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son apuntes para la asignatura de microbiologia...

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APUNTES DE MICROBIOLOGÍA 2º BACHILLER PROGRAMA SELECTIVIDAD.

Estos apuntes no pretenden sustituir al libro de texto. Te recomiendo que después de estudiar este resumen consultes tu libro. Consulta las actividades e interpreta los dibujos y esquemas. Se ha pretendido que se ajuste al programa de selectividad de Andalucía, sin embargo, es un programa de contenidos mínimos.

PRINCIPALES TEMAS DEL CURRICULUM 1. Microorganismos 1. Concepto de microorganismo. 2. Criterios de clasificación de los microorganismos.Grupos principales. 3. Formas acelulares: virus. 3.1 Composición y estructura. 3.2 Ciclos de vida de los virus: lítico y lisogénico. 4. Bacterias (procariotas) 4.1 Características estructurales. 4.2 Características funcionales: Reproducción y tipos de nutrición. 5. Microorganismos eucarióticos. 5.1 Principales características de algas, hongos y protozoos. 6. Relaciones entre los microorganismos y la especie humana. 6.1. Beneficiosas. 6.2 Perjudiciales: enfermedades producidas por microorganismos en la especie humana, animales y plantas. 2. Biotecnología 2.1. Concepto. 2.2. Microorganismos utilizados en Biotecnología. 2.3. Principales técnicas empleadas en Biotecnología. 2.4. Principales aplicaciones. 2.4.1. Agricultura. 2.4.2. Farmacia y Sanidad. 2.4.3. Alimentación. 2.4.4. Procesos de interés ambiental. II. ORIENTACIONES 1. Conocer el concepto de microorganismo. 2. Analizar la diversidad de este grupo biológico. 3. Reconocer los diferentes grupos de microorganismos por sus características estructurales y funcionales y en el caso de los virus aludir a que presentan un solo tipo de ácido nucleico. 4. Describir los ciclos líticos y lisogénico de los virus y establecer las principales diferencias que existen entre ambos. 5. Conocer algunas relaciones que pueden establecerse entre los microorganismos y la especie humana distinguiendo entre inocuas, beneficiosas y perjudiciales e ilustrarlas con algún ejemplo relevante. 6. Definir biotecnología, mencionar algunos microorganismos de interés biotecnológico y conocer las técnicas empleadas en sus aplicaciones. 7. Exponer algunas aplicaciones de la biotecnología en agricultura, farmacia y sanidad, alimentación y en procesos de interés ambiental. OBSERVACIONES 1. Es conveniente resaltar que la definición de microorganismo se hace en razón de su tamaño y que los grupos que se incluyen bajo este término presentan una gran heterogeneidad.

2. Al establecer distintos grupos de microorganismos, deben destacarse las diferencias que permitan su identificación. No se trata, por tanto, de discutir pormenorizadamente la estructura y fisiología de dichos grupos. 3. Con relación a los virus debe destacarse su carácter acelular. Al exponer la composición y estructura general de los virus, es aconsejable utilizar como ejemplos el bacteriófago T4 y el virus del SIDA. El ciclo de vida de un virus puede ejemplificarse mediante el ciclo del fago . 4. El alumnado debe conocer las relaciones que establecen los microorganismos con el ser humano, así como con las plantas, los animales y el medio ambiente. Este conocimiento debe ilustrarse con ejemplos sin que ello implique necesariamente el conocimiento del nombre científico del microorganismo en cuestión. 5. No serán materia de examen de los principales temas del curriculum el apartado 2.4. .Principales aplicaciones. (2.4.1. Agricultura; 2.4.2. Farmacia y Sanidad; 2.4.3. Alimentación; 2.4.4. Procesos de interés ambiental) ni la orientación 7 .Exponer algunas aplicaciones de la biotecnología en agricultura, farmacia y sanidad, alimentación y en procesos de interés ambiental.. MODIFICACIONES AL PROGRAMA DE SELECTIVIDAD BIOTECNOLOGÍA Principales temas del curriculum 2.4. Principales aplicaciones. 2.4.1. Agricultura. 2.4.2. Farmacia y Sanidad. 2.4.3. Alimentación. 2.4.4. Procesos de interés ambiental. Orientaciones 7. Exponer algunas aplicaciones de la biotecnología en agricultura, farmacia y sanidad, alimentación y en procesos de interés ambiental. Observaciones 5. El alumnado debe conocer ejemplos de aplicación biotecnológica de los microorganismos en los campos que figuran en el apartado 2.4. En relación a los problemas de herencia mendeliana desea hacer las siguientes aclaraciones: 1. Los problemas de genética incluidos en los modelos de examen versarán sobre aspectos básicos, elementales y de aplicación directa de la herencia mendeliana. 2. Los problemas pueden ser incluidos en el examen como preguntas de razonamiento de imágenes. 3. Los problemas de pedigrí no serán materia de examen. La Ponencia desea también informar que en todos los modelos de examen al menos una pregunta es del apartado de inmunología

