Biología 2º Bachillerato Curso 2014—2015 Región de Murcia
BLOQUE IV: El mundo de los microorganismos y sus aplicaciones.
BLOQUE IV
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El mundo de los microorganismos y sus aplicaciones
BLOQUE IV
TEMA 14.- MICROORGANISMOS Y FORMAS ACELULARES. 14.1.- CONCEPTO DE MICROORGANISMO. Los microbios o microorganismos son seres vivos de tamaño microscópico, siendo necesario utilizar el microscopio óptico o el electrónico para su observación. Las unidades de medida utilizadas para determinar sus dimensiones son la micra, el nanómetro y en angstrom. Los microorganismos pueden ser unicelulares o pluricelulares, procariotas o eucariotas, y pueden ser tanto autótrofos como heterótrofos. Se encuentran en los tres dominios de seres vivos: Bacteria, Archaea y Eucarya. Los dos primeros son organismos procariotas mientras que el tercero son organismo eucariotas. Archaea corresponde a las arqueobacterias y Bacteria a las eubacterias. En Eucarya hay microbios que perteneces a los protoctistas (algas microscópicas y protozoos), y a los hongos.
14.2.- ALGUNOS TIPOS. 14.2.1- BACTERIAS. Los microorganismos procariotas se incluyen en el reino monera. Carecen de núcleo celular y su ADN se encuentra disperso por el citoplasma. Son organismos muy simples estructuralmente, aunque con un metabolismo complejo que les permite realizar todas las funciones biológicas.
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14.2.2- VIROIDES. Son moléculas de ARNm circular que carecen de cualquier protección. Su tamaño es menor que el de cualquier genoma vírico, y aunque este tamaño parece suficiente para codificar una proteína, carece de sitios de unión para los ribosomas, de codones de inicio y de codones de terminación. Es muy probable que el enzima ARN polimerasa del hospedador se encargue de su replicación. Causan enfermedades en vegetales como por ejemplo la del tubérculo filiforme de la patata o el atrofiamiento de la planta del tomate. Aparecen en el núcleo de la célula hospedadora e interfieren en la regulación de los genes que allí se expresan, concretamente en los que codifican para determinadas hormonas.
14.2.3- PRIONES. Son proteínas con casi o la misma secuencia de aminoácidos que una proteína normal, pero con una forma espacial distinta, un plegamiento anormal y son capaces de inducir a proteínas normales de la célula a adoptar su forma espacial. Suelen ser proteínas de membrana de las neuronas, y provocan enfermedades neurovegetativas como la de Creutzfeld-Jakob. Resistentes a tratamientos físico-químicos, no existe sistema para combatirlos.
14.3.- CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS VIRUS.
DIFERENCIAS Y SIMILITUDES CON ORG. CELULARES. (CUESTIÓN 10 GUÍA)
Los virus son partículas microscópicas, de estructura muy sencilla y de tamaño no superior a los 2500 A. No tienen estructura celular ya que carecen de citoplasma y de las enzimas necesarias para realizar un metabolismo. Los virus presentan dos fases:
Fase extracelular. Se encuentran fuera de las células y son totalmente inertes. A los virus en su fase extracelular se les denomina partículas víricas o viriones. Fase intracelular. Se adhieren a la superficie de células (hospedador) e introducen en ellas su genoma vírico (ADN o ARN). De esta manera se pueden reproducir, ya que el genoma vírico es capaz de replicarse y de dirigir la síntesis de cubiertas de nuevos virus utilizando la materia, energía y sistema enzimático de la célula hospedadora.
