UNIVERSIDAD DE COSTA RICA SEDE DE GUANACASSTE B-106 BIOLOGÍA GENERAL
Capítulo 19: procariontas y virus CUÁLES ORGANISMOS SON MIEMBROS DE LOS DOMINIOS ARCHAEA Y BACTERIA los primeros habitantes de la tierra fueron procariontes (unicelulares que carecían de organelos , como núcleo cloroplastos y mitocondrias. Durante los primeros 1,500 millones de años del origen de la vida todos los organismos eran procariontes. Por ejemplo una, gota de agua de mar contiene miles de organismos procariontes, y una cucharada de tierra miles de millones; nuestro cuerpo humano es el hogar de billones, que viven en nuestra piel, boca, estomagoe intestinos . Los procariontes son los organismos más abundantes en la Tierra.
LAS BACTERIAS Y LAS ARQUEAS SON FUNDAMENTALMENTE DIFERENTES Dos de los tres dominios de la vida, bacterias y arquea, incluyen exclusivamente procariontes. Son de apariencia superficialmente similar bajo el microscopio, pero tienen sorprendentes diferencias estructurales y bioquímicas. Por ejemplo, la pared celular de las bacterias contiene moléculas de peptidoglicano, un polisacárido que también incorpora algunos aminoácidos, que ayuda a fortalecer la pared celular. El peptidoglicano solo existen en las bacterias y las paredes celulares de las arqueas carecen de esta sustancia. Difieren también en la estructura y composición de las membranas plasmáticas, los ribosomas y las ARN polimerasas, así como en la mecánica de procesos como la transcripción y traducción.
ES DIFICIL LA CLASIFICACION DE PROCARIONTES DENTRO DE CADA DOMINIO Los procariontes se organizan en clados: estos son un grupo de especies vinculdas a partir de un ancestro en común. Los procariontes tienen el problema de ser muy pequeños y simples, por lo que a la hora de clasificarlos lo que se toma en cuenta es: • forma, • medios de locomoción, • pigmentos, • necesidades nutricionales, • apariencia de sus colonias • propiedades de tinción: gram positivas y gram negativas (permite distinguir dos tipos de construcción de la pared celular de las bacterias) Ventajas: mejoras de comprensión de la historia evolutiva mediante comparaciones de secuencias de nucleotidos de ADN y ARN. Todavia no llegan a un acuerdo sobre la relaciones evolutivas dentro de las bacterias y archaea. (trabajo en proceso).
LOS PROCARIONTES DIFIEREN EN TAMAÑO Y FORMA Tanto bacterias como arqueas son muy pequeñas con un diámetro de alrededor de 0,2 a 10 micras,(las eucariontes están entre 10 y 100 micras). Hay especies de mayor tamaño.(la más grande que se conoce es (Thiomargarita namibiensis) la cual tiene un diámetro de 700 micras por lo que es posible verla a simple vista). Las paredes celulares que rodean la célula son las que dan forma a las diferentes bacterias. Ejemplo: cocos, bacilos , espirales o sacacorchos.
CÓMO SOBREVIVEN Y SE REPRODUCEN LOS PROCARIONTES? La abundancia de procariontes se debe en buena medida a las adaptaciones que permiten a los miembros de los dos dominios procariontes habitar y aprovechar una extensa gama de ambientes. Los procariotas ocupan prácticamente todos los hábitats, incluso aquellos donde las condiciones extremas impiden que sobrevivan otras formas de vida. Cuando las condiciones ambientales se tornan inhóspitas, muchas bacterias con forma de bastón constituyen las estructuras protectoras llamadas endosporas, su función primaria es asegurar la supervivencia en tiempos de tensión ambiental. Estas se forman dentro de la bacteria y contiene material genético que se encuentra de una gruesa capa protectora. Las
endosporas son resistentes incluso a condiciones ambientales extremas. Algunas resisten la ebullición durante una hora o más, otras pueden sobrevivir durante lapsos extraordinariamente largos.
