Ácidos nucleicos y síntesis de proteinas

Ác. Nucleicos

Los ác. nucleicos dirigen y controlan la síntesis de proteínas. Contienen las instrucciones para construir un organismo completo a través de sus proteínas. Hay dos tipos de ác. nucleicos:

·         ADN

·         ARN

- Nucleótidos, enlaces y funciones biológicas.

Los nucleótidos son los monómeros de los ác. nucleicos. A diferencia de otros monómeros de otras  moléculas orgánicas, al efectuarle hidrólisis da lugar a tres moléculas diferentes que son:

o   Ac. Ortofosfórico (molécula muy útil para enlazar).

o   Pentosa:

§  Ribosa (β-D-Ribofuranosa)

§  Desoxirribosa (β-D-Dexosirribofuranosa)

o   Bases Nitrogenadas:

§  Púricas (2 anillos) Hexagonal.

§  Piramidinicas (1 anillo) Hexagonal)

Estas últimas presentan muchos dobles enlaces, la mayoría son resonantes y tienen electrones desfocalizados que provocan cargas eléctricas fluctuantes, que permiten a las bases nitrogenadas capturar electrones.

Además de ser los monómeros de los ác. nucleicos, combinados con otras sustancias forman moléculas de gran importancia biológica.

- Nucleótidos de interés biológico.

El Adenosin monofosfato tiene la capacidad de enlazarse con uno o dos fósforos inorgánicos, convirtiéndose en ADP. En el segundo enlace se forma un enlace de alta energía, para vencer la repulsión eléctrica del AMP (2^-) con Pi (3^-).

Si aparece otro Pi se forma ATP formado también por un enlace de alta energía.

 Contiene energía química de enlace, ya que funciona como “moneda de cambio” en la célula, siendo la única forma de energía para los S. vivos. Son nucleótidos, no nucleicos, funcionando como coenzimas transportadores de energía.

El mas utilizado es el ATP/ADP, pero también aparecen los demás cambiando la Adenina por Timina, Guanina o Citosina.

§       

    ATP/ADP

§        GTP/GDP

§       TTP/TDP o UTP/UDP

§        CTP/CDP

El AMP cíclico funciona como un segundo mensajero, son moléculas que transmiten información, como la  hormonas y neurotransmisores. Cuando la hormona llega al receptor el AMP produce el efecto dentro de la célula. El primer mensajero seria la hormona o el neurotransmisor.

Cuando los N5´MP se combinan con otras sust. forma:

§        FAD⁺

§        FMN⁺

§        NAP⁺

§        NADP⁺

Actúan como coenzima transportadora de electrones e hidrogeno, funcionando como poder reductor. También es energía química NAD⁺ + 2H <=> NADH + H.

Lleva dos electrones + dos hidrógenos dentro de la molécula, solo lleva un protón el otro le acompaña.

Coenzimas redox ==> FAD⁺ + 2H<=> FADH₂

* Enlace fosfodiester.

Cuando un nucleótido se enlaza con otro mediante el fosforo y el OH de otro nucleótido, se produce un enlace covalente/fuerte  que permite unirse a 10⁵ o 10⁶ nucleótidos como pasa en el ADN.

El nucleótido que tenga el carbono 3´ libre es el primero y el ultimo es el nucleótido que presenta el carbono 5´ fosforilado, en el cual interviene la pentosa y el fosforo, quedando la base colgada.

- Estructura de los Ác. nucleicos.

+ ADN

Es un polímero de desoxirribonucleotidos 5´MP de A, T, C, G. En disolución toma una forma de modo espontaneo al igual que las proteínas. Su estado nativo (menos energía, más enlaces) es el resultado de la superposición de sus estructuras 1º, 2º, 3º, 4º.

ü  Estructura 1º ADN.

Es la unión de los nucleótidos de A, T, C, G mediante enlaces fosfodiester. Dado que los nucleótidos que forman el polímero son diferentes, presentan orden, secuencia de nucleótidos, por lo que tiene información genética (planos para construir proteínas). Esta secuencia es específica de cada especie, pero también de individuo dentro de la especie.

ü  Estructura 2º ADN

Se descubrió de forma indirecta por Waston y Crick. Modelo de la doble hélice que explicaban las propiedades del ADN. Una molécula de ADN se compone de dos cadenas de nucleótidos enfrentadas, helicoidales y unidas por las bases nitrogenadas. La hélice era a derechas, cadenas antiparalelas trenzadas.

La unión entre las cadenas se produce mediante puentes de hidrógenos entre las bases nitrogenadas enfrentadas, igual que una “escalera de caracol” los pasa manos son los Pi y pentosas y los peldaños las bases nitrogenadas.

Los puentes de hidrogeno solo se producen entre A y T o G y C. Como son enlaces débiles se forman muchos. Esto le da una característica como a las proteínas por lo que se puede desnaturalizar o renaturalizar.

ü  Estructura 3º y 4º ADN

Tienen como finalidad meter unas moléculas extraordinariamente largas (10⁶ nucleótidos) dentro de células extraordinariamente pequeñas.

Una cadena de ADN de un procariota extendida mide 1m.m. por lo que se superenrrolla el ADN sin ayuda de proteínas, cerrándolo sobre si mismo formando el único cromosoma presente en estos organismos, contrayéndolo hasta 10^-3m.m.

En los eucariotas el problema es mayor, ya que el ADN humano por ejemplo tiene una longitud de 2m. Teniéndolo que meter en el núcleo celular que mide 2.10^-9m de diámetro. 

Esto es posible gracias a una proteína llamada Nucleósoma, que tiene forma de cilindro en la que cabe dos vueltas de ADN. La nucleasa es la unidad estructural, el conjunto de estas forma el llamado “Collar de perlas” que se enrolla formando selenoide que se pliegan y repliegan formando bucles. Esta es la forma activa del ADN, el cual esta funcionando, duplicándose o expresándose. Esto se conoce como cromatina, en el que la célula se encuentra en interfase (no división).

Cuando la célula se va a dividir la cromatina se enrolla, compacta y se condensa (se hace visible) para una división equitativa, esto forma la estructura 3º.

Cuando ocurre esto el material genético pasa a llamarse cromátida. Dos cromátidas “hermanas” forman un cromosoma. Los Cromosomas forman la estructura 4º.

+ ARN

EL ARN es polímero de ribonucleótidos 5´MP. El ARN es más inestable que el ADN ya que este tiene que perdurar y el ARN no, esto es así por usar ribosa que es más fácil de hidrolizar.

La estructura del ARN también presenta estructura 1º que es la secuencia de ribonucleótidos. Una molécula de ARN siempre es una cadena a diferencia del ADN que son dos, aunque tiene partes complementarias (bucles), las cuales forman la estructura 2º doble hélice como el ADN. Todo esto unido forma la estructura 3º llamada “hoja de trébol”, que es típico del ARN ribosómico y transferente.

Ø  ARN_mensajero.

Solo tiene estructura 1º, tiene una relación lineal con el ADN, por lo que son complementarias.

EL ARN_m copia un gen de la cadena de ADN, la cual tienen la información para crear una proteína. El ARN_m transmite la información hasta los ribosomas (citoplasma) que son los encargados de fabricar las prot.

El ARN_m es el 3-5% del ARN total de la vida. Dura escasamente un minuto, ya que se degrada inmediatamente para que no se fabrique continuamente la prot. Igual que todos los ARN se producen en el núcleo y actúan en el citoplasma.

Ø  ARN_ribosómico.

Es el 80-85% del ARN total de la célula, tiene un elevado % de complementariedad por lo 

que presenta estructura 3º, haciéndolo que sea compacto.

ARN_r + Muchas prot. Diferentes dan lugar a los ribosomas, que son realizadores mecano-químico de las proteínas. Es el único orgánulo macizo , en ellos se fabrican las proteínas, “leyendo” y “traduciendo” el código genético que contiene el ARN_m.

