apunts 20 - IES Guillem Cifre de Colonya
Anuncio
20 MICROORGANISMES 1. Concepte de microorganisme. 2. Els bacteris 2.1 Els eubacteris 2.2 Els arqueobacteris 3. Els virus. 4. Altres partícules infeccioses 5. Microorganismes eucariotes: 5.1 Els protozous 5.2 Les algues 5.3 Els fongs IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 1 1 CONCEPTE DE MICROORGANISME Els microbis o microorganismes són éssers vius de mida microscòpica i per observar-los cal fer servir el microscopi. . El terme microorganisme és molt imprecís, ja que inclou tant els éssers unicel lulars com els éssers pluricel.lulars. D'altra banda, hi ha microorganismes que són autòtrofs i n'hi ha que són heteròtrofs. Molts microorganismes estan mancats de nucli, per això són procariotes, però també n'hi ha d'eucariotes. Una . característica que uneix tots els microorganismes, a banda de ser molt petits, és que cada cèl lula microbiana pot fer per si mateixa totes les funcions vitals, com ara el metabolisme, el creixement i la reproducció. Els microorganismes poden ser procariotes i eucariotes, a més de formes acel.lulars. Els microorganismes procariotes són els arqueobacteris i els eubacteris, que pertanyen al regne de les moneres. Els microorganismes eucariotes són les algues microscòpiques i els protozous, que pertanyen al regne dels protoctists, mentre que els fongs microscòpics (florits i llevats) s'inclouen dins del regne dels fongs. Encara que l' acord no és total entre els biòlegs, els virus no es consideren éssers vius, ja que estan . mancats de tota activitat vital fora de les cèl lules; tanmateix, la importància que tenen com a agents transmissors de malalties fa que es tendeixi a estudiar-los com a microorganismes. Les unitats utilitzades en microscòpia per definir les dimensions d'aquests éssers vius són la micra o micròmetre (µ), el nanòmetre (nm) i l'àngstrom (. ). Les equivalències són: 3 6 7 1 m m = 1 0 µ = 1 0 nm = 10 A 2 IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 2 ELS BACTERIS 2.1 ELS BACTERIS Els bacteris són organismes procariotes. Actualment n'hi ha unes 2.000 espècies. Són organismes molt antics, ja que n'hi ha evidències fòssils de fa 3.500 milions d'anys. Malgrat que són organismes molt simples amb poques estructures internes i tan sols quatre formes externes, els bacteris presenten una gran variabilitat de metabolismes. Tenen una mida que oscil•la entre les 13 µ del Bacillus anthracis i 1 µ de l'Streptococcus aureus. Els bacteris són els organismes més petits que disposen de tots els elements i dispositius metabòlics necessaris per a l'obtenció i la transformació de la matèria en qualsevol medi, per créixer i per replicar-se. Hi ha quatre tipus morfològics de bacteris: • • • • Els bacils, en forma de bastó. Els cocs, de forma esferica. Els espirils, en forma de bastó caragolat. Els vibrions, com una coma ortogràfica. Alguns bacteris formen agrupacions d'individus, ja que, quan es divideixen, els bacteris fills es mantenen units per mitjà de les càpsules. • Els bacils solen presentar cadenes lineals d'individus, ja que el procés de divisió té lloc en una sola direcció. • Els cocs, segons les possibles direccions de divisió, presenten diferents agrupacions que reben el nom d'estreptococs si formen cadenes, estafilococs si formen raïms o sarcines si formen associacions tridimensionals regulars. IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 3 L `E S T R U C T U R A B AC T E R I AN A . L'organització interna dels bacteris és molt més simple que la de les cèl lules eucariotes; en canvi, la seva estructura superficial és més complexa. Càpsula bacteriana La càpsula és una capa mucosa de polisacàrids que envolta la paret bacteriana i que només presenten alguns bacteris. Si aquesta capa tova es manté adherida a la . paret s'anomena càpsula, però si la cèl lula produeix molts polisacàrids i aquests tenen una composició que fa que siguin molt dispersables en aigua, aquesta capa augmenta de gruix i disminueix de densitat, i s'anomena capa mucosa. Això explica que tingui un gruix molt variable (entre 100 i 400 A). Els seus principals components són polímers de glucosa i polímers d'àcid glucurònic. Gairebé tots els bacteris gramnegatius que són patògens tenen càpsula. Per mitjà de mutació, però, es pot perdre la característica de tenir càpsula. Això explica que hi hagi espècies que tenen soques amb càpsula que són patògenes i soques sense càpsula que no ho són. Les funcions de la càpsula són: · - Dificulta que els anticossos i les cèl lules fagocítiques les reconeguin i les destrueixin. - Permeten l'adhesió dels bacteris a les · cèl lules de l'hoste i l'adhesió de les . cèl lules filles entre si, de manera que afavoreixen la formació de colònies. - Intervenen en els processos d'intercanvi d'aigua, ions i substàncies nutritives - Actuen com un mecanisme de defensa davant la dessecació del medi. 4 IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau Paret bacteriana · És una coberta rígida i forta que dóna forma a les cèl lules bacterianes. Té una amplada d'entre 50 i 100 A. La tinció de Gram permet diferenciar dos tipus de bacteris segons l'estructura de la paret: els grampositius i els gramnegatius. En tots