Muchas bacterias y arqueas se fijan a una superficie o se encuentran pasivamente a la deriva de ambientes líquidos, pero algunas son móviles, muchos de estos procariontes poseen flagelos. Los flagelos de los procariontes pueden presentarse individualmente en un extremo de la célula, como un mechón de la célula o disgregados en la superficie celular.
.LOS PROCARIONTES SE ESPECIALIZAN EN HÁBITATS ESPECÍFICOS: Los procariontes pueden vivir en ambientes con condiciones extremas donde es casi imposible que sobrevivan otras formas de vida. Muchas arqueas pueden vivir en donde el agua hierbe constantemente con temperaturas de hasta 110°C. Al igual, los procariontes pueden sobrevivir a presiones extremadamente altas bajo la superficie de la Tierra y ambientes muy fríos. Es increíble, que ni las condiciones químicas extremas pueden impedir la invasión de bacterias. Las bacterias son especialistas, solo pueden sobrevivir en su hábitat: hielo, en la sal, el cuerpo
humano (piel, vias respiratorias, intestino grueso, aparato genitourinario), mar muerto (siete veces mayor % de sal que el océano).
FORMACIÓN DE PELÍCULAS EN LAS SUPERFICIES Muchos procariontes poseen una pared celular cubierta de capas pegajosas de material viscoso, que está formada por polisacáridos o proteínas. Esto permite la protección de las células y la ayuda de fijarse a las superficies. Los procariontes que segregan este material se reúnen en colonias para formar comunidades llamadas biopelículas. Un ejemplo de ello, es la placa dental, que forman las bacterias que viven en la boca.
La protección que brinda estas bacterias logra combatir ataques de antibióticos y desinfectantes. Es decir, las colonias que forman las bacterias dañinas en nuestro cuerpo son muy difíciles de destruir.
LOS PROCARIONTES TIENEN DIVERSOS METABOLISMOS Los procariontes pueden colonizar cualquier hábitat debido a sus procesos metabólicos para adquirir alimentos y nutrientes; en contraste con los eucariontes son anaeróbicos, estos los hace aprovechar lugares no actos para los eucariontes. Algunos procariontes anaeróbicos como las arqueas que habitan en manantiales calientes y la bacteria del tétanos se envenenan con el oxígeno (otros son oportunistas en cuanto a la necesidad de oxigeno) Ya sean anaeróbicas o aeróbicas, los procariontes pueden extraer energía de una gama de sustancias, no solo de azucares, carbohidratos y proteínas sino que también de compuestos no comestibles o incluso tóxicos para los seres humanos, como el petróleo y el metano y solventes como el benceno (Hidrocarburo líquido a temperatura ordinaria, incoloro, tóxico e inflamable obtenido de la destilación del alquitrán de hulla; se emplea en la fabricación de plásticos, explosivos, colorantes, etc., como disolvente y como materia
prima de numerosas síntesis orgánicas.) y tolueno (Hidrocarburo líquido derivado del benceno que se utiliza en la fabricación de trinitrotolueno y en la preparación de colorantes y medicamentos). Incluso metabolizan moléculas inorgánicas como hidrogeno, azufre, amoniaco, hierro y nitrito. Algunas especies de bacterias como las cianobacterias llevan a cabo fotosíntesis para captar energía directamente de la luz solar, del mismo modo que las plantas verdes estas bacterias poseen clorofila. Hasta el momento no se conocen arqueas fotosintéticas.
LOS PROCARIONTES SE REPRODUCEN MEDIANTE FISIÓN BINARIA La mayoría de los procariontes se reproducen de manera asexual por medio de fisión binaria, produce copias genéticamente idénticas de la célula madre. En condiciones ideales, una célula procarionte se reproduce aproximadamente una vez cada 20 minutos, por lo que puede dar origen a miles de trillones de descendientes en un solo día. La rápida y repetida división celular de los procariontes ofrece amplias oportunidades para el surgimiento de nuevas mutaciones.