1. Microorganismos

1.1. Concepto de microorganismo. Los microbios o microorganismos son un extenso grupo de seres vivos que solo pueden ser observados usando el microscopio óptico o electrónico. Se pueden encontrar formas libres e independientes (bacterias, algas unicelulares, hongos unicelulares, protozoos), también se pueden encontrar en forma de colonias. Se incluye en esta definición a los virus, priones y los viroides que son entidades no celulares y microscópicas que necesitan “parasitar” formas de vida más complejas para desarrollar sus ciclos vitales. La diferencia fundamental entre estos microorganismo está en su estructura: - Bacterias son células procarióticas - Algas, hongos y protozoos son eucariotas - Los virus son estructuras acelulares - Priones y viroides son poco más que estructuras protéicas. Características generales de los microorganismos: -

EL citoplasma presenta un volumen muy pequeño y la superficie de contacto con el medio es muy grande, para poder hacer intercambios con el medio extracelular ya que al disminuir el tamaño aumenta la relación superficie/volumen. No hay una compartimentación celular que permita separar sus componentes enzimáticos, así que la pérdida de eficacia por dilución esta disminuida y su metabolismo es muy rápido y eficaz. Debido a esta rapidez metabólica y a su elevada tasa de crecimiento las bacterias y los microorganismos en general inundan las superficies con sus desechos metabólicos, alterando rápidamente los parámetros medioambientales. Precisamente estos desechos provocan una disminución progresiva de sus poblaciones conforme pasa el tiempo.

Clasificación de los microorganismos: Los estromatolitos del fondo del mar demuestran que las bacterias existieron hace unos 3.500 x 106 años. Hace unos 3000 x 106 años comenzó la fotosíntesis con la consecuente contaminación de oxígeno en la protoatmósfera haciendo que este grupo de organismos se diversificara extraordinariamente. Usando las secuencias de ARNr de las formas celulares se ha descrito un árbol filogenético que se divide en tres grandes ramas surgidas a partir de un antecesor común (LAST UNIVERSAL ANTECESOR) LUCA -

Dominio Eucaria: Son organismos eucariotas con lípidos de membrana (glicerolìpidos) y tienen además ARNr eucariótico. Dominio Bacteria: Son ceulas procarióticas con glicerlípidos de membrana y con una pared celular compuesta por NAG y NAM (n-acetil glucosamina y n-acetíl murámico). Tienen ARN bacteriano. Dominio Archaea: Son células procarióticas cuyas membranas están compuestas por lípidos isoprenoides; no tienen mureina en su pared celular y su ARN es típicamente arqueobacteriano.

Modelo típico de los años 70 -80 del siglo pasado que explica el origen de los seres vivos

Modelo actual siguiendo las pautas de la teoría Endosimbiótica y análisis de los ARNr. “LUCA” (Last universal antecesor), sería el resultado de un intercambio horizontal de genes y representa la comunidad ancestral desde donde surgieron los demás grupos de organismos. Las arqueobacterias y bacterias son tan distintas entre si como las que tienen ambos grupos respecto a las eucariotas.

