ISFD Artemio Moreno Biologia Humana

INSTITUTO SUPERIOR DE FORMACION DOCENTE DR. ARTEMIO MORENO

CATEDRA: BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

PROFESORA: DRA. ALEJADRA BERTETO

UNIDAD N°2

TEMAS:

• Reino Monera: estructura anatómico y funcional de las células procariotas.

• Representantes: cianobacterias, bacterias aeróbicas, bacterias anaeróbicas.

· Enfermedades bacterianas más comunes.

· División celular.

· Respiración celular.

· Producción celular.

· Reproducción celular.

· Flora bacteriana normal del humano.

· Ciclo del Nitrógeno.

· Usos industriales.

· Importancia económica de este reino.

§ REINO MONERA

Son organismos que pertenecen al nivel de organización protoplasmático. Son unicelulares y se distinguen por no poseer un núcleo bien organizado. Son procariotas porque el material genético (cromosomas) al no tener carioteca o membrana nuclear, se encuentran dispersos en el citoplasma.

ESTRUCTURA: las bacterias se componen de pared celular no celulósica, poseen pectidoglucanos. Poseen membrana plasmática combinada con la cadena respiratoria. Tienen ribosomas, pero no poseen ningún organelo celular membranoso. Poseen flagelos para su locomoción. Tienen fimbrias que son apéndices para adherirse al sustrato que van a descomponer o parasitar. Tienen una región llamada nucleoide, que es donde se aloja el material genético (ADN). Poseen un adn procarionte circular, muy arrollado. Utilizan la conjugación bacteriana para el intercambio de información genética. Al poseer ADN, ARN y ribosomas, pueden realizar su propia síntesis de proteínas. Muchas especies poseen una molécula circular de adn extracromosómico llamado plásmido (F - R), que se puede o no integrar al cromosoma bacteriano. En caso de integrarse el Plásmido se la llama célula hfr (célula de alta frecuencia de recombinación). Pueden ser aerobias (necesitan del o2) y anaerobias (no necesitan del o2). Las aerobias respiran a través del mesosoma (invaginación de la membrana plasmática). El sistema de defensa propio lo realiza la pared celular y el espacio periplásmico (parecido a la función de los lisosomas).

Por su forma, pueden ser

§ COCOS: de forma esférica.

§ BACILOS: forma de cilindros o pequeños bastones.

§ ESPIRILOS: forma de coma.

§ ESPIROQUETAS: presentan grupos de flagelos en los polos opuestos de las células para la locomoción, contracción y relajación.

§ VIBRIONES: filamentos retorcidos, en forma espiralada como un tirabuzón.

§ REPRESENTANTES

Están representados a través de las cianobacterias y de las bacterias aeróbicas y anaeróbicas.

LAS CIANOBACTERIAS:

Poseen clorofila y un pigmento azul llamado ficocianina. Las cianofíceas o algas verde azuladas son autótrofas, ya que realizan la fotosíntesis. Algunas bacterias pueden crear sus propios compuestos a partir del CO2 y otras sustancias inorgánicas, es decir son autótrofas. Otras bacterias son heterótrofas, ya que no pueden elaborar su propio alimento de modo que su nutrición depende de los compuestos orgánicos formados por otros organismos y se nutren por absorción, ya sea descomponiendo a sustratos orgánicos como las saprófitas, o infectando a un organismo vivo y viviendo a expensas de él como las parásitas.

los seres que elaboran su propio alimento a partir de la energía de las sustancias que contienen hierro, hidrógeno, azufre y nitrógeno son las bacterias quimiosintéticas, ya que necesitan de esas sustancias para elaborar su propio alimento, por ejemplo las bacterias del azufre, hidrógeno, hierro, nitrógeno (nitrosomonas y nitrobacter).las bacterias quimiosintéticas son autótrofas, es decir productores que fabrican sus compuestos orgánicos mediante la oxidación de sustancias inorgánicas simples como el azufre y el amoníaco. Los autótrofos quimiosintéticos no requieren de luz como fuente de energía para realizar estas reacciones. Las bacterias secretan enzimas que actúan como aceleradores de reacciones (enzimas). En estas reacciones, las sustancias alimenticias se desdoblan a moléculas más sencillas.

