Fisiología Bacteriana

FISIOLOGÍA
BACTERIANA
Formación de esporas
Diversas bacterias
gram positivas ante ambientes adversos
(deshidratación, calor, radiaciones, etc.) producen esporas que se producen
en el interior de la célula y que se conocen como endosporas
Están destinadas a proteger el ADN y el contenido citoplasmático.
Permanecen vivas pero inactivas, incluso siglos. Cuando las condiciones
son favorables se activan y dan lugar a una nueva bacteria
Las esporas del Clostridium botulinum
originan el botulismo, una intoxicación
que puede ser mortal.
Etapa
0
La célula se encuentra en la etapa final de
crecimiento
exponencial
y
contiene
dos
cromosomas.
Etapa
1
El DNA celular se hace más denso y ocupa el
centro de la célula. Comienza un importante
recambio intracelular de proteínas.
Etapa
2
Se forma un tabique (septo) cerca del polo celular
a causa de la invaginación de la membrana
citoplasmática. El DNA es segregado en dos
compartimentos (la espora en desarrollo y la
célula madre).
Etapa
3
El citoplasma de la espora en formación queda
delimitado por dos membranas debido al
crecimiento de la membrana citoplasmática
alrededpr del protoplasto.
La membrana más interna se transformará en la
membrana citoplasmática de la espora en
germinación
Etapa
4
Comienza a formarse la corteza de la espora por el
depósito de un peptidoglicano esporoespecífico entre
la membrana externa e interna. La espora aparece
como un cuerpo refractario, comienza a acumularse
calcio, y a sintetizarse Acido Dipicolínico.
Etapa
5
Aparece el exosporio. La membrana exterior se
transforma en la capa cortical por la incorporación de
proteínas ricas en cisteína. Esta etapa le confiere a la
espora
resistencia
frente
a
los
agentes
antimicrobianos.
Etapa
6
Maduración de la espora. Su citoplasma se vuelve
homogéneo y electrodenso. La capa cortical se
completa.
Etapa
La endospora es liberada por la lisis de la célula.
7
Reproducción bacteriana
Las bacterias se reproducen por bipartición.
Después de la replicación del ADN, la pared bacteriana crece hasta formar
un tabique que separa las dos nuevas bacterias. De esta manera se
formarán colonias de células iguales.
Replicación del
cromosoma bacteriano
Procesos parasexuales
Las bacterias intercambian genes horizontalmente, cedidos por otras
células de la misma generación adquiriendo de forma inmediata rasgos
heredables.
Existen tres formas de intercambio de material genético entre las
bacterias:
1- La transformación bacteriana: consiste en la captura de ADN de
otra bacteria que está en el medio y su incorporación al cromosoma
bacteriano. No interviene ningún transportador.
2- La transducción bacteriana: En este caso para la transferencia
del material genético el vector es un bacteriófago.
3- La conjugación bacteriana: Se transfieren plásmidos a través de
los pelos sexuales. Requiere el contacto entre la célula donadora y la
receptora.
Nutrición
Las bacterias presentan una gran variedad de formas de nutrición:
Según la fuente de energía:
Oxidación de compuestos químicos: Quimiótrofas
Orgánicos: Quimioorganótrofas
Inorgánicos: Quimiolitótrofas
Luz: Fotótrofas
Según la fuente de carbono:
Autótrofas: las bacterias quimiolitótrofas (quimiosintéticas) y
fotótrofas (fotosintéticas) utilizan como fuente de carbono el CO2.
Heterótrofas: requieren materia orgánica como fuente de carbono
(quimioorganótrofas). Son bacterias parásitas, saprófitas o simbióticas.
Autótrofas
Fuente de carbono el CO2
Fotosintéticas
Son capaces de realizar la
fotosíntesis. La fotosíntesis
puede ser oxigénica como en
el caso de los vegetales
(cianobacterias ) y anoxigénica
(bacterias rojas y verdes)
En la fotosíntesis anoxigénica
los electrones no proceden del
agua por ello no desprenden
oxígeno
Quimiosintéticas
Obtienen la energía de la
oxidación
de
sustratos
inorgánicos (H2, NO2-,NH3,
H2S, etc.)
