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4.2: Clasificación de procariotas y ejemplos - Biología

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Objetivos de aprendizaje

  • Explicar cómo se clasifican los procariotas, qué criterios se utilizan para ayudar a agruparlos en filo.
  • Resalta algunos procariotas interesantes y diversos.

Taxonomía y sistemática

Asignar procariotas a una determinada especie es un desafío. No se reproducen sexualmente, por lo que no es posible clasificarlos según la presencia o ausencia de mestizaje. Además, no tienen muchas características morfológicas. Tradicionalmente, la clasificación de los procariotas se basaba en su forma, patrones de tinción y diferencias bioquímicas o fisiológicas. Más recientemente, a medida que la tecnología ha mejorado, las secuencias de nucleótidos en los genes (particularmente el ARNr) se han convertido en un criterio importante de clasificación microbiana.

En 1923, el microbiólogo estadounidense David Hendricks Bergey (1860-1937) publicó Un manual en bacteriología determinante. Con este manual, intentó resumir la información sobre los tipos de bacterias conocidas en ese momento, utilizando la clasificación binomial latina. Bergey también incluyó las propiedades morfológicas, fisiológicas y bioquímicas de estos organismos. Su manual se ha actualizado varias veces para incluir bacterias más nuevas y sus propiedades. Es una gran ayuda en taxonomía bacteriana y métodos de caracterización de bacterias. Una publicación hermana más reciente, los cinco volúmenes Manual de Bergey de bacteriología sistemática, amplía el manual original de Bergey. Incluye una gran cantidad de especies adicionales, junto con descripciones actualizadas de la taxonomía y las propiedades biológicas de todos los taxones procarióticos nombrados. Esta publicación incorpora los nombres aprobados de bacterias según lo determinado por la Lista de nombres procarióticos con posición en la nomenclatura (LPSN). También se puede encontrar como documento vivo, disponible mediante suscripción, para intentar mantenerlo lo más actualizado posible.

Clasificación por patrones de tinción

Según sus patrones de tinción, que dependen de las propiedades de sus paredes celulares, las bacterias se han clasificado tradicionalmente en grampositivas, gramnegativas y "atípicas", es decir, ni grampositivas ni gramnegativas. Como se explicó anteriormente, las bacterias grampositivas poseen una pared celular espesa de peptidoglicano que retiene la tinción primaria (violeta cristal) durante la etapa de decoloración; permanecen púrpuras después del procedimiento de tinción de Gram porque el cristal violeta domina el color rojo claro / rosa de la contratinción secundaria, safranina. Por el contrario, las bacterias gramnegativas poseen una fina pared celular de peptidoglicano que no evita que el cristal violeta se lave durante la etapa de decoloración; por lo tanto, aparecen de color rojo claro / rosa después de la tinción con safranina. Las bacterias que no pueden teñirse con el procedimiento estándar de tinción de Gram se denominan bacterias atípicas. Incluidas en la categoría atípica están las especies de Micoplasma y Clamidia, que carecen de pared celular y, por lo tanto, no pueden retener los reactivos de tinción de Gram. Rickettsia también se consideran atípicos porque son demasiado pequeños para ser evaluados por la tinción de Gram.

Más recientemente, los científicos han comenzado a clasificar mejor las bacterias gramnegativas y grampositivas. Han agregado un grupo especial de bacterias de ramificación profunda basado en una combinación de características fisiológicas, bioquímicas y genéticas. Ahora también clasifican aún más las bacterias gramnegativas en proteobacterias, Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides (CFB) y espiroquetas.

Se cree que las bacterias de ramificación profunda son una forma evolutiva muy temprana de bacterias. Viven en condiciones cálidas, ácidas, expuestas a la luz ultravioleta y anaeróbicas (privadas de oxígeno). Las proteobacterias son un filo de muy diversos grupos de bacterias gramnegativas; incluye algunos patógenos humanos importantes (por ejemplo, E. coli y Bordetella pertussis). El grupo de bacterias CFB incluye componentes de la microbiota intestinal humana normal, como Bacteroides. Las espiroquetas son bacterias en forma de espiral e incluyen el patógeno Treponema pallidum, que causa la sífilis. Caracterizaremos estos grupos de bacterias con más detalle más adelante en esta sección.

Según su prevalencia de nucleótidos de guanina y citosina, las bacterias grampositivas también se clasifican en bacterias grampositivas de baja G + C y alta G + C. Las bacterias grampositivas bajas en G + C tienen menos del 50% de nucleótidos de guanina y citosina en su ADN. Incluyen patógenos humanos, como los que causan ántrax (Bacillus Anthracis), tétanos (Clostridium tetani) y listeriosis (Listeria monocytogenes). Las bacterias grampositivas con alto contenido de G + C, que tienen más del 50% de nucleótidos de guanina y citosina en su ADN, incluyen las bacterias que causan la difteria (Corynebacterium diphtheriae), tuberculosis (Tuberculosis micobacteriana) y otras enfermedades.

Sin embargo, al usar estas dos descripciones, solo se obtendrán pequeñas cantidades de separación, por lo que el microbiólogo recurrirá a otras dos descripciones: la interacción de los microbios con el oxígeno gaseoso o su dependencia del mismo, y su principal modo de obtención de nutrientes (ambos descritos con más detalle en los capítulos 7 y 8). ). Las clasificaciones de los procariotas cambian constantemente a medida que se descubren nuevas especies y sale a la luz nueva información. En la siguiente sección se incluyen algunos aspectos destacados de los diferentes grupos principales y filo de los dominios Bacterial y Archaeal.

Ejercicio ( PageIndex {1} )

¿Qué características utilizan los científicos para clasificar los procariotas?

Proteobacterias

En 1987, el microbiólogo estadounidense Carl Woese (1928-2012) sugirió que un grupo grande y diverso de bacterias al que llamó "bacterias púrpuras y sus parientes" debería definirse como un filo separado dentro del dominio Bacteria según la similitud del nucleótido. secuencias en su genoma.1 Este filo de bacterias gramnegativas recibió posteriormente el nombre de Proteobacterias. Incluye muchas bacterias que forman parte de la microbiota humana normal, así como muchos patógenos. Las Proteobacterias se dividen en cinco clases: Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Deltaproteobacteria y Epsilonproteobacteria.

Las alfaproteobacterias incluyen parásitos intracelulares

Entre las Alphaproteobacteria hay dos taxones, clamidias y rickettsias, que son patógenos intracelulares obligados, lo que significa que parte de su ciclo de vida debe ocurrir dentro de otras células llamadas células huésped. Cuando no crece dentro de una célula huésped, Clamidia y Rickettsia son metabólicamente inactivos fuera de la célula huésped. No pueden sintetizar su propio trifosfato de adenosina (ATP) y, por lo tanto, dependen de las células para sus necesidades energéticas.

Rickettsia spp. incluyen una serie de patógenos humanos graves. Por ejemplo, R. rickettsii causa la fiebre maculosa de las Montañas Rocosas, una forma potencialmente mortal de meningoencefalitis (inflamación de las membranas que envuelven el cerebro). R. rickettsii infecta a las garrapatas y puede transmitirse a los humanos a través de la picadura de una garrapata infectada (Figura ( PageIndex {1} )). Otra especie de Rickettsia, R. prowazekii, se transmite por piojos. Provoca tifus epidémico, una enfermedad infecciosa grave común durante la guerra y las migraciones masivas de personas. prowazekii infecta las células del endotelio humano, provocando inflamación del revestimiento interno de los vasos sanguíneos, fiebre alta, dolor abdominal y, a veces, delirio. Un pariente, R. typhi, causa una enfermedad menos grave conocida como tifus murino o endémico, que todavía se observa en el suroeste de los Estados Unidos durante las estaciones cálidas.

Clamidia es otro taxón de Alphaproteobacteria. Los miembros de este género son extremadamente resistentes a las defensas celulares, lo que les da la capacidad de propagarse rápidamente de un huésped a otro a través de cuerpos elementales. Los cuerpos elementales metabólica y reproductivamente inactivos son la forma similar a una endospora de bacterias intracelulares que ingresan a una célula epitelial, donde se vuelven activas. La figura ( PageIndex {2} ) ilustra el ciclo de vida de Clamidia. C. trachomatis es un patógeno humano que causa tracoma, una enfermedad de los ojos, que a menudo conduce a la ceguera. trachomatis también causa la enfermedad de transmisión sexual linfogranuloma venéreo (LGV). Esta enfermedad suele ser levemente sintomática y se manifiesta como inflamación de los ganglios linfáticos regionales, o puede ser asintomática, pero es extremadamente contagiosa y común en los campus universitarios.

Las betaproteobacterias incluyen otras bacterias infecciosas familiares

A diferencia de las alfaproteobacterias, que sobreviven con una cantidad mínima de nutrientes, las betaproteobacterias de la clase son eutrofas (o copiotrofas), lo que significa que requieren una gran cantidad de nutrientes orgánicos. Las betaproteobacterias a menudo crecen entre áreas aeróbicas y anaeróbicas (por ejemplo, en los intestinos de los mamíferos). Algunos géneros incluyen especies que son patógenos humanos, capaces de causar enfermedades graves, a veces potencialmente mortales. El patógeno responsable de la pertusis (tos ferina) también es miembro de Betaproteobacteria. La bacteria Bordetella pertussis, del orden Burkholderiales, produce varias toxinas que paralizan el movimiento de los cilios en el tracto respiratorio humano y dañan directamente las células del tracto respiratorio, provocando una tos intensa.

El genero Neisseria, por ejemplo, incluye las bacterias N. gonorrhoeae, el agente causante de la gonorrea por ITS, y N. meningitides, el agente causante de la meningitis bacteriana. Neisseria son cocos que viven en las superficies mucosas del cuerpo humano. Son exigentes o difíciles de cultivar y requieren altos niveles de humedad, suplementos de nutrientes y dióxido de carbono. También, Neisseria son microaerofílicos, lo que significa que requieren bajos niveles de oxígeno. Para un crecimiento óptimo y con fines de identificación, Neisseria spp. se cultivan en agar chocolate (es decir, agar suplementado con glóbulos rojos parcialmente hemolizados). Su patrón característico de crecimiento en cultivo es diplocócico: pares de células que se asemejan a los granos de café (Figura ( PageIndex {3} )).

Gammaproteobacteria

La clase más diversa de bacterias gramnegativas es Gammaproteobacteria, e incluye varios patógenos humanos. Por ejemplo, una familia numerosa y diversa, Pseudomonáceas, incluye el género Pseudomonas. Dentro de este género está la especie P. aeruginosa, un patógeno responsable de diversas infecciones en diversas regiones del cuerpo. A menudo infecta heridas y quemaduras, puede ser la causa de infecciones crónicas del tracto urinario y puede ser una causa importante de infecciones respiratorias en pacientes con fibrosis quística o pacientes con ventiladores mecánicos. Infecciones por P. aeruginosa a menudo son difíciles de tratar porque la bacteria es resistente a muchos antibióticos y tiene una notable capacidad para formar biopelículas. Otros representantes de Pseudomonas incluir la bacteria fluorescente (brillante) P. fluorescens y las bacterias del suelo P. putida, que es conocido por su capacidad para degradar los xenobióticos (sustancias que no se producen de forma natural ni se encuentran en los organismos vivos).

