Tema 3: Microorganismos, esquemas de Biología para Universidad

Tipos de Organismos

Organismos Procariotas

UNICELULARES Microscópicos

Organismos Eucariotas

UNICELULARES PLURICELULARES Microscópicos Macroscópicos

Organismos Acelulares

VIRUS ADN (ds) ARN: Retrovirus (ss) y Reovirus (ds) Microscópicos PRIONES (proteínas) y VIROIDES (ARN) Agentes Infecciosos

Clasificación de Seres Vivos

3 Dominios

• Bacteria Bacterias evolucionadas (eubacterias) Son Procariotas
• Archaea Arqueobacterias Son Procariotas
• Eukarya Son Eucariotas

Bacteria Archaea Eukarya Animals Entoamoebae Slime molds Diatoms Fungi Chloroflexus Methanothermus Halophiles Plants Ciliates Purple bacteria Thermoproteus Pyrodictium Thermococcus Chloroplast Cyanobacteria Flavobacteria Flagellates Trichonomads Thermotogales Aquifex Microsporidia Diplomonads Common Ancestor LE HE Methanococcus

Evolución de los Seres Vivos

Anfibios Mamiferos METAZOOS (ANIMALES) Angiospermas Aves Peces Helechos Reptiles Basidionietos Equinodermos Gimnospermas Musgos Cnidarios METÁFITAS (PLANTAS) Ascomicetos Licopodios Moluscos Anélidos Insectos Platelmintos Equisetos Algas verdes Algas pardas Poníferos (esponjas) Protozoos ciliados Algas rojas Protozoos flagelados PROTOCTISTAS Protozoos ameboides Arqueobacterias Eubacterias MÓNERAS Crustáceos Arácnidos HONGOS

Tipos de Microorganismos

• BACTERIAS (procariotas)
• HONGOS (mohos y levaduras; eucariotas)
• VIRUS (entidades acelulares)
• MICROALGAS (algas microscópicas):
  • Chlorella (Dominio Eukarya; células eucariotas; 2-10 um)
  • Arthrospira o Spirulina (Dominio Bacteria; es en realidad una cianobacteria; 250 um))
• ALGAS MACROSCOPICAS
• FITOPLACTON
• ZOOPLACTON (protozoos)
• PARASITOS

Rasgos Destacables de los Microorganismos

1. PRESENTAN UNA ELEVADA TASA DE CRECIMIENTO Debido a su alta relación superficie/volumen
2. PRESENTAN GRAN FLEXIBILIDAD METABOLICA Los microorganismos tienen gran capacidad para adaptar su metabolismo a la composición y condiciones del medio
3. SON UBICUOS Y TIENEN GRAN IMPORTANCIA ECOLOGICA La gran diversidad de procesos en los que participan es la base de numerosos procedimientos tecnológicos e industriales.

EL METABOLISMO DE LOS MICROORGANISMOS SE CONVIERTE EN UNA EFICAZ HERRAMIENTA DE PRODUCCION BIOTECNOLOGICA

Metabolismo Celular

Moléculas "alimento" Biomoléculas componentes de la célula Via catabólica Energía Via anabólica "Ladrillos" para Biosíntesis METABOLISMO Conjunto de RQ para: obtener energía, generar macro- moléculas y desarrollar procesos fisico-químicos vitales CATABOLISMO Obtener energía Obtener moléculas sencillas ANABOLISMO Obtener macromoléculas Consumo de energía ENZIMAS

Catabolismo Celular de los MO y Requerimiento de Oxígeno

1. AEROBIOS: Crecen en presencia de oxígeno Aerobios obligados o estrictos: necesitan oxígeno para vivir y mueren en su ausencia
2. ANAEROBIOS: Crecen en ausencia de oxígeno Anaerobios obligados o estrictos: no toleran el oxígeno y mueren en su presencia Anaerobios facultativos: no necesitan oxígeno para crecer, pero lo hacen mejor en su presencia. Anaerobios aerotolerantes (Aerodúricos): crecen bien en presencia o ausencia de oxígeno
3. MICROAEROFILOS: Crecen en ambientes 2-10% de 02 Sufren daños a las concentraciones atmosféricas de O2 (21%)