Los ribosomas ocupan dos tripletes para “leerlos” y permiten el acceso a ello los ARN_t, uniéndolo entre si, “traduciéndolos”

Ø  ARN_traferente.

Es alrededor del 10% del total del ARN. Son moléculas pequeñas y tienen un 80% de bases complementarias. Esto le permite una estructura 3º en “hoja de trébol”, debido a la estructura 2º más los bucles. Todos los ARN_t son específicos del Aa que transporta.

En el extremo 3´de la cadena se une con Aa y su complementario esta en el anticodón. La función del ARN_t es transportar los Aa hasta los ribosomas.  

-  Código genético.

El ADN contiene la información genética, dividida en fragmentos que son los genes. Los genes contienen la información necesaria para fabricar todos los ARN (Ribosómico, Transferente y Mensajero). Los ARN_m son para fabricar prot. mientras que los otros dos ARN se encuentran en forma de secuencia de nucleótidos (polimeros de monómeros diferentes por lo que contienen información).

El código genético es como un “idioma” ya que contiene “letras” (Adenina, Timina, Citosina y Guanina), las letras se asocian formando “palabras”/conceptos (20 Aa diferentes) y estas palabras están formadas por tripletes. Una serie de palabras enlazadas forman “frases” con sentido completo, esto serian los genes. La información para formar un ARN completo. El ARN_m tiene información para fabricar una cadena polipéctida completa.

En los eucariotas los genes no son continuos sino discontinuos, el 90% son intrones no tienen sentido llamándolo “chatarra genética” y el resto del gen llamados exones que si tiene sentido, esto funciona para evitar las mutaciones. El ARN_m es el gen completo con exones e intrones, por lo que necesita una maduración.

El código genético puede presentarse en forma de ADN o de ARN ya que son complementarios.

ADN ==>ATCCAGTG

ARN ==>UAGGUCAC

El código genético es universal, ya que es igual para cualquier ser vivo, hasta los propios  virus, como por ejemplo el triplete ATC que es en todos los S. vivos Aa₇, así que todos tenemos antepasados común. No es solapado, esto quiere decir que un nucleótido solo forma parte de un triplete. No tiene ni punta ni final, si no tripletes de iniciación y tripletes de finalización, que marcan el inicio y el final del gen.

El código genético es degenerado, 1 Aa expresado/determinado  por diferentes tripletes, pero no es imperfecto por ser degenerado, lo seria si un triplete para diferentes Aa.  Esta característica es deseada ya que el codón y el anticodón serian complementario y su unión seria muy fuerte. Por ello no lo son para poder salir.

                   CUC

Leucina        CUG       

                  CUA

                  CUT

La especificidad esta en las dos primeras bases, la tercera se tambalea.

v  Transcripción.

El código genético se encuentra en ADN, la estructura primaria del ADN puede determinar la estructura primaria de las proteínas directamente. Como el ADN no pude ir desde el núcleo hasta el citoplasma para la síntesis de proteínas, se copia un gen en forma de ARN_m mediante transcripción. Los ARN _r,t,m se producen por transcripción, producidas por unas enzimas llamadas ARN polimerasa - ADN dependiente.

Las ARN polimerasas – ADN dependiente se une a las cadenas 3´=> 5´del ADN promotor donde se encuentras unos nucleótidos de A y T, por donde se desenrolla una vuelta de hélice y comienza a fabricar una de ribonucleótidos 5´MP complementaria (A=>T, C=>G, T=>U) y antiparalelas. A medida que avanza se va cerrando la hélice. Comienza en el Codón de iniciación AUG hasta el codón de finalización.

Este proceso de transcripción es diferente entre organismo eucariotas y procariotas, en el caso de los eucariotas después de la transcripción le sigue un proceso de maduración llamado metabolismo postranscripcional para eliminar los intrones del ARN_m.

La maduración del ARN_m eucariota la produce una enzima llamada ribonucleoproteínas pequeñas nucleares. Están formadas por prot y ARN que es complementario con la secuencia principio y final del intrón, uniéndolos y cortándolos. Luego aparecen otras enzimas llamadas ligasa, que van uniendo los trozos.

Otra diferencia entre eucariotas y procariotas es que en el OH  del extremo 3´de los eucariotas se colocan una caperuza llamada 7-metil glucosamina tritofosforilada que funciona como señal de reconocimiento para los ribosomas.

Tanto en los eucariotas como los procariotas el extremo 5´del ARN_m hay una secuencia de 200 nucleótidos de A llamados poli A.

El poli A tiene un papel fundamental en la síntesis de proteínas de los eucariotas.

v  Replicación / Duplicación / auto duplicación.

El ADN es la única molécula orgánica capaz de servir de molde en su propia duplicación. 

El ADN contiene la información genética para la construcción de una célula, s. vivo, por lo que las células antes de dividirse duplican su ADN  para repartir dos copias exactas de la información entre las células hijas.

 En las células eucariotas lo hacen mediante ADN polimerasa que sin las enzimas más complejas, no presenta un centro activo, sino que son varios con el que se une la cadena molde. El extremo 3´de la cadena en formación un nuevo nucleótido trifosforilado (-> 2Pi) formando un enlace ester 5´<- 3´

Además la exonucleasa “mira” atrás cortando si encuentra algún error y sustituyendo el nucleótido.

Una vez que se une la polimerasa comienza la replicación donde se va abriendo las cadenas y se polimerizan los nucleótidos complementarios a los del molde, avanzando como una “cremallera” al abrirse, que se conoce como “horquilla de replicación”.

El ADN polimerasa solo “lee” 3´-> 5´, por lo que la cadena 3´- > 5´la “lee” continua, mientras que la cadena 5´<- 3´la “lee” a trozos hacia atrás. Por ello la cadena 3´-> 5´ va más rápido con lo que se conoce como Hebra Conductora de síntesis continua y la otra al ir más lenta Hebra Retardada de síntesis discontinua.      

El ADN poli Aa diferencia del ARN poli no sabe empezar una cadena, si no solo alargarlas, por lo que se necesita una ARN polimerasa llamada primasa, que comienza las replicaciones.

El ARN primer (primasa) que es un ARN-cebador abre la cadena y sigue el ADN poli. El comienzo que esta en ARN, se corta y rellena el hueco el ADN poli I. Este trozo de primer se conoce como Okazaki. Luego aparece otro ADN poli llamado ligasa que une el primer al resto de la cadena. En la cadena conductora solo ocurre una vez, mientras que en la cadena retardada lo hace cada vez que adelantan de ahí el retardo.

También intervienen otras proteínas como por ejemplo; Lo primero es partir los puentes de hidrogeno para separar las cadenas con una proteínas llamada helicasa. Como las dos cadenas están trenzadas, que al separarlas provoca un superenrollamiento, para evitar este  hay una proteína llamada topoisómera que relaja el superenrollamiento causado por el desenrollamiento. A medida que la cadena se va separando se va duplicando pero llega un momento que hay cadena separada y por ello inestable, por lo que actúa una proteína llamada SSB que estabiliza la cadena sencilla.    

  

La replicación se produce tan rápido que se polimerizan 45.10³ nucleótidos /minuto, bastante preciso, la mayoría de estos errores se restauran durante la duplicación. 

Consiste en colocar un nucleótido que es complementario con la cadena, aparece una endonucleasa que corta el fragmentó y una exonucleasa (ADN poli I) que elimina y rellena el hueco, mientras que la ligasa pega las cadenas. Aun con todo esto pueden permanecer errores del orden de 1 error/ 10⁴.10⁸ nucleótidos polimerizados.

Estos errores pueden ser beneficiosos para la especie, como son las mutaciones que no afectan a la viabilidad de los individuos, ya que esto produce variabilidad genética en las poblaciones entre las que elegir la selección natural los va a favorecer, produciendo la evolución.

§  Ribosomas.