BACTERIAS AERÓBICAS:

Aerobio (del griego aer, ‘aire’; bios, ‘vida’), organismo que sólo puede desarrollarse en presencia de oxígeno atmosférico, del que precisa para la respiración. La atmósfera puede ser aérea o subacuática, ya que existe aire disuelto dentro de las masas de agua (los peces son organismos aerobios que respiran aire disuelto). La atmósfera aérea contiene, al menos, 20 veces más oxígeno que la acuática, lo que condiciona el diseño de los órganos respiratorios de los animales de vida aérea o acuática.

BACTERIAS ANAERÓBICAS:

Los organismos anaerobios disponen de un metabolismo que produce energía a partir de nutrientes que carecen de oxígeno, habitualmente a través de procesos de fermentación, aunque en ocasiones, como en el caso de los que habitan en las profundas grietas hidrotermales marinas, lo hacen mediante reacciones que emplean compuestos químicos inorgánicos. Todos los anaerobios son organismos simples, como las levaduras y las bacterias; aquellos organismos que mueren en presencia de oxígeno se denominan anaerobios estrictos, mientras que el resto se conocen con el nombre de anaerobios facultativos.

§ ENFERMEDADES BACTERIANAS

Las bacterias patógenas son una de las principales causas de las enfermedades y de la mortalidad humana, causando infecciones tales como el tétanos, la fiebre tifoidea, la difteria, la sífilis, el cólera, intoxicaciones alimentarias, la lepra y la tuberculosis. Hay casos en los que la etiología o causa de una enfermedad conocida se descubre solamente después de muchos años, como fue el caso de la úlcera péptica y Helicobacter pylori. Las enfermedades bacterianas son también importantes en la agricultura y en la ganadería, donde existen multitud de enfermedades como por ejemplo la mancha de la hoja, la plaga de fuego, la enfermedad de Johne, la mastitis, la salmonela y el carbunco.

Cada especie de patógeno tiene un espectro característico de interacciones con sus huéspedes humanos. Algunos organismos, tales como Staphylococcus o Streptococcus, pueden causar infecciones de la piel, pulmonía, meningitis e incluso sepsis, una respuesta inflamatoria sistémica que produce shock, vasodilatación masiva y muerte. Sin embargo, estos organismos son también parte de la flora humana normal y se encuentran generalmente en la piel o en la nariz sin causar ninguna enfermedad.

Otros organismos causan invariablemente enfermedades en los seres humanos. Por ejemplo, el género Rickettsia, que son parásitos intracelulares obligados capaces de crecer y reproducirse solamente dentro de las células de otros organismos. Una especie de Rickettsia causa el tifus, mientras que otra ocasiona la fiebre de las Montañas Rocosas. Chlamydiae, otro filo de parásitos obligados intracelulares, contiene especies que causan neumonía, infecciones urinarias y pueden estar implicadas en enfermedades cardíacas coronarias. Finalmente, ciertas especies tales como Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cenocepacia y Mycobacterium avium son patógenos oportunistas y causan enfermedades principalmente en las personas que sufren inmunosupresión o fibrosis quística.
Las infecciones bacterianas se pueden tratar con antibióticos, que se clasifican como bactericidas, si matan bacterias, o como bacterioestáticos, si solo detienen el crecimiento bacteriano. Existen muchos tipos de antibióticos y cada tipo inhibe un proceso que difiere en el patógeno con respecto al huésped. Ejemplos de antibióticos de toxicidad selectiva son el cloranfenicol y la puromicina, que inhiben el ribosoma bacteriano, pero no el ribosoma eucariota que es estructuralmente diferente. Los antibióticos se utilizan para tratar enfermedades humanas y en la ganadería intensiva para promover el crecimiento animal. Esto último puede contribuir al rápido desarrollo de la resistencia antibiótica de las poblaciones bacterianas. Las infecciones se pueden prevenir con medidas antisépticas tales como la esterilización de la piel antes de las inyecciones y con el cuidado apropiado de los catéteres. Los instrumentos quirúrgicos y dentales también son esterilizados para prevenir la contaminación e infección por bacterias. Los desinfectantes tales como la lejía se utilizan para matar bacterias u otros patógenos que se depositan sobre las superficies y así prevenir la contaminación y reducir el riesgo de infección.

