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Procariontes. Poca diversidad estructural.Gran diversidad fisiol
E N D
1. Biodiversidad y Ecología I
2. Procariontes Poca diversidad estructural.
Gran diversidad fisiológica.
Las clasificaciones naturales no reflejan los grupos funcionales.
Los grupos artificiales se basan en características comunes de estructura, bioquímica y ecología.
3. Procariontes Las agrupaciones funcionales NO implican relaciones genéticas cercanas por lo que algunos organismos pueden encontrarse en más de un grupo y algunos grupos pueden tener organismos tanto de Archaea como de Bacteria.
7. Litotrofía Uso de un compuesto inorgánico como fuente de energía.
La mayoría de las bacterias litótrofas son respiradoras aerobias:
Remueven electrones de un substrato y los ponen en un sistema de transporte de electrones que producirá ATP.
15. Respiración Catabolismo === generación de energía
Oxidación del substrato gracias a un aceptor de electrones en el exterior
18. Hemos revisado Los tres tipos de metabolismo que se encuentran en el dominio Archaea.
Metanogénesis
Respiración aerobia
Litotrofía (oxidación de sulfuros)
19. Archaea Los tres tipos de metabolismo están distribuidos en diferentes grupos filogenéticos.
No sólo el metabolismo es importante para la caracterización, también la ecología…
20. Archaea Basados en su fisiología y ecología, las Archaea pueden organizarse en :
Metanógenos
Halófilos
Hipertermófilos
Euryarchaeota
Halófilos extremos
Metanógenos
Hipertermófilos
Crenarchaeota
Hipertermófilos dependientes de sulfuro
Korarchaeota
Secuencias obtenidas de ambientes hipertérmicos.
23. Metanógenos Presentes en el reino Euryarchaeota
Anaerobios obligados
Metabolismo primitivo
Gran variedad de formas:
Bacilos cortos
Bacilos largos
Cocos
Cocos irregulares
Cocos irregulares agregados
Bacilos en filamentos
24. Metanógenos Habitats:
Sedimentos anóxicos
Tractos digestivos de animales
Rumen de ganado
Intestino grueso de animales monogástricos como humano, cerdo y perro.
Intestino de insectos (ej. Termitas)
Fuentes geotérmicas de H2 y CO2
Instalaciones de biorremediación de aguas
Endosimbiontes de varios protozoarios anaerobios
25. Importancia Formación de depósitos de gas fósil, útil como combustible (gas natural).
Producción de metano en las vacas lo que contribuye al efecto invernadero.
Necesarios para la digestión, disminuyen la acidez del tracto.
27. Halófilos extremos Aerobios con metabolismo respiratorio (ac. Orgánicos y a.a.).
Algunas cepas pueden crecer anaeróbicamente por fermentación o respiración anaerobia.
Adaptaciones especiales:
Balance hídrico
Bomba K+ (introduce K+ hasta compensar la concentración externa de Na+)
Na+ necesario para la integridad celular (pared de glicoproteínas rica en a.a. negativos)
Proteínas citoplasmáticas requieren K+
Condiciones de baja aereación
Bacteriorodopsina (ATP, meta H y saca Na+ , mete nutrientes)
Pueden sobrevivir con pequeñas cantidades de O2.
Altas concentraciones de sal de NaCl.
Rodopsina
No fotosíntesis.
30. Hipertermófilos Hay representantes en los tres grupos de Archaea.
Requieren altas temperaturas para vivir (desde 85ºC en adelante, se han reportado temperaturas de hasta 120ºC).
Sus membranas y enzimas son termoestables.
Muchas requieren Sº para su metabolismo (oxidadoras de sulfuros y reductoras de sulfatos = litótrofas con respiración anaerobia)
31. Hipertermófilos Euryarchaeota
32. HipertermófilosEuryarchaeota Thermococcales
70-100ºC
Respiración anaerobia con Sº como aceptor terminal
Archaeoglobales
83ºC óptima
Respiración anaerobia
Reductor de sulfatos SO22- ---- H2S
Acidifican el medio por lo que también son acidófilos, viven a pH menor a 2
33. HipertermófilosCrenarchaeota
34. Hipertermófilos Crenarchaeota Hay representantes que viven a temperaturas muy bajas pero su fisiología es un misterio
El resto viven a temperaturas mayores a 80ºC y muchos son acidófilos.