Obtención de Energía por Metabolización de Materia Orgánica

Vías Oxidativas

Respiración aeróbica (Aceptor de e : O2) Cadena de transporte de electrones Generan CO2 y agua Rendimiento energético alto Respiración anaeróbica (Aceptor de e : nitratos, sulfatos,)

Vías Fermentativas

No hay cadena de transporte de electrones Generan mucho CO2, alcoholes, ácidos, ... Rendimiento energético bajo Fermentación (Aceptor de e : el propio sustrato o moléculas orgánicas)

Metabolización de la Glucosa

Glucolisis GLUCOSA (C6H12O6 ) ACIDO PIRUVICO (CH3-C(O)-COOH) OXIDACION (Resp. Aeróbica): 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP A A R + HzO +0+ ATP ADP A R R +0+ + HzO ADP AMP FERMENTACION: 2 ATP Rutas muy variables (CO2 y diversas especies orgánicas)

La Molécula de ATP (Adenosintrifosfato)

A A R + H2O +0+ E ATP ADP A A P O . + HzO - ADP AMP H2N :N N C C N o-P-O-P-O-P-O N 1 .O OHOH Grupos fosfato Ribosa (pentosa) Adenosina (base nitrogenada) O=0-0 R

Cadena de Transporte de Electrones en la Oxidación

Respiración Aerobia

Spad NAD+ FMNH2 Fe CoQH2 Fe Fet Cu+2 H2O Sovi # NADH+H+ FMN Fe CoQ Fe -Fe Fe Cut A H H Esquema de la cadena de transporte de electrones en los organismos aerobios. Muestra los tres puntos propuestos donde ocurre la salida de protones que está acoplada a la fosforilación oxidativa o síntesis de ATP. Aceptor final de electrones

Respiración Anaerobia

con nitratos) NADH FAD Cit coxi- NO2 otros cofactores Nitrato reductasa (Mo) NAD FADH2 Cit cred NO3 Esquema propuesto de la cadena de transporte de electrones en los m.o. anaerobios que usan el nitrato como aceptor final de electrones. Aceptor final de electrones SRED = sustrato en su forma reducida; SOxID = sustrato en su forma oxidada NADH = nicotin adenin dinucleotido; FADH = flavin adenín dinucleotido; FMNH2 =flavin mononucleótido +3 Fe+3 +2 +3 +2 +3 +2 Fe' +3 +2

Identificación de Microorganismos Aeróbicos y Anaeróbicos

Aerobic and anaerobic microorganisms can be identified by growing them in test tubes of thioglycollate broth

1. Obligate aerobes need oxygen because they cannot ferment or respire anaerobically. They gather at the top of the tube where the oxygen concentration is highest.
2. Obligate anaerobes are poisoned by oxygen, so they gather at the bottom of the tube where the oxygen concentration is lowest.

1 2 3 4 5 - -

1. Facultative anaerobes can grow with or without oxygen because they can obtain energy aerobically or anaerobically. They gather mostly at the top because aerobic respiration generates more adenosine triphosphate (ATP) than either fermentation or anaerobic respiration.
2. Microaerophiles need oxygen because they cannot ferment or respire anaerobically. However, they are poisoned by high concentrations of oxygen. They gather in the upper part of the test tube but not the very top.
3. Aerotolerant organisms do not require oxygen as they metabolise energy anaerobically. Unlike obligate anaerobes however, they are not poisoned by oxygen. They can be found evenly spread throughout the test tube.

Clasificación de MO según su Tipo de Nutrición

Requerimientos Básicos de Nutrición

1. Energía; 2 .- Carbono; 3 .- Hidrógeno y/o electrones

Nomenclatura

Trófico (Trofo): Relativo a la nutrición Foto: usa la luz como fuente de energía (fotosíntesis) Quimio: obtienen la energía de la oxidación de moléculas Auto: uso de CO2 como fuente única o principal de carbono Hetero: degradación de moléculas orgánicas como fuente de carbono Lito: usan sustancias inorgánicas como fuente de H o e- Organo: usan sustancias orgánicas como fuente de H o e- Fotótrofos, Quimiótrofos, Autótrofos, Heterótrofos, Litotrofos, Organotrofos