Otro miembro famoso es E. coli ha sido quizás la bacteria más estudiada desde que fue descrita por primera vez en 1886 por Theodor Escherich (1857-1911). Muchas cepas de E. coli están en relaciones mutualistas con los humanos. Sin embargo, algunas cepas producen una toxina potencialmente mortal llamada toxina Shiga, que perfora las membranas celulares del intestino grueso, provocando diarrea sanguinolenta y peritonitis (inflamación de los revestimientos internos de la cavidad abdominal). Otro E. coli Las cepas pueden causar diarrea del viajero, una enfermedad menos grave pero muy extendida. Los géneros Pasteruella, Legionella, Haemophilus y Salmonela.

El orden Vibrionales incluye el patógeno humano. Vibrio cholerae. Esta bacteria acuática en forma de coma prospera en ambientes altamente alcalinos como lagunas poco profundas y puertos marítimos. Una toxina producida por V. cholerae provoca una hipersecreción de electrolitos y agua en el intestino grueso, lo que provoca una diarrea acuosa abundante y deshidratación. V. parahaemolyticus es también una causa de enfermedad gastrointestinal en humanos, mientras que V. vulnificus causa celulitis grave y potencialmente mortal (infección de la piel y tejidos más profundos) e infecciones de transmisión sanguínea. Otro representante de Vibrionales, Aliivibrio fischeri, entabla una relación simbiótica con el calamar. El calamar proporciona nutrientes para que las bacterias crezcan y las bacterias producen bioluminiscencia que protege al calamar de los depredadores (Figura ( PageIndex {4} )).

Deltaproteobacteria incluye potencialmente útil una dispersión de bacterias útiles

La Deltaproteobacteria es una pequeña clase de proteobacterias gramnegativas que incluye bacterias reductoras de sulfato (SRB), llamadas así porque usan sulfato como aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones. Pocos SRB son patógenos. Sin embargo, la SRB Desulfovibrio orale está asociado con la enfermedad periodontal (enfermedad de las encías).

Deltaproteobacteria también incluye el género Bdellovibrio, especies de las cuales son parásitos de otras bacterias gramnegativas. Bdellovibrio invade las células de la bacteria huésped, ubicándose en el periplasma, el espacio entre la membrana plasmática y la pared celular, alimentándose de las proteínas y polisacáridos del huésped. La infección es letal para las células huésped.

Otro tipo de deltaproteobacterias, las mixobacterias, vive en el suelo, eliminando compuestos inorgánicos. Móviles y muy sociables, interactúan con otras bacterias dentro y fuera de su propio grupo. Pueden formar “cuerpos fructíferos” multicelulares y macroscópicos (Figura ( PageIndex {5} )), estructuras que aún están siendo estudiadas por biólogos y ecologistas bacterianos.2 Estas bacterias también pueden formar mixosporas metabólicamente inactivas.

Epsilonproteobacteria incluye patógenos gastrointestinales familiares

La clase más pequeña de Proteobacteria es Epsilonproteobacteria, que son bacterias microaerofílicas gramnegativas (lo que significa que solo requieren pequeñas cantidades de oxígeno en su entorno). Dos géneros clínicamente relevantes de Epsilonproteobacteria son Campylobacter y Helicobacter, los cuales incluyen patógenos humanos. Campylobacter puede causar una intoxicación alimentaria que se manifiesta como una enteritis grave (inflamación del intestino delgado). Esta condición, causada por la especie C. jejuni, es bastante común en los países desarrollados, generalmente debido al consumo de productos avícolas contaminados. Los pollos a menudo albergan C. jejuni en su tracto gastrointestinal y heces, y su carne puede contaminarse durante el procesamiento.

Dentro del género Helicobacter, la bacteria helicoidal flagelada H. pylori se ha identificado como un miembro beneficioso de la microbiota del estómago, pero también es la causa más común de gastritis crónica y úlceras de estómago y duodeno (Figura ( PageIndex {6} )). Los estudios también han demostrado que H. pylori está relacionado con el cáncer de estómago.3 H. pylori es algo inusual en su capacidad para sobrevivir en el ambiente altamente ácido del estómago. Produce ureasa y otras enzimas que modifican su entorno para hacerlo menos ácido.

Bacterias gramnegativas no proteicobacterias y bacterias fototróficas

La mayoría de las bacterias gramnegativas pertenecen al filo Proteobacteria, discutido en la sección anterior. Aquellos que no lo hacen se llaman nonproteobacteria. En esta sección, describiremos tres clases de no prototeobacterias gramnegativas: las espiroquetas, el grupo CFB y los planctomicetos. Un grupo diverso de bacterias fototróficas que incluye proteobacterias y no proteobacterias se discutirá al final de esta sección.

Espiroquetas

Varios géneros de espiroquetas incluyen patógenos humanos. Por ejemplo, el género Treponema incluye una especie T. pallidum, que se clasifica además en cuatro subespecies: T. pallidum pallidum, T. pallidum pertenue, T. pallidum carateum, y T. pallidum endemicum. La subespecie T. pallidum pallidum causa la infección de transmisión sexual conocida como sífilis, la tercera infección bacteriana de transmisión sexual más prevalente en los Estados Unidos, después de la clamidia y la gonorrea. Las otras subespecies de T. pallidum Causan enfermedades infecciosas tropicales de la piel, los huesos y las articulaciones.

Otro género de espiroquetas, Borrelia, contiene una serie de especies patógenas. B. burgdorferi causa la enfermedad de Lyme, que es transmitida por varios géneros de garrapatas (en particular Ixodes y Amblyomma) y a menudo produce una erupción en "ojo de buey", fiebre, fatiga y, a veces, artritis debilitante. recurre provoca una afección conocida como fiebre recurrente.

Las espiroquetas se caracterizan por sus cuerpos largos (hasta 250 μm) en forma de espiral. La mayoría de las espiroquetas también son muy delgadas, lo que dificulta el examen de preparaciones teñidas con Gram bajo un microscopio de campo claro convencional. En su lugar, se suele utilizar microscopía fluorescente de campo oscuro. Las espiroquetas también son difíciles o incluso imposibles de cultivar. Son muy móviles y utilizan su filamento axial para impulsarse. El filamento axial es similar a un flagelo, pero envuelve la célula y corre dentro del cuerpo celular de una espiroqueta en el espacio periplásmico entre la membrana externa y la membrana plasmática (Figura ( PageIndex {7} )).

Bacterias fototróficas

Las bacterias fototróficas son una categoría grande y diversa de bacterias que no representan un taxón sino, más bien, un grupo de bacterias que utilizan la luz solar como su principal fuente de energía. Este grupo contiene tanto proteobacterias como no proteobacterias. Usan energía solar para sintetizar ATP a través de la fotosíntesis. Cuando producen oxígeno, realizan la fotosíntesis oxigenada. Cuando no producen oxígeno, realizan la fotosíntesis anoxigénica. Con la excepción de algunas cianobacterias, la mayoría de las bacterias fototróficas realizan la fotosíntesis anoxigénica.

Un gran grupo de bacterias fototróficas incluye las bacterias moradas o verdes que realizan la fotosíntesis con la ayuda de las bacterioclorofilas, que son pigmentos verdes, morados o azules similares a la clorofila en las plantas. Algunas de estas bacterias tienen una cantidad variable de pigmentos rojos o anaranjados llamados carotenoides. Su color varía de naranja a rojo, de púrpura a verde (Figura ( PageIndex {8} )), y son capaces de absorber luz de varias longitudes de onda. Tradicionalmente, estas bacterias se clasifican en bacterias azufradas y no azufradas; se diferencian aún más por el color. Las bacterias del azufre realizan la fotosíntesis anoxigénica, utilizando sulfitos como donantes de electrones y liberando azufre elemental libre. Las bacterias que no contienen azufre utilizan sustratos orgánicos, como el succinato y el malato, como donantes de electrones.

Otro grupo grande y diverso de bacterias fototróficas componen el filo Cyanobacteria; obtienen su color azul verdoso de la clorofila contenida en sus células (Figura ( PageIndex {9} )). Las especies de este grupo realizan la fotosíntesis oxigenada, produciendo megatones de oxígeno gaseoso. Los científicos plantean la hipótesis de que las cianobacterias desempeñaron un papel fundamental en el cambio de la atmósfera anóxica de nuestro planeta hace 1–2 mil millones de años al entorno rico en oxígeno que tenemos hoy.4 Las cianobacterias tienen otras propiedades notables. Sorprendentemente adaptables, prosperan en muchos hábitats, incluidos los entornos marinos y de agua dulce, el suelo e incluso las rocas. Pueden vivir en una amplia gama de temperaturas, incluso en las temperaturas extremas de la Antártida. Pueden vivir como organismos unicelulares o en colonias, y pueden ser filamentosos, formando vainas o biopelículas. Muchos de ellos fijan nitrógeno, convirtiendo el nitrógeno molecular en nitritos y nitratos que pueden utilizar otras bacterias, plantas y animales. Las reacciones de fijación de nitrógeno ocurren en células especializadas llamadas heterocistos.

Actinobacterias: bacterias grampositivas con alto contenido de G + C

El nombre Actinobacteria proviene de las palabras griegas para rayos y varilla pequeña, pero las Actinobacterias son muy diversas. Su apariencia microscópica puede variar desde varillas ramificadas filamentosas delgadas hasta cocobacilos. Algunas actinobacterias son muy grandes y complejas, mientras que otras se encuentran entre los organismos vivos independientes más pequeños. La mayoría de las Actinobacterias viven en el suelo, pero algunas son acuáticas. La gran mayoría son aeróbicos. Una característica distintiva de este grupo es la presencia de varios peptidoglicanos diferentes en la pared celular.

El genero Actinomyces es un representante muy estudiado de Actinobacteria. Actinomyces spp. juegan un papel importante en la ecología del suelo y algunas especies son patógenos humanos. Un numero de Actinomyces spp. habitan la boca humana y son patógenos oportunistas, que causan enfermedades infecciosas como periodontitis (inflamación de las encías) y abscesos orales. Las especies A. israelii es un anaerobio conocido por causar endocarditis (inflamación del revestimiento interno del corazón). Mycobacterium está representado por bacilos cubiertos con una capa de ácido micólico. Esta capa cerosa protege a las bacterias de algunos antibióticos, evita que se sequen y bloquea la penetración de los reactivos de tinción de Gram. Debido a esto, se utiliza un procedimiento especial de tinción ácido-resistente para visualizar estas bacterias. El genero Mycobacterium es una causa importante de un grupo diverso de enfermedades infecciosas. M. tuberculosis es el agente causante de la tuberculosis, una enfermedad que afecta principalmente a los pulmones pero que también puede infectar otras partes del cuerpo. Se ha estimado que un tercio de la población mundial ha sido infectada con M. tuberculosis y cada año se producen millones de nuevas infecciones. Tratamiento de M. tuberculosis es un desafío y requiere que los pacientes tomen una combinación de medicamentos durante un tiempo prolongado. Para complicar aún más el tratamiento, se encuentra el desarrollo y la propagación de cepas de este patógeno resistentes a múltiples fármacos. Otra especie patógena, M. leprae, es la causa de la enfermedad de Hansen (lepra), una enfermedad crónica que afecta los nervios periféricos y la integridad de la piel y la superficie mucosa del tracto respiratorio. La pérdida de la sensación de dolor y la presencia de lesiones cutáneas aumentan la susceptibilidad a lesiones secundarias e infecciones por otros patógenos.