Son los únicos orgánulos macizos que presentan las células, se trata de complejos supramoleculares, esto quiere decir que son la asociación de varios macromoléculas, varios ARN _r (65%) y hasta 50 proteínas diferentes. Todo constituye dos subunidades que se fabrican por separado.

Se produce un autoensamblaje espontaneo por estereoespecificidad alrededor de un ARN_m.

Cuando se ensamblan aparece unas propiedades que no estaban presente cuando estaban 

separados, estas propiedades le permiten cooperar reversiblemente con otras moléculas; ARN_t, prot. (factor), GTP en lugares estereoespecificos del ribosoma.

La entrada y salida de estas moléculas del ribosoma mas la hidrólisis del GTP, produce cambios en cada una de las estructuras de las moléculas del ribosoma y en el ribosoma completo desembocando en la síntesis de proteínas.

- Biosíntesis de proteínas en procariotas.

Antes de fabricar una prot. ocurre un par de cosas:

Se transcribe en forma de ARN_m el gen que codifica esa prot. Esto lo produce un ARN polimerasa que se fija a la cadena 3´-> 5´del ADN que polimeriza un ARN_m antiparalelo 5´<- 3´y complementario de la cadena. Esto seria el “plano”.

Además paralelamente también en el citoplasmas ocurre la activación de los Aa (aportarle la energía necesaria para formar los enlaces peptídicos). La formación de ARN_t aminoacil con el ARN_t especifico.

La función del ribosoma es “leer” y “traducir” el gen. Leer permite el acceso del ARN_t a sus codones, mientras que traducir permite formar el enlace peptídico entre los Aa situados.

Microbiológia

Microbiología

      Conceptos de microorganismos.

Son S. vivos y estructuras biológicas que no podemos ver a simple vista porque su tamaño no llega a las dimensiones que podemos detectar, inferiores a 0,2mm. Por tanto microorganismo es un termino sin mase significado que el pequeño tamaño que engloba a un grupo muy heterogéneo de formas de vida que desarrollan todos los procesos vitales de nutrición, relación y reproducción de forma unicelular o con agrupaciones muy sencillas.

Los microorganismos se clasifican en cinco grandes grupos:

Ø  Virus.

Son estructuras a celulares muy sencillas formadas por un acido nucleico asociado a proteínas, como por ejemplo Adenovirus y Virus de la Gripe.

Ø  Bacterias.

Tiene organización celular procariotas y la mayoría con pared celular de Mureina. Tienen nutrición autótrofa o heterótrofa según la especie, como por ejemplo Bacilo de Koch que causa la tuberculosis y la Escherichia Coli.

Ø  Microalgas.

Tienen una organización celular eucariota, poseen cloroplastos y pared celular. Tienen nutrición autótrofa, como por ejemplo Chlorrella, Diatomea.

Ø  Protozoos.

Tienen organización eucariota, no poseen pared celular. Tienen nutrición heterótrofa, como por ejemplo, Plasmodium agente causante de la malaria, Trypanosoma causante de la enfermedad del sueño.

Ø  Hongos.

     Tienen organización celular eucariotas, poseen pared celular. Presentan nutrición         heterótrofa,  como por ejemplo, Penicillium, Seccharomyces que es levadura de cerveza.

      Virus.

Los virus están constituidos por un fragmento de Ác. Nucleico encerrado en una cubierta proteica (Cápsida). Algunos virus presentan una envoltura membranosa compuesta por una bicapa lipídica procedente de la célula hospedadora. Estos virus se denominan virus con envoltura.

El Ác. Nucleico de los virus puede ser ADN o ARN, la información genética se encuentra en una única molécula lineal o ciclada, o bien en distintos diseños. Todos los virus siempre tienen el mismo tipo de ácido.

Las proteínas de la Cápsida se organizan alrededor del ácido nucleico, según esta organización se distinguen varios tipos:

§  Virus con simetría helicoidal: Son virus con forma de varilla en los que los capsómeros (son unidades estructurales constituidas por una o varias subunidades proteicas, llamados protomeros) se disponen helicoidalmente alrededor del Ác. nucleico.

§  Virus con simetría icosaédrica: Son virus que poseen la forma de un icosaedro en la cual cada cara (capsómeros) está formada por cinco o seis subunidades proteicas.

§  Virus complejos: Son virus con formas y simetrías diversas, Cápsidas con cabezas icosaédricas y colas con simetrías helicoidal.

v  Ciclos de multiplicación vírica.

El ciclo de multiplicación tienen  lugar cuando el virión o código genético, penetra en una célula hospedadora y utiliza a esta para generar nuevas particular víricas, este proceso recibe el nombre de ciclo lítico.

¯  Ciclo lítico.

Este ciclo se puede dividir en varias etapas:

1.     Entrada de virus en la célula hospedadora.

Esta fase suele ir precedida por una fase de absorción en la que se produce la unión de las proteínas de la Cápsida con los receptores específicos de la célula hospedadora. Sin embargos ciertos virus y sobre todos vegetales penetran directamente a través de zona de roturas o de heridas.

La siguiente fase es la penetración, este proceso se puede llevar a cabo de varios modos:

§  Por inyección del ác. nucleico viral.

§  Por procesos de endocitosis, en el que el virus penetra por completo en el interior de una vesícula y es liberado posteriormente en el citoplasma por fusión de la envoltura viral con la membrana plasmática o directamente a través de poros.

2.    Replicación y síntesis de los componentes virales.

Tras liberarse del ác. Nucleico en el citoplasma, se produce la replicación de este y la síntesis de las proteínas virales. Esta etapa cumple dos funciones vitales:

§  Síntesis de proteínas del virus: Pueden desarrollarse en dos fases y siempre se produce en el citoplasma de la célula.

§  Replicación del ác. nucleído viral.

Puede ocurrir en el citoplasma o bien en el núcleo de la célula.

3.    Liberación.

Cuando el ciclo de multiplicación finaliza los nuevos viriones salen de la célula provocando la lisis de esta o por gemación. Durante la fase de liberación los virus envueltos adquieren su membrana a partir de la membrana hospedadora.

¯  Ciclo lisogénico.

Algunos virus penetran en las células hospedadoras y permanecen en ellas sin producir nuevas partículas víricas completas, estos virus siguen un ciclo lisogénico, o causan una infección latente como sucede en los virus animales o vegetales.

      Bacterias.

Las bacterias son microorganismos unicelulares que presentan un tamaño de unos pocos micrómetros (entre 0,5 y 5 μm) y diversas formas, incluyendo esferas (cocos), barras (bacilos) y hélices (espirilos). Las bacterias son procariotas, poseen una pared celular compuesta de peptidoglicano. Muchas bacterias disponen de flagelos o de otros sistemas de desplazamiento móviles. Son los organismos más abundantes del planeta, se encuentran en todos los hábitats terrestres y acuáticos. Algunas bacterias pueden incluso sobrevivir en las condiciones extremas del espacio exterior. Se estima que se pueden encontrar en torno a 40 millones de células bacterianas en un gramo de tierra y un millón de células bacterianas en 1 ml de agua dulce.

v  Características estructurales y funcionales.

Las bacterias no presentan orgánulos membranosos, el material genético se encuentra libre en el citoplasma. Presentan una pared celular de composición y naturaleza exclusiva de estos organismos, situada externamente a la membrana plasmática.

Ø  Pared celular.

La pared celular tiene como componente principal el peptidoglicano, un polisacárido unido a cortas cadenas pepiticas.

El peptidoglicano o mureína está formado por cadenas polisacáridas compuestas por dos azucares: acetílglucosamina y ác. acetilmurámico unidos por enlaces glucosídicos. Entre las bacterias presentan dos tipos de pared celular:

o   Grampositiva: Están formadas por una gruesa capa de mureína a la que se unen ác. teicoicos, que es un polialcohol unido por grupos fosfatos responsables de la carga negativa de la pared celular.

o   Gramnegativa: Estas paredes muestran una estructura trilaminar mas compleja, que consta de los siguientes elementos:

§  Una membrana externa constituida por una bicapa lipídica con diversas proteínas asociadas.

