conceptos fundamentales de la biología

Procariotas

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CREE HOY, NO LO CREERÁN MAÑANA  MÁS QUE LOS NECIOS" Sir Francis Crick Versión simplificada y modificada del Árbol filogenético Universal establecido por Carl Woese y su discípulo Gary Olsen que muestra los tres Dominios. El termino "dominio" refiere a un nuevo taxón filogenético que incluye tres líneas primarias: Archaea, Bacteria y Eucaria. En línea descendente siguen seis Reinos: I-Moneras, II-Arqueobacterias (obviamente separadas de Moneras), III-Protistos, IV-Hongos, V-Plantas y VI-Animales. En realidad al título cabría agregarle: "del mundo celular" ya que no incluye a virus, viriones.... Se incluye en este esquema a LUCA. El "árbol" de la vida construido a partir de los estudios del ARNr (ácido ribonucleico ribosómico, al árbol se basa en el estudio de las diferencias en las secuencias de ARNr comunes a todos los "seres vivos"), muestra cercano a su "raíz" (allí donde se encuentra LUCA, último antepasado común universal de las células modernas, compartido por todos los "seres vivos") organismos "hipertermófilos" que viven a temperaturas cercanas a los 115 grados centígrados. Podría pensarse que la vida "transitó por la senda de los sistemas hidrotermales" o, por que no, se originó en ellos. Pero bien podríamos colocar en la base  un manojo de raíces o nube difusa para representar a la "Comunidad ancestral común de células primitivas"  a partir de la cual divergieron ramas que dieron orígenes a los tres dominios actuales y además surcar la grafica con enlaces transversales entre ramas para indicar la existencia de una transferencia horizontal de genes. Ver Bibliografía. Ver árbol alternativo. Monera: el Reino Procariota Las bacterias (del griego bakterion = bastón) son organismos unicelulares que se reproducen por fisión binaria. Su tamaño es del orden de los micrones e implica una relación superficie volumen muy alta: aproximadamente 100.000. Las Bacterias se encuentran prácticamente en todos lo ambientes de la Tierra, desde las profundas fosas oceánicas o el interior de rocas sólidas hasta las camisas refrigerantes de los reactores nucleares, ni que decir del resto de los hábitats. La mayoría de ellas son capaces de una existencia independiente pero existen especies como Chlamydia y Rickettsia que son organismos intracelulares obligados. Se encontraron estructuras semejantes a las bacterias en un meteorito marciano con una antigüedad de 3.000 millones de años (el llamado ALH84001, encontrado en la Antártida). De confirmarse la naturaleza de estas investigaciones, y si la descripción de lo encontrado correspondiera realmente a restos fósiles, sería de presumir la existencia simultánea de vida bacteriana en Marte y la Tierra (¿en ese entonces?). Hasta el momento, la naturaleza celular de estas estructura no ha sido establecida. Para una ampliación de este tema que se relaciona con el origen de la vida en la Tierra consultareste enlace. El Reino taxonómico Monera comprende, entre otras, a las eubacterias (las bacterias "verdaderas" y las cianobacterias, o bacterias fotosintetizadoras). Los organismos de este grupo no poseen organelas rodeadas por membranas (como las formas superiores de vida) y se conocen como procariotas. Procesos bioquímicos que en eucariotas ocurren normalmente en los cloroplastos o mitocondrias, tienen lugar en la membrana citoplasmática. El cromosoma bacteriano esta constituido por ADN circular que se ubica en la región denominada nucleoide Distribuidos en el citoplasma bacteriano se encuentran pequeños lazos de ADN conocidos como plásmidos. Los genes bacterianos se encuentran organizados en un sistema conocido como operón. Su pequeño tamaño, velocidad de reproducción (Escherichia coli se reproduce por fisión binaria cada 15 o 20 minutos), y la "ocupación" de diversos hábitats y modos de existencia hacen de  Moneras el Reino más abundante y diversificado sobre la Tierra. Una manera de clasificar las bacterias  es subdividirlas de acuerdo a la forma en que adquieren su energía en: Quimiosintetizadoras Son  autótrofas, y obtienen energía de la oxidación de compuestos inorgánicos como el amonio, los nitritos (a nitratos) o los sulfuros (a sulfatos). Fotosintetizadoras Convierten la energía lumínica en energía almacenada en carbohidratos. El grupo mas importante es el de las cianobacterias. Probablemente las primitivas cianobacterias formaron el oxígeno que se liberó en la primitiva atmósfera terrestre. Poseen clorofila a y también el pigmento azul ficocianina y el rojo ficoeritrina.  