Existen aerobios, anaerobios y aerobios facultativos
Quimiolitótrofos anaerobios, quimioorganótrofos o ambos
Thermoproteales
Sº + Compuestos orgánicos ---- H2S + CO2 quimioorganótrofos
Sulfolobales
SO42- + Compuestos orgánicos ---- H2S + CO2 quimioorganótrofos
2Sº + 3O2 + 2H2O ---- 2H2SO4 Quimiolitótrofos
2FeS2 + 7O2 + 2H2O ---- 2FeSO4 + 2H2SO4 Quimiolitótrofos
Desulfurococcales
Anaerobios, algunos aerobios
Compuesto orgánico ----- CO2 + H2 + Acidos grasos --- H2S quimioorganótrofos
35. Hipertermófilos Ejemplos interesantes
Thermus aquaticus (Taq polimerasa)
37. Importancia de hipertermófilosquimiolitoautótrofos Viven en ventilas hidrotermales y representan la base de la cadena trófica del ecosistema asociado.
40. Soluciones a las altas temperaturas Proteínas---Chaperoninas
Lípidos----Uniones covalentes
DNA---”histonas”
41. ¿Todas las archaea son extremas? No….pero es un descubrimiento reciente
42. Biodiversidad Bacteria 14 linajes principales (REINOS), de acuerdo con 16S rDNA.
Diversidad metabólica:
44. En cuanto a la fuente de C Autótrofos:
Fotoautótrofos
Quimiolitoautótrofos ….Litótrofos
Heterótrofos
Quimioorganótrofos
47. Denitrificación Los nitratos (NO3) son aprovechados para la construcción de material celular por las plantas.
El uso de nitratos como aceptores de electrones en la cadena respiratoria es normalmente una alternativa al uso de O2.
Si bacterias del suelo como Pseudomonas o Bacillus usan O2 como aceptor de electrones dejan disponible los nitratos del suelo y los cultivos pueden aprovecharlos. Por ello es necesario mantener bien aireados los cultivos.
49. Reducción de sulfatos No es alternativo al uso de O2 es un proceso obligado de condiciones anaerobias.
SO4 ----- S o H2S
Los metanógenos y reductores de sulfato pueden compartir el hábitat.
51. Importancia de respiración anaerobia Metanógenos y Bacterias de respiración anaerobia juegan papeles importantes en los ciclos del carbono, nitrógeno y azufre.
Convierten las formas oxidadas de los elementos a un estado más reducido.
Los litótrofos anaerobios metabolizan las formas reducidas de nitrógeno (NO2, NH3, N2) a sus estados oxidados (NO3) para producir energía, contribuyendo así al reciclaje de nutrientes.
52. Litotrofía
Grupo fuente producto final organismo
fisiológico energy energética oxidado
hydrogen bacteria H2 H2O Alcaligenes, Pseudomonas
nitrifying bacteria* NH3 NO2 Nitrosomonas
nitrifying bacteria* NO2 NO3 Nitrobacter
sulfur oxidizers H2S or S SO4 Thiobacillus, Sulfolobus
iron bacteria Fe ++ Fe+++ Gallionella, Thiobacillus
The overall process of nitrification, conversion of NH3 to NO3, requires a consortium of microorganisms.
56. Grupos de bacterias De acuerdo con el 16S rRNA:
58. Espiroquetas Gram -
Móviles
Ambientes acuáticos y animales
Algunos patógenos (Treponema pallidum, sífilis, Borrelia burgdorferi “lyme disease”).