Grupos de bacterias grampositivas bajas en G + C

Las bacterias grampositivas bajas en G + C tienen menos del 50% de guanina y citosina en su ADN, y este grupo de bacterias incluye varios géneros de bacterias que son patógenas.

Clostridios

Una clase grande y diversa de bacterias grampositivas bajas en G + C es la Clostridia. El género mejor estudiado de esta clase es Clostridium. Estas bacterias en forma de bastón son generalmente anaerobios obligados que producen endosporas y se pueden encontrar en hábitats anaeróbicos como el suelo y los sedimentos acuáticos ricos en nutrientes orgánicos. Las endosporas pueden sobrevivir durante muchos años.

Clostridium spp. producen más tipos de toxinas proteicas que cualquier otro género bacteriano, y varias especies son patógenos humanos. perfringens es la tercera causa más común de intoxicación alimentaria en los Estados Unidos y es el agente causante de una enfermedad aún más grave llamada gangrena gaseosa. La gangrena gaseosa ocurre cuando C. perfringens las endosporas entran en una herida y germinan, convirtiéndose en células bacterianas viables y produciendo una toxina que puede causar la necrosis (muerte) del tejido. tetani, que causa el tétanos, produce una neurotoxina que puede ingresar a las neuronas, viajar a regiones del sistema nervioso central donde bloquea la inhibición de los impulsos nerviosos involucrados en las contracciones musculares y causar una parálisis espástica potencialmente mortal. botulínico produce neurotoxina botulínica, la toxina biológica más letal conocida. La toxina botulínica es responsable de casos raros pero frecuentemente fatales de botulismo. La toxina bloquea la liberación de acetilcolina en las uniones neuromusculares, provocando parálisis flácida. En concentraciones muy pequeñas, la toxina botulínica se ha utilizado para tratar patologías musculares en humanos y en un procedimiento cosmético para eliminar arrugas. difícil es una fuente común de infecciones adquiridas en el hospital (Figura ( PageIndex {10} )) que puede resultar en casos graves e incluso fatales de colitis (inflamación del intestino grueso). Las infecciones ocurren a menudo en pacientes que están inmunodeprimidos o que reciben terapia con antibióticos que altera la microbiota normal del tracto gastrointestinal.

Lactobacillales

El orden Lactobacillales comprende bacterias grampositivas bajas en G + C que incluyen tanto bacilos como cocos en los géneros Lactobacillus, Leuconostoc, Enterococcus, y Estreptococo. Las bacterias de los últimos tres géneros son típicamente esféricas u ovoides y a menudo forman cadenas.

Estreptococo, cuyo nombre proviene de la palabra griega para cadena retorcida, es responsable de muchos tipos de enfermedades infecciosas en humanos. Las especies de este género, a menudo denominadas estreptococos, generalmente se clasifican por serotipos llamados grupos de Lancefield y por su capacidad para lisar los glóbulos rojos cuando se cultivan en agar sangre.

S. pyogenes pertenece al grupo A de Lancefield, β-hemolítico Estreptococo. Esta especie se considera un patógeno piógeno debido a la producción de pus asociada que se observa con las infecciones que causa (Figura ( PageIndex {11} )). S. pyogenes es la causa más común de faringitis bacteriana (faringitis estreptocócica); también es una causa importante de diversas infecciones de la piel que pueden ser relativamente leves (p. ej., impétigo) o potencialmente mortales (p. ej., fascitis necrotizante, también conocida como enfermedad carnívora), potencialmente mortales.

Bacilos

El nombre de la clase Bacilli sugiere que está formada por bacterias que tienen forma de bacilo, pero es una clase morfológicamente diversa que incluye géneros en forma de bacilo y cocccus. Entre los muchos géneros de esta clase hay dos que son muy importantes clínicamente: Bacilo y Estafilococo. Bacterias del género Bacilo tienen forma de bacilo y pueden producir endosporas. Incluyen aerobios o anaerobios facultativos. Un numero de Bacilo spp. se utilizan en diversas industrias, incluida la producción de antibióticos (por ejemplo, barnasa), enzimas (por ejemplo, alfa-amilasa, endonucleasa de restricción BamH1) y detergentes (por ejemplo, subtilisina).

Dos patógenos notables pertenecen al género Bacilo. B. anthracis es el patógeno que causa el ántrax, una enfermedad grave que afecta a los animales salvajes y domésticos y puede transmitirse de los animales infectados a los seres humanos. El ántrax se manifiesta en los seres humanos como úlceras de color negro carbón en la piel, enterocolitis grave, neumonía y daño cerebral debido a la hinchazón. Si no se trata, el ántrax es letal. cereus, una especie estrechamente relacionada, es un patógeno que puede causar intoxicación alimentaria. Es una especie con forma de varilla que forma cadenas. Las colonias aparecen de color blanco lechoso con formas irregulares cuando se cultivan en agar sangre (Figura ( PageIndex {12} )). Otra especie importante es B. thuringiensis. Esta bacteria produce una serie de sustancias que se utilizan como insecticidas porque son tóxicas para los insectos.

El genero Estafilococo también pertenece a la clase Bacilli, aunque su forma es de coco más que de bacilo. El nombre Estafilococo viene de una palabra griega para racimos de uvas, que describe su apariencia microscópica en cultivo. Estafilococo spp. son anaeróbicos facultativos, halófilos y no móviles. Las dos especies mejor estudiadas de este género son S. epidermidis y S. aureus.

S. epidermidis, cuyo hábitat principal es la piel humana, se cree que no es patógeno para los seres humanos con un sistema inmunológico sano, pero en pacientes con inmunodeficiencia, puede causar infecciones en heridas de la piel y prótesis (por ejemplo, articulaciones artificiales, válvulas cardíacas).. S. epidermidis también es una causa importante de infecciones asociadas con los catéteres intravenosos. Esto lo convierte en un patógeno peligroso en entornos hospitalarios, donde muchos pacientes pueden estar inmunodeprimidos.

Cepas de S. aureus Causan una amplia variedad de infecciones en humanos, incluidas infecciones de la piel que producen forúnculos, ántrax, celulitis o impétigo. Ciertas cepas de S. aureus producir una sustancia llamada enterotoxina, que puede causar enteritis grave, a menudo llamada intoxicación alimentaria por estafilococos. Algunas cepas de S. aureus Producen la toxina responsable del síndrome de choque tóxico, que puede resultar en colapso cardiovascular y muerte.

Micoplasmas

A pesar de que Micoplasma spp. no poseen una pared celular y, por lo tanto, no se tiñen con reactivos de tinción de Gram, este género todavía se incluye con las bacterias grampositivas de baja G + C. El genero Micoplasma incluye más de 100 especies, que comparten varias características únicas. Son células muy pequeñas, algunas con un diámetro de aproximadamente 0,2 μm, que es más pequeño que algunos virus grandes. No tienen paredes celulares y, por lo tanto, son pleomórficas, lo que significa que pueden adoptar una variedad de formas e incluso parecerse a células animales muy pequeñas. Debido a que carecen de una forma característica, pueden ser difíciles de identificar. Una especie, M. pneumoniae, causa la forma leve de neumonía conocida como "neumonía ambulante" o "neumonía atípica". Esta forma de neumonía suele ser menos grave que las formas causadas por otras bacterias o virus.

Enfoque clínico - Resolución

La muestra de esputo de Marsha se envió al laboratorio de microbiología para confirmar la identidad del microorganismo que causa su infección. El laboratorio también realizó pruebas de susceptibilidad a los antimicrobianos (AST) en la muestra para confirmar que el médico ha recetado los medicamentos antimicrobianos correctos.

El examen microscópico directo del esputo reveló bacterias acidorresistentes (AFB) presentes en el esputo de Marsha. Cuando se colocó en cultivo, no hubo signos de crecimiento durante los primeros 8 días, lo que sugiere que el microorganismo estaba muerto o crecía muy lentamente. El crecimiento lento es una característica distintiva de METRO. tuberculosis.

Después de cuatro semanas, el microbiólogo del laboratorio observó colonias granuladas incoloras distintivas (Figura ( PageIndex {13} )). Las colonias contenían AFB que mostraban las mismas características microscópicas que las reveladas durante el examen microscópico directo del esputo de Marsha. Para confirmar la identificación del AFB, se analizaron muestras de las colonias mediante hibridación de ácidos nucleicos o pruebas de amplificación directa de ácidos nucleicos (NAA). Cuando una bacteria es acidorresistente, se clasifica en la familia Mycobacteriaceae. La secuenciación del ADN de las regiones genómicas variables del ADN extraído de estas bacterias reveló que tenía una G + C alta. Este hecho sirvió para finalizar el diagnóstico de Marsha como infección con M. tuberculosis. Después de nueve meses de tratamiento con los medicamentos recetados por su médico, Marsha se recuperó por completo.

Biopiratería y bioprospección

En 1969, un empleado de una empresa farmacéutica suiza estaba de vacaciones en Noruega y decidió recolectar algunas muestras de suelo. Los llevó de vuelta a su laboratorio, y la empresa suiza posteriormente utilizó el hongo Tolipocladio inflatum en esas muestras para desarrollar ciclosporina A, un fármaco ampliamente utilizado en pacientes que se someten a un trasplante de órganos o tejidos. La empresa suiza gana más de mil millones de dólares al año por la producción de ciclosporina A, pero Noruega no recibe nada a cambio, ni pago al gobierno ni beneficio para el pueblo noruego. A pesar de que la ciclosporina A salva numerosas vidas, muchos consideran que los medios por los cuales se obtuvieron las muestras de suelo son un acto de “biopiratería”, esencialmente una forma de robo. ¿Los fines justifican los medios en un caso como este?

La naturaleza está llena de bacterias y otros microorganismos aún no descubiertos que algún día podrían usarse para desarrollar nuevos medicamentos o tratamientos que salven vidas.5 Las empresas farmacéuticas y de biotecnología pueden obtener enormes beneficios de estos descubrimientos, pero persisten las cuestiones éticas. ¿A quién pertenecen los recursos biológicos? ¿Debería exigirse a las empresas que invierten (y arriesgan) millones de dólares en investigación y desarrollo que compartan ingresos o regalías por el derecho a acceder a los recursos biológicos?

La compensación no es el único problema cuando se trata de bioprospección. Algunas comunidades y culturas se oponen filosóficamente a la bioprospección, por temor a las consecuencias imprevistas de la recolección de material genético o biológico. Los nativos de Hawái, por ejemplo, son muy protectores de sus recursos biológicos únicos.

Durante muchos años, no estaba claro qué derechos tenían las agencias gubernamentales, las corporaciones privadas y los ciudadanos a la hora de recolectar muestras de microorganismos en terrenos públicos. Luego, en 1993, el Convenio sobre la Diversidad Biológica otorgó a cada nación los derechos sobre cualquier material genético y biológico encontrado en su propia tierra. Los científicos ya no pueden recolectar muestras sin un acuerdo previo con el propietario de la tierra para obtener una compensación. Esta convención ahora asegura que las empresas actúen éticamente en la obtención de las muestras que utilizan para crear sus productos.