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14.4.- COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS VIRUS. Se clasifican según diversos criterios: hospedador al que parasiten (bacterianos o bacteriófagos, vegetales y animales), tipo de material genético o forma de la cápsida. El GENOMA VÍRICO se compone de una o varias moléculas de ADN o ARN pero nunca de los dos a la vez. El ácido nucleíco de los virus puede ser de cadena abierta o circular, y monocatenaria o bicatenaria. La CÁPSIDA es la estructura proteica del virión que encierra y protege el ácido nucleico vírico. Está formada por moléculas proteicas individuales, iguales o distintas entre sí, llamadas capsómeros. El conjunto formado por el ácido nucleico vírico y la cápsida que lo contiene recibe el nombre de nucleocápsida. Según ésta, los virus se clasifican en:
Virus helicoidales. Presentan una cápsida con forma de bastoncillo, cilíndrica y hueca, en la que los capsómeros se disponen helicoidalmente. Son virus helicoidales, por ejemplo, el virus de la rabia o el virus del mosaico del tabaco.
Virus poliédricos. Cápsida de forma poliédrica. En muchos casos icosaédrica (20 caras triangulares). Muchos virus animales, como el virus de la poliomielitis o los adenovirus (grupo al que pertenecen, algunos virus del resfriado) son poliédricos; algunos virus vegetales y bacteriófagos también son poliédricos.
Virus complejos. Muchos bacteriófagos tienen una cápsida compleja, en la que se combinan la morfología poliédrica y la helicoidal. La cápsida de estos virus suele constar de una cabeza poliédrica y una cola helicoidal, a la que se unen otras estructuras (placa basal, fibras de la cola y espículas).
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Según la presencia o ausencia de envoltura, se distingue entre virus envueltos (con CUBIERTA MEMBRANOSA) y virus desnudos. Los virus con envoltura presentan una envoltura externa a la cápsida, formada por lípidos y proteínas. Cada virión toma esa envoltura de la membrana de la célula en la que se ha formado, al salir de ella por gemación. En numerosos virus de este tipo, también forman parte de la envoltura glucoproteínas codificadas por el propio virus, a modo de espículas, que pueden actuar uniéndose específicamente a receptores de la célula hospedadora. La envoltura se encuentra en determinador virus animales como el VIH.
14.5.- EL CICLO VÍRICO Y SUS FASES. Los virus presentan mecanismos que les permite reproducirse dentro de la célula hospedadora, desarrollando un complejo ciclo vital en el que obtienen la energía y la materia necesarias para sintetizar nuevos ácidos nucleicos y capsómeros. El ciclo vital puede desarrollarse de dos formas: ciclo lítico, realizado por ejemplo por el bacteriófago T4 y ciclo lisogénico, propio de los virus atenuados.
14.5.1- CICLO LÍTICO. 1) Fase de fijación o adsorción. Hay una gran epecificidad entre los virus y sus futuras células hospedadoras. Éstas poseen diversas moléculas (proteínas, polisacáridos o complejos lipoproteínas-polisacáridos) que actúan como receptores para la adhesión de los viriones. Los bacteriófagos se fijan a través de las fibras caudales, mediante enlaces químicos y posteriormente de forma mecánica, clavamdo las espinas basales en la pared bacteriana. 2) Fases de penetración. El bacteriófago perfora la pared celular de la bacteria mediante lisozimas situadas en su placa basal. Luego contrae la vaina de la cola e introduce su ADN a través del orificio practicado, con lo que el genoma vírico pasa directamente al citoplasma bacteriano.
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3) Fase de eclipse. Momento de mayor actividad metabólica, inducida por el ADN del virus. Inicialmente, el ADN vírico utiliza nucleótidos y la enzima ARNpolimerasa de la bacteria para dirigir la síntesis de gran cantidad de ARNm viral (transcripción). Este ARNm viral sirve de base para la síntesis de proteínas del virus como capsómeros, enzimas endonucleasas (las cuales destruyen el ADN bacteriano e impiden su duplicación) y enzimas endolisinas. El ADN vírico sufre múltiples procesos de replicación utilizando para los complejos enzimáticos bacterianos. 4) Fase de ensamblaje. Los capsómeros recién formados se reúnen formando cápsidas mientras que las nuevas moléculas de ADN vírico se pliegan y penetran en las cápsidas. 5) Fase de lisis o liberación. Debido a la acción de la enzima endolisina se produce la lisis de la bacteria y los nuevos viriones formados salen al exterior y pueden infectar a otras bacterias.