Clasificación

Fuente de energía Fuente de Carbono

• FOTOAUTOTROFOS Autótrofo fotolitotrófico Luz CO2 2
• FOTOHETEROTROFOS Heterótrofo fotoorganotrófico Luz Compuestos orgánicos
• QUIMIAUTOTROFOS Autótrofo quimiolitotrófico Compuestos inorgánicos CO2 2
• QUIMIHETEROTROFOS Heterótrofo quimioorganotrófico Compuestos orgánicos Compuestos orgánicos M.O. saprófitos, simbióticos o parásitos

Clasificación de MO según la Temperatura de Crecimiento

TIPO DE MO CRECEN TEMP. OPT. EJEMPLOS

• PSICROFILOS Entre 0 - 20 ℃ 15°℃ Pseudomonas, Flavobacterium
• PSICROTROFOS (psicrófilos facultativos) Desde 0°C 20-30 °C Algunos hongos L. monocytogenes
• MESOFILOS Entre 15-45 °℃ 20 - 45 ºC La mayoría de los M.O. patógenos para el hombre
• TERMOFILOS Entre 45-65 ℃ 55ºC Bacterias. Algunos hongos y algas
• HIPERTERMOFILOS 55-90 ℃ 80ºC Algunas bacterias

CLASIFICACION RANGO DE CRECIMIENTO TªOPTIMA

• TERMOFILOS 25-80℃ 50-60℃
• MESOFILOS 10-45℃ 20-40℃
• PSICROFILOS -5-30℃ 10-20℃

Clasificación de MO según el pH y aw del Medio de Cultivo

CLASIFICACION PH EXTERNO pH INTERNO

• ACIDOFILOS 1.0-5.0 6.5
• NEUTROFILOS 5.5-8.5 7.5
• ALCALOFILOS 9.0-10.0 9.5

Actividad agua (aw): fracción de agua del medio que está realmente disponible para el crecimiento de m.o. (aw=P/P.). Esto significa que no está asociada a solutos (sales, azúcares, etc.) La mayoría de bacterias necesitan a ≥0.98 M.O. osmófilos: pueden crecer en aw de hasta 0.60. Distinguir: Halófilos (viven en altas [sal]): hasta 0.80 (S. Aureus) Sacarófilos (alta [azúcar]): levaduras en 10-60% de azúcar M.O. xerófilos: viven en medios muy secos incluso al sol

Características Generales de las Bacterias

Prokaryotic Cell Structure -Cytoplasm Nucleold Capsule Cell Wall Cytoplasmic Membrane Ribosomes Pil Flagella Figure 1

Organismos unicelulares procariotas

• La mayoría presentan una pared celular con peptidoglicano
• Tamaño medio 1-10 mm
  • Su elevada relación S/V hace que su crecimiento sea mucho más rápido que el de los mohos y levaduras
• Las morfologías más habituales son los cocos y los bacilos. Algunas bacterias presentan formas pleomórficas.
• Requerimientos de O2, energía y carbono variables. Pueden ser saprófitas, simbióticas o parásitas.
• Algunas desarrollan formas de resistencia denominadas endosporas
• Las hay móviles e inmóviles
• Metabolismo de los carbohidratos: oxidación o fermentación
• Muchos procesos de la naturaleza dependen de la acción de las bacterias. También intervienen en numerosos procesos industriales
• Algunas especies resultan inocuas e incluso simbióticas para el hombre, pero muchas le resultan patogenas (por invasión o por sus toxinas)
• Son especies muy ubicuas. Tienen una elevada incidencia en toxiinfecciones alimentarias
• Utilidad en TPB: transformación de sustratos, fabricación de compuestos de alto valor añadido, obtención de enzimas, hospedadores de ADN recombinante, modificación genética de vegetales y expresión de proteínas recombinantes.

La Célula Procariota

Prokaryotic Cell Structure Cytoplasm Nucleoid Capsule Cell Wall Cytoplasmic Membrane Ribosomes Pili Flagella Figure 1

La Célula Eucariota

Mitochondria Microfilaments Lysosome Peroxisome Rough Endoplasmic Reticulum Centrioles Nucleus Nuclear Pores Plasma - Membrane Nucleolus Micro Tubules Nuclear Envelope Golgi Apparatus Chromatin 1 Cilia Rough Endoplasmic Reticulum Smooth Endoplasmic Reticulum Ribosomes Figure 1