LOS PROCARIONTES SON CAPACES DE INTERCAMBIAR MATERIAL GENETICO SIN REPRODUCIRSE Algunas bacterias y arqueas intercambian material genético. En estas especies el ADN se transfiere de un donador a un receptor durante un proceso que se llama conjugación. En las bacterias donadoras utilizan unas extensiones llamadas pelos sexuales, que se adhieren a la célula receptora para acercarla y facilitar la conjugación. Una gran parte del ADN que se transfiere durante la conjugación bacteriana se encuentra dentro de una estructura llamada plásmido que es una pequeña molécula circular del ADN que está separada del cromosoma bacteriano. Portan genes de resistencia a los antibióticos o alelos de genes que también están presentes en el cromosoma bacteriano principal.
¿Cómo afectan los procariontes a seres humanos y otras especies? Las plantas y los animales (incluidos los humanos) dependen por completo de los procariontes. Estos ayudan a las plantas y animales a obtener nutrimentos vitales, y también contribuyen a descomponer y reciclar desperdicios y organismos muertos. La humanidad no podría sobrevivir sin los procariontes, pero su efecto sobre os seres humanos no siempre es benéfico. Los procariontes desempeñan papeles importantes en la nutrición animales Muchos organismos eucariontes dependen de una estrecha asociación con los procariontes. Por ejemplo, la mayoría de los animales que comen hojas no son capaces de digerir por sí solos la celulosa, el principal componente de las paredes celulares de las plantas. Por ello, estos animales dependen de ciertas bacterias que poseen la capacidad inusual de degradar la celulosa. Sin estas bacterias, estos animales no podrían sobrevivir. Los procariontes tienen repercusiones en la nutrición humana. Alimentos, como el queso, el yogur y la col agria, se producen gracias a la acción de las bacterias. Intestinos humanos habitan bacterias, que se alimentan de comida sin digerir y sintetizan algunas vitaminas como la K y B12. Los procariontes captan el nitrógeno que necesitan las plantas Los seres humanos no sobreviven sin las plantas y estas dependen por completo de las bacterias. Las plantas por sí solas no captan el nitrógeno, encontrado en la atmósfera, que necesitan para crecer. Para esto utilizan las bacterias fijadoras de nitrógeno que viven en el suelo y en núbulos especializados, estos son pequeños bultos redondos que se encuentran en las raíces de ciertas plantas con en las leguminosas: tréboles, lupinos, soja, alfalfa, etc. Las bacterias fijadoras de nitrógeno captan el nitrógeno gaseoso del aire que se encuentra en el suelo y lo combina con hidrógeno para producir amonio, compuesto que las plantas usan directamente.
