Archaea (intermedios). - La presencia de intrones hace que los eucariotas posean largas cadenas de ADN que deben ser empaquetadas mediante las histonas.

17 3) Ribosomas Características de los tres dominios - Estructuras celulares donde tiene lugar la síntesis de proteínas. - Estan formados de ARNr y todos tienen dos subunidades (grande y pequeña). - En los ribosomas de Eubacteria y Archaea, ambas subunidades son menores que las correspondientes subunidades de los ribosomas de Eukarya. - En Eubacteria y Archaea, los ribosomas se denominan 70S, mientras que en Eukarya 80S.

18 Características de los tres dominios 4) Membranas celulares - En todos los organismos, las membranas celulares se componen de moléculas conocidas como fosfolípidos. La estructura principal de la membrana celular es una doble capa de estos fosfolípidos, que recibe el nombre de bicapa lipídica. - Los fosfolípidos de las membranas arqueobacterianas son inusuales en cuatro cosas.

19 Características de los tres dominios 4) Membranas celulares * En primer lugar, las bacterias tienen membranas compuestas principalmente de lípidos unidos con glicerol mediante enlaces éster, mientras que en las arqueas los lípidos se unen al glicerol mediante enlaces éter. Los enlaces éter tienen una resistencia química superior a la de los enlaces éster, lo que podría contribuir a la capacidad de algunas arqueas de sobrevivir a temperaturas extremas o en ambientes muy ácidos o alcalinos.

20 Características de los tres dominios 4) Membranas celulares * En segundo lugar, los lípidos arquobacterianos son únicos porque la estereoquímica del grupo glicerol es la inversa de la que se observa en otros organismos, es decir, son estereoisómeros. Esto sugiere que las arqueas utilizan enzimas completamente diferentes para sintetizar sus fosfolípidos de los que utilizan las bacterias y eucariotas. Como estas enzimas se desarrollaron muy al principio de la historia de la vida, esto sugiere a su vez que las arqueas se separaron muy pronto de los otros dos dominios. [

21 Características de los tres dominios 4) Membranas celulares * En tercer lugar, las colas lipídicas de los fosfolípidos de las arqueobacterias tienen una composición química diferente a las de otros organismos. Los lípidos arquobacterianos se basan en una cadena isoprenoide y son largas cadenas con múltiples ramas laterales. Esto contrasta con los ácidos grasos que hay en las membranas de otros organismos, que tienen cadenas rectas sin ramificaciones. Estas cadenas ramificadas podrían ayudar a evitar que las membranas arqueobacterianas tengan fugas a altas temperaturas. Dado que todos los grupos de Archaea viven en ambientes extremos como fumarolas termales oceánicas, estas ramificaciones pueden ayudarles a sobrevivir.

22 Características de los tres dominios 4) Membranas celulares * Finalmente, en algunas arqueas la bicapa lipídica es sustituida por una única monocapa. De hecho, las arqueas fusionan las colas de dos moléculas fosfolipídicas independientes en una única molécula con dos cabezas polares, esta fusión podría hacer su membrana más rígida y más apta para resistir ambientes severos.

23 5) Paredes celulares Características de los tres dominios - Sólo algunos miembros del dominio Eukarya poseen pared celular: La pared celular de los vegetales, hecha de celulosa, y la pared celular de los hongos (Fungi) hecha de quitina. - Todos los miembros de los dominios Eubacteria y Archaea poseen pared celular. - Una molécula especial denominada peptidoglucano sólo se encuentra en la pared celular de las Eubacterias.

24 Resumen de características de los tres dominios Característica Eubacteria Archaea Eukarya Histonas Ausente Proteínas parecidas a histonas Presente Intrones Tamaño ribosoma Estructura lípidos membrana celular Ausente En algunos ADN Presente 70 S 70 S 80 S Sin ramificar Algunos ramificados Sin ramificar Peptidoglucano en pared celular Presente Ausente Ausente Orgánulos membranosos Ausente Ausente Presente Video sobre arqueobacterias extremófilas

25 Diversidad de hábitats del dominio Archaea Las bacterias pertenecientes al dominio Archaea se caracterizan por vivir en ambientes extremos, donde las temperaturas son extremas, hay carencia de oxígeno o por ejemplo, la concentración salina es muy alta. Algunos científicos han teorizado que estas condiciones extremas son similares a las condiciones encontradas en la Tierra primitiva, por lo que estos organismos pueden ser descendientes de bacterias que vivieron bajo estas condiciones primitivas. Hay tres grupos de arqueobacterias: - Metanógenas. - Termófilas. - Halófilas.