dos tipus la paret té una capa de mureïna, que és un peptidoglicà format per una xarxa la base de la qual és N-acetilglicosamina (NAG) i N-acetilmuràmic (NAM) units alternadament i que formen llargues cadenes Els NAM tenen enllaçada una cadena de quatre aminoàcids: L-alanina, D-isoglutàmic, L-lisina (o bé àcid diaminopimèlic) i D-alanina. Les cadenes de NAG i NAM estan unides per enllaços encreuats entre les cadenes d'aminoàcids. La paret dels gram-positius és monoestratificada i està constituïda per una capa gruixuda (200-800 A) de peptidoglicans (mureïna), a la qual s'associen proteïnes, polisacàrids i àcids teïcoics. La paret dels gramnegatius és biestratificada, amb una capa basal fina (20-30 À) de peptidoglicans, sobre la qual hi ha una membrana externa (60-180 A de gruix). Aquesta membrana està constituïda per una doble capa lipídica que conté un gran nombre de proteïnes (la majoria amb activitat enzimàtica) i de lipopolisacàrids que es projecten cap a l' exterior. Membrana plasmàtica És una coberta que envolta el citoplasma. Està constituïda per una membrana de tipus unitari de 75 A de gruix. Té una estructura idèntica a la de . les cèl lules eucariotes, i tan sols varien algunes de les molècules que la componen; per exemple, a la . membrana bacteriana no hi ha esteroides (colesterol), que a les membranes de les cèl lules eucariotes poden constituir del 5 al 25 % de tots els lípids de la membrana. Una particularitat que presenta la membrana bacteriana és l'existència d'uns replecs interns que reben el nom de mesosomes. . Les funcions de la membrana plasmàtica bacteriana són les mateixes que en la cèl lula eucariota, és a dir limiten el bacteri i regulen el pas de les substàncies nutritives. Els mesosomes incrementen la superfície de la membrana plasmàtica, serveixen per subjectar el cromosoma bacterià i, a més, tenen una gran importància en la fisiologia bacteriana, ja que hi ha una gran quantitat d'enzims que s'utilitzen per a les finalitats següents: - Dirigir la duplicació de l'ADN bacterià per mitjà de l'ADN-polimerasa. - Fer la respiració, ja que se suposa l'existència d'una estructura de membrana similar als complexos ATP-sintetases dels mitocondris. - Fer la fotosíntesi en els bacteris fotosintètics, ja que les molècules del fotosistema I (PSI) se situen a la membrana del mesosoma. - Assimilar NO3 (els bacteris que tenen l'enzim nitrat sintetasa) o NO2 (els que tenen el nitrit sintetasa) en els bacteris nitrificants; assimilar N2 atmosfèric (els que tenen l'enzim nitrogenasa). - - Ribosomes Són partícules d'uns 200 a 250 À de diàmetre que estan lliures al citoplasma bacterià en un nombre d'uns 10.000. Estan constituïts per dues subunitats que no sempre estan unides, que es diferencien per la velocitat de sedimentació, que és de 30 S en la petita, de 50 S en la gran i de 70 S en la del ribosoma complet. La subunitat petita està constituïda per una molècula d'ARN i 21 proteïnes diferents. La gran està formada per dues molècules d'ARN i 34 proteïnes. Els ribosomes bacterians fan la síntesi de proteïnes per mitjà d'un mecanisme idèntic al de les cèl.lules eucariotes, però sempre estan lliures al citoplasma. IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 5 Inclusions Les inclusions són grànuls de reserva de diversos tipus de substàncies que el bacteri sintetitza en moments d'abundància d'aliments, o bé són residus del seu metabolisme. Aquestes inclusions estan disperses pel citoplasma, sense membrana que les aïlli del medi intern. Les substàncies que formen grànuls són polisacàrids (midó, glicogen), lípids (triacilglicèrids, cèrids) i volutina (polifosfats i sofre). Les inclusions serveixen com a elements de reserva nutritiva Orgànuls especials Només els cianobacteris tenen uns orgànuls delimitats per una membrana similar a la plasmàtica: els tilacoides. En aquesta membrana és on hi ha els pigments fotosintètics. Tot i així, hi ha bacteris que també tenen uns orgànuls especials, delimitats per unes membranes rígides de proteïnes, que no deixen passar l' aigua però sí l' aire: són les vesícules de gas, que contenen aire i actuen com a flotadors del bacteri (fan de 200 a 1.000 nm); les vesícules de clorobi, que contenen els pigments fotosintètics (fan de 100 a 150 nm), i els carboxisomes o cossos polièdrics, presents als cianobacteris i també en altres bacteris fotosintètics i quimiosintètics, que contenen l'enzim ribulosa-difosfat-carboxilasa, responsable de la fixació del CO2 de l' aire. ADN bacterià L' ADN bacterià és una ADN circular de doble fil.lament (doble hèlix) i molt enrotllat sobre si mateix (superespiralitzat) que pot estar unit a un mesosoma o bé, més o menys condensat, en una regió del citoplasma denominada nucleoide o nucli fals. En la condensació hi intervé una massa d'ARN i proteïnes. Per això, en lloc de parlar del cromosoma bacterià, parlem de genòfor El grau de condensació és molt alt. Els bacteris també poden contenir uns petits ADN circulars de doble hèlix anomenats plasmidis. N'hi pot haver de diversos tipus. Alguns s'autodupliquen. Si s'integren al genòfor reben el nom d' episomes. L'ADN bacterià és una doble hèlix circular, generalment amb superenrotllaments. Està