14.5.2- CICLO LISOGÉNICO. Los virus atenuados o profagos, no destruyen las célula que infectan, y su genoma pasa a incorporarse al ADN de la célula hospedadora o célula lisogénica. El ADN del profago puede permanecer en forma latente durante varias generaciones celulares, hasta que un estímulo determinado induzca la separación del ADN del profago del ADN celular. En este momento el ADN del profago iniciará un ciclo lítico típico desde la fase de eclipse. Mientras la célula lisogénica posea el ADN profago será inmune frente a las infecciones de este mismo virus. Esta inmunidad se heredará de generación en generación de la célula hospedadora, ya que el ADN profago se hereda junto con el ADN celular.
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14.5.3- CICLO DE UN RETROVIRUS. El VIH es un retrovirus. Tiene ARN como material genético (dos copias idénticas de cada virión) y posee algunas enzimas propias, siendo la más característica la retrotranscriptasa o transcriptasa inversa, con la cual puede sintetizar ADN a partir de un ARN patrón. Además, se trata de un virus con envoltura. En su ciclo reproductor se distinguen varias fases:
(Explicación alternativa si no se entiende la imagen —- CUESTIÓN 11 GUÍA).
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14.6.- MICROORGANISMOS Y ENFERMEDADES INFECCIOSAS HUMANAS. 14.6.1- PIE DE ATLETA. Es una infección de los pies producida por hongos llamados dermatofitos. Son hongos saprofitos cuya única alimentación es la queratina de la epidermis, muy abundante en los pies; por eso crecen en extensión buscando alimentos. La patología de esta enfermedad es bastante alta: es la infección por dematofitos más frecuente y representa más del 70% de todas las tiñas. En muchos casos el individuo no sabe que transporta una tiña contagiosa. Los deportista y atletas tienen una mayor disposición a padecer tinea pedis. En los pies coexisten una serie de hongos y bacterias que conforman la flora habitual que normalmente no produce sintomatología si no se añaden factores predisponentes. Se puede transmitir directamente de persona a persona o indirectamente. Las esporas (medio de reproducción) persisten meses o años en baños, duchas, piscinas o toallas. Los factores predisponentes básicos para que se produzca un pie de atleta son el calor, la humedad y el roce. Por ello, es el verano cuando más se priduce esta infección. En los síntomas encontramos picazón, ardor y piel agrietada entre los dedos del pie. Su tratamiento consiste en un antimicótico, de vía oral o bien de vía tópica.
14.6.2- SALMONELOSIS. Es causada por distintas especies de bacterias pertenecientes al género Salmonella. Se transmiten principalmente por los alimentos contaminados (especialmente aves de corral, huevos y productos lácteos). Producen potentes edotoxinas que afectan al intestino, la sangre, el bazo y los ganglios linfáticos. Los principales síntomas son diarreas, vómitos, fiebre alta, dolores de cabeza y escalofríos. Mientras algunas variantes de Salmonella producen gastroenteritis que se resuelven en unos días y no revisten gravedad, otras variantes (por ejemplo, Salmonella typhi) dan lugar a enfermedades más graves, incluso con riesgo de muerte; tal es el caso de la fiebre tifoidea. Las altas temperaturas eliminan completamente al microorganismo, por lo que resulta imposible contagiarse si los alimentos están cocinados apropiadamente. Se recomienda lavarse las manos antes de comer y no tocar mascotas enfermas. Su diagnóstico se basa en el cultivo bacteriológico de heces (coprocultivos), de sangre o de médula ósea. En situaciones normales no se requiere tratamiento con antibióticos.