26 Dominio Archaea: Metanógenas Estas bacterias obtienen energía mediante la producción de gas metano a partir de dióxido de carbono (metanogénesis): CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 O Tienen una gran importancia ecológica, ya que intervienen en la degradación de la materia orgánica en la naturaleza y en el ciclo del carbono. Son anaerobias estrictas, es decir, el oxígeno las mata. Viven en una amplia variedad de hábitats, incluyendo: - Sedimentos acuosos del fondo de lagos, ríos y charcas. - Hábitats marinos. - Tracto digestivo de animales rumiantes (vaca, oveja, etc.) para fermentar la celulosa. - Sistema digestivo de las termitas para poder digerir los polímeros complejos de la madera. - Se encuentran en alguna parte del tracto digestivo de muchos herbívoros, como el caballo o los humanos. Methanopyrus

27 Dominio Archaea: Termófilas Estas bacterias viven en manantiales calientes con ph ácido (1-5) y temperaturas superiores a los 90ºC. Algunas viven en chimeneas hidrotermales oceánicas donde la temperatura óptima se encuentra en torno a los 100ºC.

28 Dominio Archaea: Halófilas Estas bacterias viven en los lugares más salados del mundo, como el Mar Muerto (Israel), el Gran Lago Salado (Utah) o estanques salinos de agua evaporada. La concentración salina de estos lugares es una diez veces mayor a la de los océanos. Mar Muerto Gran Lago Salado

29 Diversidad del dominio Eubacteria Grupo muy amplio de bacterias que, debido a su gran variedad genética, participan en gran cantidad de actividades, desde patógenos hasta la producción de yogur, pasando por el reciclado de nutrientes en el suelo. La gran diversidad de este grupo, se pone de manifiesto principalmente a nivel estructural y metabólico, encontrándose prácticamente en todos los hábitats existentes en la Tierra.

30 Diversidad del dominio Eubacteria A nivel estructural, las eubacterias presentan tres tipos de morfologías principales, esférica (cocos), helicoidal (espirilos) y alargada (bacilos). Flash Morfología bacteriana

31 Diversidad del dominio Eubacteria Otro método usado en la identificación de las eubacterias es usar la estructura de su pared celular, pudiéndose distinguir dos grupos en función de la tinción ideada por el médico danés Hans Christian Gram: Gram + (púrpura) y Gram - (rosa).

32 Características estructurales del dominio bacteria Las bacterias verdaderas son microorganismos unicelulares procariotas, cuyo tamaño varía entre 1-10 micrómetros, adaptadas a vivir en cualquier ambiente y que poseen todos los tipos de nutrición: autótrofa (fotosintética y quimiosintética) y heterótrofas (saprófitas, simbióticas y parásitas). Esta diversidad las hace indispensables para el mantenimiento del equilibrio ecológico, al intervenir en los ciclos biogeoquímicos que reciclan la materia en la biosfera. La ultraestructura de las bacterias sólo es visible al microscopio electrónico, distinguiéndose hacia el interior: - Cápsula o glucocálix: Capa viscosa formada por polisacáridos y sólo presente en algunas bacterias. Protege de la desecación, del ataque de los anticuerpos y virus, y de la fagocitosis por los leucocitos. - Pared celular: Responsable de la rigidez de la célula, la protege de una rotura osmótica en medios acuosos.

33 Estructura de la pared celular de las Eubacterias Las bacterias Gram - tienen una pared celular mucho más compleja que las Gram +. El peptidoglucano es un polímero formado de azúcares unidos a polipéptidos que actúa como una gigante red molecular protectora. La diferencia entre ambos tipos de bacterias es la cantidad de peptidoglicano, teniendo las Gram + mayor cantidad (90% de la pared) de peptidoglucano que las Gram - (10% de la pared).