associat a proteïnes similars a les histones, i forma estructures més o menys condensades. Té la funció de mantenir i conservar la informació genètica i alhora dirigir el funcionament de tot el metabolisme bacterià. Flagels Els flagels són prolongacions fines amb una longitud que pot ser diverses vegades més gran que la dels bacteris. N'hi pot haver entre un i cent. Segons la situació dels flagels, els bacteris poden ser monòtrics, Iofòtrics, amfítrics i perítrics . Els flagels bacterians són molt més senzills que els de les . cèl lules eucariotes, en els quals es distingeixen dues parts: la zona basal i la tija. La zona basal està constituïda pel cos basal i el colze, tots dos formats per proteïnes. . El flagel té un gruix que oscil la entre els 100 i els 200 À, conté un nombre variable de fibres trenades constituïdes per molècules de la proteïna flagel.lina. 6 IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau Pèls o fímbries Els pèls o fímbries són estructures rígides, cilíndriques i buides, formades per molècules de la proteïna pilina. Es troben a la superfície d'alguns bacteris gramnegatius. N'hi ha de molts tipus i es distingeixen fonamentalment pel . diàmetre, que oscil la entre els 30 i els 300 À, és a dir, que poden ser més gruixuts que els flagels. Tenen, bàsicament, una funció d'adherència. N'hi ha d'un tipus especial, els pèls sexuals o fímbries de conjugació, que permeten la transmissió d'ADN entre bacteris (sexualitat). Els que serveixen per adherir-se al substrat, a la . pel lícula superficial de l' aigua, o per adherir-se els uns amb els altres, són molt nombrosos, fins a un centenar per bacteri; en canvi, de pèls sexuals, quan n'hi ha, n'hi ha pocs, entre un i cinc. LA FISIOLOGIA BACTERIANA Els bacteris, també com qualsevol ésser viu, desenvolupen les tres funcions vitals: de nutrició, de relació i de reproducció. Funcions de nutrició Els bacteris formen un grup molt heterogeni pel que fa a la nutrició, ja que el conjunt de les seves diferents espècies poden dur a terme tots els tipus de metabolisme existents. Una mateixa espècie pot tenir, fins i tot, dos tipus de metabolisme diferents que fan servir facultativament, segons 1' abundància nutritiva del medi. Els bacteris poden ser fotoautòtrofs, com els bacteris porpres sulfuris; fotoheteròtrofs, com els bacteris porpres no sulfuris; quimioautòtrofs, com els bacteris incolors del sofre; i també quimioheteròtrofs, com la major part dels bacteris. Funcions de relació Molts bacteris disposen de mobilitat, és a dir, es desplacen. El desplaçament es pot efectuar per mitjà de reptació sobre un substrat sòlid, per mitjà de moviments de contracció i dilatació, o per mitjà de moviment . flagel lar. S'han estudiat les respostes dels bacteris fotosintètics davant d'estímuls lluminosos (fototactisme) i també d'estímuls químics (quimiotactisme). Una de les respostes més ben conegudes davant de variacions del medi és la formació d'espores o formes de resistència, que és molt freqüent en els bacteris que viuen al sòl. Aquests bacteris, davant de condicions adverses del medi, entren en períodes de metabolisme reduït i protegeixen el seu ADN formant al voltant d'aquest una coberta complexa que dóna lloc a l'endòspora. S'anomena així perquè es forma dins del bacteri intacte. Les espores són extremament resistents a altes temperatures (fins a 80 °C) i també suporten condicions de sequedat, l'acció d'agents químics, com ara àcids i desinfectants, i les radiacions durant llargs períodes de temps. Quan les condicions tornen a ser propícies, les espores germinen i donen lloc a bacteris amb totes les seves funcions. IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 7 Funcions de reproducció La reproducció dels bacteris és asexual. Es duu a terme per mitjà d'una bipartició, a la qual precedeixen una duplicació de l'ADN i una separació de les dues molècules en els dos bacteris fills. La reproducció està lligada a l' activitat dels mesosomes, que dirigeixen la duplicació de l'ADN i la creació de la membrana de separació entre els dos nous bacteris, que són genèticament idèntics. Les colònies bacterianes són clonacions. Els bacteris tenen, a més, uns mecanismes definits com a parasexuals, per mitjà dels quals intercanvien informació genètica amb altres bacteris, tant si són de la mateixa espècie com si no ho són. Hi ha tres processos d'intercanvi genètic: la conjugació, la transducció i la transformació. 1) La conjugació La conjugació és el procés pel qual un bacteri, anomenat donador, transmet ADN per mitjà d'un pèl sexual a un altre bacteri, en aquest cas, receptor. Els bacteris donadors tenen, a més del seu ADN o genòfor, un tipus de plasmidis especials que reben el nom de plasmidis F o factors F (de fertilitat), que contenen els gens que informen de la producció dels pèls sexuals o pèls F , que són els que permeten transmetre el plasmidi F a uns altres bacteris que no en tenen. Els bacteris amb plasmidis F + es coneixen amb el nom de F , i els que no en tenen, F - . Com que els plasmidis F s'autodupliquen, els bacteris F+ poden contenir desenes de plasmidis F . Per això, en un cultiu, al cap de poc temps tots els bacteris passen a ser F+. En la transmissió només passa una de les dues cadenes del plasmidi El plasmidi F rep el nom d’episoma si s’intercala (recombina) dins el DNA bacterià. Aquests bacteris, anomenats Hfr (alta frequència de recombinació), també són capaços de donar ADN als bacteris F. Un bacteri Hfr transmet part del plasmidi F i alguns gens adjacents del cromosoma, que es recombinen amb el DNA del bacteri receptor i hi queden integrats. 