Los microorganismos, por lo tanto, se distribuyen en tres reinos: Moneras (bacterias) con organización típicamente procariota, Protoctistas (protozoos,

algas y hongos mucosos) y Hongos. Los dos últimos con organización eucariota. Se incluyen también los virus, priones y viroides dentro de los microorganismos como formas acelulares.

1.2.1. Formas acelulares: virus. 1.2.1.1. Composición, estructura y actividad biológica. 1.2.1.2. Ciclos de vida de los virus: lítico y lisogénico. El término “virus” del latín “veneno” designaba a cualquier sustancia que causara daños en el organismo humano. Más tarde se les denominó “virus filtrabilis” ya que era capaz de pasar por filtros de porcelana de laboratorio, observándose tanto en enfermedades de plantas como en ganado. No fue hasta el descubrimiento del microscopio electrónico y desarrollo de la bioquímica analítica cuando se pudo estudiar su estructura y composición química. Todos los virus son formas acelulares microscópicas y están constituidos por un fragmento de ácido nucleico rodeado por una cubierta proteica. Aunque son formas muy sencillas, cada virus posee su propia información genética en forma de ADN o ARN, nunca los dos tipos juntos. Algunos autores no lo consideran formas vivas ya que necesitan obligatoriamente una célula hospedadora para poder completar su ciclo vital. Desde esta perspectiva, los virus son siempre parásitos obligados, alternando una fase extracelular inerte y una fase intracelular activa. Precisamente, dependiendo de la célula que parasite se podría clasificar a los virus en: parásitos de bacterias (bacteriófagos), parásitos de plantas y parásitos de animales. Características típicas de los virus son su pequeño tamaño (0.02 a 0.3 m de diámetro) y su simplicidad estructural.

1.2.1.1.

La partícula vírica o virión está constituida por un fragmento de ácido nucleico encerrado en una cubierta proteica denominada cápsida. Algunos están recubiertos por una envoltura membranosa lipídica que procede de la última célula hospedadora que parasitó (virus con envuelta). Otros sin embargo no poseen esta cubierta, (virus desnudos).

Virus desnudo

Virus con envuelta

El ácido nucleico de un virus puede ser ADN o ARN, mono o bicatenario, (alguna vez se ha descrito un ARN bicatenario). Este genoma puede observarse en forma circular o fragmentada (caso de la gripe).

La cápsida esta compuesta por subunidades denominadas capsómeros (subunidades estructurales compuestas a su vez por varias unidades proteicas denominadas protómeros). Las proteínas de la cápsula se organizan alrededor del ácido nucleico de tal manera que la nucleocápsida presenta una determinada estructura que caracteriza la morfología y simetría del virión. Así pues podemos clasificar a los virus dependiendo de esa simetría en: VIRUS CON SIMETR ÍA HELICOIDAL: Son alargados, constituidos por un solo tipo de proteína que se dispone helicoidalmente alrededor del ácido nucleico, como en el caso de VMT (virus del mosaico del tabaco). VIRUS CON SIMETRÍA ICOSAÉDRICA: Presenta la estructura de un icosaedro (20 caras triangulares) y cada capsómero está a su vez formado por 5 0 6 unidades proteicas (virus hepatitis A o el de la poliomielitis). VIRUS COMPLEJOS: Están constituidos por varias partes ensambladas. Cada parte a su vez puede tener distintas simetrías.(Bacteriófago, cabeza icosaédrica y tallo helicoidal)

Helicoidal (VMT)

Icosaédricos (polio)

Complejos (fago)

1.2.1.2. Mientras el virus es extracelular no es capaz de reproducirse, por lo tanto es necesario que el virión penetre en una célula hospedadora para que comience su ciclo reproductivo y que aparezcan nuevos virus. Este es el denominado ciclo LÍTICO. Sin embargo existen virus que al penetrar en las células hospedadoras, permanecen en ellas sin que aparezcan nuevas partículas víricas, estos virus siguen un ciclo LISOGÉNICO.

