Resumen 1er parcial - Brock PDF

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1: MICROORGANISMOS Y 1 Las de la Hooke, van Leeuwenhoek y Cohn Robert Hooke fue el primero dedicado a observaciones los cuerpos fructificantes de los mohos, entre otras cosas, lo que representa la primera conocida de los microorganismos. Antoni van Leeuwenhoek fue la primer persona en observar bacte...

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CAPÍTULO 1: MICROORGANISMOS Y MICROBIOLOGÍA 1.6 - Las raíces históricas de la microbiología: Hooke, van Leeuwenhoek y Cohn Robert Hooke fue el primero dedicado a observaciones microscópicas. Describió los cuerpos fructificantes de los mohos, entre otras cosas, lo que representa la primera descripción conocida de los microorganismos. Antoni van Leeuwenhoek fue la primer persona en observar bacterias, que son mucho más pequeñas que los hongos. Ferdinand Cohn pensaba que todas las bacterias, incluso las que carecen de pigmentos fotosintéticos, eran parte del reino vegetal. Cohn descubrió el grupo de las bacterias que forman endoesporas (resistentes al calor). Además identificó el ciclo de vida completo de Bacillus y observó que las células vegetativas de Bacillus morían por ebullición pero no sus endoesporas. Cohn también ideó métodos simples y efectivos para evitar la contaminación de medios de cultivo estériles, como el uso de algodón para tapar los tubos y matraces.

1.7 - Pasteur y la derrota de la generación espontánea Pasteur descubrió el hongo Aspergillus solo metabolizaba un isómero del tartrato, el D-tartrato. También demostró que las levaduras eran las responsables de la fermentación, en lugar de un producto del proceso. Pasteur fue un adversario de la generación espontánea. Tras sus descubrimientos sobre la fermentación, demostró que los microorganismos encontrados en el material putrefacto derivaban de los que había en el aire y en la superficie de las superficies. Pasteur también desarrolló vacunas contra el carbunco (una enfermedad del ganado que en ocasiones afecta al hombre), el cólera aviar y la rabia.

1.8 - Koch, la enfermedad infecciosa y la microbiología de cultivo puro. Koche estudió el carbunco, que es causada por una bacteria formadora de esporas llamada Bacillus anthracis. Puso de manifiesto que la bacteria siempre estaba en la sangre de los animales infectados, pero no podía diferenciar si era causa o efecto de la misma. Utilizando ratones como modelos experimentales, demostró que si una pequeña cantidad de sangre de un ratón infectado era inyectada en un ratón sano, se provocaba rápidamente la aparición de carbunco. Tomando sangre de este segundo animal e inyectándola en otro, obtenía de nuevo síntomas de la enfermedad. Koch también demostró que cultivando la bacteria en un caldo nutritivo fuera del animal, e incluso después de muchas resiembras y transferencias de cultivo, la bacteria podía causar la enfermedad en un ratón sano. Postulados de Koch: 1

1.

El organismo causante de la enfermedad debe estar siempre presente en los animales que sufran la enfermedad y no en individuos sanos. 2. El organismo debe cultivarse en un cultivo axénico (una sola especie microbiana proveniente de una sola célula) o puro fuera del cuerpo del animal. 3. Cuando dicho cultivo se inocula al animal susceptible, debe iniciar en él los síntomas característicos de la enfermedad. 4. El organismo debe aislarse nuevamente de estos animales experimentales y cultivarse de nuevo en el laboratorio, tras lo cual debe mostrar las mismas propiedades que el organismo original. El mayor logro de Koch, por el que obtuvo el premio nobel de fisiología y medicina, fue haber identificado al microorganismo causante de la tuberculosis, Mycobacterium tuberculosis , cultivarlo y demostrar mediante sus postulados que era efectivamente el agente causal de la enfermedad.

