PROCARIOTAS

Se llama procariotas a las células sin núcleo celular diferenciado, es decir, cuyo material genético se encuentra disperso en el citoplasma, reunido en una zona denominada Nucleoide.

4.1.-BACTERIAS:

4.1.1. -Características principales:

Las primeras células que surgen en el curso de la evolución son células muy sencillas, simples y primitivas, sus representantes actuales son las bacterias y algas verde-azuladas, ambas constituyen el grupo de los  procariota, poseen de acuerdo con su nombre un núcleo muy sencillo, formado por material genético no rodeado por envoltura nuclear. El resto de los seres vivos poseemos células más complejas, con un núcleo bien diferenciado, constituyendo el nivel eucariota.

Las bacterias son organismos unicelulares que no están clasificados entre los animales ni entre las plantas, sino que pertenecen a un grupo separado llamados protistos. Los protistos constituyen un grupo de organismos de estructura sencilla, que llevan a cabo actividades complejas.

Las bacterias constituyen un grupo algo especial entre los protistos. Vistas al microscopio generalmente aparecen como esferas o como bastones rectos o curvos. La longitud promedio de la célula bacteriana es entre 1 a 5 micras aproximadamente.

Hay más bacterias en nuestra boca que en la tierra, pero no todas las bacterias producen enfermedades, solamente el 1% de ellas, las demás bacterias tienen funciones útiles para la vida. Nos ayudan a digerir los alimentos. Se devoran los venenos que existen en el aire y el agua. Los científicos usan bacterias vivas para tratar problemas musculares y hasta para quitar arrugas. Producen los huecos en el queso suizo conocido como gruyere y le dan distintos sabores a los quesos.

Las bacterias son la forma de vida más antigua de la Tierra, sobreviven y prosperan en los ambientes más rigurosos, en manantiales, en pozos de ácido, en grietas de la tierra, sin luz, sin aire y en temperaturas hasta de 250°C.-Estructura de una bacteria:

Las bacterias son organismos relativamente sencillos. Las principales partes en las que se divide una bacteria son:

                                           

-Cápsula: Capa gelatinosa de naturaleza glucoproteica, rodea por la parte externa a algunas bacterias. Es una protección contra la acción de los anticuerpos y la fagocitosis y evita la pérdida de humedad. Las bacterias con cápsula son más virulentas (patógena).

-Pared celular: Es una envoltura rígida y fuerte que da forma a las células bacterianas. Evita los posibles daños que producen cambios de presión osmótica. Existen dos tipos:

-La Gram positiva: son más gruesas y esta compuesta por una capa de glucopeptidos.

-La Gram negativa: compuesta por dos capas, una de glucopeptidos rodeada de una bicapa fosfolipídica, lipoproteínas y glucolipídica. Son más resistentes a los antibioticos.

             Diferencia entre Gram positivas e Gram negativas. 

-Membrana plasmática: Es una envoltura que rodea al citoplasma bacteriano. Su estructura y composición es similar a la membrana de eucariotas. Controla el intercambio de sustancias con el medio y presenta ciertas evaginaciones, llamadas mesosomas (Prolongaciones internas de la membrana plasmática que contienen enzimas respiratorios y colaboran en el proceso de la división celular).

-Citoplasma: Medio celular limitado por las membranas, muy semejante al de la célula eucariota. En el se realizan la mayoría de las reacciones metabólicas de la bacteria.

-Ribosomas: Son orgánulos globulares encargados de sintetizar proteínas a partir de la información genética que les llega del ADN.

-Cromosoma (nucleoide): es una región irregular que contiene una molécula de ADN circular y doble no asociado a histonas. Contiene la información genética.

                Suele haber un cromosoma accesorio, llamado plásmido o episoma, que contiene la información necesaria para la formación de pilis, la resistencia a antibióticos, la degradación de sustancias naturales,…

-Pilis (Pelos): Filamentos proteínicos derivados de la pared que funcionan como estructuras de fijación. Algunos están huecos y permiten el intercambio de material genético en el mecanismo parasexual.

-Flagelos: Son prolongaciones cuya longitud es varias veces la de la bacteria. Aparecen en número entre 1 y 100. Intervienen en el desplazamiento y su estructura no es homóloga a la de los flagelos de eucariotas.

4.1.2. -Nutrición de las bacterias:

A diferencia de los organismos superiores, las bacterias presentan diferentes tipos de metabolismos. El metabolismo bacteriano se puede clasificar:

-Según la forma de conseguir materia orgánica se dividen en:

-Autótrofas: Producen materia orgánica a partir de materia inorgánica ingerida y la energía captada del ambiente, por ello también se denominan litótrofas.