Los procariontes son recicladores de la naturaleza Los procariontes también desempeñan un papel fundamental en el reciclado de desperdicios, la mayoría de ellos obtienen energía al degradar complejas moléculas orgánicas. Tales procariontes encuentran una vasta fuente de moléculas orgánicas en los productos de desecho y en los cadáveres de plantas y animales. Al consumir y, por con siguiente, degradar los desperdicios, los procariontes evitan que los desechos se acumulen en el ambiente. Los procariontes pueden reducir la contaminación Una gran parte de los contaminantes generados por actividad humana son compuestos orgánicos. Estos sirven potencialmente como alimento para arqueas y bacterias. Casi cualquier cosa que puedan sintetizar los seres humanos es susceptible de degradación por parte de algún procarionte, incluidos los detergentes, pesticidas tóxicos y dañinos químicos industriales, como el benceno y el tolueno. Los procariontes incluso pueden degradar el petróleo. El proceso en el que se usan organismos vivos para acelerar la degradación de contaminantes se conoce como biorremediación. Métodos mejorados de biorremediación podrían aumentar drásticamente la capacidad para limpiar sitios contaminados con desperdicios tóxicos, así como los mantos acuíferos contaminados. Algunas bacterias representan una amenaza para la salud de los humanos Los hábitos alimenticios de ciertas bacterias amenazan la salud y el bienestar. Estas bacterias patógenas(causantes de enfermedades) son las que sintetizan toxinas que producen los síntomas de distintas enfermedades. Algunas bacterias anaerobias producen venenos peligrosos Alguna producen toxinas que atacan el sistema nervioso. Una de ellas en la Clostridium tetáni, esta es una bacteria anaeróbica que sobrevive en forma de espora hasta introducirse en un ambiente favorable libre de oxigeno como lo es una herida punzante donde se multiplica y propaga su toxina a todo el torrente sanguíneo. La enfermedad que causa esta bacteria es el tétanos cuyos síntomas en dolorosas contracciones musculares en todo el cuerpo. Los seres humanos combaten las enfermedades bacterianas antiguas y recientes Las enfermedades bacterianas han tenido importantes repercusiones en la historia de la humanidad. Quizá el ejemplo más dramático es la peste bubónica, o 'peste negra', que causó la muerte a 100millones de personas a mediados del siglo XIV.
Algunas bacterias patógenas parecen surgir de improviso. La enfermedad de Lyme por ejemplo, era desconocida hasta 1975 ahora tanto los médicos como el publico están cada vez más familiarizados con esta enfermedad. Quizá los organismos patógenos más frustrantes son aquellos que regresan mucho tiempo después de considerar que estaban bajo control. La tuberculosis, una enfermedad bacteriana que alguna vez se erradicó casi por completo en los países desarrollados, está resurgiendo en Estados Unidos y en otras partes del mundo. Algunas especies bacterianas comunes pueden ser dañinas Algunas bacterias patógenas están tan extendidas y son tan comunes que quizá nunca sea posible librarse de sus efectos nocivos. Por ejemplo, diferentes formas de la abundante bacteria estreptococo producen diversas enfermedades. Entre ellas: caries, neumonía la conocida como la “bacteria carnívora”, que puede causar hasta la muerte con sus raras infecciones. Una de las bacterias más comunes que habitan en el aparato digestivo humano es la Eshenchía coli que también es capaz de provocar daño. Enlace video: https://youtu.be/ULZSfFVpLtQ
VIRUS, VIROIDES Y PRIONES Virus: Molécula de ADN o ARN envuelta por una cubierta proteínica. - Son diminutos, la mayoría son más pequeños que la célula procarionte más pequeña. - Sus partículas se pueden ver solamente bajo una gran potencia de amplificación del microscopio electrónico. - Muchos biólogos no consideran que tengan vida, ya que no cuentan con rasgos específicos, como:
No son células y carecen de ellas. Carecen de ribosomas, por lo tanto, no fabrican proteínas. No tienen citoplasma, no pueden sintetizar moléculas orgánicas, ni extraer o utilizar la energía almacenada en ellas. No poseen membranas propias. No pueden crecer ni reproducirse por sí solos.
Comparación de tamaño entre microorganismos. -Célula eucarionte: 10-100micras -Célula procarionte: 0,2-10micras Virus: 0,05-0,2micras Los virus tienen diferentes formas, algunos ejemplos son: BACTERIOFAGOS: Compuestos por cabeza (con ADN), cuello, cola y fibras de la cola.
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-VIRUS DE LA RABIA: Del género Lyssavirus, compuesto por una envoltura o membrana, una matriz de proteína, glicoproteínas y ribonucleoproteínas.
-VIRUS DEL MOSAICO DEL TABACO: Del género Tobamovirus, contiene ARN medio y una cubierta de proteína.
en el
-VIRUS DE LA INFLUENZA: Compuesto por capa de lípidos y otras proteínas
nucleoproteína, matriz protéica, doble
Los virus tienen 2 partes principales: Una molécula de material hereditario (ADN o ARN, de una sola hebra o doble, lineal o circular) y un recubrimiento proteínico. Se dice que los virus son parásitos de las células vivas, porque viven de ellas, solamente pueden reproducirse dentro de una huésped. La replicación viral inicia cuando un virus penetra la célula huésped. CELULA HUESPED: Célula que ha sido invadida por un virus u otro agente infeccioso.