1.9 - Diversidad microbiana y el surgimiento de la microbiología general La microbiología general incluye principalmente los aspectos no médicos de la microbiología, como los procesos metabólicos que los microorganismos llevan a cabo en el suelo y en las aguas. Martinus Beijerinck formuló la técnica del cultivo de enriquecimiento. Utilizando esta técnica, Beijerinck aisló los primeros cultivos puros de muchos de los microorganismos presentes en el suelo y el agua, como las bacterias sulfatoreductoras y oxidantes del azufre, las bacterias fijadoras de nitrógeno en los nódulos radiculares, diversas especies de Lactobacillus , algas verdes, bacterias anaerobias y muchas otras. Utilizando tecnicas de filtracion selectiva, Beijerinck puso de manifiesto que el agente infeccioso de la enfermedad del mosaico del tabaco no era una bacteria, sino algo mucho más pequeño. Con este trabajo, Beijerinck describió el primer virus y estableció los principios de la virología. Sergei Winogradsky demostró que existían determinadas bacterias relacionadas con transformaciones biogeoquímicas específicas, por ejemplo, una bacteria que interviene en el ciclo del nitrógeno no participa del ciclo del azufre, y viceversa. A lo largo de sus estudios sobre las bacterias oxidantes del azufre, Winogradsky propuso el concepto de quimiolitotrofía, es decir, la oxidación de compuestos inorgánicos acoplada a la obtención de energía utilizable. Además, llegó a la conclusión que las bacterias nitrificantes obtenian su carbono del CO2, es decir, eran autótrofas al igual que las bacterias fototrofas. Winogradsky también aisló la primer bacteria fijadora de nitrógeno, Clostridium pasteurianum , y desarrollo la noción de fijación de nitrógeno.

CAPÍTULO 2: UN BREVE VIAJE POR EL MUNDO MICROBIANO 2.5 - Elementos estructurales de las células y de los virus Todas las células poseen membrana plasmática para separar el citoplasma del medio externo. Los principales componentes disueltos en el citoplasma son macromoléculas, pequeñas moléculas orgánicas, diversos iones inorgánicos y ribosomas. La pared celular es relativamente permeable, y proporciona rigidez estructural a la célula. Las células vegetales y las de la mayoría de los microorganismos presentan paredes celulares. Los micoplasmas son bacterias que carecen de pared celular.

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Por lo general, las células microbianas son muy pequeñas, especialmente las procariotas. Un bacilo procariótico mide de 1 a 5 μm de largo por 1 μm de ancho. Los virus son una clase de microorganismo pero no son células. Un virus solo adquiere el atributo clave de los sistemas vivos (la reproducción) cuando infecta a una célula. No tienen capacidad metabólica propia y carecen de ribosomas, por lo que dependen de la maquinaria biosintética de las células que infectan para sintetizar proteínas.

2.6 - Organización del DNA en las células microbianas En las células procariotas, el DNA se presenta como una larga molécula de dos cadenas condensada en un nucleoide. Por lo general, los procariotas tiene un solo cromosoma (son haploides) y poseen pequeñas cantidades de DNA extracromosómico, los plásmidos. En células eucariotas, el DNA se encuentra dentro del núcleo en moléculas lineales empaquetadas formando los cromosomas, y son generalmente diploides.

2.7 - El árbol evolutivo de la vida La filogenia estudia las relaciones evolutivas entre los microorganismos. Las relaciones filogenéticas entre las células se pueden deducir mediante la comparación de la información genética. Las moléculas que forman los ribosomas son indicadores excelentes para determinar las relaciones evolutivas. A partir de la comparación de secuencias de los rRNA se identificaron tres líneas celulares filogenéticas distintas, denominadas dominios. Estos dominios son Bacteria y Archaea (procariotas) y Eukarya (eucariotas). El árbol filogenético revela dos hechos evolutivos importantes: (1) no todos los procariotas esta estrechamente relacionados, y (2) el dominio Archaea presenta una relación más próxima con Eukarya  que con Bacteria . Las células eucarióticas poseen genes de los dos dominios. Las mitocondrias y los cloroplastos derivan de antecesores específicos pertenecientes al dominio Bacteria . La filogenia basada en el rRNA ha dado lugar a nuevos instrumentos con aplicaciones en otras ramas de la microbiología, como la clasificación microbiana, la ecología microbiana y el diagnóstico clínico, introduciendo el concepto de especie bacteriana.