Bacterias de ramificación profunda

En un árbol filogenético, el tronco o la raíz del árbol representa un ancestro evolutivo antiguo común, a menudo llamado el último ancestro común universal (LUCA), y las ramas son sus descendientes evolutivos. Los científicos consideran las bacterias profundamente ramificadas, como el género Acetotermo, para ser la primera de estas formas de vida no LUCA producidas por la evolución hace unos 3.500 millones de años. Cuando se colocan en el árbol filogenético, provienen de la raíz común de la vida, profunda y cercana a la raíz LUCA, de ahí el nombre de "ramificación profunda". (consulte el capítulo 1, sección 4 para una revisión)

Las bacterias profundamente ramificadas pueden proporcionar pistas sobre la estructura y función de formas de vida antiguas y ahora extintas. Podemos plantear la hipótesis de que las bacterias antiguas, como las bacterias profundamente ramificadas que todavía existen, eran termófilas o hipertermófilas, lo que significa que prosperaron a temperaturas muy altas. Acetothermus paucivorans, una bacteria anaerobia gramnegativa descubierta en 1988 en lodos de depuradora, es un termófilo que crece a una temperatura óptima de 58 ° C.6 Los científicos han determinado que es la bacteria de ramificación más profunda, o el pariente evolutivo más cercano de LUCA.

La clase Termotoga está representada principalmente por bacterias gramnegativas anaeróbicas hipertermófilas, así como algunas mesófilas (que prefieren temperaturas moderadas), cuyas células están envueltas en una peculiar membrana externa en forma de vaina llamada toga. La fina capa de peptidoglicano en su pared celular tiene una estructura inusual; contiene ácido diaminopimélico y D-lisina. Estas bacterias pueden usar una variedad de sustratos orgánicos y producir hidrógeno molecular, que puede usarse en la industria. La clase contiene varios géneros, de los cuales el más conocido es el género Thermotoga. Una especie de este género, T. maritima, vive cerca de los respiraderos del océano termal y prospera en temperaturas de 90 ° C; otra especie, T. subterranea, vive en depósitos de petróleo subterráneos.

Finalmente, la bacteria profundamente ramificada Deinococcus radiodurans pertenece a un género cuyo nombre se deriva de una palabra griega que significa terrible baya. Apodado "Conan the Bacterium", D. radiodurans se considera un poliextremófilo debido a su capacidad para sobrevivir en los diferentes tipos de condiciones extremas: calor extremo, sequía, vacío, acidez y radiación. Debe su nombre a su capacidad para resistir dosis de radiación ionizante que matan a todas las demás bacterias conocidas; esta habilidad especial se atribuye a algunos mecanismos únicos de reparación del ADN.

Arqueas

Al igual que los organismos del dominio Bacterias, los organismos del dominio Archaea son todos organismos unicelulares. Sin embargo, las arqueas difieren estructuralmente de las bacterias de varias formas significativas. Para resumir:

  • La membrana de la célula arquea está compuesta por enlaces éter con cadenas de isopreno ramificadas (a diferencia de la membrana celular bacteriana, que tiene enlaces éster con ácidos grasos no ramificados).
  • Las paredes de las células arqueales carecen de peptidoglicano, pero algunas contienen una sustancia estructuralmente similar llamada pseudopeptidoglicano o pseudomureína.
  • Los genomas de Archaea son más grandes y más complejos que los de las bacterias.

El dominio Archaea es tan diverso como el dominio Bacteria, y sus representantes se pueden encontrar en cualquier hábitat. Algunas arqueas son mesófilos, y muchos son extremófilos, que prefieren el calor o el frío extremos, la salinidad extrema u otras condiciones que son hostiles a la mayoría de las otras formas de vida en la tierra. Su metabolismo está adaptado a los entornos hostiles y pueden realizar metanogénesis, por ejemplo, que las bacterias y los eucariotas no pueden. Con pocas excepciones, las arqueas no están presentes en la microbiota humana, y actualmente no se sabe que ninguna esté asociada con enfermedades infecciosas en humanos, animales, plantas o microorganismos. Sin embargo, muchos juegan un papel importante en el medio ambiente y, por lo tanto, pueden tener un impacto indirecto en la salud humana.

El tamaño y la complejidad del genoma de las arqueas dificulta su clasificación. La mayoría de los taxonomistas están de acuerdo en que dentro de las Archaea, actualmente hay cinco filos principales: Crenarchaeota, Euryarchaeota, Korarchaeota, Nanoarchaeota y Thaumarchaeota. Es probable que haya muchos otros grupos de arqueas que aún no se han estudiado y clasificado sistemáticamente.

Crenarchaeota

Crenarchaeota es una clase de Archaea extremadamente diversa, que contiene géneros y especies que difieren enormemente en su morfología y requisitos para el crecimiento. Todas las Crenarchaeota son organismos acuáticos y se cree que son los microorganismos más abundantes en los océanos. La mayoría de las Crenarchaeota, pero no todas, son hipertermófilos; algunos de ellos (notablemente, el género Pirolobo) pueden crecer a temperaturas de hasta 113 ° C.7

Euryarchaeota

El phylum Euryarchaeota incluye varias clases distintas. Las especies de las clases Methanobacteria, Methanococci y Methanomicrobia representan Archaea que pueden describirse generalmente como metanógenos.Los metanógenos son únicos porque pueden reducir el dióxido de carbono en presencia de hidrógeno, produciendo metano. Pueden vivir en los ambientes más extremos y pueden reproducirse a temperaturas que varían desde bajo cero hasta ebullición. Se han encontrado metanógenos en aguas termales y en las profundidades del hielo en Groenlandia. Algunos científicos incluso han planteado la hipótesis de que los metanógenos pueden habitar el planeta Marte porque la mezcla de gases producida por los metanógenos se asemeja a la composición de la atmósfera marciana.8

Se cree que los metanógenos contribuyen a la formación de sedimentos anóxicos al producir sulfuro de hidrógeno, lo que produce "gas de los pantanos". También producen gases en rumiantes y humanos. Algunos géneros de metanógenos, en particular Metanosarcina, puede crecer y producir metano en presencia de oxígeno, aunque la gran mayoría son anaerobios estrictos.

La clase Halobacteria (que fue nombrada antes de que los científicos reconocieran la distinción entre Archaea y Bacteria) incluye arqueas halófilas ("amantes de la sal"). Las halobacterias requieren concentraciones muy elevadas de cloruro de sodio en su medio acuático. La concentración requerida es cercana a la saturación, al 36%; tales entornos incluyen el Mar Muerto, así como algunos lagos salados en la Antártida y el centro-sur de Asia. Una característica notable de estos organismos es que realizan la fotosíntesis utilizando la proteína bacteriorrodopsina, que les da, y a los cuerpos de agua que habitan, un hermoso color púrpura (Figura ( PageIndex {15} )).

Las especies notables de Halobacteria incluyen Halobacterium salinarum, que puede ser el organismo vivo más antiguo de la tierra; los científicos han aislado su ADN de fósiles que tienen 250 millones de años.9 Otra especie, Haloferax volcanii, muestra un sistema de intercambio iónico muy sofisticado, que le permite equilibrar la concentración de sales a altas temperaturas

Enfoque clínico: resolución

Cuando finalmente Marsha fue al consultorio del médico, el médico escuchó su respiración a través de un estetoscopio. Escuchó algo de crepitación (un crujido) en sus pulmones, por lo que ordenó una radiografía de tórax y le pidió a la enfermera que recolectara una muestra de esputo para evaluación microbiológica y citología. La evaluación radiológica encontró cavidades, opacidades y un patrón particular de distribución de material anormal (Figura ( PageIndex {16} )).

Basándose en sus síntomas, el médico de Marsha sospechó que tenía un caso de tuberculosis. Aunque es menos común en los Estados Unidos, la tuberculosis sigue siendo extremadamente común en muchas partes del mundo, incluida Nigeria. El trabajo de Marsha allí en un laboratorio médico probablemente la expuso a Tuberculosis micobacteriana, la bacteria que causa la tuberculosis.

El médico de Marsha le ordenó que se quedara en casa, usara una máscara respiratoria y se limitara a una habitación lo más posible. También dijo que Marsha tuvo que tomarse un semestre fuera de la escuela. Le recetó isoniazida y rifampicina, antibióticos utilizados en un cóctel de medicamentos para tratar la tuberculosis, que Marsha debía tomar tres veces al día durante al menos tres meses.

Ejercicio ( PageIndex {1} )

  • ¿Cuáles son algunas posibles enfermedades que podrían ser responsables de los resultados de las radiografías de Marsha?
  • ¿Por qué el médico le ordenó a Marsha que se quedara en casa durante tres meses?

Resumen

  • En los últimos años, los enfoques tradicionales para la clasificación de procariotas se han complementado con enfoques basados ​​en la genética molecular.
  • Separamos el Phylum en los dominios Bacterial y Archaeal por la composición de la pared (Gram positiva, Gram negativa u otra), su porcentaje de G + C, cómo obtienen su energía y cómo reaccionan al oxígeno gaseoso.
  • Proteobacterias es un filo de bacterias gramnegativas descubierto por Carl Woese en la década de 1980 basado en la homología de secuencia de nucleótidos. Las proteobacterias se clasifican además en las clases alfa, beta, gamma, delta y épsilonproteobacterias, cada clase tiene órdenes, familias, géneros y especies separados.
  • No proteobacterias que son Gram negativos incluyen grupos como las espiroquetas y las bacterias fotosintéticas.
  • Actinobacterias son un grupo de bacterias Gram positivas con alto contenido de G + C que incluyen Actinomyces y Mycobacterium.
  • Las bacterias Gram positivas bajas en G + C incluyen muchos grupos más pequeños como Clostridia, Lactobacillales, Bacilli y las altamente variables Mycoplasma.
  • Bacterias profundamente ramificadas son filogenéticamente las formas de vida más antiguas, siendo las más cercanas al último ancestro común universal.
  • Arqueas son microorganismos procarióticos unicelulares que se diferencian de las bacterias en su genética, bioquímica y ecología.
  • Algunas arqueas son extremófilos, que viven en ambientes con temperaturas extremadamente altas o bajas, o salinidad extrema.
  • Solo se sabe que las arqueas producen metano. Las arqueas productoras de metano se denominan metanógenos.