La siguiente lista muestra algunas enfermedades humanas producidas por bacterias:

ENFERMEDAD	AGENTE	PRINCIPALES SÍNTOMAS
Brucelosis	Brucella spp.	Fiebre ondulante, adenopatía, endocarditis, neumonía.
Carbunco	Bacillus anthracis	Fiebre, pápula cutánea, septicemia.
Cólera	Vibrio cholerae	Fiebre, diarrea, vómitos, deshidratación.
Difteria	Corynebacterium diphtheriae	Fiebre, amigdalitis, membrana en la garganta, lesiones en la piel.
Escarlatina	Streptococcus pyogenes	Fiebre, amigdalitis, eritema.
Erisipela	Streptococcus spp.	Fiebre, eritema, prurito, dolor.
Fiebre Q	Coxiella burnetii	Fiebre alta, cefalea intensa, mialgia, confusión, vómitos, diarrea.
Fiebre tifoidea	Salmonella typhi, S. paratyphi	Fiebre alta, bacteriemia, cefalalgia, estupor, tumefacción de la mucosa nasal, lengua tostada, úlceras en el paladar, hepatoesplenomegalia, diarrea, perforación intestinal.
Legionelosis	Legionella pneumophila	Fiebre, neumonía
Neumonía	Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Mycoplasma spp., Chlamydia spp.	Fiebre alta, expectoración amarillenta y/o sanguinolenta, dolor torácico.
Tuberculosis	Mycobacterium tuberculosis	Fiebre, cansancio, sudor nocturno, necrosis pulmonar.
Tétanos	Clostridium tetani	Fiebre, parálisis.

§ DIVISIÓN CELULAR

Los procariotas tienen una organización mucho mas simple que la de los eucariotas, los cuales entre otras cosas, tienen muchos mas cromosomas.

El cromosoma procariota es una sola molécula circular de ADN contenida en una región definida del citoplasma, denominada nucleoide, sin estar separado del mismo por una membrana. Este cromosoma es el elemento obligatorio del genoma, aunque es frecuente encontrar unidades de replicación autónomas llamadas plásmidos, que si se pierden, la bacteria sigue siendo viable.

El método usual de duplicación de las células procariotas se denomina fisión binaria. La duplicación de la célula va precedida por la replicación del cromosoma bacteriano. Primero se replica y luego pega cada copia a una parte diferente de la membrana celular. Cuando las células que se originan comienzan a separarse, también se separa el cromosoma original del replicado.
Luego de la separación (citocinesis), queda como resultado dos células de idéntica composición genética, excepto por la posibilidad de una mutación espontanea.
Una consecuencia de este método asexual de reproducción es que todos los organismos de una colonia son genéticamente iguales. Cuando se trata una enfermedad originada en una infección bacteriana, una droga que mata a una bacteria matará a todos los miembros de ese clon o colonia.

§ RESPIRACION CELULAR

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La respiración de las bacterias puede ser de dos tipos:

RESPIRACION ANAEROBICA
Incluye la glucolisis y la fermentación. Durante los últimos estadios a este proceso, el NADH (generado durante la glicólisis) se reconvierte a NAD por pérdida de un hidrógeno. El hidrógeno se adiciona al piruvato y dependiendo de la especie bacteriana, se producen una variedad de productos finales metabólicos.

RESPIRACION AEROBICA
La respiración aeróbica incluye la glucolisis y el ciclo del ácido tricarboxílico (Ciclo de Krebs). El piruvato se degrada por completo hasta bióxido de carbono (C1) y en el proceso el NAD se convierte a NADH. Por lo tanto, en la fermentación aeróbica, el NADH se genera por dos rutas (glicolisis y ciclo de Krebs). La fosforilación oxidativa convierte el exceso de NADH a NAD y durante este proceso se genera más ATP (energía almacenada). Las ubiquinonas y los citocromos son componentes de la cadena de transporte de electrones, involucrada en este último proceso y la conversión de oxígeno hasta formar moléculas de agua viene a ser el paso final.