2) La transducció La transducció és l'intercanvi genètic que requereix un agent transmissor, generalment un virus, que transporta fragments d'ADN procedents del darrer bacteri parasitat. 3) La transformació La transformació és un procés pel qual un bacteri introdueix al seu interior fragments d'ADN que estaven lliures al medi i procedien de la lisi d' altres bacteris. Aquests tres mecanismes d'intercanvi genètic expliquen la variabilitat que poden presentar alguns bacteris quan habiten amb altres bacteris diferents. Un exemple d' aquest procés és la resistència als antibiòtics que han adquirit determinats bacteris patògens gràcies a la convivència a l'intestí amb bacteris simbiòtics que resisteixen bé l'acció d'aquests productes farmacèutics 8 IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau TIPUS DE D’EUBACTERIS Els grups més importants de bacteris són els següents: Bacteris porpres i verds. Són bacteris fotosintètics anòxics que tenen un pigment que és molt semblant a la clorofil•la a anomenat bacterioclorofil•la, i un sol fotosistema en el seu mecanisme fotosintètic. Els bacteris porpres deuen el seu . color a la combinació de la bacterioclorofil la, verda, amb els carotenoides, de color vermellós o taronja. Els bacteris porpres i els verds s'anomenen sulfurosos si utilitzen el H2S com a font d'hidrògens, mentre que es consideren no sulfurosos si la font d'hidrògens són les molècules orgàniques. Cianobacteris També s'anomenen cianoficies o algues verdes blavoses i són eubacteris fotosintètics anòxics. El nom . fa referència a la presència d'un pigment blau anomenat ficocianina, que s'afegeix a la clorofil la a. Poden existir com a cèl•lules aïllades o formar colònies filamentoses. La mida de les cèl.lules dels . cianobacteris pot oscil lar des d' l mm fins a 60 µ en el cas del gènere Oscillatoria. La nutrició de les cianoficies es basa en l'activitat fotosintètica que es produeix en els sàculs (possibles precursors dels tilacoides dels cloroplasts de les cèl.lules eucariotes) per mitjà d'un mecanisme similar al que té lloc en els cloroplasts de les plantes, és a dir, utilitzant l' aigua com a donadora d'hidrògens i desprenent oxigen. Alguns cianobacteris poden fixar el nitrogen atmosfèric, activitat que està relacionada amb la presència d'heterocists en la colònia. Els heterocists són cèl•lules incolores, més grans que les . altres, de parets cel lulòsiques i plenes de nitrogen. Les cianoficies no tenen mecanismes que facilitin el movíment; en canvi, les colònies tenen un sistema de desplaçament de tipus reptant. La reproducció és senzilla, mitjançant la divisió per bipartició gràcies a l' aparició de septes transversals. Els cianobacteris s'han adaptat a una gran varietat d'hàbitats. N'hi ha al mar i a l'aigua dolça; d'altres són capaços de resistir aigües termals de fins a 90 °C; d'altres formen associacions simbiòtiques amb fongs per formar els líquens. Procloròfits . Són eubacteris fotosintètics que contenen clorofil les a i b. Les membranes internes del tipus tilacoides fan que s'assemblin als cloroplasts de les cèl•lules eucariotes. La major part de les espècies conegudes viuen com a endosimbionts a l' interior de precordats del grup dels ascidiacis. Bacteris nitrificants Són eubacteris quimioautòtrofs capaços de formar compostos orgànics gràcies a l'energia alliberada en reaccions d'oxidació de compostos nitrogenats inorgànics. Hi ha dos grups de bacteris nitrificants: + Els bacteris oxidants d'amoni (NH4 ), com ara els del gènere Nitrosomona, que transformen l'amoni en nitrit (NO2 ), Els bacteris oxidants de nitrits, com ara el gènere Nitrobacter, que oxiden nitrits a nitrats (NO3) Els bacteris nitrificants viuen als sòls i també als sediments marins, i són molt importants, ja que transformen els nutrients inorgànics en substàncies que les plantes poden aprofitar. Bacteris fixadors de nitrogen Són bacteris aerobis gramnegatius capaços de fixar el nitrogen de I' atmosfera. Són bacteris que viuen preferentment als sòls, com ara els gèneres Azotobacter i Rhizobium; aquest darrer sol establir simbiosi amb plantes lleguminoses. IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 9 Espiroquetes Són eubacteris prims, llargs i lleugerament ondulats. Presenten fibril•les internes que, quan roden, proporcionen moviment de torsió o flexió al bacteri. Són molt freqüents en els medis aquàtics; altres espècies produeixen malalties als animals i a l'espècie humana, com per exemple el Treponema pallidum, el bacteri causant de la sífilis. Bacteris de l'àcid làctic Són bacteris anaerobis tolerants a l'oxigen, grampositius i fermentatius, que produeixen àcid làctic com a producte final. Entre els gèneres més importants cal destacar, principalment, els bacteris Streptococcus i Lactobacillus. Microplasmes Són petits bacteris sense paret bacteriana, la membrana plasmàtica dels quals conté esterols, que li donen una gran estabilitat. Poden tenir forma de cocos diminuts (0,2 µ de diàmetre) o formar filaments semblants als dels fongs. La major part dels microplasmes són patògens, i produeixen malalties a les plantes i a l'espècie humana, com per exemple la pneumònia atípica. 