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14.6.3- SIDA. El síndrome de inmunodeficiencia adquirida es ocasionado por el VIH (Virus de la Inmunodeficiencia Humana), un retrovirus que presenta un material genético en forma de dos hebras de ARN. El SIDA es el final y la etapa más seria de la enfermedad producida por el VIH. Está caracterizado por signos y síntomas de inmunodeficiencia (falta de defensa contra infecciones) muy intensos. El VIH infecta principalmente a linfocitos T que poseen el receptor CD4, entre los que destacan los linfocitos Th. Al ser un retrovirus, puede permanecer durante muchos años en el interior de las células sin presentar sintomatología alguna. Este virus ataca al sistema inmune y deja el cuerpo vulnerable a una gran variedad de enfermedades. Estas enfermedades suelen estar ocasionadas por bacterias, hongos y virus muy comunes que ordinariamente no ocasionan enfermedad. Algunas de ellas son la encefalopatía y la caquexia. El VIH ha sido encontrado en la sangre, esperma, saliva, lágrimas, tejido nervioso, leche materna, y secreciones del tracto genital. Sin embargo está probado que es éstos son la sangre, el esperma, las secreciones del tracto genital, y la leche materna las que transmiten la infección a otros. La transmisión del virus ocurre mediante el contacto sexual incluyendo sexo anal, vaginal y oral; por medio de la sangre mediante transfusiones o aguja infectada; y en mujeres embarazadas al feto, o al dar de mamar al bebé. La infección no se transmite pro contacto casual tal como abrazar o tocar, ni por objetos inanimados tales como asientos de servicio o platos, ni por mosquitos. No se transmite a personas que donan sangre (pero sí a la persona que recibe la transfusión si la sangre está contaminada). Es por esto por lo que los bancos de sangre analizan a los donantes y su sangre. El SIDA se presenta con manifestaciones de deficiencia inmune, también llamadas infecciones oportunistas. Son enfermedades que los enfermos de SIDA adquieren frecuentamente. En ocasiones habrá más de una infección a la vez. Muchas de estas infecciones son difíciles de tratar, y se requiere una terapia indefinida para evitar la recaída, como el sarcoma de kaposi (incidencia de cáncer oportunista).
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14.6.4- ENFERMEDADES DE CREUTZFELDT-JAKOB. Es una forma de daño cerebral que lleva a una disminución rápida de la función mental y del movimiento. Se cree que la enfermedad ECJ resulta de una proteína llamada prión la cual provoca que las proteínas normales se plieguen de manera anormal. Esto afecta a la capacidad de otras proteínas para funcionar. La enfermedad se puede agrupar en clásica o nueva variante. Los tipos clásicos de esta enfermedades son: la de tipo esporádico que comprende la mayoría de los casos y que ocurre sin razón conocida, de edad de inicio a los 65 años de promedio y la de tipo familiar que resulta cuando una persona hereda el prión anormal (este tipo hereditario es poco común). El tipo clásico de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob no está relacionado con la enfermedades de las vacas locas (encefalitis espongiforme bovina). Una nueva variante de la enfermedad es una forma infecciosa que está relacionada con la enfermedad de las vacas locas, causada por un prión, un agente infeccioso distinto a los virus, bacterias, protozoos u hongos que producen los mismos efectos que la variante clásica. Se contrae cuando una persona ingiere carne infectada por encefalopatía espongiforme bovina, los priones de la carne se absorben en el torrente sanguíneo, llegan hasta los nódulos linfáticos. Ahí penetran a los linfocitos, quienes los transportan al cerebro; ahí se replican y circulanen el sistema nervioso. Entre sus síntomas se encuentran: delirio o demencia de rápido desarrollo, cambios en la marcha, alucinaciones, confusión, somnolencia, problemas del habla. No se conoce cura para esta enfermedad. Se pueden usar interleucinas y otros medicamentos en un intento por disminuir su progresión, y a veces para controlar comportamientos agresivos. El pronóstico es muy desalentador y al cabo de 6 meses o menos del inicio de los síntomas, la persona se volverá incapaz de cuidar de sí misma. La causa de la muerte por lo general es infección, insuficiencia cardíaca o respiratoria. Los equipos médicos se esterilizan para matar los organismos que causan la enfermedad y las personas con antecedentes clínicos no se usan como donantes de córnea. La mayoría de países tienen pautas estrictas para el manejo de vacas infectadas u restricciones estrictas con respecto al alimento que se les suministra, como prevención.