§  El periplasma, es un material con consistencia de gel situado entre la membrana externa de la pared celular y la membrana plasmática de la membrana.

§  Una fina capa de mureína (una o dos) unida a la membrana externa por lipoproteínas que atraviesan el periplasma.

La pared celular de las bacterias cumple una serie de funciones:

o   Mantiene la forma de la célula y previene de la lisis osmótica.

o   Posee componentes con capacidad antigénica (ác. teicoicos)

o   Regulan el intercambio con el exterior.

o   Proporciona carga negativa a la superficie celular.

Ø  Envueltas externas.

Muchas bacterias presentan en el exterior de la pared celular cubiertas mucosas compuestas por polisacáridos y en ocasiones por proteínas. Las cubiertas gruesas y mas adheridas a la pared se denominan capsulas y las mas finas y laxas capas mucosas.  Las capsulas y las mucosas cumplen una serie de funciones:

o   Protegen a la bacteria de factores tóxicos y de la fagocitosis por otras células.

o   Evitan la desecación, ya que retienen gran cantidad de agua.

o   Permiten la adherencia a superficies y a otras células.

Ø  Citoplasma.

El citoplasma esta formado por el protoplasma, una matriz gelatinosa de aspecto granuloso, junto con ribosomas 70s, así como diversas inclusiones de variada naturaleza y función según los tipos celulares.

Tipo	Composición	Función
Gránulos de glucógeno	Polisacáridos (glucano-amilo-pectinas)	Reserva de carbono
Gránulos de polifosfatos	Polímeros de ortofosfatos	Reserva de fosfato
Gránulos de PHB	Poli-β-Hidroxibutirato	Reserva de carbono
Gránulos de azufre	Azufre	Reserva de azufre
Vesículas de gas	Cubierta proteica e interior gaseoso	Flotación en organismos acuáticos
Inclusiones paracristalinas	Proteínas	Diversas
Carboxisomas	Rubisco	Ciclo de Calvin
Magnetosomas	Magnetita (Fe3O)	Migración a zonas anaerobias

Ø  Nucleoide.

En la célula procariota el material genético no se encuentra en compartimentos, no está separado del citoplasma. Sin embargo en la zona central del citoplasma se observa una zona de aspecto fibrilar donde se localiza el material genético. EL material genético esta constituido por:

o   Un cromosoma principal, formado por ADN bicatenario, circular y superenrollado.

o   Uno o varios plásmidos, que son pequeñas moléculas de ADN circular extracromosómico que se replican de forma independiente al cromosoma principal.

Ø  Apendices externos.

1.     Flagelos, son apéndices implicados en el movimiento, cuyo numero y disposición varia de una bacteria a otra.

¤        Clasificación de los flagelos según el número:

o   Flagelación monótrica.

o   Flagelación polítrica.

¤        Según su posición:

¤        Flagelación polar, los flagelos se sitúan en uno o ambos polos.

¤        Flagelación subpolar, los flagelos se encuentran ligeramente desplazados respecto a los polos.

¤        Flagelación perítrica, los flagelos se disponen regularmente por toda la superficie de la célula.

La estructura del flagelo está formada por:

o   Un filamento rígido y curvado, constituido por flagelina que es una proteína globular enrollada helicoidalmente alrededor de un núcleo central hueco.

o   Un codo que une al filamento a la superficie de la célula.

o   Una estructura basal compuesta por una serie de anillos. Dos anillos en bacterias gampositivas y cuatro en bacterias gramnegativas.

2.    Fimbrias y pelos.

Las fimbrias y los pelos no intervienen en el movimiento de las bacterias.

Las fimbrias son prolongaciones cortas, finas y numerosas en algunas bacterias, y tienen una función de adhesión a otras células o superficies.

Los pelos, de mayor longitud, son poco numerosos y están implicados en la unión de dos células durante la conjugación bacteriana.

v  Reproducción bacteriana.

¯  Bipartición.

El mecanismo de reproducción habitual en bacterias es la bipartición. Mediante este mecanismo se obtienen dos células hijas, con idéntica información en el ADN y de contenido citoplasmático similar. Por este sistema de reproducción se puede originar una colonia de células con material idéntico; sin embargo, esto no ocurre debido al alto índice de mutaciones que se producen en las bacterias.

La bipartición se produce cuando la célula ha aumentado su tamaño y ha duplicado su ADN. El ADN bacteriano  se une a un mesosoma, que separa el citoplasma en dos y reparte cada copia del ADN duplicado a cada lado. Al final del proceso el mesosoma se ha unido al resto de la membrana plasmática y se han formado dos células hijas genéticamente iguales.

¯  Reproducción parasexual

En ocasiones, la célula bacteriana tiene la oportunidad de intercambiar información genética por procesos de recombinación. Estos procesos son la transformación, la transducción y la conjugación. En estos procesos no hay formación de ningún tipo de gametos, por lo que no es reproducción sexual.

¯  Transformación

Fragmentos de ADN que pertenecían a células lisadas (rotas) se introducen en células normales. El ADN fragmentado recombina con el ADN de la célula receptora, provocando cambios en la información genética de ésta.

¯  Transducción

Cuando una célula es atacada por un virus bacteriófago, la bacteria genera nuevas copias del ADN vírico. En la fase de ensamblaje se pueden introducir fragmentos de ADN bacteriano en la cápsida del virus. Los nuevos virus ensamblados infectarán nuevas células. Mediante este mecanismo, una célula podrá recibir ADN de otra bacteria e incorporar nueva información.

¯  Conjugación

Este proceso se lleva a cabo si la célula presenta el plásmido F, que contiene la información genética para formar pili, puentes que sirven de unión citoplásmica entre dos bacterias. La célula que presenta el plásmido se denomina F⁺; la célula que no lo contiene se llama F^-. La bacteria F⁺(donadora de información) se une a una bacteria F^- (receptora) mediante uno de sus pili. A través de él introduce una hebra del plásmido F, de forma que la bacteria F^- se convierte en bacteria F⁺.

En ocasiones el plásmido se introduce en el anillo del ADN bacteriano. Entonces, la bacteria donadora se denomina Hfr (High frequency of recombination). De esta forma la bacteria Hfr puede donar a otras células cualquier gen de su ADN.

v  Nutrición bacteriana.

Si consideramos la nutrición de los procariotas, encontramos todas las posibilidades presentes en los seres vivos. No en vano las bacterias son los primeros organismos presentes en la Tierra y en los miles de millones de años que llevan evolucionando se han adaptado a todos los medios y formas de nutrición posibles:

Ø  Heterótrofos

La mayoría de las células procariotas son heterótrofas. Es decir, consiguen su alimento incorporando materia orgánica formada por otros seres vivos. De ellas, la mayor parte son saprobios, lo que significa  que se alimentan de materia orgánica muerta y  de esta forma contribuyen a reciclar la materia en los ecosistemas.

Pueden realizar tanto catabolismos aeróbicos —con la utilización del oxígeno— como anaeróbicos, mediante fermentaciones, muchas de las cuales son úti­les para nuestras industrias.

Hay bacterias heterótrofas que viven asociadas a otros organismos, con provecho mutuo, serían por lo tanto simbióticas. Un ejemplo claro es Escherichia coli, bacteria que vive en el tracto intestinal humano. Muchos herbívoros pueden aprovechar la celulosa gracias a la flora microbiana de sus tubos digestivos que contienen la enzima celulasa.  Otra simbiosis es la de algunas plantas con bacterias fijadoras del nitrógeno atmosférico (Rhizobium) en que la planta aprovecha parte del nitrógeno fijado por la bacteria que, a su vez, aprovecha parte de los azúcares de la planta.