34 Estructura de la pared celular de las Eubacterias Las bacterias Gram + tienen una pared celular formada únicamente por una gran cantidad de peptidoglicano. Las bacterias Gram - tienen una pared celular formada por una delgada capa de peptidoglicano y una membrana externa con lipopolisacáridos (exclusivas de bacterias) responsables de la resistencia a bactericidas. Gram + Gram - Contra cuál tipo de bacteria son más eficaces los antibióticos?

35 Comparación estructura pared celular Eubacterias Estructura pared celular Bacteria Gram + Bacteria Gram - Complejidad Simple Compleja Cantidad de peptidoglicano Mucha Poca Localización del peptidoglucano Exterior de la Entre membrana célula celular y externa Membrana externa Ausente Presente con polisacáridos unidos

36 Características estructurales del dominio bacteria - Membrana plasmática: Al igual que la de células eucariotas, está formada por una bicapa lipídica, pero a diferencia de las eucariotas, carece de esteroles. - Invaginaciones de la membrana: Son zonas donde la membrana se repliega, aumentando su superficie, lo que permite una mayor actividad metabólica. Por ejemplo, en las bacterias fotosintéticas, esos repliegues contienen los enzimas fotosintéticos. Las principales invaginaciones son: * Mesosomas: En ellos se localizan sistemas enzimáticos responsables de la formación de la pared, replicación y distribución del ADN durante la división celular, etc. * Flagelos: Apéndice largos y finos que realizan un movimiento de rotación para permitir el desplazamiento de la bacteria por el medio. Están formados por muchas unidades de la proteína flagelina, que en la base se anclan al citoplasma mediante un ensanchamiento llamado corpúsculo basal.

37 Características estructurales del dominio bacteria * Fimbrias: Filamentos proteicos más cortos y numerosos que los flagelos y que no intervienen en el movimiento, sino que favorecen la adherencia a otras células o superficies. * Pili: Apéndices semejantes a las fimbrias, pero más anchos y largos que intervienen en el intercambio de ADN durante la conjugación. - Citoplasma: Matriz compuesta de agua (70%) y proteínas en la que ocurren la mayor parte de las reacciones vitales. Carece de orgánulos limitados por mebrana, pero contiene: * Nucleoide: Zona que contiene el cromosoma bacteriano, constituido por una molécula de ácido nucleico de doble cadena. * Plásmidos: ADN circular portador de genes no esenciales, como la resistencia a antibióticos. Se replican independientemente del cromosoma bacteriano. No todas las bacterias lo poseen.

38 Estructura de Escherichia coli * Ribosomas: Pequeños orgánulos formados por dos subunidades (70S = 30S + 50S) responsables de la síntesis de proteínas. * Inclusiones: Gran variedad de gránulos que son depósitos de sustancias de reserva, como polisacáridos o lípidos.

39 Micrografía electrónica de Escherichia coli fimbrias nucleoide ribosomas membrana plasmática pared celular flagelos

40 Micrografía electrónica de Escherichia coli

41 Función de reproducción del dominio bacteria Se reproducen asexualmente por bipartición o fisión binaria, que ocurre tras la replicación del ADN. La membrana plasmática se invagina y la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal que divide a las dos bacterias. En condiciones normales pueden dividirse cada 20 minutos, lo que les permite adaptárse rápidamente a cambios en el ambiente.

42 Función de reproducción del dominio bacteria Además, las bacterias presentan mecanismos parasexuales de intercambio de ADN que no implican aumento del número de individuos: - Transformación: Se transfiere un fragmento de ADN libre procedente de una bacteria donadora hasta la receptora. No es necesario el contacto entre ambas. - Conjugación: Se transfieren plásmidos conjugativos a través de pili sexuales. Se requiere contacto. - Transducción: Se transfieren fragmentos de ADN desde la bacteria donadora a la receptora a través de un virus lisogénico.

43 Función de reproducción del dominio bacteria

44 Función de nutrición del dominio bacteria La diversidad del dominio Eubacteria también se pone de manifiesto observando la amplia diversidad nutricional que presentan.

45 Función de nutrición del dominio bacteria

46 Agregados de Eubacterias Algunas bacterias forman agregados que muestran características no vistas en bacterias individuales. Algunos patógenos producen películas de naturaleza biológica (biofilms) cuando alcanzan una densidad suficiente. A continuación producen toxinas y anegan al huésped. Por ejemplo, Pseudomonas aeruginosa es la principal causa de muerte en pacientes con fibrosis quística.