Heterotrófas Los miembros de este grupo obtienen su energía de materia orgánica elaborada por otros organismos. Podemos señalar dos grandes grupos: las saprofitas  y las simbióticas. Las  saprofitas se alimentan de materia muerta o en descomposición siendo por lo tanto importantes recicladores de nutrientes. Muchas de las que entablan relaciones  simbióticas  lo hacen en forma mutualística y colaboran con su huésped, ejemplo de ellos son las bacterias que en la vaca y otros rumiantes convierten la celulosa en glucosa asimilable por el animal. Otras entablan una relación parasitaria y se constituyen en patógenas para su huésped produciendo enfermedades tales como la fiebre reumática, cólera, gonorrea, sífilis. La patogenicidad puede derivar de causas tales como destrucción celular, liberación de toxinas o la misma reacción del cuerpo a la bacteria infectante. Las infecciones bacterianas pueden ser controladas, entre otros, por tratamiento con antibióticos. Los antibióticos son productos que interfieren en algún punto del procesos de división de las bacterias, son producidos por microorganismos tales como los hongos, que compiten con las bacterias por los recursos disponibles. Sin embargo el extendido uso de los mismos impuso una presión evolutiva de una intensidad antes inexistente que llevo, por el proceso de selección natural, a la expansión de cepas resistentes a los antibióticos. Esto en muchos casos lleva a frecuentes cambios de tratamiento de las enfermedades  y a la necesidad de nuevos desarrollo de antibióticos. Las Arqueobacterias  El grupo más antiguo, las arqueobacterias, constituyen un fascinante grupo de organismos y por sus especiales características se considera que conforman un Dominio separado: Archaea. Si bien lucen como bacterias  poseen características bioquímicas y genéticas que las alejan de ellas. Por ejemplo: no poseen paredes celulares con peptidoglicanos; poseen secuencias únicas en su ARN algunas de ellas poseen esteroles en su membrana celular (una característica de eucariotas), poseen lípidos de membrana diferentes tanto de las bacterias como de los  eucariotas (incluyendo enlaces éter en lugar de enlaces ester). Células de Sulfolobus acidocaldariusadheridas a un cristal de sulfuro, observadas con microscopia de fluorescencia  Corte de Sulfolobus acidocaldariusobservado con microscopio electrónico de transmisión(85.000 X) Imágenes obtenidas de  http://www.bact.wisc.edu/Bact303/MajorGroupsOfProkaryotes. Hoy se encuentran  restringidas (bueno lo de restringidas, si se lee mas adelante , ya no parece un termino aplicable) a hábitats marginales como fuentes termales, depósitos profundos de petróleo caliente, fumarolas marinas, lagos salinosos (incluso en el mar Muerto...). Por habitar ambientes "extremos",se las conocen también con el nombre de extremófilas.Existen tres tipos de arqueobacterias: Metanogénicas: (generadoras de metano), crecen en condiciones anaeróbicas oxidando el hidrógeno. Para ello utilizan el CO2 como oxidante, en el proceso lo reducen a  metano (CH4). Las  metanogénicas usan ácidos orgánicos simples como el acetato para sintetizar sus componentes celulares. Estos ácidos orgánicos son producidos por otras bacterias anaeróbicas como producto final de la descomposición de la celulosa u otros polímeros. Por lo tanto  las  metanogénicas  son abundantes donde existe materia orgánica y condiciones de anaerobiosis (por ej. rumen de las vacas) Halófilas: desarrollan en ambientes salinos. Requieren una concentración de al menos  10% de cloruro de sodio para su crecimiento  Termófilas : desarrollan a temperaturas de 80oC y pH extremadamente bajos. Se considera que las condiciones de crecimiento semejan a las existentes en los primeros tiempos de la historia de la Tierra por ello a estos organismos se los denominó arqueobacterias (del griego arkhaios = antiguo). A nutrición: Autótrofos: son a minoría. - Fotoautótrofos ⇢ cianobacterias - Quimioautótrofos ⇢ bacterias nitrificantes Heterótrofos: son a maioría. - Saprófitos ⇢ descompoñedores de materia orgánica ou restos orgánicos sobre os que viven - Simbióticos ⇢ obtéñense doutros seres que lles ocasionan algún beneficio - Parásitos ⇢ obtéñense doutros seres ós que lles ocasionan alteracións máis ou menos graves A reprodución: 000199620.png A RELACIÓN: -Organismos capaces de detectar cambios no medio e levar a cabo respostas celulares adecuadas -Exemplo: en condicións adversas, algunhas bacterias orixinan formas de resistencia(endosporas)e permanecen latentes durante anos, ata que cambia a situación Cuando las condiciones del medio de vuelven desfavorables, el estado de latencia se consigue a partir de dos mecanismos: Formación de quistes: Pierde agua y se encoge rodeándose de una gruesa membrana. Formación de esporas: Se forma una gruesa membrana en el interior de la célula rodeando al cromosoma y a una pequeña porción