§ REPRODUCCIÓN CELULAR

La reproducción de las procariotas es asexual, el cromosoma único se duplica antes de la división celular, y cada uno de los cromosomas hijos se une a un punto distinto sobre la cara interna de la membrana celular, cuando ésta se alarga los cromosomas se separan. Para ello las dos ramas de la doble hélice de ADN se separan (abertura de un cierre relámpago) y cada una de las dos será copiada por una enzima, el ADNpolimerasa, que construirá cada nueva rama yuxtaponiendo cada nucleótido complementario frente a aquellos que se encuentran en cada rama utilizada como modelo: A delante de T, T delante de A, C delante de G, y G delante de C. Al final del proceso, la célula poseerá dos dobles hélices de ADN idénticas que irán cada una de las células hijas luego de la división.

La replicación no puede tener lugar si no está presente una secuencia de ADN particular, llamada origen de la replicación. Este origen de replicación es específico de la especie: las enzimas de una bacteria no encontrarán nunca un origen de replicación de levadura o de hombre. Cuando la célula alcanza aproximadamente el doble de su tamaño originario, y los cromosomas están separados, ésta se invagina y se forma una nueva pared celular, que separa las dos nuevas células y a sus duplicados cromosómicos: se trata de la división por escisión, o corte en dos células hijas de tallas idénticas y conteniendo los mismos elementos estructurales y el mismo equipamiento cromosómico.

§ FLORA BACTERIANA

Nosotros vivimos inmersos en un mundo de bacterias, se encuentran por todos lados y nosotros no somos la excepción.

Desde las pocas horas después del nacimiento somos colonizados por bacterias que vivirán con nosotros durante toda la vida, estas bacterias colonizan toda la piel, tracto digestivo, vías respiratorias altas, oídos y algunos otros tejidos.

Estas bacterias está allí por un motivo, ya que algunas fabrican nutrientes para el cuerpo, por ejemplo las bacterias coliformes del intestino producen vitamina K y otras bacterias aportan otros nutrientes. Las bacterias de la flora normal también mantienen a raya a otros microorganismos nocivos, ya que de no ser así, seríamos invadidos por microbios que causarían daño a nuestro cuerpo, por lo cual la flora forma parte de las que comunmente llamamos “defensas” del organismo. Por eso el uso de antibióticos de amplio espectro que barren con parte de la flora normal, puede producir la aparición de infecciones por bacterias nocivas que normalmente crecen de forma limitada o bien bacterias externas que llegan de a un ambiente donde pueden colonizar sin restricciones. También se sabe que la flora normal estimula el desarrollo del sistema inmune del cuerpo y que puede ayudar a proteger de otras infecciones. También recientemente se ha asociado como un factor protector que previene el desarrollo de alergias.

Sin embargo sabemos que algunas de estas bacterias con las que convivimos diariamente pueden representar un riesgo para nuestra salud, principalmente en las siguientes situaciones:

• Cuando crecen de forma anormalmente alta.

• Cuando existen bacterias en un sitio anormal al que les corresponde.

• Cuando existen bacterias en un sitio normalmente estéril.

Como podemos suponer el cuerpo es un delicado ecosistema en donde viven simbióticamente un gran número de bacterias y el huésped humano mantiene una relación en donde estas bacterias representan un riesgo potencial cuando este equilibrio se rompe, ya sea por alteración del ecosistema bacteriano o por factores del huésped que favorezcan la disminución de la inmunidad (defensas) y que permitan que las bacterias normales invadan y ataquen a su huésped humano.El número y el tipo de bacterias puede ser modificado por factores como la temperatura, la humedad y la presencia de determinados nutrimentos o de sustancias inhibitorias. Algunos ejemplos de cuando se rompe este equilibrio pueden ser la presencia de infecciones, las caries, el acné en la adolescencia, etc.

Existen diversas bacterias que viven con nosotros y que representan la flora normal del ser humano, aquí presentamos un cuadro con las bacterias más frecuentemente encontradas en los cultivos de diferentes regiones del cuerpo y que deben ser consideradas flora normal.