-Heterótrofas: Ingieren materia orgánica extrayendo de ella la energía. Estas además pueden ser.

-Bacterias saprobiontes: Obtienen la materia orgánica de organismos muertos.

-Bacterias comensales: Obtienen la materia orgánica de seres vivos a los que no causan daños ni beneficios.

-Bacterias simbiontes: Consiguen su materia orgánica asociándose a otros seres vivos a los que aporta algún beneficio a cambio.

Además, las bacterias pueden necesitar oxígeno en su metabolismo, aerobias o no, anaerobias. Entre las anaerobias, algunas pueden vivir en presencia de oxígeno e incluso utilizarlo anaerobias facultativas, pero para otras el oxígeno resulta venenoso anaerobias estrictas.

Según la fuente de energía que utilizan las bacterias pueden ser:

-Fotosintéticas: Si usan la energía luminosa. Pueden ser:

-Organismos fotolitótrofos: Son organismos fotosintéticos, ya que obtienen energía química (ATP) a partir de energía luminosa, y son litótrofos porque su fuente de carbono es el CO2. Pertenecen a este grupo los vegetales superiores, las algas, las cianobacterias, las bacterias purpúreas del azufre y las bacterias verdes del azufre.

-Organismos fotoorganótrofos o fotoheterótrofos: Son organismos fotosínteticos, organótrofos por obtener el carbono a partir de sustancias orgánicas. Pertenecen a este grupo las bacterias purpúreas no sulfúreas.

-Quimio sintéticas: Si utilizan la energía que desprenden ciertos compuestos al oxidarse. Que a su vez, pueden ser:

-Organismos quimiolitótrofos: Son quimiosintéticos, ya que obtienen energía química (ATP) a partir de la energía que se desprende en reacciones de oxidación de sustancias inorgánicas, y litótrofos, ya que su fuente de carbono es el CO2. Pertenecen a este grupo algunas bacterias, como las bacterias incoloras del azufre, las bacterias nitrificantes, etc.

-Organismos quimioorganótrofos o quimioheterótrofos: Obtienen la energía química (ATP) a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de compuestos orgánicos, es decir, mediante procesos catabólicos. Existen dos tipos de catabolismo: la respiración y la fermentación. Son organótrofos, ya que obtienen el carbono a partir de materia orgánica. Pertenecen a este grupo los animales, los protozoos, los hongos y la mayoría de las bacterias.

4.1.3. -Reproducción:

-Reproducción asexual: Las bacterias se reproducen por bipartición. El ADN (cromosoma bacteriano) se une a un mesosoma y se duplica. Posteriormente, la membrana plasmática se invagina y se produce un tabique de separación, lo que da lugar a dos células hijas, cada una de ellas con una réplica exacta del cromosoma de la célula madre. Fig. 17 Santillana 219

-Reproducción parasexual: Conjunto de mecanismos mediante los cuales intercambian información genética con otras bacterias, sean o no de la misma especie. Una vez introducido el fragmento de ADN, es generalmente estabilizado al ser incorporado al cromosoma bacteriano. Existen tres procesos de intercambio genético: conjugación, transducción y transformación.

-Conjugación: Es un proceso en el cual una bacteria (donadora), a través de los “pilis” transmite ADN a otra bacteria (receptora). Existen dos tipos de bacterias donadoras: la F+ (poseen pequeños segmentos de ADN libre en el citoplasma) y la Hfr (alta frecuencia de recombinación, duplican su cromosoma, incluido el episoma, y en la conjugación el episoma arrastra parte del cromosoma bacteriano, que se recombina con el cromosoma de la bacteria receptora). La bacteria receptora se conoce por F- .

-Transducción: En este caso la transferencia de material genético de una bacteria a otra, se realiza a través de un virus bacteriófago que por azar lleva un trozo de ADN bacteriano y se comporta como un intermediario entre las dos bacterias. El virus, al infectar a otra bacteria, le puede transmitir parte del genoma de la bacteria anteriormente infectada.

-Transformación: Se produce cuando una bacteria capta fragmentos de ADN de otra bacteria rota que está libre en el medio, atraviesa la membrana celular de la bacteria cambiando con ello la información genética de ésta.

Esquema de los diferentes tipos de reproducción parasexual

4.1.4. -Clasificación de las bacterias:

Las bacterias son un numeroso grupo de seres vivos, con características muy diversas. En la clasificación aparecen dos grupos de Procariotas, el Dominio Archaea (arqueobactereas), que engloba a los organismos más antiguos del Planeta, y el Dominio Bacteria, en el que se encuentran la gran mayoría de los organismos bacterianos actuales, también conocidos con el nombre de Eubacterias.