10 IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 2.2 ELS ARQUEOBACTERIS La seqüenciació molecular de L'ARN ribosòmic ha permès separar clarament un grup de procariotes que anteriorment s'incloïen entre els eubacteris: els arqueobacteris. Aquests organismes procariotes tenen una membrana plasmàtica amb lípids que no contenen àcids grassos sinó hidrocarburs. Els hidrocarburs s'uneixen a la glicerina mitjançant enllaços èter (—C—O—C—) en comptes d'enllaços èster (—CO—O—C—). Les membranes poden ser bicapes o monocapes. . Les parets cel lulars dels arqueobacteris estan mancades de peptidoglicans i de D-aminoàcids. En canvi, sí que tenen pseudopeptidoglicans i polisacàrids (galactosamina, àcid glucurònic i glucosa) o proteïnes, segons les espècies. El genoma dels arqueobacteris està format per una única molècula d'ADN circular, i és més petit que el dels eubacteris. El metabolisme arqueobacterià segueix el mateix patró que el dels eubacteris. Moltes espècies són autòtrofes i moltes altres són capaces de colonitzar medis de condicions extremes. Així doncs, es distingeixen les espècies següents: - Els arqueobacteris halòfils, que viuen en aigües hipersalines, com les del mar Mort. - ls arqueobacteris termòfils, que viuen en aigües termals o hàbitats volcànics rics en sofre - Els arqueobacteris metanògens, que viuen en condicions d'anaerobiosi, com per exemple al tracte intestinal dels animals, i són capaços de produir metà (CH4) a partir de diferents substrats, com el CO2. Els bacteris metanògens duen a terme dos tipus de reaccions: en la primera obtenen H2 a partir d' etanol segons la reacció següent: 2(CH3-CH2OH) + 2H20 — 2(CH3-COOH) + 4H2 En la segona originen, bàsicament, metà (CH4) a partir del H2 anterior i del CO2 que agafen de l'atmosfera, segons la reacció següent: CO2+4H2- C H 4 + 2H2O Aquests bacteris són els responsables de la producció de metà als pantans que contenen grans quantitats de matèria orgànica en putrefacció. Per això el CH4 també s'anomena gas dels pantans. També són els responsables de la producció de metà a les plantes de tractament d'aigües residuals i als aparells digestius dels animals herbívors remugants, on es produeix la fermentació de la cel•lulosa ingerida. Si no fos per aquests bacteris, una gran part de la matèria orgànica dipositada en els sediments no tornaria a l'atmosfera en forma de metà, sinó que es mantindria enterrada a terra. Els bacteris metanògens són, per tant, els responsables de la producció d'uns 2.000 milions de tones anuals de metà; el 30 % d'aquesta producció prové dels remugants. Actualment, es coneixen diversos mètodes i processos per aprofitar el metà produït per aquests bacteris com a font d'energia per dur a terme una gran varietat d'activitats humanes. Es creu que els primers organismes que van aparèixer sobre la Terra possiblement eren molt semblants als arqueobacteris actuals. IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 11 3 ELS VIRUS Els virus són partícules microscòpiques molt senzilles constituïdes per un àcid nucleic (genoma víric) que està envoltat per una càpsula proteica i, de vegades, una coberta membranosa. . Quan es troben fora de les cèl lules (fase extracel·lular) són totalment inerts, ja que no posseeixen . enzims per desenvolupar un metabolisme propi. Els virus, en la fase extracel lular, també s'anomenen virions. . Els virus són capaços d'adherir-se a la superfície d'altres cèl lules, i d'introduir-hi el seu genoma víric ' (d'ADN o d'ARN), D aquesta manera poden reproduir-se, ja que el genoma víric és capaç de sintetitzar . les cobertes de nous virus utilitzant la matèria, l'energia i el sistema enzimàtic de la cèl lula on es troba . (fase intracel lular). Els virus són, per tant, paràsits obligats. També és possible definir els virus estructures encarregades de transportar un àcid nucleic entre una · cèl lula hoste i una altra. Els virus són molt més petits que les cèl·lules, ja que la seva mida no sol excedir dels 2.500 A (un bacteri com l'Escherichia coli té unes 25.000 À per 10.000 À). Segons l'hoste que parasiten, els virus es classifiquen en virus bacterians o bacteriòfags, virus ' vegetals i virus animals. Altres criteris de poden ser la possessió d ADN o ARN, la forma de la càpsula proteica, la presència o no de coberta membranosa o, fins i tot, la possessió o no d’enzims específics com la transcriptasa inversa. 