REPLICACIÓN VIRAL: Los virus se multiplican usando su propio material genético (ADN o ARN, hebra sencilla o doble, dependiendo del virus). Eventos generales en la replicación de virus: - Penetración: Algunos virus son fagocitados por la célula huésped (por endocitosis mediada por receptor), otros se fusionan con la membrana del huésped gracias a su envoltura. Después de este proceso, el material genético viral se libera en el citoplasma. - Síntesis: Los virus alteran la maquinaria de la célula huésped para producir copias de las proteínas del virus, y se replica su material genético muchas veces. - Ensamblado: El material genético y las enzimas virales quedan envueltas por un recubrimiento proteínico. - Liberación: Los virus emergen de la célula huésped por “gemación” desde la membrana, o por ruptura de la célula.
Los virus tienen huéspedes específicos:
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Las bacterias son víctimas del virus bacteriófago (este pronto se considerará importante para tratar enfermedades causadas por bacterias, los tratamientos con ellos pueden tomar ventaja de la especificidad de los virus y hacer que ataque solo bacterias específicas y no a otras inofensivas o benéficas). En organismos multicelulares, como plantas y animales, distintos virus se especializan en atacar tipos específicos de células. Ejemplo: *Los virus que provocan el resfriado atacan membranas de las vías respiratorias, el de la rabia ataca las células nerviosas. *Un tipo de virus de herpes se especializa en membranas de la boca y labios, y otro en los genitales. *El SIDA es causada por un virus que ataca un tipo específico de leucocitos que controla la respuesta inmunitaria del cuerpo. *Se han vinculado algunos con ciertos tipos de canceres, como leucemia de células T (que es un cáncer de los leucocitos), el de hígado y el cervical.
Las infecciones virales son difíciles de combatir:
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Debido a que los virus están estrechamente ligados a la maquinaria celular del huésped, los agentes antivirales pueden destruir tanto la célula como el virus. Se han desarrollado medicamentos antivirales que destruyen o bloquean la función de las enzimas que necesitan los virus para replicarse.
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Algunos medicamentos ofrecen beneficios limitados, ya que los virus desarrollan resistencia a ellos. (El medicamento antiviral se vuelve inútil)
AGENTES INFECCIOSOS MAS SIMPLES QUE LOS VIRUS: * VIROIDES: Partículas infecciosas que carecen de recubrimiento proteínico, constan de hebras cortas y circulares de ARN. Son capaces de entrar en el núcleo de una célula y dirigir la síntesis de nuevos viroides. Una docena de enfermedades en los cultivos son causadas por ellos (Manchas del aguacate, enfermedad del tubérculo ahusado de la papa). *PRIONES: Agentes infecciosos compuestos únicamente de proteína. Alginas copias de la molécula proteínica normal se plegaron de forma errónea y se transformaron en priones infecciosos. Una vez presentes, ya podían inducir a otras copias de la molécula proteínica para convertirlas en más priones. La alta concentración de priones en el tejido nervioso, puede causar daño y degeneración celular.
Nadie sabe con certeza cómo se originaron: -Algunos científicos consideran que los mecanismos de autorreplicación entre estas partículas refleja su condición de vestigios evolutivos de las etapas más antiguas de la historia de la vida, antes de que se estableciera a partir de las moléculas de ADN. -Otros, que son descendientes degenerados de las células parasitarias. El éxito que los antiguos parásitos tuvieron con la explotación de sus huéspedes debió ser tan grande que con el tiempo perdieron la capacidad de sintetizar moléculas necesarias para vivir y empezaron a depender del huésped.