CICLO LÍTICO: Todos los virus que siguen este tipo de ciclo presentan en su ciclo vital una serie de etapas comunes:

1- Entrada de los virus en las células hospedadoras: Mediante receptores específicos presentes en la membrana de la célula parasitada y la cápsida o envuelta viral se produce el fenómeno de la adsorción. Algunos virus parásitos de metafitas no usan este método ya que penetran siempre por heridas o gracias a la actividad de insectos perforadores. En la fase de penetración, los bacteriófagos y ciertos tipos de virus animales se inyecta el ácido nucleico viral hacia el interior de la célula hospedadora. En otros tipos de virus se hace mediante endocitosis. Los virus con envuelta pueden pasar por fusión de su envuelta con la membrana de la célula hospedadora. http://www.biologia.edu.ar/animaciones/temas/virus/lisis2.swf (Observa esta sencilla animación en flash)

Ciclo lítico de un fago

Posteriormente, los virus que han entrado completos en las células hospedadoras, el ácido nucleico se libera mediante la rotura de la cápsida (descapsidación).

Ciclo lítico de un virus con envuelta

2- Replicación y síntesis de los componentes vírales: Una vez liberado el ácido nucleico en el citoplasma de la célula hospedadora, se produce la replicación de los componentes vírales. La maquinaria metabólica de la célula huésped se pone a disposición de los genes virales para la síntesis de las estructuras virales. - Se sintetizan proteínas del virus de replicación, proteínas estructurales de la cápsula y proteínas que intervienen en los procesos de maduración y liberación de nuevos viriones. Estos procesos se hacen en el citoplasma de la célula hospedadora. - Se replica el ácido nucleico viral en el citoplasma de la célula hospedadora (bacteriófagos, virus animales, virus vegetales con ARN excepto los retrovirus como el virus del sida. También puede replicarse el ARN viral en el núcleo de la célula hospedadora (virus con ADN tanto animales como vegetales). Los retrovirus, como el VIH, causante del síndrome de la inmunodeficiencia adquirida (SIDA), poseen dos copias de ARN monocatenario, que se replican de una forma inusual gracias a la retrotranscriptasa o transcriptasa inversa que dirige la síntesis del ADN a partir del ARN viral. 3- Maduración: Una vez sintetizados los componentes de los nuevos viriones, las cápsidas se ensamblan con el ácido nucleico. Los virus como el de la gripe tienen el genoma fragmentado; si distintos fragmentos se combinan y se encapsidan dan lugar a infecciones muy difíciles de combatir. Esto presupone una dificultad añadida para poder encontrar una vacuna definitiva.

4- Liberación: Cuando concluye el ciclo de multiplicación los nuevos viriones salen de la célula, provocando la lisis celular o por gemación. Mientras se van liberando los virus con envoltura adquieren su membrana a partir de la membrana celular del hospedador gracias a la actividad de proteínas sintetizadas por el virus. CICLO LISOGÉNICO: Lo hacen los virus que infectan a las bacterias que son virus complejos denominados fagos que no tienen envuelta. Su material genético puede ser ARN o ADN. En este ciclo se pueden observar las típicas fases de adsorción, penetración, ensamblaje y liberación mediante lisis de células hospedadoras o por gemación. Los virus denominados atemperados como el fago  que infecta a Escherichia coli, pueden incorporar su genoma al genoma bacteriano (estado de profago). A partir de este momento el genoma viral se duplicará junto a la bacteria de una forma indefinida. En un momento determinado y gracias a agentes inductores (físicos y químicos que dañan el ADN) provocan la liberación del ácido nucleico del virus que determinará la aparición de un nuevo ciclo lítico.

Ciclo lisogénico del virus del SIDA (VIH) *********

1.2.2. Formas celulares: bacterias (procariotas) y algas, protozoos y hongos (eucariotas). 1.2.2.1. Características estructurales. 1.2.2.2. Características funcionales: tipos de nutrición. EL REINO PROTOCTISTA (PROTOZOOS) Agrupa a un conjunto de organismos eucariotas, unicelulares y microscópicos. La estructura anatómica de estos grupos es muy diversa y para definirlos se hace uso de la exclusión (decir lo que no es): NO SON HONGOS (ya que estos carecen de cilios o flagelos y se reproducen por esporas) NO SON PLANTAS (puesto que estas crecen a partir de un embrión) NO SON ANIMALES (ya que estos se originan a partir de una mórula- bastulagrástrula) NO SON BACTERIAS (ya que estas son procariotas)