-Arqueobacterias: (Actualmente, se las considera fuera del grupo de las bacterias, y se las coloca en un dominio diferente, Arqueas, ya que presentan diferencias con las bacterias y afinidades con el dominio Eucariota). Son bacterias consideradas "fósiles vivientes" pues viven en habitas que parecen corresponder con los que existieron en la Tierra primitiva. La mayoría son anaerobias, se encuentran en ambientes termales donde se alcanzan temperaturas por encima del punto de ebullición del agua (termofílicas), en fumarolas, aguas extremadamentes salinas (halófilas), y medios con pH extremos.

Estos procariotas poseen una membrana plasmática cuyos lípidos carecen de ácidos grasos y en vez de ellos tienen hidrocarburos que se unen a la glicerina. El genoma de las arqueobacterias está formado por una sola molécula de ADN circular, más pequeño que el de las eubacterias, mientras que su metabolismo es idéntico que el de las eubacterias.

        -Tipos de Arqueobacterias:

Encontramos tres tipos de arqueobacterias:

-Arqueobacterias halófilicas: que viven en aguas hipersalinas como las del mar muerto.

-Arqueobacterias termófilicas: que viven en aguas termales oo hábitats volcánicos ricos en azufre.

-Arqueobacterias metanógenas: que viven en condiciones de anaerobiosis, como por ejemplo el tracto intestinal de los animales, y son capaces de producir metano a partir de diferentes sustratos como el CO2.

-Eubacterias: Son las bacterias típicas. Por ejemplo Escherichia coli., adaptadas a vivir en cualquier ambiente, terrestre o acuático, pues en las diferentes estirpes bacterianas pueden observarse todas las formas de nutrición conocidas.

La mayor parte de las bacterias adoptan formas características, aunque en ocasiones la configuración puede verse influida por las condiciones del medio de cultivo. Son unicelulares, pero también aparecen agrupadas cuando se mantienen unidas tras la bipartición.

Pese a ser organismos muy simples con pocas estructuras internas y con solo cuatro formas externas, presentan una gran variabilidad de metabolismos, siendo los organismos mas pequeños que disponen de todos los elementos y dispositivos metabólicos necesarios para la obtención y transformación de la materia en cualquier medio, para crecer y para replicarse.

-Tipos de eubacterias:

La clasificación de las eubacterias es una labor extremadamente complicada, puesto que hay que acudir a detalles no solo morfológicos sino también fisiológicos y ecológicos. Los pricipales grupos de bacterias segun el manual de Bergey son:

-Bacterias purpúreas y verdes: Son bacterias fotosintéticas anaerobias que poseen un pigmento muy parecido a la clorofila a, denominado bacterioclorofila y un solo fotosistema en su mecanismos fotosintético. Las bacterias purpúreas deben su color a la combinación de la bacterioclorofila, verde, con carotenoides, de color rojizo o naranja. El fotosistema de las bacterias purpúreas se encuentra asociado a sistemas membranosos de forma laminar o tubular  conectados a la membrana plasmática , mientras que en las bacterias verdes se encuentran en los clorosomas, sistemas membranosos de forma cilíndrica y también unidos a la membrana plasmática. Las bacterias purpúreas y las verdes se denominan sulfurosas si utilizan el H2S como fuente de hidrógenos, mientras que se consideran no sulfurosas si utilizan para ello moléculas orgánicas.

-Cianobacterias: Se llaman también cianofíceas o algas verde-azuladas y son eubacterias fotosintéticas aerobias. su nombre hace referencia a la presencia de un pigmento azul llamado ficocianina, que se suma a la clorofila a. Pueden presentarse como células aisladas o formar colonias filamentosas. El tamaño de las células de cianobacterias puede oscilar desde 1mm hasta 60 micrometros en el caso del género Oscillatoria.

Las cianobacterias presentan una capa gelatinosa externa que permite la formación de colonias. Cada célula presenta una pared celular similar a la de las bacterias Gram negativas. el citoplasma aparece dividido en dos zonas: una central de aspecto translúcido denominada centroplasma, que es el lugar en donde está el ADN de la célula, y el resto del citoplasma, que se denomina cromoplasma, debido a la presencia de unos sáculos en los cuales están los pigmentos fotosintéticos (clorofila a, carotenoides, dicocianina y ficoeritina). El cromoplasma contiene además ribosomas, gránulos de volutina, vacuolas de gas (en especies m arinas) y carboxisomas, que contienen enzimas que fijan el dióxido de carbono.