12 IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau L'estructura dels virus En qualsevol virus es poden distingir les tres parts següents: - Genoma víric. Es compon d'una o diverses molècules d'ADN o d'ARN, però mai dels dos simultàniament. ' L àcid nucleic dels virus consta d'una sola cadena, oberta o circular. Al seu torn, aquesta única cadena pot ser bicatenària o monocatenària. - Càpsida. És la coberta proteica que envolta el genoma víric. La funció de la càpsida és protegir . l'àcid nucleic i, en els virus sense membrana, reconèixer els receptors de membrana de les cèl lules que el virus parasita. El conjunt del genoma víric i la càpsida s'anomena nucleocàpsida La càpsida està formada per proteïnes o capsòmers que es disposen d'una manera regular i simètrica, fet que determina l’existència de diversos tipus de càpsides: La càpsida icosaèdrica és una estructura polièdrica. Està formada per la unió de capsòmers de dos tipus: hexàmers, a les cares i les arestes i pentàmers als vèrtexs Un exemples de virus icosaèdric és el virus humà de les berrugues. . La càpsida helicoïdal està formada per capsòmers col locats helicoïdals formant una estructura tubular, a l'interi se situa l' àcid nucleic. Són d’aquest tipus el virus del mosaic del tabac (VMT) o el virus de la ràbia. La càpsida complexa es troba en alguns virus especialitzats a parasitar bacteris, per això reben el nom de bacteriòfags. Aquest tipus de càpsida té dues parts: el cap, de tipus icosaèdric i que conté l'àcid nucleic, i la cua, adaptada per a la injecció de l'àcid nucleic a l'interior del bacteri. A la base de la cua hi ha una placa basal que posseeix espines i a la qual ' s uneixen fibres caudals; la placa, les espines i les fibres també estan formades per proteïnes. Poden contenir enzims i ATP, la funció dels quals és destruir la paret bacteriana per facilitar la penetració del genoma víric. - Coberta membranosa. Un grup de virus, com els que provoquen la ràbia, l'hepatitis, la grip, la verola i la sida, tenen una coberta de tipus membranós que envolta la nucleocàpsida. Aquesta . coberta es compon d'una doble capa lipídica procedent de les cèl lules hostes parasitades i de glicoproteïnes que hi estan incloses, la síntesi de les quals està controlada pel genoma víric. Les glicoproteïnes sobresurten lleugerament de la coberta i tenen com a funció el reconeixement de la . cèl lula hoste i la inducció de la penetració del virió en aquesta mitjançant la fagocitosi. L'origen dels virus La hipòtesi més acceptada actualment defensa que els virus són formes simplificades i no formes simples i primitives. Així doncs, el seu origen és molt posterior a l'inici de la vida. IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 13 ELS CICLES DEL VIRUS Els virus, com que no requereixen energia per desenvolupar cap activitat ni matèria per créixer, estan mancats de funcions de nutrició. Tampoc no tenen cap funció de relació, ja que el contacte amb les . cèl lules hoste és totalment fortuït. En canvi, presenten mecanismes interessants que els permeten . reproduir-se dins de les cèl lules hoste. . El cicle vital víric requereix una cèl lula hoste d'on puguin obtenir matèria i energia per sintetitzar nous àcids nucleics i capsòmers. El cicle lític. (Ex: el bacteriòfag T4) El cicle lític s’anomena així perquè condueix a la destrucció (lisi) de la cèl.lula hoste Com a exemple del cicle lític estudiarem el del bacteriòfag T4. Aquest virus es compon d'un cap i una cua en la qual ' hi ha una placa basal i fibres de fixació. El genoma es compon d'una molècula d ADN bicatenària que està molt empaquetada dins del cap. 1) Fase de fixació o adsorció. Hi ha una gran especificitat en el reconeixement dels virus per . . part de les cèl lules hoste. Hi ha components moleculars a la superfície de les cèl lules (proteïnes, polisacàrids o complexos lipoproteïnespolisacàrids) que actuen com a receptors que permeten l'adhesió dels virions. . Els bacteriòfags es fixen inicialment a la cèl lula per mitjà de puntes de les fibres caudals i claven les espines basals a la paret bacteriana. 2) Fase de penetració. El bacteriòfag, mitjançant els enzims lisozims de la placa basal, perfora la paret bacteriana. Després contreu la beina de la cua i hi introdueix l’ADN a través d’aquest orifici al ciptoplasma. 3) Fase d’eclipsi. Rep aquest om perquè no s’observen virus a l’interior de la cèl.lula. Inicial' ment, l'àcid nucleic víric, utilitzant nucleòtids i l'enzim ARN-polimerasa de l hoste, dirigeix la síntesi d'una gran quantitat d'ARNm víric. Aquest ARNm víric serveix de base per a la síntesi de proteïnes del virus com ara els capsòmers, els enzims endonucleases (els quals ' destrueixen l'ADN bacterià i n'impedeixen la duplicació) i els enzims endolisines. L ADN víric sofreix múltiples processos de replicació. 4) Fase d'acoblament. Els capsòmers es reuneixen i formen la càpsida, mentre que l'àcid nucleic víric es plega i penetra en aquesta. 