Notas al pie

  1. C.R. Woese. "Evolución bacteriana". Revisión microbiológica 51 no. 2 (1987): 221–271.
  2. H. Reichenbach. "Myxobacteria, productores de nuevas sustancias bioactivas". Revista de microbiología industrial y biotecnología 27 no. 3 (2001): 149-156.
  3. S. Suerbaum, P. Michetti. "Helicobacter pylori infección." Revista de Medicina de Nueva Inglaterra 347 no. 15 (2002): 1175-1186.
  4. A. De los Rios et al. "Características ultraestructurales y genéticas de las biopelículas de cianobacterias endolíticas que colonizan las rocas de granito antártico". Ecología de Microbiología FEMS 59 no. 2 (2007): 386–395.
  5. J. Andre. La bioética como práctica. Chapel Hill, NC: Prensa de la Universidad de Carolina del Norte, 2002
  6. G. Dietrich y col. "Acetothermus paucivorans, gen. nov., sp. Nov., una bacteria termofílica, estrictamente anaeróbica de lodos de aguas residuales, fermentando hexosas a acetato, CO2y H2.” Microbiología sistemática y aplicada 10 no. 2 (1988): 174-179.
  7. E. Blochl et al. “Pirolobus fumani, gen. y sp. nov., representa un grupo novedoso de Archaea, extendiendo el límite superior de temperatura de por vida a 113°C." Extremófilos 1 (1997):14–21.
  8. R.R. Britt "Críteres de cráter: donde los microbios de Marte podrían acechar". www.space.com/1880-crater-cri...obes-lurk.html. Consultado el 7 de abril de 2015.
  9. H. Vreeland y col. "Los análisis de ácidos grasos y DA de la bacteria pérmica aislada de los cristales de sal antiguos revelan diferencias con sus parientes modernos". Extremófilos 10 (2006):71–78.

Contribuyente

  • Nina Parker, (Shenandoah University), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) y Brian M. Forster (Saint Joseph's University) con muchos autores contribuyentes. Contenido original a través de Openstax (CC BY 4.0; acceso gratuito en https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


4.2: Clasificación de procariotas y ejemplos - Biología

PARTE II. PIEDRAS ANGULARES: QUÍMICA, CÉLULAS Y METABOLISMO

4. Estructura y función celular

4.8. Células procariotas y eucariotas revisadas

Ahora que tiene una idea de cómo se construyen las células, podemos observar la gran diversidad de tipos de células que existen. Ya sabes que existen diferencias significativas entre las células procariotas y eucariotas.

Debido a que las células procarióticas (no carióticas) y eucarióticas son tan diferentes y las células procarióticas aparecen en los registros fósiles mucho antes, las diferencias entre los dos tipos de células se utilizan para clasificar organismos. Por lo tanto, los biólogos han clasificado a los organismos en tres grandes categorías, llamadas dominios. El siguiente diagrama ilustra cómo se clasifican los seres vivos:

El Dominio Bacteria contiene la mayoría de los microorganismos y se puede encontrar en una amplia variedad de entornos. El dominio Archaea contiene muchos tipos de microorganismos que tienen diferencias bioquímicas significativas con las bacterias. Muchas de las Archaea tienen habilidades metabólicas especiales y viven en ambientes extremos de alta temperatura o salinidad extrema. Aunque solo se han descrito unos pocos miles de bacterias y solo unas 200 arqueas, estudios recientes de ADN del agua de mar y el suelo sugieren que hay millones de especies no descritas. Con toda probabilidad, estos organismos no cariotas superan en número a todas las especies de organismos eucariotas combinadas. Todos los demás seres vivos están compuestos por células eucariotas.

Estructura de la célula procariota

Las células procariotas, las bacterias y las arqueas, no tienen un núcleo típico unido por una membrana nuclear, ni contienen mitocondrias, cloroplastos, Golgi o redes extensas de retículas endoplásmicas. Sin embargo, las células procariotas contienen ADN y enzimas y pueden reproducirse y participar en el metabolismo. Realizan todas las funciones básicas de los seres vivos con menos orgánulos y más simples. Aunque algunas eubacterias tienen un tipo de pigmento fotosintético verde y realizan la fotosíntesis, lo hacen sin cloroplastos y utilizan reacciones químicas algo diferentes.

La mayoría de las bacterias están rodeadas por una cápsula o capa de limo, que se compone de una variedad de compuestos. En ciertas bacterias, esta capa es responsable de su capacidad para adherirse a las superficies, formando biopelículas (p. Ej., La película de bacterias en los dientes) y para resistir la fagocitosis. Muchas bacterias también tienen fimbrias, estructuras de proteínas similares a pelos, que ayudan a que la célula se adhiera a los objetos. Aquellos con flagelos son capaces de impulsarse a través del medio ambiente. Debajo de la cápsula se encuentra la pared celular rígida, compuesta por un complejo único de proteína / carbohidrato llamado peptidoglicano. Esto le da a la célula la fuerza para resistir los cambios de presión osmótica y le da forma. Justo debajo de la pared está la membrana plasmática. Más fina y con una composición química ligeramente diferente a la de los eucariotas, la membrana plasmática realiza las mismas funciones que la membrana plasmática en los eucariotas. La mayoría de las bacterias tienen forma de varilla (bacilos), esféricas (cocos), de sacacorchos (espirilla) o de coma (vibrio). El material genético dentro del citoplasma es ADN en forma de bucle.

Las arqueas comparten muchas características con las bacterias. Muchos tienen forma de varilla o esférica, aunque algunos son cuadrados o triangulares. Algunas tienen flagelos y paredes celulares, pero las paredes celulares están hechas de un material diferente al de las bacterias.

Una diferencia significativa entre las células de las bacterias y las arqueas está en la composición química de sus ribosomas. Los ribosomas de las bacterias contienen proteínas diferentes de las que se encuentran en las células de Eucarya o Archaea. Los ribosomas bacterianos también son más pequeños. Este descubrimiento fue importante para la medicina, porque muchas formas celulares de vida que causan enfermedades comunes son bacterianas. Tan pronto como se observaron diferencias en los ribosomas, los investigadores comenzaron a buscar formas de interferir con la función del ribosoma bacteriano, pero sin interferir con los ribosomas de las células eucariotas. Los antibióticos, como la estreptomicina, son el resultado de esta investigación. Este fármaco se combina con los ribosomas bacterianos y hace que las bacterias mueran porque previene la producción de las proteínas esenciales para la supervivencia de las bacterias. Debido a que los ribosomas eucariotas se diferencian de los ribosomas bacterianos, la estreptomicina no interfiere con la función normal de los ribosomas en las células humanas.

Estructura celular eucariota

Las células eucariotas contienen un núcleo verdadero y la mayoría de los orgánulos membranosos descritos anteriormente. Los organismos eucariotas se pueden dividir en varias categorías, según la combinación específica de orgánulos que contienen. Las células de plantas, hongos, protozoos y algas y animales son todas eucariotas. La característica más obvia que diferencia a las plantas y algas de otros organismos es su color verde, lo que indica que las células contienen clorofila en los cloroplastos. La clorofila es necesaria para la fotosíntesis: la conversión de la energía luminosa en energía de enlace químico en las moléculas de los alimentos. Otra característica distintiva de las células vegetales y de algas es que sus paredes celulares están hechas de celulosa (tabla 4.2).

Los hongos son un grupo distinto de organismos que carecen de cloroplastos pero tienen una pared celular. Sin embargo, la pared celular está hecha de un polisacárido, llamado quitina, en lugar de celulosa. Los organismos que pertenecen a esta categoría de células eucariotas incluyen levaduras, mohos, hongos y los hongos que causan enfermedades humanas como el pie de atleta, la pudrición de la jungla y la tiña.

Los organismos eucariotas que carecen de paredes celulares y los cloroplastos se colocan en grupos separados. Los organismos que constan de una sola célula se denominan protozoos; algunos ejemplos son Amoeba y Paramecium. Tienen todos los orgánulos celulares descritos en este capítulo, excepto el cloroplasto, por lo que los protozoos deben consumir alimentos al igual que los hongos y los animales multicelulares.

TABLA 4.2. Comparación de varios tipos de células

Nota: Los virus no están incluidos en este sistema de clasificación, porque los virus no están compuestos por los componentes estructurales celulares básicos. Están compuestos por un núcleo de ácido nucleico (ADN o ARN, nunca ambos) y una capa circundante, o cápside, compuesta de proteína. Por esta razón, los virus se denominan acelulares o no celulares.

La célula: la unidad básica de la vida

Aunque las diferencias en estos grupos de organismos parezcan diferenciarlos, su similitud en la estructura celular es uno de los temas centrales que unifican el campo de la biología. Se puede obtener una mejor comprensión de cómo funcionan las células en general mediante el estudio de ejemplos específicos. Debido a que los orgánulos tienen la misma estructura y función general, independientemente del tipo de célula en la que se encuentren, podemos aprender más sobre cómo funcionan las mitocondrias en las plantas al estudiar cómo funcionan las mitocondrias en los animales. Hay algo en común entre todos los seres vivos con respecto a su estructura y función celular. El hecho de que todos los organismos eucariotas tengan las mismas estructuras celulares es una fuerte evidencia de que todos evolucionaron a partir de un ancestro común.

17. Enumere cinco diferencias en la estructura entre las células procariotas y eucariotas.

18. ¿Qué dos tipos de organismos tienen estructura de células procariotas?

El concepto de célula se ha desarrollado durante varios años. Inicialmente, solo se pudieron identificar dos regiones, el citoplasma y el núcleo. En la actualidad, se reconocen numerosos orgánulos como componentes esenciales de los tipos de células eucariotas y no ucariotas. La estructura y función de algunos de estos orgánulos se comparan en la tabla 4.3. Esta tabla también indica si el orgánulo es exclusivo de las células eucariotas o no eucariotas o si se encuentra en ambas.

La célula es la unidad de vida común. Se estudian las células individuales y sus estructuras para descubrir cómo funcionan como organismos vivos individuales y como partes de seres multicelulares. Saber cómo los organismos procariotas y eucariotas se parecen y se diferencian entre sí ayuda a los médicos a controlar algunos organismos peligrosos para los humanos.

Hay varias formas en que los materiales entran o salen de las células. Estos incluyen difusión y ósmosis, que implican el movimiento neto de moléculas desde un área de alta a baja concentración. Además, hay varios procesos que involucran actividades por parte de la célula para mover cosas a través de la membrana. Estos incluyen la difusión facilitada, que utiliza moléculas portadoras para difundirse a través del transporte activo de la membrana, que utiliza la energía de la célula para mover materiales de concentración baja a alta y endocitosis y exocitosis, en las que se forman paquetes encerrados en la membrana.

TABLA 4.3. Resumen de la estructura y función de los orgánulos celulares


Cooperación entre bacterias y eucariotas: fijación de nitrógeno

El nitrógeno es un elemento muy importante para los seres vivos, porque forma parte de los nucleótidos y aminoácidos que son los componentes básicos de los ácidos nucleicos y las proteínas, respectivamente. El nitrógeno suele ser el elemento más limitante en los ecosistemas terrestres, con nitrógeno atmosférico, N2, proporcionando la mayor reserva de nitrógeno disponible. Sin embargo, los eucariotas no pueden usar nitrógeno gaseoso atmosférico para sintetizar macromoléculas. Afortunadamente, el nitrógeno se puede "fijar", lo que significa que se convierte en una forma más accesible: el amoníaco (NH3) —Ya sea biológica o abióticamente.

La fijación de nitrógeno abiótico ocurre como resultado de procesos físicos como rayos o por procesos industriales. La fijación biológica de nitrógeno (BNF) es realizada exclusivamente por procariotas: bacterias del suelo, cianobacterias y Frankia spp. (bacterias filamentosas que interactúan con plantas actinoríticas como el aliso, el laurel y el helecho dulce). Después de la fotosíntesis, el BNF es el proceso biológico más importante de la Tierra. La siguiente ecuación general de fijación de nitrógeno representa una serie de reacciones redox (Pi significa fosfato inorgánico).