de protoplasma. external image Mycobacterium+tuberculosis.gif ENFERMIDADES QUE TRANSMITEN Bacilo: Ántrax, Intoxicación alimentaria (por Bacillus cereus), Botulismo, Mionecrosis clostridial (gangrena gaseosa), Tétanos, Difteria, Diarrea, Bronconeumonía, Enfermedad del legionario, Lepra, Tuberculosis, Salmonelosis, Fiebres tifoideas, Gastroenteritis (por Salmonelosis), Disentería bacilar, Sigelosis, Yersiniosis, gastroenteritis, Peste, Linfadenitis mesentérica. Clamidia: Tracoma, Uretritis, Cervicitis, Conjuntivitis. Cocobacilo:Tos ferina, Brucelosis, Meningitis (neumonía bacteriana). Coco: Gonorrea (enfermedad inflamatoria pélvica), Meningitis, Síndrome de shock tóxico, Infecciones de la piel, Meningitis, Neumonía, Infecciones del oído, Infecciones de garganta, Fiebre reumática, Escarlatina (fiebre puerperal Listeria), Listeriosis, (septicemia perinatal), Encefalitis, Infecciones intrauterinas, Tifus epidémico, Enfermedad de Brill-Zinsser (trasmitida por piojos), Fiebre de las montañas Rocosas (trasmitidas por garrapatas), Tifus endémico (tifus murino, trasmitido por la pulga de la rata). Espirilo: Campilobacteriosis (diarrea bacteriana). Espiroqueta: Sífilis. Vibrio:Gastroenteritis, Septicemia, Celulitis, Infecciones de heridas, Infecciones de las vías urinarias, Cólera epidémico. piojotifus.jpg PIOJO TRANSMISOR DE TIFUS IMPORTANCIA DE LAS MONERAS Si preguntamos a un médico sobre la importancia de las bacterias, es muy posible que nos cuente durante horas las enfermedades que éstas producen, los medicamentos utilizados contra ellas y varias medidas de higiene para no contraer enfermedades. Captura_de_pantalla_2012-02-12_a_las_00.33.37.png Si preguntamos a un fabricante de quesos, nos hablaría de la importancia de las bacterias en la fabricación de este alimento, la forma en que actúan y el mejor método para cultivarlas, para que se reproduzcan bien y se "sientan cómodas". Captura_de_pantalla_2012-02-12_a_las_00.25.30.png Entonces, ¿son perjudiciales o beneficiosas? Las bacterias perjudiciales producen enfermedades, ya que muchas de ellas son parásitas. Otras bacterias son beneficiosas. Las utilizamos para la producción de alimentos, tales como el yogur o el vino. Otro grupo, llamado descomponedoras, actúan sobre la materia orgánica, transformándola en materia inorgánica. Este tipo de bacterias son saprófitas. También hay bacterias que viven en simbiosis con nosotros. Viven en nuestro intestino y forman la flora intestinal. Algunas se encargan de producir vitaminas para nosotros. Otras evitan que tengamos infecciones intestinales. Son indispensables para nuestra supervivencia. Por último, hay que destacar que otro grupo del Reino Moneras, las Cianofíceas, cumplen una función de vital importancia para todos los ecosistemas de La Tierra. Producen grandes cantidades de oxígeno, más que todos los árboles de la Selva Amazónica. La cantidad de oxígeno en la atmósfera es regulada por este tipo de seres. Además, son fuente de alimento de gran cantidad de microorganismos que se alimentan de ellas. Captura_de_pantalla_2012-02-12_a_las_00.25.48.png En el medio ambiente, las bacterias tienen un importante papel: Descomposición: Actúan en el reciclaje de la materia, devolviendo al ambiente moléculas y elementos químicos para ser reutilizados por otros seres vivos. Fermentación: Se utilizan en la industria para la producción de queso, yogurt, etc. (lácteos) Industria farmacéutica: Fabricación de antibióticos y vitaminas. Industria química: Producción de alcoholes como el metanol o el etanol. Genética: Mediante la alteración de su ADN podemos hacer productos de gran interés para los seres humanos como la insulina. Determinación de nitrógeno: Permite eliminar el nitrógeno del aire. Además sirve como alimento para las plantas. LOS MONERAS EN LA INDUSTRIA Las bacterias son de gran utilidad en la industria actual: Entre las especies bacterianas de interés industrial están las bacterias del ácido acético, Gluconobacter y Acetobacter que pueden convertir el etanol en ácido acético. El género Bacillus es productor de antibióticos (gramicidina, bacitracina, polimixina), proteasas e insecticidas. Del género Clostridium cabe destacar Clostridium acetobutylicum que puede fermentar los azúcares originando acetona y butanol. Las bacterias del ácido láctico incluyen, entre otras, las especies de los géneros Streptococcus y Lactobacillus que producen yogur. Corynebacterium glutamicum es una importante fuente industrial de lisina. El olor característico a tierra mojada se debe a compuestos volátiles (geosmina) producidos por Streptomyces aunque su principal importancia radica en la producción de antibióticos como anfotericina B, kanamicina, neomicina, estreptomicina, tetraciclina, etc.