-Proclorófitas: Son eubacterias fotosintéticas que contienen clorofilas a y b. La posesión de membranas internas tipo tilacoides hace que se parezcan a los cloroplastos de las células eucariotas. La mayoría de las especies conocidas viven como endosimbiontes en el interior del procordados (Son animales marinos que incluye a todos los cordados carentes de cráneo, encéfalo (sin cabeza diferenciada) y columna vertebral, y por tanto, deben considerarse invertebrados.) del grupo ascidias.

-Bacterias nitrificantes: Son eubacterias quimioautótrofas capaces de formar compuestos orgánicos gracias a la energía liberada en reaciones de oxidación de compuestos nitrogenados inorgánicos. Hay dos grupos de bacterias nitrificantes: las bacterias oxidantes de amonio (NH4+), como las del género Nitrosomonas, que transforman el amonio en nitrito (NO2-), y las bacterias oxidantes de nitritos, como el género Nitrobacter, que oxidan nitritos a nitratos (NO3-). Las bacterias nitrificantes viven en los suelos y en los sedimentos marinos y son muy importantes, puesto que transforman los nutrientes inorgánicos en sustancias de las que se pueden aprovechar las plantas.

-Bacterias fijadoras de nitrógeno: Son bacterias aerobias Gram negativas capaces de fijar el nitrógeno de la atmósfera. Son bacterias que viven perfectamente en los suelos, como las del género Azotobacter y Rhizobium; este último suele establecer simbiosis con plantas leguminosas.

-Espiroquetas: Son eubacterias delgadas, largas y ligeramente onduladas. Presentan fibrillas internas que, al rotar, proporcionan movimiento de torsión o flexión a la bacteria. Son muy frecuentes en los medios acuáticos; otras epsecies producen enfermedades en los animales y en la especie humana, como Treponema pallidum, causante de la sífilis.

-Bacterias del ácido láctico: son bacterias anaeróbias tolerantes al oxígeno. gram positivas y fermentativas, que producen ácido láctico como producto final. Entre los géneros más importantes se encuentran Streptococcus y Lactobacillus.

-Micoplasmas: Son pequeñas bacterias sin pared bacteriana pero cuya membrana plasmática contiene esteroles, que le confieren una gran estabilidad. Pueden tener forma de diminutos cocos o formar filamentos parecidos a los de los hongos. La mayoría de los micoplasmas son patógenos, produciendo enfermedades en plantas y en la especie humana, como, por ejemplo, la neumonía atípica.

MORFOLOGÍA BACTERIANA:

Entre las formas más comunes destacan las siguientes:

-Bacilos: alargados y cilíndricos, en forma de bastón.

                     Bacilos

-Cocos: de aspecto redondeado, que aparecen aislados o en grupos de dos, diplococos, otras veces forman cadenas arrosariadas,  estreptococos, grupos arracimados, estafilococos.

                                 Cocos

-Vibrios: son muy cortos y curvados, en forma de coma.

                          Vibrio

-Espirilos: con forma de hélice o espiral.

                                   Espirilos

Algunas bacterias también forman agrupaciones de individuos ya que, al dividirse, las bacterias hijas se mantienen unidas mediante sus capsulas, siendo estas divisiones celulares lineales en los bacilos, mientras que en los cocos presentas diversas agrupaciones: estreptococos (cuando forman cadenas), estafilococos (cuando forman racimos), sarcinas (cuando forman asociaciones tridimensionales), tétradas, diplococos,…

           Estreptococos

4.1.5. -Importancia e interés de las bacterias:

Las bacterias tienen tanto beneficios como inconvenientes, a continuación os hablo de alguno de ellos:

        Beneficios:

Las bacterias intervienen en los ciclos de la materia, ya que algunos producen la materia (productores), otros la consumen (consumidores) y otros convierten la materia orgánica en descomposición en materia que puede ser usada de nuevo por los productores (descomponedores).

-Intervienen en diversos ciclos como:

-El ciclo del carbono:

En él, las bacterias actúan como: productores al convertir el CO2 en materia orgánica; consumidores al consumir la materia orgánica y descomponedores remineralizando el carbono en CO2.

Una parte importante del ciclo en el que intervienen las bacterias es aquella en la que los restos orgánicos pasan a formar un componente geológico que puede quedar retirado temporalmente del ciclo. Es el caso de los restos vegetales que quedaron enterrados en cuencas continentales y sometidos a la actividad fermentativa de bacterias hasta transformarse en carbones tras un lento y progresivo enriquecimiento en carbono. También en cuencas sedimentarias marinas los restos orgánicos de plancton, algas, peces, etc., enterrados y sometidos a la acción de bacterias anaerobias, dieron lugar a la formación de petróleo.