El nitrógeno fijo total a través del BNF es de aproximadamente 100 a 180 millones de toneladas métricas por año, lo que aporta aproximadamente el 65 por ciento del nitrógeno utilizado en la agricultura.

Las cianobacterias son los fijadores de nitrógeno más importantes en los medios acuáticos. En el suelo, miembros de los géneros Clostridium y Azotobacter son ejemplos de bacterias fijadoras de nitrógeno de vida libre. Otras bacterias viven simbióticamente con las plantas leguminosas, proporcionando la fuente más importante de nitrógeno fijo. Los simbiontes pueden fijar más nitrógeno en el suelo que los organismos de vida libre por un factor de 10. Las bacterias del suelo, llamadas colectivamente rizobios, pueden interactuar simbióticamente con las leguminosas para formar nódulos, estructuras especializadas donde ocurre la fijación de nitrógeno (Figura 1). Nitrogenasa, la enzima que fija el nitrógeno, es inactivada por el oxígeno, por lo que el nódulo proporciona un área libre de oxígeno para que tenga lugar la fijación de nitrógeno. El oxígeno es secuestrado por una forma de hemoglobina vegetal llamada leghemoglobina, que protege el nitrogenasa, pero libera suficiente oxígeno para mantener la actividad respiratoria.

La fijación simbiótica de nitrógeno proporciona un fertilizante natural y económico para las plantas: reduce el nitrógeno atmosférico a amoníaco, que las plantas pueden utilizar fácilmente. El uso de leguminosas es una excelente alternativa a la fertilización química y es de especial interés para Agricultura sostenible, que busca minimizar el uso de químicos y conservar los recursos naturales. A través de la fijación simbiótica de nitrógeno, la planta se beneficia del uso de una fuente inagotable de nitrógeno: la atmósfera. Las bacterias se benefician del uso de fotosintatos (carbohidratos producidos durante la fotosíntesis) de la planta y tienen un nicho protegido. Además, el suelo se beneficia de la fertilización natural. Por tanto, el uso de rizobios como biofertilizantes es una práctica sostenible.

¿Por qué son tan importantes las legumbres? Algunos, como la soja, son fuentes clave de proteína agrícola. Algunas de las legumbres más importantes consumidas por los seres humanos son la soja, el maní, los guisantes, los garbanzos y los frijoles. Otras legumbres, como la alfalfa, se utilizan para alimentar al ganado.

Figura 1: Nódulos de fijación de nitrógeno en raíces de soja. La soja (Glycine max) es una leguminosa que interactúa simbióticamente con la bacteria del suelo Bradyrhizobium japonicum para formar estructuras especializadas en las raíces llamadas nódulos donde se produce la fijación de nitrógeno. (crédito: USDA)

OCR A-level Biology A Módulo 4.2.2 REVISIÓN (Clasificación y evolución)

Profesor de ciencias de oficio, ¡también se me ha encontrado enseñando matemáticas y educación física! Sin embargo, por extraño que parezca, mi verdadero amor es diseñar recursos que puedan ser utilizados por otros profesores para maximizar la experiencia de los estudiantes. Pienso constantemente en nuevas formas de involucrar a un estudiante con un tema y trato de implementarlo en el diseño de las lecciones.

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Este recurso de revisión ha sido diseñado con el simple objetivo de motivar a los estudiantes mientras evalúan su comprensión del contenido que se encuentra en el módulo 4.2.2 (Clasificación y evolución) de la especificación OCR A-level Biology A. Los estudiantes a menudo pasan por alto este módulo, lo que conduce a conceptos erróneos y, por lo tanto, se ha tomado tiempo para explicar los conceptos importantes para recordar y retener los puntos clave. El recurso incluye un PowerPoint detallado y atractivo (85 diapositivas) y hojas de trabajo asociadas, algunas de las cuales están diferenciadas para permitir que los estudiantes con diferentes habilidades accedan al trabajo.

La gama de actividades se ha diseñado para cubrir la mayor cantidad de contenido posible, pero se ha prestado especial atención a los siguientes subtemas:

  • La clasificación biológica de una especie
  • Jerarquía de clasificación
  • La clasificación de tres dominios y cinco reinos
  • Las características de los cinco reinos
  • Árboles filogenéticos
  • Adaptaciones anatómicas, fisiológicas y de comportamiento.
  • Calcular la desviación estándar
  • Variación continua y discontinua

Además de estos temas, se prueban algunos temas de otros módulos, como la división celular y las células procariotas, para desafiar a los estudiantes sobre su capacidad para establecer vínculos entre los módulos. La gama de actividades incluye preguntas de examen y comprobaciones de comprensión, así como concursos de pruebas para mantener la participación de los estudiantes.

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Un paquete es un paquete de recursos agrupados para enseñar un tema en particular, o una serie de lecciones, en un solo lugar.

OCR Biología A-Level A LECCIONES DE REVISIÓN

Cada una de las 20 lecciones de revisión incluidas en este paquete ha sido diseñada para motivar e involucrar a los estudiantes mientras se enfrentan a desafíos en su conocimiento del contenido de la especificación A-Level Biology A de OCR. Los PowerPoints detallados contienen una amplia gama de actividades que incluyen preguntas de examen con respuestas explicadas, tareas diferenciadas y concursos de cuestionarios que están respaldados por las hojas de trabajo adjuntas. Los módulos cubiertos en este paquete son: Módulo 2.1.1: Estructura celular Módulo 2.1.2: Moléculas biológicas Módulo 2.1.3: Nucleótidos y ácidos nucleicos Módulo 2.1.4: Enzimas Módulo 2.1.5: Membranas biológicas Módulo 2.1.6: Célula División, diversidad celular y organización celular Módulo 3.1.2: Transporte en animales Módulo 3.1.3: Transporte en plantas Módulo 4.1.1: Enfermedades transmisibles, prevención de enfermedades y sistema inmunológico Módulo 4.2.1: Biodiversidad Módulo 4.2.2: Clasificación y evolución Módulo 5.1.2: La excreción como ejemplo de control homeostático Módulo 5.1.3: Comunicación neuronal Módulo 5.1.4: Comunicación hormonal Módulo 5.1.5: Respuestas de plantas y animales Módulo 5.2.1: Fotosíntesis Módulo 5.2.2: Respiración Módulo 6.1 .1: Control celular Módulo 6.1.2: Patrones de herencia Módulo 6.1.3: Manipulación de genomas Se proporcionan sugerencias útiles a lo largo de las lecciones para ayudar a los estudiantes con la técnica del examen y estructurar sus respuestas. Estas lecciones son adecuadas para su uso a lo largo del curso y se pueden usar con fines de revisión al final de un módulo o antes de las simulaciones o los exámenes A LEVEL reales.

OCR A-level Biology A AS REVISION LECCIONES

Cada una de las 11 lecciones de revisión que se encuentran en este paquete se han escrito para incluir una variedad de actividades que motivarán a los estudiantes mientras evalúan su comprensión del contenido en los módulos AS de la especificación OCR A-level Biology A. Se tratan los siguientes módulos: 2.1.1: Estructura celular 2.1.2: Moléculas biológicas 2.1.3: Ácidos nucleicos 2.1.4: Enzimas 2.1.5: Membranas biológicas 2.1.6: División celular, diversidad celular y organización celular 3.1.2 : Transporte en animales 3.1.3: Transporte en plantas 4.1.1: Enfermedades transmisibles 4.2.1: Biodiversidad 4.2.2: Clasificación y evolución

OCR A-Level Biology A Módulo 4 LECCIONES DE REVISIÓN

Este paquete de 4 lecciones de revisión ha sido diseñado para brindar a los estudiantes muchas oportunidades para evaluar su comprensión de los temas que se encuentran en el módulo 4 de la especificación de Biología A de nivel A de OCR. El paquete incluye lecciones que cubren los tres submódulos 4.1.1 (Enfermedades transmisibles), 4.2.1 (Biodiversidad) y 4.2.2 (Clasificación y evolución), así como una lección para cubrir todo el módulo 4 (Biodiversidad, evolución y enfermedad ). Como este módulo a menudo se enseña cerca del final del año de AS, no siempre recibe el tiempo que reciben los otros módulos. Con esto en mente, cada una de las lecciones se ha escrito para incluir una amplia gama de actividades que permitan cubrir los detalles importantes y abordar cualquier concepto erróneo.


114 Procariotas beneficiosos

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Explicar la necesidad de la fijación de nitrógeno y cómo se logra.
  • Describir los efectos beneficiosos de las bacterias que colonizan nuestra piel y tracto digestivo.
  • Identificar procariotas utilizados durante el procesamiento de alimentos.
  • Describir el uso de procariotas en la biorremediación.

Afortunadamente, ¡solo unas pocas especies de procariotas son patógenas! Los procariotas también interactúan con los seres humanos y otros organismos de diversas formas que son beneficiosas. Por ejemplo, los procariotas son los principales participantes en los ciclos del carbono y el nitrógeno. Producen o procesan nutrientes en el tracto digestivo de humanos y otros animales. Los procariotas se utilizan en la producción de algunos alimentos para humanos y también se han reclutado para la degradación de materiales peligrosos. De hecho, ¡nuestra vida no sería posible sin los procariotas!

Cooperación entre bacterias y eucariotas: fijación de nitrógeno

El nitrógeno es un elemento muy importante para los seres vivos, porque forma parte de los nucleótidos y aminoácidos que son los componentes básicos de los ácidos nucleicos y las proteínas, respectivamente. El nitrógeno suele ser el elemento más limitante en los ecosistemas terrestres, con nitrógeno atmosférico, N2, proporcionando la mayor reserva de nitrógeno disponible. Sin embargo, los eucariotas no pueden usar nitrógeno gaseoso atmosférico para sintetizar macromoléculas. Afortunadamente, el nitrógeno se puede "fijar", lo que significa que se convierte en una forma más accesible: el amoníaco (NH3) —Ya sea biológica o abióticamente.

La fijación de nitrógeno abiótico ocurre como resultado de procesos físicos como rayos o por procesos industriales. La fijación biológica de nitrógeno (BNF) es realizada exclusivamente por procariotas: bacterias del suelo, cianobacterias y Frankia spp. (bacterias filamentosas que interactúan con plantas actinoríticas como el aliso, el laurel y el helecho dulce). Después de la fotosíntesis, el BNF es el proceso biológico más importante de la Tierra. La siguiente ecuación general de fijación de nitrógeno representa una serie de reacciones redox (Pi significa fosfato inorgánico).

El nitrógeno fijo total a través del BNF es de aproximadamente 100 a 180 millones de toneladas métricas por año, lo que aporta aproximadamente el 65 por ciento del nitrógeno utilizado en la agricultura.