BACTERIAS CONSIDERADAS FLORA NORMAL DE HUMANOS Y SU LOCALIZACION ANATOMICA.

BACTERIAS	Piel	Conjuntiva	Nariz	Faringe	Boca	Intestino Grueso	Uretra	Vagina
Staphylococcus epidermidis	++	+	++	+	++	+	++	+
Staphylococcus aureus	+	+/-	+	+	+	++	+/-	+
Streptococcus mitis	-	-	-	+	++	+/-	+	+
Streptococcus salivarius				++	++	-
Streptococcus mutans				+	++
Streptococcus faecalis				+/-	+	++	+	+
Streptococcus pneumoniae		+/-	+/-	+	+			+/-
Streptococcus pyogenes	+/-	+/-		+	+	+/-		+
Neisseriae		+	+	++	+		+	+
Neisseria meningitidis			+	+	++			+
Veillonellae					+	+/-
B. Coliformes (E. coli)		+/-	+/-	+/-	+	++	+	+
Proteus mirabilis		+/-	+	+	+	+	+	+
Pseudomonas aeruginosa				+/-	+/-	+	+/-
Haemophilus influenzae		+/-	+	+	+
Bacteroides				+	+	++	+	+/-
Espiroquetas				+	+	+
Lactobacilos				+	++	+		++
Clostridios					+/-	++
Clostridium tetani						+/-
Corinebacterias	++	+	++	+	+	+	+	+
Micobacterias	+		+/-	+/-		+	+
Actinomicetos				+	+
Micoplasmas				+	+	+	+/-	+

++ = más frecuente; + = común; +/- = iregular, ocasional o transitorio.

BACTERIAS ENCONTRADAS EN EL INTESTINO GRUESO DE HUMANOS.

BACTERIAS	Incidencia (%)	BACTERIAS	Incidencia (%)
Bacteroides fragilis	100	Escherichia coli	100
Bacteroides melaninogenicus	100	Salmonella enteritidis	3-7
Bacteroides oralis	100	Salmonella typhi	0.00001
Lactobacilos	20-60	Klebsiella species	40-80
Clostridium perfringens	25-35	Enterobacter species	40-80
Clostridium septicum	5-25	Proteus mirabilis	5-55
Clostridium tetani	1-35	Pseudomonas aeruginosa	3-11
Bifidobacterium bifidum	30-70	Peptostreptococcus	común
Staphylococcus aureus	30-50	Peptococcus	oderado
Streptococcus faecalis	100	Methanogens	común

§ CICLO DEL NITRÓGENO

El ciclo del nitrógeno es cada uno de los procesos biológicos y abióticos en que se basa el suministro de este elemento de los seres vivos. Es uno de los ciclos biogeoquímicos importantes en que se basa el equilibrio dinámico de composición de la biosfera terrestre.

Efectos

Los seres vivos cuentan con una gran proporción de nitrógeno en su composición química. El nitrógeno oxidado que reciben como nitrato (NO3–) es transformado a grupos amino (asimilación). Para volver a contar con nitrato hace falta que los descomponedores lo extraigan de la biomasa dejándolo en la forma reducida de ion amonio (NH4+), proceso que se llama amonificación; y que luego el amonio sea oxidado a nitrato, proceso llamado nitrificación.

Así parece que se cierra el ciclo biológico esencial. Pero el amonio y el nitrato son sustancias extremadamente solubles, que son arrastradas fácilmente por la escorrentía y la infiltración, lo que tiende a llevarlas al mar. Al final todo el nitrógeno atmosférico habría terminado, tras su conversión, disuelto en el mar. Los océanos serían ricos en nitrógeno, pero los continentes estarían prácticamente desprovistos de él, convertidos en desiertos biológicos, si no existieran otros dos procesos, mutuamente simétricos, en los que está implicado el nitrógeno atmosférico (N2). Se trata de la fijación de nitrógeno, que origina compuestos solubles a partir del N2, y la desnitrificación, una forma de respiración anaerobia que devuelve N2 a la atmósfera. De esta manera se mantiene un importante depósito de nitrógeno en el aire (donde representa un 78% en volumen).