Otras muchas son parásitas, se aprovechan de materia orgánica de ese otro ser vivo causándole un perjuicio; es el caso de todas las bacterias patógenas que causan enfermedades. Algunas patógenas (clamidias, ricketsias y algunos micoplasmas) han simplificado su estructura y sólo pueden reproducirse dentro de otra célula: son parásitos obligados. Dentro del exótico grupo de las mixobacterias, un tipo de bacterias deslizantes que tienen la capacidad de agregarse varias células para formar estructuras que les permiten migrar, se incluyen algunas que son depredadoras de otras bacte­rias.

Ø  Autótrofos quimiosintéticos.

La quimiosíntesis es la formación de materia orgánica a partir de materia inorgánica utilizando la energía producida en reacciones químicas. Las rutas metabólicas son semejantes a las de la fotosíntesis.

En este grupo se incluyen bacterias fundamentales en la ecología de los ciclos biogeoquímicos del nitrógeno, del azufre y del hierro. Un grupo especial son los procariotas metanógenos que viven en ambientes anaerobios, como los sedimentos de fondos acuáticos, y los termófilos extremos (arqueobacterias), que son el primer nivel trófico de los ecosistemas asociados a los materiales que escapan del interior de la Tierra en las dorsales oceánicas.

Ø  Autótrofos fotosintéticos.

Tienen unos colores característicos debidos a los pigmentos con los que captan la luz. Hay dos grandes grupos:

Las más abundantes son las cianobacterias, células aeróbicas con el mismo tipo de clorofila que los cloroplastos de las plantas superiores. Fueron los primeros seres que pro­dujeron oxígeno en la Tierra. De hecho el oxígeno atmosférico se debe a su actividad incesante ya hace muchos millones de años: la actual atmósfera es producto de la vida.

Algunos pueden fijar el nitrógeno atmosférico, por lo que es probable que fueran los primeros colonizadores del medio terrestre.

Las llamadas bacterias verdes y las púrpuras contienen otro pigmento dife­rente, la bacterioclorofíla, con la que aprovechan la energía luminosa. En ambos grupos, las llamadas sulfúreas utilizan compuestos de azufre reducido como donadores de electrones para los procesos biosintéticos. En ambos grupos tam­bién, las llamadas no sulfúreas son fotoheterótrofos anaerobios que viven en sedimentos ricos en materia orgánica y que necesitan un compuesto orgánico como donador de electrones para las reacciones fotosintéticas. Los halófilos extremos (arqueobacterias) viven en ambientes de elevada salini­dad. Poseen otro pigmento diferente, la bacteriorrodopsina (proteína con retinal), y utilizan diferentes rutas metabólicas en su anabolismo para la síntesis de la glucosa a partir del dióxido de carbono. Normalmente son organismos heterótrofos y sólo realizan la fotosíntesis cuando los niveles de oxígeno en el medio son bajos.

      Microorganismos eucariotas.

Las eucariotas presentan unos compartimentos u orgánulos membranosos los cuales pueden hacer cosas incompatibles al mismo momento, pudiendo hacer mas funciones a la vez.

En cualquier célula distinguimos tres partes principales:

La membrana plasmática la cual limita, separa y comunica, el citoplasma donde se encuentran los orgánulos y se producen el metabolismo y el núcleo donde se dirige el funcionamiento de la célula a través de la síntesis de proteínas y las funciones que realizan.

Los grupos más importantes de microorganismos eucariotas son: protozoos, algas unicelulares y hongos.

Ø  Protozoos.

Están incluidos dentro del reino protoctistas. Son organismos unicelulares eucariotas, heterótrofos. Carecen de pared celular. Pueden ser móviles.

Viven en ambientes acuáticos. Algunos son de vida libre, otros son parásitos de animales incluidos el hombre, a los que causan enfermedades como la disentería, la malaria o el paludismo, etc.

Se alimentan a partir de otros organismos (bacterias, algas, etc.) o de macromoléculas orgánicas que ingieren en disolución por pinocitosis o en estado sólido por fagocitosis.

Se reproducen asexualmente mediante división binaria, por división múltiple. En algunos se dan procesos parasexuales como la conjugación.

Algunos protozoos cuando las condiciones son adversas (falta de agua) pueden originar formas de resistencia que les permite subsistir.

El tipo de locomoción que presentan es una de las características que se utilizan para su clasificación:

o   Ciliados, utilizan cilios en la locomoción. Ejemplos: Vorticella y Paramecio.

o   Flagelados, utilizan flagelos para la locomoción. Ejemplo: Trypanosoma

o   Sarcodinos, se desplazan por pseudópodos. Ejemplo: Ameba

o   Esporozoos, son inmóviles y parásitos de animales. Ejemplo Plamodium.

Ø  Algas.

Se incluyen en el reino protoctistas. Son organismos unicelulares eucariotas. Son autótrofos fotosintéticos, realizan la fotosíntesis oxigénica.

La mayoría tienen pared celular formada principalmente por celulosa y en la que puede haber otros polisacáridos. Presentan uno o más cloroplastos, que contiene gran variedad de pigmentos fotosintéticos (clorofila a, b, c, carotenoides y ficobilinas) en distintas proporciones que les confieren colores característicos.

Las algas se pueden reproducir asexualmente y sexualmente.

Viven preferentemente en ambientes acuáticos tanto en agua dulce como en agua salada. Constituyen el fitoplancton, siendo la base de las cadenas tróficas de los ecosistemas acuáticos. Debido a su actividad fotosintética son los principales fijadores de CO₂ del planeta y los que más oxígeno aportan a la atmósfera.

Los principales grupos de algas microscópicas son:

o   Pirrofitas. Poseen dos flagelos

o   Diatomeas. Están recubiertas por un caparazón silíceo, a modo de caja.

o   Euglenofitas. No tienen pared celular y tienen dos flagelos.

Ø  Hongos.

Se encuentran incluidos dentro del reino de los hongos. Son organismos eucariotas, unicelulares o pluricelulares. Tienen nutrición heterótrofa. Presentan paredes celulares formadas por quitina. Se reproducen asexualmente por esporas y sexualmente. En los pluricelulares el cuerpo tiene estructura talofítica, las células forman filamentos simples o ramificados denominados hifas, el conjunto de todas ellas constituye elmicelio que forma el cuerpo vegetativo.

Viven en ambientes muy diversos, algunos son acuáticos. Sin embargo, la mayoría son terrestres y viven en el suelo o sobre materia orgánica en descomposición (saprófitos), otros se asocian en simbiosis con algas formando líquenes, otros son parásitos de plantas, animales y el hombre a los que causan enfermedades llamadas micosis.

Los principales hongos microscópicos son:

o   Los mohos, son hongos filamentososo. Están muy distribuidos por la naturaleza, se desarrollan sobre el pan, la fruta, queso, etc.

o   Las levaduras, son hongos unicelulares, que se reproducen asexualmente por gemación. Se desarrollan sobre frutas, flores, cortezas de árboles y en todos aquellos hábitats ricos en azúcar. Pueden vivir en simbiosis con animales y algunos son patógenos no sólo para animales, sino también para el hombre como Cándida. Desde el punto de vista industrial, algunas cepas de levaduras, como las del género Saccharomyces son importantes porque son las responsables de la fermentación alcohólica interviniendo en la fabricación del pan y de las bebidas alcohólicas (vino, cerveza).

      Relación entre los microorganismos y la especie humana.

En la naturaleza, los organismos viven en complejas comunidades formadas por diversas poblaciones que interaccionan entre si y con el medio abiótico que las rodea.

¯  El ciclo de la materia

La materia circula en la naturaleza entre los S. vivos y el medio abiótico en un sistema cerrado en el que apenas se producen pérdidas, todos los nutrientes son recuperados por el ecosistema, aunque parte de la energía se pierde en forma de calor.

Los organismos productores elaboran los compuestos orgánicos a partir de inorgánicos. La materia orgánica elaborada por los productores es esencial para el resto de los organismos vivos.

Los consumidores aprovechan la materia orgánica sintetizada por los productores alimentándose directamente de ellos o de otros consumidores.