2.8 - Diversidad fisiológica de los microorganismos Todas las células requieren energía y un método que permita conservarla para otros usos. En las células la energía puede obtenerse a partir de tres fuentes: compuestos orgánicos, compuestos inorgánicos y luz.

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Los organismos que obtienen la energía a partir de compuestos químicos se denominan quimiótrofos, y los que obtienen la energía de la luz se denominan fotótrofos. ● Quimioorganótrofos Son los organismos que obtienen energía a partir de compuestos orgánicos. La energía se obtiene por oxidación del compuesto orgánico, y se conserva en forma de ATP. Algunos microorganismos solo pueden obtener energía de un compuesto orgánico cuando el oxígeno está presente, los aerobios. Los anaerobios son aquellos que solo obtienen energía en ausencia de O2. Algunos microorganismos pueden metabolizar compuestos orgánicos tanto en presencia como en ausencia de oxígeno. ● Quimiolitótrofos Son los microorganismos que aprovechan la energía disponible en los compuestos inorgánicos. Este metabolismo fue descubierto por Winogradsky y está sólo en microorganismos procarióticos, ampliamente distribuido entre especies de Bacteria  y Archaea . ● Fotótrofos Estos microorganismos contienen pigmentos que les permiten utilizar la luz como fuente de energía, por lo que sus células están intensamente coloreadas. En los procariotas existen dos tipos principales de fototrofía. La fotosíntesis oxigénica, característica en grupos como las cianobacterias, las algas y los microorganismos filogenéticamente relacionados, donde se produce O2; y la fotosíntesis anoxigénica, donde no se sintetiza O2, y es típica de las bacterias rojas y verdes. NO EXISTE LA FOTOSÍNTESIS EN ARCHAEA , SOLO EN BACTERIA Y EUKARYA. Todas las células requieren carbono como un nutriente esencial. Las células microbianas son heterótrofas si requieren uno o más compuestos orgánicos como fuente de carbono, o autótrofas si la fuente de carbono es CO2. Los microorganismos quimioorganótrofos son también heterótrofos. Muchos quimiolitótrofos y casi todos los fotótrofos son autótrofos.

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2.9 - Bacterias El dominio Bacterias contiene una enorme cantidad de procariotas. Todos los patógenos conocidos pertenecen a las Bacterias, así como miles de especies no patógenas. Hay una gran diversidad morfológica y fisiológica.

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Proteobacterias: Es la división más amplia dentro de las bacterias . Dentro de Proteobacterias se encuentran organismos quimioorganotrofas como Escherichia Coli , varias especies de fotótrofos y quimiolitótrofos. Especies de Pseudomonas , Azotobacter y patógenos como Salmonella, Rickettsia , Neisseria y muchas otras también pertenecen a las proteobacterias. Además, de esta división proceden las mitocondrias incorporadas por endosimbiosis. Grampositivas: Estas bacterias comparten una filogenia común y una pared celular de estructura similar. Pertenecen a este grupo los Bacillus formadores de endosporas, Clostridium y otras bacterias formadoras de endosporas como Streptomyces . También forman parte las bacterias del ácido láctico como Streptococcus y Lactobacillus . Los micoplasmas son bacterias carentes de pared celular pero que comparten filogenia con las grampositivas. Cianobacterias: Están filogenéticamente relacionadas con las grampositivas y son fotótrofos oxigénicos. Los cloroplastos de los eucariotas fotótrofos están relacionados con las cianobacterias. Estas bacterias fueron los primeros fotótrofos oxigénicos que aparecieron sobre la Tierra. Se conocen muchas formas de cianobacterias, con morfología unicelular, filamentosa, colonial o con formas especializadas que contienen heterocistos, que llevan a cabo la fijación de nitrógeno. Otras líneas importantes: Las especies con morfologías especiales, como los grupos Planctomyces, caracterizado por células con un pedúnculo peculiar que permite la fijación al sustrato, y las Spirochaetes . Las bacterias verdes del azufre y las bacterias verdes no del azufre (grupo Chloroflexus ) son dos líneas fotótrofas. Ambas contienen pigmentos fotosintéticos similares. 5

El género Chlamydia agrupa patógenos del aparato respiratorio y de transmisión sexual. Las clamidias son parásitos intracelulares estrictos, viven dentro de la célula. La línea de Deinococcus contiene especies poco comunes y una singular resistencia a altos niveles de radiación.