En este grupo se incluyen
bacterias del suelo que tienen
un papel fundamental en el
reciclaje de la materia
Principales bacterias quimiosintéticas
Heterótrofas
Se nutren a expensas de compuestos orgánicos
Pueden ser:
Saprófitas: descomponen la materia orgánica mediante
fermentaciones y putrefacciones que resultan de gran
interés ecológico y algunas tienen interés industrial.
Patógenas: se desarrollan en el medio interno de animales
a los que causan daño. Son responsables de muchas
enfermedades.
Simbióticas con animales o plantas.
Campylobacter jejuni
Es la causa mas común de
diarrea; Origen: Carnes y pollos
crudos o mal cocinados, leche
cruda y agua sin tratamiento.
Bacterias del género
Rhizobium
Nódulos
Raíces de leguminosas
Viven
en
simbiosis
con
determinadas plantas (como por
ejemplo las leguminosas) en su
raíz, a las que aportan el
nitrógeno necesario para que la
planta viva y ésta a cambio la da
cobijo.
Crecimiento microbiano
En un medio favorable una bacteria aumenta de
tamaño hasta que se divide. El tiempo necesario para
duplicar en número de microorganismos se conoce
como tiempo de generación o duplicación.
El crecimiento microbiano es exponencial ya que
el número de células se duplica cada cierto tiempo.
Los requerimientos para el crecimiento microbiano
son tanto físicos (Tª, pH y concentración de sales)
como químicos (Bioelementos- C, N, S, P…; y
factores de crecimiento orgánicos)
El crecimiento microbiano pasa por cuatro fases distintas:
Fase de latencia:
desde
que se inocula el cultivo hasta
que empieza a crecer.
Fase
exponencial:
se
dividen hasta el máximo
posible.
El
tiempo
de
generación es constante.
Fase estacionaria:
en un cultivo cerrado (sin aporte de nuevos
nutrientes), la población no puede crecer indefinidamente de manera
exponencial, pues de consumen los nutrientes o se acumulan productos
tóxicos metabólicos. Cesa el crecimiento.
Fase de muerte: después de la fase estacionaria muchas células dejan
de metabolizar y mueren.
En el laboratorio los microorganismos se cultivan en medios de cultivo
líquidos y semisólidos)
Microorganismos
y
medio ambiente
Los microorganismos desempeñan papeles
imprescindibles en los ecosistemas.
Los productores primarios fijan
el carbono utilizando luz solar o
energía procedente de reacciones
químicas.
Los
hongos
y
bacterias
heterótrofas
actúan
como
descomponedores de la materia
orgánica.
Algunos microorganismos como
los
protozoos
actúan
como
consumidores alimentándose de
otros protozoos, bacterias, hongos
o algas.
Los hábitats de los microorganismos son muy variados. Cualquier
hábitat que es idóneo para los organismos superiores lo es para los
microorganismos. Además las arqueobacterias viven en condiciones
de vida extremas.
Algunos microorganismos viven en el interior de los organismos
superiores o en la parte externa, estableciendo con ellos relaciones
simbióticas de mutuo beneficio. En otros casos son parásitos que
perjudican a animales y plantas.
Ciclos biogeoquímicos
A diferencia de la energía que fluye en los ecosistemas la materia
que existe en la Tierra es limitada y por ello ha de reciclarse.
Los bioelementos están sometidos a unos circuitos cíclicos,
llamados ciclos biogeoquímicos.
Los ciclos biogeoquímicos describen los procesos de
transformación de los elementos químicos por acción de los seres
vivos y su intercambio con el medio abiótico.
El papel de los microorganismos en el reciclado de la materia es
fundamental. Además de actuar como productores y consumidores
son los únicos descomponedores de la materia orgánica
transformándola en inorgánica (mineralización)
El carbono es un elemento fundamental en la composición de la materia viva. Los principales
reservorios de C son los carbonatos de las rocas y el CO2 atmosférico.
Rocas carbonatadas
y caparazones
Actividad
volcánica
CO2 atmosférico y
disuelto en el agua
El
CO2
atmosférico
es
fijado
por
los
organismos
fotosintetizadotes
como
son
las
plantas,
bacterias
fotosintéticas y algas . También puede ser fijado por
microorganismos quimiosintetizadores. Todos ellos utilizan el C
para sintetizar materia orgánica.