47 Agregados de Eubacterias Vibrio fischeri es una bacteria que se encuentra en el agua de mar y que es capaz de emitir luz (bioluminiscencia). Los individuos aislados no emiten luz, a menos que formen parte de una población de gran densidad. V. fischeri libera una sustancia reguladora en su medio circundante. En una población densa, la concentración de esta sustancia reguladora llega a ser lo suficientemente alta como para provocar bioluminiscencia. Esto sucede, por ejemplo, cuando un elevado número vive inmerso en una matriz mucosa en los órganos luminiscentes de un calamar (Euprymna scolopes). Este tipo de control de la densidad de población por parte de un microbio se denomina detección de quórum.

48 Cómo clasificamos a los virus? Existe gran controversia respecto a la consideración de los virus como seres vivos. Dado que los virus son formas acelulares y no pueden reproducirse sin utilizar la maquinaria celular de otro organismo, no se consideran seres vivos, sino parásitos intracelulares obligados. Los virus presentan dos estados: - Extracelular metabólicamente inerte, denominado virión o partícula vírica. - Intracelular, que se adquiere cuando el virus infecta a una célula huésped. Según el hospedador al que parasitan, hay virus bacterianos (bacteriófagos o fagos), virus vegetales y virus animales. Virus influenza

49 Diversidad estructural en los virus La estructura básica de un virus está formada por un ácido nucleico (material genético), varias enzimas y una cubierta proteica (cápsida) que puede estar desnuda (bacteriófagos) o cubierta por una envoltura lipoproteica (VIH). - El material genético puede ser ADN (monocatenario o bicatenario) o ARN (monocatenario o bicatenario). Cada virus sólo posee un tipo de ácido nucleico. La cantidad de información genética contenida va desde 3-4 genes en virus pequeños hasta centenares de genes en los grandes. - Aunque los viriones no tienen actividad metabólica, algunos poseen enzimas como polimerasas, transcriptasa inversa o lisozimas. - La cápsida es la estructura que rodea al ácido nucleico y está formada por unidades proteicas denominadas capsómeros. - La cápsida de algunos virus, como el del VIH, está envuelta por una membrana que es una bicapa lipídica (que procede de la célula parasitada) que puede llevar asociadas proteínas (codificadas por el genoma vírico). La envoltura está implicada en el proceso de reconocimiento entre el virus y el hospedador.

50 Diversidad estructural en los virus Según la simetría de su cápsida los virus pueden ser fundamentalmente: - Helicoidales o cilíndricos, como el virus del mosaico del tabaco o el de la rabia. - Poliédricos, siendo los más simples los icosaédricos con 20 caras triángulos equiláteros, como el virus de la polio.

51 Estructura del bacteriófago T4 - Complejos, como los bacteriófagos, que son el resultado de combinar ambas estructuras, siendo la porción poliédrica la cabeza y la helicoidal la cola, separados por un cuello formado de capsómeros distintos.

52 (1) Estructura del VIH - Envueltos, como el virus del VIH o de la gripe, que poseen una membrana lipoproteica (de la célula hospedadora) rodeando la nucleocápsida. Los otros se llaman desnudos. (1)Material genético. (6) (5) (7) (2)Enzima que transcribe el ARN a ADN. (3)Enzima que integra en ADN vírico en el celular. (4)Enzima que corta los polipéptidos víricos para el ensablaje de los nuevos virus. (5)Cápsida proteica doble. (3) (6)Membrana lipídica doble (envoltura) que pertenece a la célula de la que proviene. (2) (4) Flash Estructura del VIH (5) (7)Glucoproteína de membrana (espículas) para el reconocimiento de los receptores de linfocito T ayudantes.

53 Diversidad estructural en los virus

54 Ciclo de vida de un virus BE Los virus son formas acelulares e inanimadas en estado extracelular. En el estado de virión "solamente" esperan encontrar una célula hospedadora donde poder realizar su único objetivo, la producción de nuevas partículas víricas. Los virus utilizan a la célula huésped para su replicación, logrando que ésta sintetice todos sus componentes para genererar nuevas partículas víricas. Para ello, penetran en la célula hospedadora y utilizan su maquinaria replicativa. Este proceso recibe el nombre de ciclo lítico. - En general se denominan ciclos líticos todos aquellos en los que, como consecuencia de la multiplicación del virus en la célula hospedadora, se forman nuevas partículas víricas. Sin embargo, no siempre se produce la lisis o rotura de la célula. Por otro lado, algunos virus penetran en las células hospedadoras y permanecen en ellas sin producir nuevas partículas víricas completas. Estos virus siguen un ciclo lisogénico.