Las cianobacterias son los fijadores de nitrógeno más importantes en los medios acuáticos. En el suelo, miembros de los géneros Clostridium y Azotobacter son ejemplos de bacterias fijadoras de nitrógeno de vida libre. Otras bacterias viven simbióticamente con las plantas leguminosas, proporcionando la fuente más importante de nitrógeno fijo. Los simbiontes pueden fijar más nitrógeno en el suelo que los organismos de vida libre en un factor de 10. Las bacterias del suelo, llamadas colectivamente rizobios, pueden interactuar simbióticamente con las leguminosas para formar nódulos, estructuras especializadas donde se produce la fijación de nitrógeno ((Figura)). Nitrogenasa, la enzima que fija el nitrógeno, es inactivada por el oxígeno, por lo que el nódulo proporciona un área libre de oxígeno para que tenga lugar la fijación de nitrógeno. El oxígeno es secuestrado por una forma de hemoglobina vegetal llamada leghemoglobina, que protege el nitrogenasa, pero libera suficiente oxígeno para mantener la actividad respiratoria.

La fijación simbiótica de nitrógeno proporciona un fertilizante natural y económico para las plantas: reduce el nitrógeno atmosférico a amoníaco, que las plantas pueden utilizar fácilmente. El uso de leguminosas es una excelente alternativa a la fertilización química y es de especial interés para Agricultura sostenible, que busca minimizar el uso de químicos y conservar los recursos naturales. A través de la fijación simbiótica de nitrógeno, la planta se beneficia del uso de una fuente inagotable de nitrógeno: la atmósfera. Las bacterias se benefician del uso de fotosintatos (carbohidratos producidos durante la fotosíntesis) de la planta y tienen un nicho protegido. Además, el suelo se beneficia de la fertilización natural. Por tanto, el uso de rizobios como biofertilizantes es una práctica sostenible.

¿Por qué son tan importantes las legumbres? Algunos, como la soja, son fuentes clave de proteína agrícola. Algunas de las legumbres más importantes consumidas por los seres humanos son la soja, el maní, los guisantes, los garbanzos y los frijoles. Otras legumbres, como la alfalfa, se utilizan para alimentar al ganado.

Las bacterias comensales que habitan en nuestra piel y tracto gastrointestinal nos hacen muchas cosas buenas. Nos protegen de los patógenos, nos ayudan a digerir nuestros alimentos y producen algunas de nuestras vitaminas y otros nutrientes. Estas actividades se conocen desde hace mucho tiempo. Más recientemente, los científicos han reunido evidencia de que estas bacterias también pueden ayudar a regular nuestro estado de ánimo, influir en nuestros niveles de actividad e incluso ayudar a controlar el peso al afectar nuestras elecciones de alimentos y patrones de absorción. El Proyecto del Microbioma Humano ha comenzado el proceso de catalogar nuestras bacterias normales (y arqueas) para que podamos comprender mejor estas funciones.

Un ejemplo particularmente fascinante de nuestra flora normal se relaciona con nuestro sistema digestivo. Las personas que toman altas dosis de antibióticos tienden a perder muchas de sus bacterias intestinales normales, lo que permite una especie naturalmente resistente a los antibióticos llamada Clostridium difficile crecer demasiado y causar problemas gástricos graves, especialmente diarrea crónica ((Figura)). Obviamente, tratar de tratar este problema con antibióticos solo lo empeora. Sin embargo, se ha tratado con éxito dando a los pacientes trasplantes fecales de donantes sanos para restablecer la comunidad microbiana intestinal normal. Se están realizando ensayos clínicos para garantizar la seguridad y eficacia de esta técnica.

Los científicos también están descubriendo que la ausencia de ciertos microbios clave en nuestro tracto intestinal puede prepararnos para una variedad de problemas. Esto parece ser particularmente cierto con respecto al funcionamiento adecuado del sistema inmunológico. Hay hallazgos interesantes que sugieren que la ausencia de estos microbios es un factor importante que contribuye al desarrollo de alergias y algunos trastornos autoinmunes. Actualmente se están realizando investigaciones para probar si agregar ciertos microbios a nuestro ecosistema interno puede ayudar en el tratamiento de estos problemas, así como en el tratamiento de algunas formas de autismo.

Biotecnología temprana: queso, pan, vino, cerveza y yogur

Según la Convención de las Naciones Unidas sobre la Diversidad Biológica, la biotecnología es “cualquier aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos, organismos vivos o sus derivados, para fabricar o modificar productos o procesos para un uso específico. & # 8221 1 El concepto de“ uso específico ” implica algún tipo de aplicación comercial. La ingeniería genética, la selección artificial, la producción de antibióticos y el cultivo celular son temas actuales de estudio en biotecnología y se describirán en capítulos posteriores. Sin embargo, los seres humanos estaban usando procariotas antes de que se acuñara el término biotecnología. Algunos de los productos de esta biotecnología temprana son tan familiares como el queso, el pan, el vino, la cerveza y el yogur, que emplean tanto bacterias como otros microbios, como la levadura, un hongo ((Figura)).

La producción de queso comenzó hace unos 4.000 a 7.000 años cuando los humanos comenzaron a criar animales y procesar su leche. La fermentación en este caso conserva los nutrientes: la leche se echa a perder con relativa rapidez, pero cuando se procesa como queso, es más estable. En cuanto a la cerveza, los registros más antiguos de elaboración de cerveza tienen alrededor de 6.000 años y fueron una parte integral de la cultura sumeria. La evidencia indica que los sumerios descubrieron la fermentación por casualidad. El vino se ha producido durante unos 4.500 años y la evidencia sugiere que los productos lácteos cultivados, como el yogur, han existido durante al menos 4.000 años.

Uso de procariotas para limpiar nuestro planeta: biorremediación

La biorremediación microbiana es el uso de procariotas (o metabolismo microbiano) para eliminar contaminantes. La biorremediación se ha utilizado para eliminar los productos químicos agrícolas (por ejemplo, pesticidas, fertilizantes) que se filtran del suelo al agua subterránea y al subsuelo. Ciertos metales y óxidos tóxicos, como los compuestos de selenio y arsénico, también pueden eliminarse del agua mediante biorremediación. La reducción de SeO4 -2 a SeO3 -2 y Se 0 (selenio metálico) es un método utilizado para eliminar los iones de selenio del agua. El mercurio (Hg) es un ejemplo de un metal tóxico que puede eliminarse de un medio ambiente mediante biorremediación. Como ingrediente activo de algunos pesticidas, el mercurio se usa en la industria y también es un subproducto de ciertos procesos, como la producción de baterías. El metilmercurio suele estar presente en concentraciones muy bajas en entornos naturales, pero es muy tóxico porque se acumula en los tejidos vivos. Varias especies de bacterias pueden llevar a cabo la biotransformación de mercurio tóxico en formas no tóxicas. Estas bacterias, como Pseudomonas aeruginosa, puede convertir Hg +2 en Hg 0, que no es tóxico para los humanos.

Uno de los ejemplos más útiles e interesantes del uso de procariotas con fines de biorremediación es la limpieza de derrames de petróleo. La importancia de los procariotas para la biorremediación del petróleo se ha demostrado en varios derrames de petróleo en los últimos años, como el derrame del Exxon Valdez en Alaska (1989) ((Figura)), el derrame de petróleo del Prestige en España (2002), el derrame en el Mediterráneo de una central eléctrica del Líbano (2006), y más recientemente, el derrame de petróleo de BP en el Golfo de México (2010). En el caso de derrames de petróleo en el océano, tiende a ocurrir una biorremediación natural en curso, ya que hay bacterias consumidoras de petróleo en el océano antes del derrame. Además de estas bacterias que degradan el aceite de origen natural, los seres humanos seleccionan y diseñan bacterias que poseen la misma capacidad con mayor eficacia y espectro de compuestos de hidrocarburos que pueden procesarse. La biorremediación se ve reforzada por la adición de nutrientes inorgánicos que ayudan a que las bacterias crezcan.

Algunas bacterias que degradan los hidrocarburos se alimentan de los hidrocarburos en la gota de aceite, descomponiendo los hidrocarburos en subunidades más pequeñas. Algunas especies, como Alcanivorax borkumensis, producen tensioactivos que solubilizar el aceite (haciéndolo soluble en agua), mientras que otras bacterias degradan el aceite en dióxido de carbono. En condiciones ideales, se ha informado que hasta el 80 por ciento de los componentes no volátiles del aceite pueden degradarse dentro de un año del derrame. Otras fracciones de aceite que contienen cadenas de hidrocarburos aromáticos y altamente ramificadas son más difíciles de eliminar y permanecen en el medio ambiente durante períodos de tiempo más prolongados.

Resumen de la sección

Los patógenos son solo un pequeño porcentaje de todos los procariotas. De hecho, los procariotas brindan servicios esenciales a los humanos y otros organismos. El nitrógeno, que los eucariotas no pueden utilizar en su abundante forma atmosférica, se puede "fijar" o convertir en amoníaco (NH3) biológica o abióticamente. La fijación biológica de nitrógeno (BNF) es realizada exclusivamente por procariotas y constituye el segundo proceso biológico más importante de la Tierra. Aunque algo de nitrógeno terrestre es fijado por bacterias de vida libre, la mayor parte del BNF proviene de la interacción simbiótica entre los rizobios del suelo y las raíces de las plantas leguminosas.

La vida humana solo es posible gracias a la acción de los microbios, tanto los del medio ambiente como las especies que nos llaman hogar. Internamente, nos ayudan a digerir nuestros alimentos, producir nutrientes vitales para nosotros, protegernos de microbios patógenos y ayudar a entrenar nuestro sistema inmunológico para que funcione correctamente.

La biorremediación microbiana es el uso del metabolismo microbiano para eliminar contaminantes. La biorremediación se ha utilizado para eliminar los productos químicos agrícolas que se filtran del suelo al agua subterránea y al subsuelo. Los metales y óxidos tóxicos, como los compuestos de selenio y arsénico, también pueden eliminarse mediante biorremediación. Probablemente uno de los ejemplos más útiles e interesantes del uso de procariotas con fines de biorremediación es la limpieza de derrames de petróleo.

Preguntas de revisión

¿Cuál de estos se produce mediante la fijación simbiótica de nitrógeno?

  1. La planta se beneficia del uso de una fuente inagotable de nitrógeno.
  2. El suelo se beneficia de la fertilización natural.
  3. Las bacterias se benefician del uso de fotosintatos de la planta.
  4. Todo lo anterior ocurre.

Los compuestos sintéticos que se encuentran en un organismo pero que normalmente no se producen o no se espera que estén presentes en ese organismo se denominan _____.

La biorremediación incluye _____.

  1. el uso de procariotas que pueden fijar nitrógeno
  2. el uso de procariotas para limpiar contaminantes
  3. el uso de procariotas como fertilizantes naturales
  4. Todo lo anterior

Además de proporcionar al yogur su sabor y textura únicos, las bacterias productoras de ácido láctico también proporcionan ¿qué beneficio adicional durante la producción de alimentos?

  1. Aportando xenobióticos
  2. Bajar el pH para matar bacterias patógenas.
  3. Pasteurización de productos lácteos
  4. Descomponer la lactosa para personas intolerantes a la lactosa

Preguntas de pensamiento crítico

Tu amigo cree que los procariotas son siempre perjudiciales y patógenos. ¿Cómo les explicaría que están equivocados?

Recuérdeles el papel importante que desempeñan los procariotas en la descomposición y la liberación de nutrientes en los ciclos biogeoquímicos. Recuérdeles los muchos procariotas que no son patógenos humanos y que llenan nichos muy especializados. Además, nuestros simbiontes bacterianos normales son cruciales para nuestra digestión y para protegernos de los patógenos.