Concretamente es en el
medio acuático dónde los
microorganismos juegan el
papel más relevante, pues el
fitoplancton está constituido
por una gran diversidad de
ellos y son los principales
responsables de la fijación
fotosintética del CO2.
Parte del C retorna hacia su depósito por la
respiración celular
Materia orgánica
Productores
Consumidores
La mayor aportación de CO2
a la atmósfera
proviene de la actividad de microorganismos
descomponedores: bacterias y hongos del
suelo
Los microorganismos descomponedores destruyen
los desechos producidos por los seres vivos, como
son la materia fecal, la urea y los restos que
quedan tras su muerte. Esta descomposición se
realiza fundamentalmente mediante procesos de
fermentación y putrefacción.
Restos de organismos muertos.
Materia fecal y urea
Bacterias anaerobias
Parte de C de la materia viva formó en el
pasado
los combustibles fósiles (carbón y
petróleo). Este C es devuelto a la atmósfera tras
la combustión de los mismos por el hombre
Ca+2 y HCO3-
CH4
Carbón y
petróleo
Para los seres vivos es un elemento imprescindible como constituyente de proteínas y ácidos nucleicos. Su reservorio principal es la
atmósfera, donde se encuentra en forma de gas (N2) constituyendo el 78% de su volumen. También existe en menor proporción como
óxidos y en forma de amoniaco. El papel de los microorganismos es muy significativo en este ciclo.
Actividad
volcánica
Atmósfera
NH3, NO,
NO2, N2O
Oxidación
Lluvia
N2
El retorno del N a la atmósfera se
realiza gracias a la actividad de las
bacterias
desnitrificantes,
que
transforman los nitratos en N2.
Suelo y agua
NO3Organismos fotosintetizadores
Materia orgánica
Productores
Consumidores
La fijación
biológica comienza con el
proceso que realizan las bacterias que
transforman el
N2 atmosférico hasta
NH3.Las más importantes son las del género
Rhizobium que viven en simbiosis en las
raíces de las plantas leguminosas cuyas
células vegetales proporcionan la energía
necesaria para la reducción del N2 a NH3 por
parte de las bacterias. Las bacterias del
Azotobacter y Clostridium viven
género
libres en el suelo.
Bacterias nitrificantes
(Nitrobacter)
El NH3 procedente de la fijación biológica y
de la descomposición es transformado por
bacterias quimiosintéticas nitrificantes en
nitritos
y
nitratos,
que
pueden
ser
incorporados disueltos en agua por las raíces
de las plantas. El N entra así a formar parte
de la materia orgánica, pasando luego a los
distintos organismos que intervienen en la
cadena trófica.
El proceso de nitrificación tiene lugar en dos
pasos: las bacterias del género Nitrosomonas
transforman el amoniaco en nitritos y las del
género Nitrobacter transforman esos nitritos
en nitratos.
Restos de organismos muertos.
Materia fecal y urea
Bacterias y hongos edáficos
amonificantes
NO2-
Bacterias nitrificantes
(Nitrosomonas)
NH3
Los cadáveres y otros restos orgánicos son
degradados
por
los
microorganismos
descomponedores, liberándose amoniaco y
otros compuestos de amonio, que quedan en
el suelo.
Simbiosis
La simbiosis hace referencia a la asociación física de organismos con
mutuo beneficio
Existen muchas relaciones simbióticas en las que intervienen microorganismos:
Los líquenes son asociaciones de hongos con algunas algas verde o con
cianobacterias. El hongo obtiene la materi orgánica del alga o de la cianobacteria y
por su parte da protección al alga o a la cianobacteria.
También existen relaciones simbióticas de microorganismos con plantas y
animales como:
la asociación entre las bacterias del género Rhizobium y las raíces de las
leguminosas donde forman nódulos. Las bacterias
fijan el nitrógeno
atmosférico para la planta y obtienen azúcares de la raíz de la planta.
las bacterias , hongos y protozoos que pueblan el estómago de
rumiantes y que llevan a cabo para ellos la hidrólisis de la celulosa.
los protozoos
que viven en el aparato digestivo de los insectos
xilofagos y que degradan la celulosa y la lignina de la madera.
El tracto digestivo de la especie humana contiene bacterias como
E.coli que realizan fermentaciones completando el proceso de digestión y
sintetizan vitaminas como la K.