5) Fase de lisi o alliberació. En aquesta fase, els nous virions surten a l'exterior a causa de l'acció de l'enzim endolisina, que indueix la lisi 14 IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau El cicle lisogènic Presenten aquest cicle aquells virus que, quan infecten una cèl.lula hoste, no la destrueixen, però el seu genoma pasa a incorporar-se a l’ADN de la cèl.lula hoste, on queda en estat de vida latent. Aquests virus s’anomenen virus atenuats o pròfags i la cèl.lula receptora cèl.lula lisogènica. L’ADN dels pròfags pot viure en forma latent durant unes quantes generacions de la cèl.lula hoste, fins que un estímul indueix la separació de pròfags, i s’iniciï un cicle lític complet. Mentre la cèl.lula tingui l’ADN pròfag, serà immune a les infeccions d’aquest virus. El cicle dels virus amb coberta (Ex: el virus de la sida) IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 15 16 IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 4 PARTÍCULES SUBVIRALS Es coneixen altres agents infecciosos encara més simples que els virus: els viroides i els prions. Tots dos, com els . virus, depenen per replicar-se de la maquinària metabòlica de les cèl lules vives. Els viroides Estan associats amb determinades malalties de plantes com la patata. Cada viroide es compon d'una petita molècula d'ARN de forma circular i monocatenària, que no està protegida per cap tipus de coberta. La infecció per viroides generalment causa una atròfia en el creixement de la planta a la qual s'afegeix un desenvolupament anormal de tiges i fulles. Una infecció per viroides (la malaltia anomenada cadang-cadang) ha estat la causant de la desaparició gairebé total dels cocoters en moltes zones de les illes Filipines. Els prions Són únicament molècules de proteïna. Un dels prions estudiats posseeix 250 aminoàcids a la cadena i té una mida 100 vegades més petita que els virus més reduïts. Els prions, tot i que no tenen àcids nucleics, són capaços . d'autoreplicar-se dins de les cèl lules, de manera que es postula la possibilitat que activin un gen de I'ADN hoste perquè codifiqui proteïnes del prió. S'ha constatat que els prions són proteïnes amb la mateixa o gairebé la mateixa seqüència d'aminoàcids que una proteïna normal, però que tenen una forma espacial diferent. Els prions són capaços d'induir les proteïnes normals de . la cèl lula a adoptar la forma del prió. Generalment, els prions són proteïnes de membrana de les neurones, per això solen provocar malalties neurovegetatives. Els prions són resistents a tractaments físics i químics. La síndrome de Creutzfeld-Jakob és la malaltia humana més coneguda causada per un prió. Es caracteritza per períodes d'incubació d'uns quants mesos o anys, als quals segueix una ràpida degradació del sistema nerviós de la persona afectada, que mor al cap d'un any d'haver-se-li detectat els primers símptomes. L'encefalitis aguda vacuna o mal de les vaques boges és un cas de prió similar a la síndrome que acabem de descriure. IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 17 5 MICROORGANISMES EUCARIOTES Tots els microorganismes eucariotes tenen nucli, posseeixen orgànuls i s'inclouen dins el domini eukarya. Les algues i els protozous pertanyen als protoctists, mentre que els fongs microscòpics pertanyen als fongs. Els grups d'algues i de fongs, encara que posseeixen moltes especies macroscopiques, contenen també representants dins el món microbia, alguns dels quals tenen un paper fonamental en el cicle dels ecosistemes terrestres i aquatics. En el grup dels protozous tots els individus son microscòpics. 5.1 ALGUES MICROSCÒPIQUES Les algues tenen en les cel.lules cloroplasts, on es du a terme la fotosíntesi gràcies a la presencia de . pigments corn les clorofil.les, les xantofil les i els carotenoides. Poden ser unicellulars o pluricel.lulars. Viuen preferentment en medis aquàtics i, al mar, formen l'anomenat fitoplancton, que constitueix la primera anella en la cadena alimentaria marina, la dels productors. Altres algues microscòpiques viuen en les aigües dolces, en les aigües termals, en el fang i fins i tot sobre l’escorça dels arbres. Els principals grups d'algues microscòpiques son: Algues euglenoides. Pertanyen al filum euglenòfits. Son unicel.lulars, tenen un flagel i generalment disposen d'una taca de pigment anomenada estigma, sensible a la llum. Manquen de paret cel·lular, pero tenen una capa membranosa externa per fora de la membrana plasmàtica. La substància de reserva dels euglenòfits es el paramil. Quasi totes viuen en aigües dolces, pero altres espècies es localitzen en sòls humits. N'hi ha algunes espècies que no posseeixen pigments fotosintètics, tenen nutrició heteròtrofa i viuen a I'interior de diversos invertebrats aquàtics. Diatomees. Pertanyen al filum cromòfits. Son algues microscòpiques que disposen d'una paret cel·lular de sílice formada per dues peces ornamentades o frústuls a manera de caixa. Poden ser planctòniques o bentoniques (als fans aquatics) i son els productors primaris mes importants en el medi mart i dulciaquicola. Algues dinoflagel.lades o pirrofits. Son unicel·lulars, fotosintètiques i tenen usualment dos flagels disposats perpendicularment. Moltes disposen d'una paret cel·lular o teca rígida de cel·lulosa i tenen midó com a substància de reserva. Algunes espècies marines, davant I'abundància de nutrients minerals, es reprodueixen tan ràpidament que arriben a tenyir de roig determinades zones marines, son les anomenades marees roges. Algunes espècies del gènere Gonyaulax, que també son capaces de produir marees roges, produeixen neurotoxines que s'acumulen sense produir efectes nocius en animals filtrants com els mol·luscos bivalves i els crustacis. No obstant això aquestes toxines en els nivells tròfics de consumidors secundaris, com els peixos, rnamífers marins i fins i tot l’espècie humana poden produir greus envenenaments i