Fijación y asimilación de nitrógeno

El primer paso en el ciclo es la fijación del nitrógeno atmosférico( N2) a formas distintas susceptibles de incorporarse a la composición del suelo o de los seres vivos, como el ion amonio (NH4+) o los iones nitrito (NO2–) o nitrato (NO3–) (aunque el amonio puede ser usado por la mayoría de los organismos vivos, las bacterias del suelo derivan la energía de la oxidación de dicho compuesto a nitrito y últimamente a nitrato); y también su conversión a sustancias atmosféricas químicamente activas, como el dióxido de nitrógeno (NO2), que reaccionan fácilmente para originar alguna de las anteriores.

Fijación abiótica. La fijación natural puede ocurrir por procesos químicos espontáneos, como la oxidación que se produce por la acción de los rayos, que forma óxidos de nitrógeno a partir del nitrógeno atmosférico.

Fijación biológica de nitrógeno. Es un fenómeno fundamental que depende de la habilidad metabólica de unos pocos organismos, llamados diazótrofos en relación a esta habilidad, para tomar N2 y reducirlo a nitrógeno orgánico:

N2 + 8H+ + 8e− + 16 ATP → 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi

La fijación biológica la realizan tres grupos de microrganismos diazotrofos:

1. Bacterias gramnegativas de vida libre en el suelo, de géneros como Azotobacter, Klebsiella o el fotosintetizador Rhodospirillum, una bacteria purpúrea.

2. Bacterias simbióticas de algunas plantas, en las que viven de manera generalmente endosimbiótica en nódulos, principalmente localizados en las raíces. Hay multitud de especies encuadradas en el género Rhizobium, que guardan una relación muy específica con el hospedador, de manera que cada especie alberga la suya, aunque hay excepciones.

3. Cianobacterias de vida libre o simbiótica. Las cianobacterias de vida libre son muy abundantes en el plancton marino y son los principales fijadores en el mar. Además hay casos de simbiosis, como el de la cianobacteria Anabaena en cavidades subestomáticas de helechos acuáticos del género Azolla, o el de algunas especies de Nostoc que crecen dentro de antoceros y otras plantas.

La fijación biológica depende del complejo enzimático de la nitrogenasa.

El retorno de amonio al suelo y su inhibición en presencia de sulfatos.

§ USOS INDUSTRIALES

Existen cuatro clases de microrganismos de interés industrial:

Levaduras, mohos, bacterias y actinomicetos.

- Las bacterias con ampliamente utilizadas por el hombre en algunos procesos industriales. Ciertas especies de bacterias son utilizadas en la producción de queso, mantequilla, yogurt y otros productos lácteos.

Metabólicamente, en general, las bacterias son muy diversas, habiendo en este grupo todos los tipos de metabolismo (fotosintéticas, quimiosintéticas, respiradoras y fermentadoras que originan diversos tipos de metabolitos finales), lo cual les confiere una gran versatilidad y las hace propicias para su utilización industrial. Además, las bacterias se dividen por bipartición muy rápidamente, algunas sufren un ciclo vital completo cada veinte minutos.

Los microorganismos, que pueden llevar a cabo casi todo tipo de reacción química, gozan de muchas ventajas frente a los reactivos químicos.

Así, las reacciones químicas no biológicas exigen un considerable aporte de energía para calentar o enfriar el tanque donde ocurre la reacción, suelen realizarse en solventes orgánicos y requieren catalizadores inorgánicos que pueden contaminar el medio y, en muchas ocasiones, resultan, además del producto, otras moléculas indeseables que deben retirarse en una etapa posterior de purificación. Los procesos biológicos, al contrario, ocurren a temperatura ambiente, se producen en disolución acuosa, no precisan de catalizadores inorgánicos y no forman productos indeseables ya que llevan a cabo procesos bioquímicos muy específicos, debido todo ello a la participación de los enzimas en estos procesos.

Sin embargo, los microorganismos plantean un problema para su uso industrial. En todo proceso industrial se intenta conseguir una alta

· IMPORTANCIA ECONOMICA

Muchas bacterias son responsables de varias enfermedades, pero también sirven para la producción de medicamentos por medio de un proceso de ingeniería genética.

Las personas pagan por estos medicamentos, vitaminas y vacunas.