Los descomponedores son microorganismo que degradan la materia orgánica en descomposición y la remineralizan de forma que puedan ser utilizadas de nuevo por los productores, de este modo se origina un nuevo ciclo.

v  Microorganismos en los ciclos biogeoquímicos.

Los microorganismos participan activamente en los ciclos debido a los siguientes factores:

o   Su amplia distribución en todo tipo de ambientes.

o   Su facilidad de dispersión.

o   Su diversidad metabólica.

o   Su pequeño tamaña y su condición de unicelular.

v  Ciclo del Carbono.

Existen dos grandes reservas de carbono en la tierra:

o   Depósitos pocos activos de rocas carbonatadas (dolomitas y calizas), carburantes fósiles y sedimentos que difícilmente llegan hasta los S. vivos.

o   La atmósfera es la reserva mas activa biológicamente en la que el carbono se encuentra en forma de CO, CH.

¯  Ciclo biológico de Carbono.

Son tres etapas:

1.     Los organismos productores autótrofos incorporan el CO₂ en la materia orgánica.

2.    EL carbono orgánico es utilizado por los consumidores aerobios, que emplean los compuestos orgánicos como fuente de carbono y energía.

3.    Los organismos descomponedores utilizan la materia orgánica en descomposición y remineralizan el carbono a CO₂, por respiración anaerobia o por fermentación.

Las arqueobacterias metanogénicas utilizan elCO₂ para producir metano que a su vez es oxidado de nuevo hasta CO₂.

v  Ciclo del Nitrógeno.

El nitrógeno es un elemento imprescindible para los S. vivos, pues forma parte de moléculas esenciales para la vida como ác. nucleicos o proteínas.

La principal reserva de nitrógeno es la atmósfera, en la que se encuentra en forma de N₂ muy estable químicamente. También se encuentra en el humus orgánico y en las rocas sedimentarias. Las reservas mas activas son los compuestos inorgánicos solubles en agua (amonio, nitrito, nitrato).

¯  Ciclo biológico del Nitrógeno. 

o   Fijación del nitrógeno: consiste en la conversión del N₂ gaseoso en amonio, como el N₂ es una forma muy estable, la fijación de nitrógeno en una molécula orgánica supone un gran gasto de energía.

o   Amonificación: La mayoría de los seres vivos metabolizan el nitrógeno orgánico y producen amonio, que es excretado después directamente como urea o ác. úrico por los organismos superiores.

o   Nitrificación: La conversión de amonio en nitrato la llevan a cabo únicamente las bacterias quimiolitotrofas, utilizan el amonio y los nitritos, sucesivamente como fuente de energía y liberan nitratos.

o   Asimilación: Este proceso implica la utilización de amonio o nitratos por las plantas y otros organismos vivos. Los animales asimilan el nitrógeno en la dieta.

o   Desnitrificación: Consiste en la conversión de nitratos en nitrógeno gaseoso, este proceso lo realizan las bacterias desnitrificantes, que oxidan los compuestos orgánicos por respiración anaeróbica, utilizan el nitrato como aceptor de electrones y liberan N₂ gaseoso a la atmósfera.

v  Ciclo del Azufre.

Las rocas y los sedimentos en los que el azufre se encuentra inmovilizado, constituyen la reserva principal de este elemento. Sin embargo, los mares y océanos contienen una mayor cantidad de azufre en forma de sulfato inorgánico.

Las principales transformaciones biológicas transcurren entre dos estados de oxidación del azufre: El sulfato y el sulfuro de hidrogeno.

¯  Ciclo biológico del azufre.

¤        Reducción del sulfato: El sulfato puede ser asimilado por plantas y microorganismo que los reducen a sulfuro, que es su forma más habitual en las M.O.

Ciertos microorganismos pueden mineralizar el azufre de los compuestos orgánicos liberando sulfuro de hidrogeno mediante la desulfurilación.

¤        Oxidación de sulfuros y azufre elemental: La oxidación biológica de ambos a sulfatos es también un proceso que solo lleva a cabo dos tipos de bacterias:

o   Bacterias quimiolitotrofas: Utilizan los compuestos reducidos de azufres como fuente de energía oxidándolo hasta sulfato.

o   Bacterias fotosintéticas anoxigénicas: Utilizan los compuestos reducidos del azufre como donadores de electrones en la fotosíntesis y generan sulfatos en ambientes anaerobios.

v  Otros ciclos.

Las actividades metabólicas de los microorganismos inciden notablemente en otros ciclos como:

¤        El ciclo del Hierro: A pesar de que el hierro constituyen uno de los elementos mas abundantes en la corteza terrestre, se encuentra inmovilizado para la mayoría de los S. vivos.

Los microorganismos son esenciales en varias etapas del ciclo biológico del hierro:

o   Solubilización del hierro: El hierro férrico es insoluble en muchos ambientes alcalinos y neutros, y algunas bacterias pueden reducir la forma férrica a ferrosa, mas soluble, y ponerlo así a disposición de otros organismos.

o   Oxidación del hierro: En ambientes ácidos oxigenados, aguas de drenajes de minas o manantiales ácidos, las bacterias quimiolitotrofas del hierro utilizan el ión ferroso como fuente de energía y lo oxidan a la forma férrica.

¤        El ciclo del Fosforo: Las reservas más activas se encuentran en suelos y aguas en forma de fosfatos. Los componentes del fitoplancton las plantas acuáticas, aprovechan los fosfatos e incorporan el fosforo a las cadenas tróficas. Los microorganismo participan en el ciclo del fosforo por transferencia de formas inorgánicas a orgánicas o bien solubilizando el fosfato insoluble.

Los microorganismos también pueden participar en la detoxificación de metales como el mercurio o arsénico, altamente tóxicos para otros seres vivos.

      Beneficios y perjuicios de los microorganismos para los humanos.

El ser humano entra en contacto con multitud de microorganismo, mucho de los cuales son inocuos o incluso ejercen un efecto beneficioso, mientras que otros causan un desequilibrio en el estado normal del organismo originando diversas enfermedades.

Se denomina microbiota normal al conjunto de microorganismo asociados a un tejido, órganos o superficie corporal que no produce en estos efectos negativos.

Los parásitos son microorganismo que viven a expensas de otros organismos hospedadores y les causan un perjuicio. La enfermedad recibe el nombre de patógeno por tanto la patogenicidad se define como capacidad potencial de un microorganismo para producir una enfermedad, mientras que la virulencia es el grado de patogenicidad. La infección consiste en el crecimiento y colonización de microorganismos patógenos en un individuo.

Los microorganismos que normalmente no causan enfermedad y se convierten en patógenos solo bajo determinadas circunstancias como la disminución de las defensas inmunitarias, se denomina patógeno oportunistas.

v  Microbiota normal.

La microbiota normal se localiza principalmente en la piel, la cavidad oral y los tractos respiratorios, intestinales y genitourinarios. Cuando el individuo esta sano y sus defensas son altas, estos microorganismos no tienen efectos negativos, sino que compiten con otras bacterias que si pueden tener un efecto patógeno, evitando así su proliferación.

o   En la piel y la cavidad oral proliferan sobre todo bacterias gampositivas, estafilococos y levaduras.

o   En el tracto intestinal son más comunes la bacterias anaerobias o aerobias facultativa tanto grampositiva como gramnegativa, como por ejemplo la Escherichia Coli que contribuye a la digestión de ác. biliares y aportan vitaminas.

o   En la mucosa genital habitan también un elevado número de bacterias y hongos, como por ejemplo, Cándida Albicans que puede originar infecciones vaginales ante un descenso del pH.

v  Microorganismos como agentes patógenos.

Para crecer a expensas de un organismo hospedador y causar una enfermedad, los patógenos desarrollan una serie de estrategias específicas gracias a las cuales penetran en los tejidos, se adhieren a ellos y consiguen eludir el sist. de defensa, invadir la célula y multiplicarse.

Ø  Entrada al hospedador.