55 Ciclo lítico del fago T4 en E.coli BE Su ciclo vital (desde que entra en la bacteria hasta su destrucción) dura cerca de 30 minutos (a 37 ºC) y consta de una serie de etapas comunes para todos los virus: (1) Adsorción (fijación a la célula hospedadora): Es la unión específica entre un virus y la célula hospedadora. La razón es la presencia en el hospedador de receptores específicos (proteínas o polisacáridos de membrana) para los virus que las infectan. (1) (2) (2) Penetración: Se origina un orificio con la lisozima de la placa basal, inyectando el ADN, al citoplasma de la célula parasitada mediante la cola/vaina contráctil.

56 Ciclo lítico del fago T4 en E.coli BE (3) Síntesis de componentes virales: Es la fase central del ciclo, donde una vez formado el ARNm vírico, tiene lugar la síntesis de proteínas víricas tempranas implicadas en la replicación del ácido nucleico del virus, y de las tardías, que son estructurales, como las proteínas de la cápsida. Estos componentes se acumulan en distintas partes de la célula infectada. (4) Ensamblaje: Cuando hay suficiente cantidad de estas moléculas, se pliega el ácido nucleico y se introduce dentro de la cápsida y uniéndose a la cola y placa basal, apareciendo grandes cantidades de viriones. (1) (3) (4) (2)

57 Ciclo lítico del fago T4 en E.coli BE (5) Liberación: Salen de la célula las partículas víricas o viriones por diferentes procedimientos: - Lisis o desintegración de la célula infectada, es el más frecuente y está provocada por enzimas víricos que rompen la membrana celular. - Gemación, consistente en un proceso inverso a la penetración por fusión. Es típico de virus envueltos. (1) (2) Flash ciclo lítico fago T4 (5) (3) (4)

58 Ciclo lisogénico del fago λ en E.coli BE La mayoría del los virus bacterianos son virulentos, es decir, siempre que penetran en una bacteria realizan el ciclo lítico. Sin embargo, hay una serie de virus, llamados atemperados, que son capaces de permanecer en estado latente en la célula que parasitan, gracias a la integración de su ADN vírico en el ADN celular. En este caso el ciclo se llama lisogénico. La forma integrada del virus en el ADN celular se denomina provirus o profago. El fago λ tras la adsorción y penetración y una vez dentro el ADN vírico, éste puede seguir un ciclo lítico o lisógeno en función de la concentración de determinadas proteínas represoras, que regulan la expresión del del ácido nucleico del virus. Si son abundantes, impiden la expresión de proteínas víricas aexcepción de la enzima integrasa.

59 Ciclo lisogénico del fago λ en E.coli BE En general, el genoma del virus queda silenciado y no se expresa, replicándose con el ADN bacteriano generación tras generación. Las bacterias que tienen integrado un profago son inmunes a la infección por fagos similares (inmunidad a la superinfección). Bajo determinados circunstancias (luz UV), se induce el ciclo lítico, soltándose el profago del ADN bacteriano para expresar sus genes y culminar el ciclo lítico. Flash ciclo lisogénico del fago Lambda Algunas veces, al soltarse el profago, puede quitarle algunos genes a la bacteria a la que va a destruir e insertárselos a la próxima a la que le haga el ciclo lisogénico.

60 Ciclo lisogénico del fago λ en E.coli BE RECUERDA: El BE también pide el ciclo del virus VIH (inmunología)

61 Ciclo lítico del virus de la gripe (parte F6.6) El virus influenza pertenece a la familia de los Orthomyxoviridae, clasificándose en varios grupos. De forma esférica, contiene ARN monocatenario en el interior de la cápsida. Posee una envoltura formada por las proteínas Hemoaglutinina (HA), responsable de adsorción y penetración, y Neuroaminidasa (NA). Glycoproteins: Hemagglutinin & Neuraminidase Ribonucleoprotein (RNP) Envelope Matrix

62 Ciclo lítico del virus de la gripe (parte F6.6) (a) Infección (b) Adsorción: HA se une al ácido siálico de glucoproteínas en la superficie de las células de la mucosa, determinando la especificidad de especie. (c) Penetración: El virus se introduce en la célula por endocitosis mediada por receptor. (d/e) Descubierta e importación: El genoma viral se libera al citoplasma y es importado al núcleo.