Mucha gente usa jabón antimicrobiano para matar las bacterias en sus manos. Sin embargo, el uso excesivo puede aumentar el riesgo de infección. ¿Cómo pudo ocurrir esto?

El jabón mata indiscriminadamente las bacterias de la piel. Esto mata las bacterias dañinas, pero también puede eliminar las bacterias "buenas" de la piel. Cuando se eliminan las bacterias no patógenas, las bacterias patógenas pueden colonizar la superficie vacía.

Notas al pie

Glosario


Características de los procariotas

Los procariotas tienen una pared celular semirrígida y una membrana flexible que encierra su citoplasma, el medio que sustenta los procesos de la vida. Contienen uno o más bucles de ADN dentro del citoplasma y las regiones de fabricación de proteínas llamadas ribosomas. Pueden tener membranas internas rudimentarias, pero el ambiente dentro de la célula es esencialmente uniforme.Es decir, el citoplasma contiene un cierto nivel de salinidad, pH y distribución química, y todos los procesos de la célula ocurren en ese ambiente.


4.2: Clasificación de procariotas y ejemplos - Biología

Introducción a los procariotas
Los procariotas suelen ser organismos unicelulares, existe desde hace miles de millones de años y se puede encontrar en el aire, el agua y el suelo. Algunos pueden causar enfermedades graves. Pueden prosperar en hábitats no aptos para eucariotas y calor extremo, frío, acidez, salinidad. Los procariotas tienen una membrana plasmática que rodea la célula, pero no orgánulos unidos a la membrana, como las mitocondrias, el núcleo o los cuerpos de Golgi.

Pared celular de las bacterias
La pared celular de las bacterias es una estructura en capas que rodea el protoplasma de la célula para proteger a las células del medio ambiente. La membrana celular de la bicapa lipídica de la mayoría de las bacterias Gram-positivas está cubierta por una capa porosa de peptidoglicano que no excluye a la mayoría de los agentes antimicrobianos. Las bacterias gramnegativas están rodeadas por dos membranas. La membrana externa funciona como una barrera de permeabilidad eficiente porque contiene lipopolisacáridos y proteínas. La pared celular de las bacterias está formada por un peptidoglicano único (un polímero de disacárido que se reticula con los aminoácidos) llamado Mureína. Su estructura básica es una columna vertebral de carbohidratos de unidades alternas de N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico. Las bacterias que carecen de una pared celular se denominan micoplasmas, que habitualmente habitan en entornos osmóticamente protegidos y tienen compuestos similares a los esteroles en sus membranas.

Organelos e inclusiones
El citoplasma contiene cromosomas y ribosomas. Un cromosoma suele ser una molécula de ADN circular. Las enzimas se adhieren a la membrana plasmática. A menudo, se encuentran gránulos distintos en el citoplasma para el almacenamiento de grasa, glucógeno y enzimas. Los ribosomas son los únicos orgánulos citoplasmáticos en procariotas.

Movilidad, respuesta a estímulos y reproducción
Las bacterias tienen anillos giratorios que le dan un movimiento de hélice que les permite moverse a diferentes entornos. Algunas bacterias tienen estructuras similares a pelos cortos para ayudar a las bacterias a adherirse entre sí y a las superficies. Un pilli especial está involucrado en la reproducción bacteriana y ndash Sex Pilli.

Los procariotas tienen la capacidad de moverse hacia los estímulos ambientales. También pueden responder a la luz, el oxígeno y los imanes. Los procariotas se reproducen asexualmente por fisión binaria o sexualmente por conjugación.

Clasificación de procariotas
La clasificación puede basarse en el requerimiento de oxígeno, nutrición, capacidad fotosintética, capacidad quimiosintética, alimentación de materia orgánica, tinción y forma. Según la nutrición, las bacterias se pueden clasificar como heterótrofas, quimiosintéticas y fotosintéticas. Archaea también se llama Archaebacteria, están más estrechamente relacionadas con los eucariotas que con los procariotas. En un sistema tridimensional, contiene arqueas, bacterias y eucariotas.

Protistas
Los protistas son todos eucariotas y, por lo tanto, todos tienen orgánulos celulares, la mayoría de ellos son unicelulares, pero existe una forma multicelular. Los protistas contienen tres grupos: algas, mohos limosos (hongos) y protozoos. Las algas incluyen tres grupos: algas rojas, algas pardas y algas verdes. Los protozoos tienen vacuolas contráctiles que recogen el exceso de agua y lo bombean fuera del cuerpo celular. La ameba es un protozoo típico. Los protozoos pueden reproducirse por vía sexual y asexual. Pueden formar quistes en condiciones adversas.

Los procariotas suelen ser organismos unicelulares. Tienen una membrana plasmática que rodea la célula, pero no orgánulos unidos a la membrana, como las mitocondrias, el núcleo o los cuerpos de Golgi. Su único orgánulo de citoplasma es el ribosoma, las enzimas del metabolismo están unidas a la membrana plasmática que abarca la célula. Las bacterias tienen paredes celulares que las protegen del medio ambiente. Tienen anillos giratorios que le dan movimientos de hélice para permitir desplazarse a diferentes entornos. Algunas bacterias tienen estructuras similares a pelos cortos para ayudar a las bacterias a adherirse entre sí y a las superficies. La clasificación de las bacterias puede basarse en el requerimiento de oxígeno, la nutrición, la capacidad fotosintética, la capacidad quimiosintética, la alimentación de materia orgánica, la tinción y la forma. Los protistas son todos eucariotas y, por lo tanto, todos tienen orgánulos celulares, la mayoría de ellos son unicelulares, pero existe una forma multicelular. Los protistas contienen tres grupos: algas, mohos limosos (hongos) y protozoos. Los protozoos pueden reproducirse por vía sexual y asexual. Pueden formar quistes en condiciones adversas.

  • Cuadros de texto coloridos para una demostración explícita de conceptos
  • Gráficos y dibujos elegantes para una explicación y clasificación vívidas
  • Presentación esquemática para una fácil comprensión
  • El diagrama de flujo y las tablas se utilizan para resumir
  • Importancia de la pared celular
  • Pared celular de bacterias grampositivas y negativas
  • Composición química
  • Biopolímero
  • Micoplasma

Inclusiones y orgánulos

  • Citoplasma de procariotas
  • Ubicación de las enzimas
  • Organelos de inclusión
  • Ribosomas

Clasificación de bacterias

  • Requerimientos de Oxigeno
  • Nutrición
  • Capacidad fotosintética
  • Capacidad quimiosintética
  • Alimentación de Materia Orgánica
  • Tinción
  • Forma
  • Caracteristicas
  • Características
  • Evolución de los protistas
  • Heterótrofos: algas, mohos de agua, mohos de limo, protozoos, hongos
  • Adaptaciones
  • Protistas que causan enfermedades
  • Relación simbiótica

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Ejemplos de preguntas basadas en datos

Hay muchas preguntas basadas en datos en los exámenes del IB. Estas preguntas se encuentran en la sección A del documento dos y también en la sección B del documento tres, el documento de opción.

Esta página enumera una serie de ejemplos de preguntas basadas en datos que se pueden encontrar en este sitio web de InThinking Biology.
También hay preguntas basadas en datos en cada una de las pruebas de final de tema de estilo IB en la sección de evaluación y revisión.

Preguntas de análisis de datos sobre el cáncer y el tracto digestivo

Pruebe esta actividad de análisis de datos sobre la mitosis. Este vínculo con la mitosis no es obvio de inmediato, este es el tipo de pregunta que prueba la capacidad de los estudiantes para averiguar qué está sucediendo en un estudio biológico específico que no han visto antes.

La evidencia del estudio respalda el concepto de mitosis que se ha desregulado en el intestino delgado, lo que puede causar cáncer.

Para responder a las preguntas con precisión, es importante comprender los términos de comando que se encuentran comúnmente en las preguntas basadas en datos.


Los científicos han observado los siguientes tipos de recombinación en la naturaleza:

    • Recombinación homóloga (general): como su nombre lo indica, este tipo se produce entre moléculas de ADN de secuencias similares. Nuestras células llevan a cabo una recombinación general durante la meiosis.
      • Recombinación no homóloga (ilegítima): una vez más, el nombre se explica por sí mismo. Este tipo ocurre entre moléculas de ADN que no son necesariamente similares. A menudo, habrá cierto grado de similitud entre las secuencias, pero no es tan obvio como lo sería en las recombinaciones homólogas.
        • Recombinación específica de sitio: esto se observa entre secuencias particulares, muy cortas, que generalmente contienen similitudes.
        • Recombinación mitótica: esto en realidad no ocurre durante la mitosis, sino durante interfase, que es la fase de reposo entre las divisiones mitóticas. El proceso es similar al de la recombinación meiótica y tiene sus posibles ventajas, pero generalmente es dañino y puede provocar tumores. Este tipo de recombinación aumenta cuando las células se exponen a la radiación.

        Las células procariotas pueden experimentar recombinación a través de uno de estos tres procesos:

          • La conjugación es cuando los genes se donan de un organismo a otro después de haber estado en contacto. En cualquier momento, el contacto se pierde y los genes que fueron donados al receptor reemplazan sus equivalentes en su cromosoma. Lo que la descendencia termina teniendo es una mezcla de rasgos de diferentes cepas de bacterias.
            • Transformación: aquí es donde el organismo adquiere nuevos genes al tomar ADN desnudo de su entorno. La fuente del ADN libre es otra bacteria que ha muerto y, por lo tanto, su ADN se liberó al medio ambiente.
            • La transducción es la transferencia de genes mediada por virus. Virus llamados bacteriófagos atacan a las bacterias y llevan los genes de una bacteria a otra.

            Teoría, forma y función celular: procariotas y eucariotas

            Han evolucionado dos tipos de células estructuralmente distintos que varían mucho en su complejidad interna. Procariota Las células son el tipo más simple y son precursores evolutivos de eucariota tipos de células. Las que se cree que son las primeras células fosilizadas conocidas fueron descubiertas por paleontólogos que trabajaban cerca de los Grandes Lagos en América del Norte. Descubrieron evidencia microfósil con suficiente detalle para clasificar las células como procariotas. ¿Cómo sabían que eran procariotas?

            Aunque tanto las células procariotas como las eucariotas pueden tener una pared celular y un membrana celular para encerrar el celular citoplasma, las similitudes estructurales terminan ahí. Dentro de una célula procariota típica, como una célula bacteriana, no existen orgánulos. Un orgánulo es una estructura subcelular que tiene una función específica. Incluso el material genético, aunque a menudo está contenido y acorralado dentro de la célula, no está unido por una membrana. Las células eucariotas, que básicamente incluyen todos los tipos de células excepto las bacterias, se caracterizan por tener orgánulos internos rodeados de una membrana, lo que ayuda a aumentar su organización y eficiencia. A diferencia de los procariotas, en los eucariotas los cromosomas están formados por distintas longitudes de ADN y se almacenan dentro de una membrana nuclear. Debido a que los procariotas son más simples, carecen de orgánulos unidos a la membrana, también son mucho más pequeños (de 1 a 10 micrómetros) que los eucariotas, que varían de 10 a 100 micrómetros de tamaño.


            Ver el vídeo: Celula procariota (Agosto 2022).