2.10 - Arqueas Existen dos subdivisiones importantes dentro de este dominio, Euryarchaeotas y Crenarchaeotas . La mayoría de los microorganismos pertenecientes a las arqueas son extremófilos, siendo capaces de crecer a mayores temperaturas, salinidades y valores extremos de pH de entre todos los organismos conocidos. Aunque todas las arqueas son quimiótrofas, Halobacterium puede usar la luz para sintetizar ATP, aunque de manera muy distinta de los fotótrofos típicos. La quimiolitotrofía está ampliamente distribuida entre las especies termófilas de arqueas. ● Euryarchaeotas: Contiene tres grupos que muestran notables diferencias fisiológicas: los metanógenos, los halófilos extremos y los termoacidófilos. Los metanógenos como Methanobacterium son anaerobios estrictos, y su metabolismo es único porque obtiene energía durante la producción de metano. La mayor parte del gas natural de la Tierra es el resultado de su metabolismo. Los halófilos extremos son fisiológicamente distintos a los metanógenos. Los halófilos necesitan oxígeno, y comparten la necesidad de concentraciones de NaCl muy elevadas para llevar a cabo su metabolismo y reproducción. Los organismos de tipo Halobacterium son tan halófilos que solo pueden crecer asociados a cristales de sal. Halobacterium contiene pigmentos fotosintéticos (no clorofila) que pueden absorber la luz y sintetizar ATP. El tercer grupo es el de los termoacidófilos, que incluye microorganismos como Thermoplasma, un organismo que no posee pared celular. En este grupo también se encuentra Picrophilus, que es el procariota más acidófilo de todos los conocidos. ● Crenarchaeotas: Son microorganismos quimiótrofos que viven en ambientes de temperaturas muy elevadas como fuentes termales o chimeneas hidrotermales de los océanos (son hipertermófilos). En su mayoría son anaerobios, pues debido a las altas temperaturas de sus hábitats son típicamente anóxicos. Algunos crenarchaeotas se encuentran en medios muy distintos a ambientes de temperatura elevada, como las corrientes en mar abierto, el suelo, y las aguas dulces.

2.11 - Microorganismos eucarióticos El dominio Eukarya f orma una larga línea evolutiva que culmina con las plantas y los animales. Algunas de las ramas más antiguas de Eukarya están formadas por organismos estructuralmente sencillos que carecen de mitocondrias y otros organulos importantes. La mayoría de estos 6

eucariotas primitivos son incapaces de vivir en estado libre e independiente y parasitan al hombre y otros animales. En conjunto, los microorganismos eucarióticos se denominan protistas . Dentro de los protistas se engloba a las algas, los protozoos y los hongos microscópicos. Algunos protistas son fotótrofos, poseen cloroplastos y pueden vivir en medios naturales. Las algas habitan suelos y medios acuáticos. Los hongos carecen de pigmentos fotosintéticos y pueden ser unicelulares (levaduras) o filamentosos (mohos). Son los principales agentes de biodegradación en la naturaleza. Las células de algas y hongos presentan paredes celulares, pero las de protozoos no. La mayoría de los protozoos son móviles, y muchas especies se distribuyen en ambientes acuáticos y como patógenos del hombre y otros animales. Los hongos mucosos se parecen a los protozoos por ser móviles y carecer de pared celular, pero difieren en su filogenia y por el hecho de que sus células pasan por un ciclo de vida en que las células móviles se agregan formando una estructura pluricelular llamada cuerpo fructificante, que origina esporas que se convertirán en nuevas células móviles. Los líquenes son estructuras laminares que crecen sobre rocas, árboles y otras superficies. Son un ejemplo de mutualismo, en el que dos organismos viven juntos para beneficio de ambos. Los líquenes están formados por un hongo y un microorganismo fotótrofo que puede ser un alga (eucariota) o una cianobacteria (procariota).