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TEMA 15.- APLICACIONES DE LOS MICROORGANISMOS. 15.1.- CONCEPTO DE MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL. IMPORTANCIA SOCIAL Y ECONÓMICA. Los procesos industriales que utilizan los microorganismos como base para la obtención de sus productos constituyen la microbiología industrial o biotecnología microbiana. La microbiología tradicional emplea los microorganismos tal y como se encuentran en la naturaleza, para la transformación de algunas moléculas en otras que tienen más utilidad, como son los productos de las fermentaciones que llevan a cabo muchos organismos; para la obtención de antibióticos y otras sustancias químicas; para la obtención de vacunas; para el control biológico de plagas de insectos; para la producción de alimentos. Recientemente se están utilizando microorganismos modificados genéticamente mediante métodos de ingeniería genética para obtener sustancias útiles, como determinadas hormonas. Los microorganismos utilizados en biotecnología proceden de la naturaleza, lo primordial es que sea capaz de crecer rápidamente, resista el ser cultivado a gran escala y pueda producir la sustancia útil en una cantidad apreciable y en el menor tiempo posible.
15.2.- APLICACIONES DE LAS FERMENTACIONES. 15.2.1- FABRICACIÓN DEL PAN. Se obtiene a partir de la fermentación alcohólica realizada por la levadura Saccharomyces cerevisiae. Tras mezclar harina de cereales y agua, se añade sal, azúcar y una pequeña cantidad de levadura y se deja fermentar. Las enzimas de la harina, activadas por el agua convierten el almidón de los gramos de cereal en glúcidos: maltosa y glucosa. La levadura degrada estos azúcares y produce alcohol etílico y dióxido de carbono. La cocción de la masa elimina el etanol producido en la fermentación y destruye las células de levadura. La formación de burbujas de dióxido de carbono confiere al pan su textura esponjosa. (EXPLICAR TAMBIÉN EL ESQUEMA)
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15.2.1- FABRICACIÓN DEL YOGUR. Para fabricar yogurt se fermenta la leche entera con una mezcla de las bacterias lácticas Streptococcus termophilus y Lactobacillus bulgaricus. La fermentación que se realiza es la fermentación láctica. El ácido láctico es producido por bacterias que degradan la lactosa según el esquema. La elaboración del yogurt se inicia con la recepción de la materia prima, es decir de la leche, a la cual se le realizan los análisis de rutina para verificar que cumple con los requisitos necesarios. La leche debe estar libre de antibióticos. Una vez determinada la calidad ser pasteuriza para eliminar los patógenos presentes. Terminado este proceso se reduce la temperatura y se añade el fermento láctico y se mantiene estable la temperatura para que los microorganismos añadidos cumplan su función de manera óptima y eficiente. Se va controlando la acidez y temperatura y cuando la acidez alcanza el punto deseado se bate el yogur hasta que tenga una apariencia homogénea, posteriormente se refrigera.
Si el sustrato es lactosa, primero se hidroliza, mediante la lactasa, en una molécula de glucosa y otra de galactosa, la cual posteriormente se transforma en glucosa por medio de una isomerasa. Las glucosas obtenidas se degradan pro glucólisis, en la que se obtienen ATP, NADH+H+, y se produce ácido pirúvico. El ácido pirúvico por medio de la lactato deshidrogenada se transforma en ácido láctico y se regeneran las coenzimas oxidadas (NAD+).