Los microorganismos potencialmente patógenos pueden transmitirse hasta el hospedador por diversos mecanismos:

Transmisión	Mecanismo	Entrada	Enfermedad	Microorganismo
Respiratoria	Inhalación	Mucosas del tracto respiratorio	Gripe	Virus de la gripe
			Meningitis	Neisseria meningitidis
			Neumonía	Streptococcus pneumoniae
Digestiva	Ingestión	Mucosas gastrointestinales	Botulismo	Clostriduim botulinum
			Cólera	Vibrio cholerae
			Intoxicación alimentaria	Staphylococcus aureus
			Disenteria amebiana	Entamoeba histolytica
Sexual	Contacto sexual	Mucosas genitales	Sida	VIH
			Sífilis	Treponema pallidum
			Candidiasis	Cándida albicans
			Tricomoniasis	Trichomonas vaginalis
Cutánea	Contacto	Conductos sudoríparos	Lepra	Mycobacterium leprae
Parenteral	Heridas Picaduras	Sis. Circulatorio Tejidos internos	Peste	Yersinia pestis
			Hepatitis B	Virus de la hepatitis B
			Tétanos	Clostridium tetani
			Malaria	Plasmodium sp.

Ø  Adhesión a los tejidos del hospedador.

La colonización se ve facilitada si los microorganismos tienen la capacidad de adherirse a las células de los tejidos invadidos. En muchos casos, la adherencia es especifica, en esta intervienen la capsula y las fimbrias de la bacteria.

Ø  Invasión de las células del organismo.

En algunos casos la penetración se lleva a cabo a través de heridas o lesiones y luego se produce la proliferación del microorganismo en el mismo lugar de la infección. En estos casos, el patógeno debe ser transportado a través de la sangre o la linfa hasta los órganos o tejidos diana. Algunos virus con envoltura, pueden fusionarla con la membrana de la célula. Por último, ciertos patógenos eucariotas desarrollan mecanismos más complejos de invasión.

Ø  Desarrollo de la infección.

Cuando es capaz de multiplicarse en la sangre y dispersarse por todo el organismo, en muchos casos produciendo toxinas, hablamos de septicemia.

Las lesiones producidas por el hospedador pueden ocurrir por varias causas:

o   Producción de factores de virulencia: Se trata de enzimas producidas por el patógeno.

Factor	Acción	Efecto	Ejemplo
Hialuronidasa	Rotura del acido hialurónico	Favorece la difusión	Staphylococcus aureus
Colagenasa	Disgregación de la trama de colágeno	Dispersión del patógeno	Clostridium perfringens
Hemolisinas	Lisis de eritrocitos	Debilitamiento	Streptococcus pyogenes
Leucocidinas	Lisis de leucocitos	Disminución de las defensas inmunitarias	Estreptococos y estafilococos

o   Producción de toxinas: Ciertos patógenos pueden producir sustancias toxicas para las células y tejidos. Algunas toxinas se liberan al exterior durante el crecimiento del microorganismo (exotoxinas) y otras son componentes del microorganismo y solo se libera cuando este se lisa (endotoxinas). Las exotoxinas tienen un efecto más dañino sobre el hospedador.

o   Exotoxinas: Son proteínas solubles que pueden trasladarse desde el lugar de la infección hasta otros tejidos o células diana.

Toxina	Tipo	Acción	Efecto clínico	Ejemplo
Exotoxina	Citotoxina	Inhibe la síntesis proteica	Alteraciones citológicas	Toxina diftérica
	Neurotoxinas	Interfiere en el impulso nervioso	Inhibe la contracción muscular	Toxina botulinica
	Enterotoxinas	Aumento de los niveles de AMPc	Secreción activa de agua e iones	Toxina colérica
		Inhibe la síntesis proteica	Fiebre. Debilidad. Diarrea…	Shigella. Salmonella…

o   Endotoxinas: Son los lipopolisacáridos de la membrana externa de la pared celular en las bacterias gramnegativas, que causan diarrea, fiebre, vómitos, etc.

Para combatir el efecto de algunas bacterias microbianas se han desarrollado antitoxinas y toxoides.

Una antitoxina es un suero con anticuerpos dirigidos contra la toxina que causan la neutralización de la misma y evitan sus efectos negativos. Los toxoides son toxinas modificadas que inducen la formación de anticuerpos dirigidos contra la proteína toxica, evitando la acción de la toxina.

Ø  Evasión de las defensas del hospedador.

Algunos microorganismos patógenos han desarrollado distintos mecanismos para evitar el reconocimiento y la actuación de las defensas inmunitarias:

o   Protección frente a la fagocitosis: Algunos microorganismos se localizan en sitios donde no llegan los fagocitos, y otros producen capsulas y fimbrias.

o   Supervivencia a la fagocitosis: Algunos patógenos consiguen evitar su destrucción inhibiendo la fusión entre el lisosoma  con la vesícula, y además posee una pared que interfiere en los mecanismos de destrucción del fagocito.

o   Inmunosupresores: Sustancias que causan un daño directo sobre los fagocitos.

o   Evasión del reconocimiento del sist. Inmunitario: Ciertos patógenos pueden modificar sus características antigénicas para evitar ser reconocidas.

      Control de enfermedades producidas por microorganismos.

Un agente antimicrobiano es una sustancia que mata o inhibe el crecimiento de los microorganismos. Según el tipo de microorganismo, estos agentes pueden ser: antibacterianos, antivíricos, antiparasitarios.

Los desinfectantes son agentes antimicrobianos que se emplean para eliminar los microorganismos de los objetos, mientras que los antisépticos se utilizan con el mismo fin sobre los tejidos de los seres vivos.

v  Antibióticos.

Grupo	Ejemplo	Microorganismo productor	Modo de acción	Espectro de acción
β –Lactámicos	Penicilinas	Penicillium(hongos)	Inhiben la síntesis de la pared bacteriana	Grampositivas y negativas
	Cefalosporinas	Cephalosporium (hongo)
Aminoglucosidos	Estreptomicina	Streptomyces	Inhiben la síntesis de las proteínas	Gramnegativas
Macrólidos	Eritromicina	Streptomyces	Inhiben la síntesis de las proteínas	Gramnegativas
Tetraciclinas	Clorotetracilina	Streptomyces	Inhiben la síntesis de las proteínas	Grampositivas y negativas
Quinolonas	Ciprofloxacino	Sintéticos	Inhiben la replicación del ADN	Grampositivas y negativas

v  Antivirales.

Los virus utilizan la maquinaria replicativa del hospedador para reproducirse, por lo que resulta muy difícil desarrollar agentes quimioterapéuticos eficaces que no tengan efectos negativos para el organismo.

o   La Rifampicina es un antibiótico que inhibe la función de la ARN polimerasa bacteriana y la de algunos virus.

o   La Azidotimidina (AZT) inhibe la transcripción inversa en los retrovirus, se utiliza para frenar el desarrollo del retrovirus.

o   El Aciclovir inhibe la replicación de los virus con ADN, se utiliza para tratar el herpes.

En la actualidad se utilizan los interferones, proteínas que producen muchas células animales como respuesta a una infección viral. Al unirse a células no infectadas, provocan la síntesis de proteínas antivíricas e inhiben la replicación del virus, se emplean en el tratamiento de la gripe, hepatitis o herpes.

      Importancia de microorganismos en investigación e industria.

v  Industrias alimentarias.

Ø  La fabricación del pan.

Los microorganismos que intervienen en este proceso son levaduras. Estos hongos realizan una fermentación alcohólica que emplea como sustratos de la fermentación los glúcidos presentes en la harina de trigo.

La elaboración del pan consiste en mezclar harina, agua, sal y levadura como primer paso. Al entrar en contacto las amilasas de la harina con el agua, se hidroliza el almidón liberando mono/disacáridos, que son rápidamente fermentados por la levadura. La cocción elimina el etanol producido en la fermentación y destruye las células de levadura.