63 Ciclo lítico del virus de la gripe (parte F6.6) (f) Replicación y Transcripción: La polimerasa viral saca copias del ARN vírico, las cuáles son transcritas a ARNm. (g) Exportación: El ARNm sale al citoplasma para traducirse a proteínas. (h) Traducción: El ARNm se traduce a proteínas en el RER y el citoplasma de la célula.

64 Ciclo lítico del virus de la gripe (parte F6.6) (i) Ensamblaje: Los componentes de los viriones se ensamblan en la membrana celular. (j) Liberación: Las nuevas partículas víricas son liberadas adquiriendo una envoltura viral derivada de la membrana celular. (k) Nueva infección. Flash ciclo del virus influenza

65 Diversidad de microorganismos eucariotas Los organismos eucariotas microscópicos pertenecen a los grupos protozoos (Amoeba, Plasmodium y Paramecium), algas unicelulares (Euglena y Chlorella) y hongos unicelulares (Saccharomyces). 10 µm

66 Diversidad de microorganismos eucariotas: Protozoos Los protozoos se caracterizan por ser: - Eucariotas unicelulares heterótrofos sin pared celular. - La mayoría son de vida libre en medios acuáticos o húmedos, aunque algunos se han adaptado al parasitismo. - Toman la materia orgánica en disolución por pinocitosis o en estado sólido por fagocitosis y la digieren intracelularmente. - Predominan las formas móviles mediante cilios, flagelos o pseudópodos, aunque algunos son inmóviles en estado de madurez (Plasmodium). - Se reproducen asexualmente mediante división binaria o gemación y sexualmente por conjugación. Pueden originar estructuras muy resistentes, llamadas quistes, con las que sobreviven en condiciones adversas.

67 Diversidad de microorganismos eucariotas - Se clasifican según su locomoción: Movimiento vibrátil mediante cilios (Paramecium) o flagelos (Tripanosoma), por movimiento ameboide mediante pseudópodos (Amoeba) o movimiento contractil (Plasmodium). Phyllum Locomoción Hábitat Ejemplo Flagelados Flagelos Agua dulce Trypanosoma (enfermedad sueño) Sarcodino Pseudópodos Agua dulce y marina Ciliados Cilios Agua dulce y marina Esporozoos Contracción Parásitos internos Ameba Paramecio (2 núcleos) Plasmodium (malaria)

68 Ejemplos de protozoos (1) Amoeba es un protozoo de vida libre que se mueve mediante pseudópodos que también usa para atrapar a bacterias. Posee una vacuola para la digestión intracelular y otra contractil para mantener la presión osmótica. Flash movimiento ameba por pseudópodos

69 Ejemplos de protozoos (2) Paramecium es también de vida libre con movimiento por cilios. Toma el alimento mediante la cavidad oral y posee dos vacuolas para la digestión intracelular. Flash movimiento paramecio por cilios

70 Ejemplos de protozoos (3) Plasmodium es un parásito que causa la malaria en los humanos. Parte de su ciclo de vida lo pasa en el estómago del mosquito Anopheles y parte en el cuerpo humano.

71 Diversidad de microorganismos eucariotas Las algas microscópicas se caracterizan por ser: - Eucariotas unicelulares autótrofos. - Contienen cloroplastos por lo que hacen fotosíntesis oxigénica. - Todas tienen clorofila a, pero el color verde puede estar enmascarado por otros pigmentos que provocaran el color final. - Pared celular de composición variable, pudiendo ser de celulosa, quitina o sílice. - Móviles mediante flagelos o sésiles (formación de líquenes). - Se reproducen tanto asexualmente mediante división binaria como sexualmente. - Viven en medios acuáticos formando el fitoplacton, realizando el 70% de la actividad fotosintética del planeta y liberando grandes cantidades de oxígeno a la atmósfera.