PROTOZOOS: Organismos microscópicos unicelulares de vida libre que viven en agua dulce o salada. Pueden ser simbiontes, parásitos o comensales. o Flagelados: Un solo núcleo, flagelado y a veces con membrana ondulante. Generalmente parásitos. Ejemplos: Lehismania (provoca la infección de leucocitos y a veces las vísceras dando la enfermedad del kala-azar). El Tripanosoma provoca la enfermedad del sueño o la enfermedad de las chagas.

o

o Ciliados: Presentan dos núcleos, el macronucleo y el micronucleo. Introducen la comida por el citostoma. Además de bipartición se ha observado fenómenos de conjugación. Generalmente de vida libre, ejemplo típico: Paramecio.

o Rizópodos. Se mueven y se alimentan mediante los pseudopodos. Vida libre en agua dulce (amebas). Algunos parásitos como le Entamoeba hystolitica. Pueden tener un caparazón silíceo (Heliozoos), o calcáreo (Foraminíferos)

o Esporozoos: Son todos parásitos y su ciclo vital está asociado al del individuo que parasita. (Plasmodium que transmite el mosquito Anospheles e infecta a los glóbulos rojos)

ALGAS Son organismos autótrofos y fotolitotrofos que dependen del agua. Realizan fotosíntesis oxigénica. Forman parte del fitoplancton y se pueden encontrar sobre cualquier superficie húmeda. También forman asociaciones simbióticas con los hongos (LÍQUENES). Todos poseen pigmentos. Pueden ser unicelulares o pluricelulares. o DINOFLAGELADOS. Formas marinas unicelulares o coloniales. Presentan toxinas que si se acumulan en los organismos filtradores, estos se convierten en tóxicos para nuestra salud (marea roja de los mejillones)

o CRISOFITOS. Flagelados unicelulares o coloniales con pigmentos dorados.

o EUGLENOFITOS. Unicelulares flagelados típico de aguas estancadas. No tienen pared celulosica así que pueden cambiar de forma. Pueden tener una nutrición autótrofa o heterótrofa.

o BACILIAROFITAS. Unicelulares de color verde pardo que a veces se encuentran en colonias. Presenta unas “valvas” parecidas a un caparazón que encajan a modo de placa “petri”, Forman parte del plancton.

o ALGAS CONJUGADAS. Generalmente formas filamentosas, de color verdoso con cloroplastos de forma estrellada ( Spirogyra, Zygnema)

o

CLOROFITOS. Color verde con clorofila a y b. Formas unicelulares microscópicas o macrocelulares (Acetabularia mediterránea). Coloniales (Volvox) .

HONGOS (Reino Fungi) Son heterótrofos unicelulares o pluricelulares siempre sin clorofila. Se reproducen tanto sexualmente como asexualmente, presentando alternancia de generaciones. Tienen una pared celular rígida compuesta por polisacáridos (quitina, glucanos etc.). Viven en ambientes muy diversos, aunque la mayoría son terrestres y son muy importantes en la mineralización de la materia orgánica. Pueden vivir en simbiosis con algas dando los líquenes y también pueden asociarse a células de las raíces de metafitas formando las micorrizas. Dependiendo de su morfología se han descrito tres grupos principales de hongos: hongos filamentosos, mucosos, y levaduras. -

Hongos filamentosos: Son los mohos que afloran en la fruta muy madura, verduras, o pan.

-

Hongos mucosos: Filogenéticamente muy separados de los anteriores. Habitan los vegetales en descomposición, alimentándose de bacterias mediante fagocitosis.

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Levaduras: Son unicelulares de forma ovoide. Se reproducen por gemación, presentando alternancia de generaciones. Habitan sobre lugares ricos en azúcares como la piel de frutos, flores y cortezas de árboles. Algunas viven en simbiosis con insectos. Algunas especies son especialmente interesantes en el mundo de la microbiología industrial

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