C₆H₁₂O₆  2CH₃-CH₂OH + 2CO₂ + 2ATP

glucosa                       etanol

Ø  La fabricación del vino y la cerveza.

En este proceso también interviene la levadura y realiza el mismo proceso de fermentación alcohólica.

La fabricación del vino comienza con el prensado de las uvas para obtener el mosto (glúcidos) y la levadura de la uva empieza a fermentar-en la producción industrial se añaden mas levadura para incrementar el contenido de etanol-. Cuando termina la fermentación, se elimina la turbidez que pueda tener y se embotella para tener vinos jóvenes o se somete a un proceso de maduración para envejecerlos.

En el caso de la cerveza, el proceso es más complicado es más complicado desde el punto de vista tecnológico, ya que implica la germinación de semillas de cebada para obtener malta y su tueste posterior, malteado. Los glúcidos presentes en la malta constituyen el sustrato para la fermentación. El producto final se obtiene añadiendo algunos aditivos.

Ø  La producción de vinagre.

El vinagre se produce transformando el etanol en acido acético mediante un proceso de oxidación que realizan las bacterias Acetobacter y Gluconobacter. La formación del acido acético es un proceso respiratorio.

CH₃-CH₂OH + O₂  CH₃-COOH + H₂O

etanol                ácido acético

Ø  La fabricación de queso y leche.

En el proceso de fabricación interviene un grupo de bacterias, llamadas bacterias lácticas, que fermentan glúcidos sencillos para producir acido láctico.

La reacción de la fermentación láctica es la siguiente:

C₆H₁₂O₆  2CH₃-CHOH + 2COOH + 2ATP

                          glucosa               acido láctico

Estas bacterias son muy beneficiosas para el ser humano, y están de forma natural en la leche sin esterilizar, Lactobacillus y Lactococcus.

v  Industrias Químicas.

Muchos productos químicos de uso industrial son producidos por microorganismos y se emplean como disolventes, lubricantes, conservantes, colorantes, potenciadores de sabores y aromas, etc.

o   Compuestos orgánicos- Acetona, alcoholes como: etanol, n-butanol y glicerina. Estos son empleados como disolventes.

o   Enzimas- Hoy en día se producen unas doscientas enzimas para industrias farmacéuticas, para producir piensos y/o detergentes.

v  Industrias farmacéuticas.

La obtención de productos farmacológicos más puros y baratos constituye uno de los campos de aplicación de la biotecnología que más progresos ha experimentado en las últimas décadas. Gran parte de la producción se centra en la obtención de nuevas vacunas y antibióticos.

Ø  Obtención de Vacunas.

Actualmente, se tiende a fabricar vacunas recombinantes, obtenidas por ingeniería genética, como el caso de la vacuna contra la hepatitis B. También se utilizan vacunas que están formadas por algún componente del microorganismo, como la vacuna para la meningitis meningocócica, que consiste en polisacáridos de la cápsula de Neisseria meningitidis.

Ø  Producción de Antibióticos.

Alexander Fleming fue el primero en darse cuenta de la existencia de la penicilina, es un antibiótico que produce el hongo Penicillium impidiendo el crecimiento de la bacteria patógena. Once años más tarde, dos químicos británicos, Howard Florey y Ernst Chain, lograron aislarla.

El procedimiento de obtención de la penicilina consta de varias etapas:

            

1.     Crecimiento del hongo productor, Penicillium chrysogenum, en fermentadores con el cultivo adecuado, a fin de conseguir las condiciones óptimas de crecimiento.

2.    Al cabo de unas 40 horas de cultivo, el hongo ya no crece más y comienza a producir la penicilina.

3.    Purificación del antibiótico, el hongo se separa del caldo de cultivo por filtración o centrifugación y se purifica por cristalización.

Otros tipos de antibióticos:

o   Cefalosporinas: Son antibióticos con una composición química muy parecida a la de la penicilina.

o   Estreptomicina: Producida por la bacteria Streptomyces griseus, se utilizan en el tratamiento contra la tuberculosis.

o   Cloranfenicol: Producido por Streptomyces venezuelae, utilizado para infecciones oculares o fiebres tifoideas.

o   Eritromicina: Producida por Streptomyces erythreus, tratamiento alternativo a las personas alérgicas a la penicilina o bacterias inmunes a la penicilina.

o   Tetraciclina: Producida por Streptomyces rimosus, es igual que la eritromicina.

v  Biotecnología aplicada a la Agricultura.

La biotecnología en este campo se centra en la producción de fertilizantes, insecticidas y piensos.

Ø  Biofertilizantes.

Muchos de los fertilizantes usados por los agricultores están formados por nitratos que utilizan las plantas para sus procesos.

Las bacterias fijadoras de nitrógeno se pueden comercializar para añadirlas a los suelos, y así enriquecerlos en nitrógeno para incrementar la producción vegetal.

Ø  Insecticidas.

La bacteria Bacillus thuringiensis produce una proteína, no toxica para los seres humanos, que actúa como un insecticida natural.

Se producen dos efectos:

o   La proteína se degrada en el intestino y los productos resultantes atacan la pared intestinal.

o   Parte de las esporas ingeridas germinan invadiendo así otros tejidos del insecto.

Ø  Piensos.

Durante la primera guerra mundial, se desarrollo en Alemania un método para obtener proteínas a partir de microorganismos. Este tipo de proteínas se denominó proteína unicelular. Esta proteína posee un gran valor nutritivo.

v  Biotecnología Ambiental.

Es posible encontrar en cualquier ambiente una población microbiana adaptada a ese entorno que participa activamente en el reciclaje de la materia. Esta propiedad de los microorganismos es aprovechada por diversos procesos biotecnológicos cuya finalidad principal consiste en la conservación y preservación del medio ambiente.

Las actuaciones biotecnológicas se centran principalmente en dos aspectos:

o   Biodegradación: Consiste en la descomposición, mediante microorganismos, de papel, pintura, textiles, hormigón e hidrocarburos.

o   Biorreparación: Se utilizan microorganismos para eliminar sustancias contaminantes del medio ambiente.

Una de las aplicaciones más interesantes de las técnicas biotecnológicas consiste en aprovechar la capacidad de biodegradación de algunas bacterias.

Un aspecto importante de biorreparación mediante microorganismos es la detoxificación y eliminación de los PCB, compuestos difíciles de degradar y muy contaminantes.

Ø  Eliminación de residuos humanos.

La eliminación de residuos constituye uno de los problemas medioambientales más graves a los que deben hacer frente los países industrializados.

Según la actividad que los origina se clasifican en:

o   Urbanos: Basuras o aguas residuales de origen urbano.

o   Industriales: Aguas residuales de la industria y compuestos altamente contaminantes.

o   Agrícolas: Residuos vegetales, insecticidas, herbicidas, fertilizantes y productos empleados en la agricultura.

Ø  Producción microbiana de compuestos biodegradables.

Los residuos plásticos constituyen un problema ecológico realmente grave, ya que muy pocos microorganismos son capaces de degradarlos.

Algunas bacterias almacenan sus reservas de carbono en forma de unos compuestos llamados poli-beta-hidroxialcanos o poli-hidroxialcanoatos (PHA), estos compuestos son verdaderos plásticos, por lo que son biodegradables.

v  Biotecnología y minería.

Hoy en día se utilizan microorganismos para la extracción de ciertos metales, uranio o petróleo. Algunas de ellas son:

o   Biolixiviación: Cuando en zonas mineras se encuentran menas metálicas con baja concentración del metal, se utilizan bacterias como Thiobacillus ferrooxidans, que provocan la Solubilización del metal o metales permitiendo su obtención a bajo coste.

o   Recuperación de petróleo cautivo: La primera parte del petróleo se extrae por la propia presión del yacimiento, y la segunda inyectando agua o gases. Con este sistema se extrae el 50% del petróleo, por lo que se inyecta a presión agua espesada con polisacáridos de origen bacteriano, llamados goma de xantano.