fins i tot la mort. 18 IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 5.2 PROTOZOUS Son microorganismes unicel·lulars, eucariotes i heteròtrofs, que no posseeixen membrana de secreció (paret cellular). Tenen capacitat de desplagament, presenten sensibilitat davant diferents estímuls i la forma de capturar l'aliment i el seu metabolisme son semblants als animals. Algunes espècies poden formar colònies de diversos individus La mida dels protozous pot oscil.lar de 3 a 800 pm. Viuen en ambients aquatics o terrestres molt humits i generalment tenen vida lliure. Alguns son comensals, viuen sobre altres organismes sense provocar-los cap mal, i altres son paràsits, corn els apicomplexos o esporozous. Per a desplazar-se poden utilitzar pseudopodis o cilis i flagels. Es poden alimentar de bacteris, d'algues unicel·lulars, d'altres protozous, d'invertebrats microscopics com els rotifers o simplement de matèria orgànica. La reproduccio dels protozous es asexual i generalment pot tenir floc de dues maneres: Divisió binaria. A partir d'un protozou es produeixen dos individus genèticament idèntics. Aquest procés es semblant a la mitosi de les cèl·lules d'animals pluricel·lulars. Divisió multiple o esporulació. És la formació de nombrosos protozous fills a partir d'un de sol, fet que permet a aquests protozous parasitar nombroses cèl·lules de l'hoste en un curt període de temps. Aquest tipus de reproducció to lloc només en els apicomplexos. En els ciliòfors es du a terme un fenomen de sexualitat anomenat conjugació, que consisteix en la fusió temporal de dos individus, seguida d'un intercanvi de part del seu DNA, per donar lloc a la formació d'altres dos individus amb un genoma una mica diferent de l'original. D'aquesta manera s'afavoreix la variabilitat genètica de I'espècie. PRINCIPALS GRUPS DE PROTOZOUS Locomocio Reproduccio Grup Altres caracteristiques Flagels Fissió longitudinal Per gametes Viuen en aigues dolces o son parasits Sarcodines o amebes Pseudopodis Fissió simple o multiple Per gametes Alguns amb teca calcaria (foraminifers) ode silice (radiolaris) Apicomplexos o esporozous Alternanca sexual Contracció del i asexual cos Esporulació Ciliofors o ciliats Cilis Mastigofors o flagel•lats • Conjugacio Són endoparasits Diverses classes IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 19 5.3 FONGS MICROSCÒPICS Els fongs son organismes eucariotes unicel·lulars o pluricel·lulars mancats de pigments fotosintètics, que tenen nutrició heteròtrofa. Per alimentar-se, secreten enzims digestius a l'exterior, sobre la matèria orgànica alimentaria, i desprès absorbeixen les petites molècules originades desprès de la digestió. Segons l'alimentacio es poden distingir: Fongs saprofitics. S'alimenten de matèria orgànics en descomposició i hi contribueixen. Viuen en ambients terrestres, al sal o sobre matèria vegetal morta. Fongs parasits. Es nodreixen de la matèria orgànics de plantes o animals vius. Segons el nombre de cèl·lules, els fongs microscòpics es divideixen en: Fongs unicel·lulars. Destaquen entre altres els Ilevats, que es reprodueixen asexualment per gemmació Viuen sobretot en medis molt ensucrats, corn les fruites o les flors. Molts llevats, pels processos fermentatius que desenvolupen , son utilitzats industrialment per a l'obtencio de productes comestibles. Per exemple, els llevats del g è n e r e Saccharomyces es fan servir per a elaborar begudes alcohòliques, com el vi, i per a l'obtenció del pa. Fongs pluricel·lulars. Com les floridures, que son fongs filamentosos constituïts per hifes. Son molt abundants en la natura i es poden observar sobre el pa humit, el formatge o les fruites madures, perquè formen una fins caps semblant al feltre o al vellut. Les espores de les floridures es formen sense que hi haja reproducció sexual prèvia, a l'extrem d'hifes especials, els conidis. PRINCIPALS GRUPS DE FONGS Filum Hifes Habitat Exemples Zigomicets Zigdspores Sifonades El sol i vegetals en descomposicio Ascomicets Ascospores Septades El sal i vegetals en descomposicio Llevats Basidiomicets Basidibspores Septades El sal i vegetals en descomposicio Bolets Oomicets Oospores Caigua Florits de I'aigua El sal, els vegetals en descomposicio i la pell dels animals. penicillium, peu d'atleta Deuteromicets 20 Tipus d'espores Sifonades Conidiospores Septades Floridura del pa IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau ACTIVITATS. Tema 20: Microorganismes 1. Explica raonadament si una càpsida aïllada d'un virus podria tenir caràcter infecciós. Per què? Quina és la funció de la càpsida? 2. Quin motiu hi ha per dir que els virus no són éssers vius? Quines diferències hi ha entre la fase extracel. lular i la intracel•lular dels virus? 3. Esmenta alguns virus que tinguin coberta membranosa. Quina estructura té la membrana que envolta la nucleocàpsida? Quina missió tenen les glicoproteines de la coberta membranosa? 4. Què són els capsómers hexàmers i els pentàmers? En quin tipus de virus es presenten? 5. Quina és ta diferència entre virió i viroide? 6. Elabora una definició de virus. Reflexiona. Els consideres éssers vius? IES Guillem Cifre de Colonya. BIOLOGIA BATXILLERAT 2. Professor: Bartomeu Vilanova Suau 21