CAPÍTULO 4: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN CELULAR EN BACTERIAS Y ARQUEAS 4.1 Morfología celular Las bacterias con morfología esférica u ovoide se denominan cocos, y cuando tienen forma alargada se llaman bacilos . Algunos bacilos se curvan de forma espiral y entonces se denominan espirilos . Los bacilos pueden tener distintos largos y anchos, y los bacilos ovoides se denominan cocobacilos . Las células de muchos procariotas se mantienen juntas después de la división, como los estreptococos que forman una larga cadena, o los estafilococos, que forman conjuntos como racimos de uvas. La morfología dice poco acerca de otras propiedades similares. Por ejemplo, un bacilo de Archaea es muy similar a un bacilo de Bacteria , aunque pertenecen a dos dominios filogenéticos.

4.3 - Membrana citoplasmática en bacterias y arqueas 7

Las membranas eucariotas, a diferencia de las procariotas, poseen esteroles. Los esteroles si están presentes en bacterias metanótrofas y los micoplasmas, pero en ningún otro procariota. La presencia de esteroles en las membranas aporta rigidez, favoreciendo su estabilización. En muchas especies del dominio Bacteria se encuentran los hopanoides, moléculas similares a los esteroles eucariotas. No se encontraron hopanoides en Archaea . Los lípidos de membrana en Bacteria y Eukarya son diferentes a los de Archaea . En los dos primeros, el glicerol se une a los ácidos grasos por enlace éster, mientras que los lípidos de Archaea poseen enlaces éter. Además, las membranas de Archaea carecen de ácidos grasos, y en su lugar tienen cadenas laterales compuestas por unidades repetitivas de isopreno. Los principales lípidos en Archaea son diéteres (denominados grupos fitano) y tetraéteres de glicerol. En los lípidos con tetraéter, las cadenas de fitano están unidas covalentemente formando una monocapa lipídica en lugar de una bicapa. Las monocapas son muy resistentes a la degradación.

4.5 - Transporte y sistemas de transporte En procariotas se presentan al menos tres sistemas de transporte: el transporte simple, la translocación de grupo, y el sistema ABC. El transporte simple implica sólo una proteína transmembrana, la translocación de grupo requiere una serie de proteínas que cooperan en el sistema de transporte, y el sistema ABC consta de tres componentes (una proteína de unión al sustrato, un transportador integrado en la membrana y una proteína que hidroliza ATP). Las proteínas transportadoras contienen 12 dominios hélice α, y están relacionadas evolutivamente entre sí. E. coli incorpora lactosa por transporte simple mediante el simportador permeasa Lac. La acumulacion de lactosa en el citoplasma se produce a expensas de un gasto de energía. En la translocación de grupo, la sustancia transportada resulta químicamente modificada durante el transporte, como el transporte de los azúcares glucosa, manosa y fructosa en E. coli , que son modificados por el sistema de la fosfotransferasa.

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Cinco proteínas son necesarias para llevar a cabo el transporte de un azúcar determinado. El azúcar es fosforilado durante el proceso de transporte. La energía utilizada por este sistema proviene del fosfoenol piruvato. En el periplasma de las bacterias gramnegativas se encuentran las proteínas periplásmicas de unión. Los sistemas de transporte que utilizan estas proteínas junto con un transportador de membrana y con proteínas hidolizadoras de ATP se denominan sistemas de transporte ABC. Las proteínas periplásmicas de unión presentan una alta afinidad de sustrato, pudiendo unirse a los mismos aun en muy bajas concentraciones. Las bacterias grampositivas no poseen periplasma pero si tienen sistemas ABC. En este caso, las proteínas específicas de unión al sustrato se anclan en la cara externa de la membrana citoplasmática.

4.6 - La pared celular de bacterias: el peptidoglicano L...