-El Ciclo del nitrógeno

-Tiene cuatro pasos:

1-Fijación del nitrógeno:

Las bacterias son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico tanto para su huésped como para sí mismas. La capacidad para fijar nitrógeno parece ser exclusiva de los procariotes.

Otras bacterias fijadoras del nitrógeno viven libremente en el suelo. También algunas algas verde-azules son capaces de fijar en nitrógeno y desempeñan un papel importante en el mantenimiento de la fertilidad en medios semiacuáticos como campos de arroz.

 Esquema del ciclo del nitrógeno

2-Amonificación la mayoría de los seres vivos convierten el nitrógeno en amonio.

3-Nitrificación:

Las bacterias del género nitrosomonas oxidizan el NH3 y lo convierten en nitritos (NO2-). Los nitritos son luego oxidados y se convierten en nitratos (NO3-) mediante bacterias del género Nitrobacter. Estos dos grupos de bacterias quimioautotróficas (nitrosomonas y nitrobacter) se denominan bacterias nitrificantes. A través de sus actividades (que les suministran toda la energía requerida para sus necesidades), el nitrógeno es puesto a disposición de las raíces de las plantas.

4-Desnitrificación algunas bacterias convierten nitratos en nitrógeno:

Si el proceso descrito antes comprendiera el ciclo completo del nitrógeno, estaríamos ante el problema de la reducción permanente del patrimonio de nitrógeno atmosférico libre, gracias al proceso de desnitrificación, los nitratos se reducen a nitrógeno, aquí intervienen de nuevo las bacterias, estas viven a cierta profundidad en el suelo y en los sedimentos acuáticos donde existe escasez de oxígeno. Las bacterias utilizan los nitratos para sustituir al oxígeno como aceptor final de los electrones que se desprenden durante la respiración. Al hacerlo así, las bacterias cierran el ciclo del nitrógeno.

-El ciclo del azufre:

Sus partes son: reducción del sulfato las bacterias reductoras de sulfato convierten a éste en sulfuro; oxidación del sulfuro algunas bacterias convierten al sulfato en sulfuro.

Las bacterias desempeñan un papel crucial en el ciclaje del azufre. Cuando está presente en el aire, la descomposición de los compuestos del azufre (incluyendo la descomposición de las proteínas) produce sulfato (SO4=). Bajo condiciones anaeróbicas, el ácido sulfhidrico (gas de olor a huevos podridos) y el sulfuro de dimetilo (CH3SCH3) son los productos principales. Cuando estos dos últimos gases llegan a la atmósfera, son oxidadas y se convierten en bióxido de azufre.

-Actúan contra otras bacterias:

Principalmente en la piel, en la cavidad oral, en el tracto intestinal y en las mucosas genitales, se sitúan unas bacterias que no causan efectos perjudiciales sino que viven en simbiosis con nosotros mismos y evitando así, la proliferación de bacterias dañinas, es la denominada microflora.

-Además se utilizan como agentes antimicrobianos y quimioterapéuticos:

Muchas bacterias matan a otros microorganismos o impiden su crecimiento, por lo que suelen ser utilizados para diferentes finalidades como:

Sulfamidas (contra infecciones bacterianas), antibióticos, antivíricos (impidiendo que la célula parasitada asimile el ADN del virus, impidiendo su reproducción), Antiparásitos (como la cloroquina, que se usa contra el paludismo), antifúngicos,…

        Perjuicios:

El principal perjuicio es que pueden llegar a causar infecciones a causa de vivir a costa de un hospedador. Para vivir a expensas de un hospedador y desarrollar una enfermedad, las bacterias siguen estos pasos:

1-Entrada en el hospedador:

Se introducen por superficies corporales (piel y mucosas), por heridas o abrasiones o con ayuda de otros organismos (insectos…)

2-Adhesión a los tejidos:

Las bacterias se adhieren a las células. Muchas veces, la adherencia es específica pues las bacterias se adhieren a una parte determinada del cuerpo.

3-Invasión de las células del organismo:

Las bacterias se sitúan en células más fácilmente penetrables y se adientran en ellas.

4-Desarrollo de la infección:

Habiendo superado las defensas de la célula y habiendose hospedado la bacteria en la célula, ésta puede provocar varias reacciones:

-Lesión directa: las células son dañadas directamente por la acción del microorganismo.

-Producción de factores de virulencia: se trata de unas enzimas que favorecen la evolución de la enfermedad.

-Producción de toxinas: ciertos microorganismos producen unas sustancias tóxicas para la célula.