72 Biología BI Curso Diversidad de microorganismos eucariotas - Su clasificación se realiza principalmente según el tipo de pigmento fotosintético y composición de la pared celular que presenten. Phyllum Pigmentos Pared celular Hábitat Ejemplo Euglenofitas Clorofila b Ausente Agua dulce Euglena Clorofitas Clorofila a y b Celulosa Agua dulce Chlorella Crisofitos Xantofilas Clorofila c Celulosa Con sílice Agua dulce y marina Algas amarillas Diatomeas Dinoflagelados Clorifla c Celulosa Agua marina Gonyaulax Flash movimiento dinoflagelados

73 Ejemplos de algas microscópicas (1) Euglena es el principal representante del grupo Euglenófitas. Se caracteriza por vivir en agua dulce, carecer de pared celular y moverse mediante flagelos, y sobre todo, porque en ausencia de luz presenta nutrición heterótrofa. Flash movimiento Euglena

74 Ejemplos de algas microscópicas (2) Chlorella es el principal representante del grupo Clorofitas. Se caracteriza por vivir en agua dulce, presentar pared celular de celulosa e inmovilidad. Video resumen con las características de los protistas

75 Diversidad de microorganismos eucariotas El heterogéneo grupo de los hongos agrupa a organismos que se caracterizan por ser: - Eucariotas y heterótrofos (carecen de cloroplastos y clorofila) con digestión externa que realizan mediante enzimas secretadas al medio. Tras esta digestión absorben los nutrientes. - Incluye organismos unicelulares o levaduras, filamentosos o mohos y setas. - Presentan pared celular rígida formada por quitina y otros compuestos, pero sin celulosa. - Se reproducen asexualmente por esporas, pero pueden hacerlo sexualmente por fusión de gametos o hifas especializadas. - Su ecología es muy diversa. Aunque hay representantes acuáticos, principalmente son terrestres. Otros son parásitos, produciendo micosis. - Sus representante saprófitos son responsables del reciclado de la materia orgánica en los ecosistemas. Otros son parásitos, simbiontes (líquenes) y otros con importancia económica y médica.

76 Diversidad de microorganismos eucariotas En los hongos pluricelulares, las células se disponen linealmente produciendo unos filamentos o hifas con pared de quitina, con células separadas por septos completamente (hifas tabicadas) o incompletamente (hifas cenocíticas). El entramado de hifas se conoce como micelio. La reproducción asexual suele ser por gemación en los unicelulares y por esporas en los pluricelulares. Las esporas asexuales se forman en el extremo de hifas especializadas (conidios) y las sexuales en el interior de estructuras especiales como las ascas o conidios.

77 Diversidad de microorganismos eucariotas - Su clasificación se realiza principalmente según su organización celular, el tipo de hifa y de esporas que presenten. Phyllum Nombre común Hifas Esporas sexuales Ejemplo Oomycetos Mohos de agua Cenocíticas Oosporas Phytophtora infestans Zigomycetos Moho del pan Cenocíticas Zigosporas Mucor Ascomycetos Hongos de saco Tabicadas Ascosporas Saccharomyce, Penicillium Basidiomycetos Setas Tabicadas Basidiosporas Amanita Deuteromycetos Hongos imperfectos Tabicadas Desconocidas Alternaria

78 Diversidad de microorganismos eucariotas Los hongos basidiomicetos poseen una estructura reproductora denominada seta, donde se forman las esporas. Algunas son venenosas, comoamanita.

79 Diversidad de microorganismos eucariotas Los mohos son hongos filamentosos frecuentes en el pan, el queso y la fruta. Destaca Penicillium, de los Ascomycetos, productor de antibióticos, omucor, el moho del pan.

80 Ejemplos de hongos microscópicas (1) Saccharomyces es un miembro destacado de las levaduras, hongos unicelulares que se reproducen asexualmente por gemación. Tiene gran importancia económica en la fabricación del pan y la cerveza, ya que fermenta los carbohidratos para obtener energía a la vez que produce alcohol.

81 Diversidad de microorganismos eucariotas

82 Para finalizar Cuál sería tu pregunta guía de esta unidad para los alumnos del próximo año? - Realiza una entrada en el blog. Ejercicios Realiza los ejercicios de la unidad. Realiza el mapa conceptual y súbelo al blog (el alumno indicado).