Tienen de 1 a varios endoflagelos
60. PROTEOBACTERIAS Grupo genética y fisiológicamente diverso (a,b,g,d,e de acuerdo con16S).
Algunos grupos fisiológica y ecológicamente distintos:
Spirilla
Myxobacteria
Litótrofos
Pseudomonas y parientes
Entéricas
Vibrios
Rickettsias y Chalmydias
61. Spirilla Gram - (representantes en todos los grupos de proteobacterias).
Aerobias, heterótrofas (respiración)
Forma helicoidal o espiral
Movilidad por flagelos polares normales
Habitantes de ambientes microaereofílicos acuáticos.
Spirillum y Aquaspirillum: algunos tienen gránulos de polifosfato.
Magnetospirillum (magnetita)
Bdellovibrio: parásito de otras gram - (teoría endosimbiótica).
2 patógenos humanos:
Campylobacter jejuni = diarrea, comida contaminada.
Helicobacter pylori = úlceras gástricas
63. Myxobacteria Gram -
Bacterias deslizantes (d proteobacteria)
DIFERENCIACIÓN CELULAR
Respiración aerobia organótrofa
Agregación celular para formar cuerpos fructífero multicelular en condiciones de bajos nutrientes.
Cuerpo fructífero (myxosporas, resistentes a radiación, desecación y calor pero menos que endosporas)
Se ven sin microscopio
Suelo
65. Litótrofos Bacterias nitrificantes
capaces de crecimiento autótrofo (CO2 como fuente de C).
Nitrosomonas (NH3 a NO2 )
Nitrobacter (NO2 a NO3)
Bacterias oxidadoras de sulfuro
Oxidan
H2S + O2 ----- SO42- + 2H+
Sº + H2O + 11/2O2 ---- SO42- + 2H+
S2O32- + H2O +2O2 ---- 2SO42- + 2H+
donadores de e ácido sulfúrico (por lo que muchas son acidófilas)
67. Litótrofos La mayoría son autótrofos
Los eucariontes nunca son litótrofos por lo que los organismos involucrados en la base del reciclaje de nutrientes son los litótrofos.
Ejemplo: Thiobacillus (oxidador de sulfuro)
69. Pseudomonas y sus parientes Bacilos gram-
Grupo muy diverso
Metabolismo respiratorio estricto (típicamente aerobio) NO FERMENTAN
Flagelos polares
Agua, suelo, generalmente vida libre, algunos parásitos.
Importante en biodegradación y ciclos de C y N.
Degradan hidrocarburos, plásticos, insecticidas,pesticidas, herbicidas.
72. Pseudomonas y sus parientes Patógenos humanos:
Pseudomonas aeruginosa
Neisseria gonorrhoeae
Neiseria meningiditis
74. Pseudomonas y sus parientes Rhizobium y Bradyrhizobium
Simbiontes de leguminosas, fijan nitrógeno atmosférico (N2) y lo convierten en amonio (NH3) el cual puede integrarse al material celular de la planta.
Existen otros organismos no relacionados con Pseudomonas que también fijan N2, incluso algunos son de vida libre.
76. Entéricas Bacilos gram -
Metabolismo aerobio facultativo (pueden fermentar azúcares).
Relacionados fenotípicamente con Pseudomonas pero fisiológicamente NO.
Escherichia coli
Salmonella typhi (fiebre tifoidea)
Salmonella typhimurium (gastroenteritis)
Proteus (saprófito)
Yersinia pestis (peste)
Shigella dysenteriae (disentería)
79. Vibrios Bacilo curvo (forma de coma)
Gram -
Respiración aerobia
Características estructurales y metabólicas que sobrelapan con entéricas y pseudomonas.
Flagelo polar
Habitat acuático (salado a diferencia de pseudomonas y entéricas)
5 especies bioluminiscentes (luz-verde, simbiontes). La enzima bioluciferasa desvía electrones de la cadena respiratoria y causa la formación de un peróxido excitado que lleva a la emisión de luz
Un patógeno humano: Vibrio cholerae
81. Rickettsias y Chlamydias Dos grupos de Bacteria NO relacionados
Parásitos intracelulares obligados de eucariontes.
Rickettsias: tienen membranas con “fugas” y no pueden obtener nutrientes en un ambiente extracelular. (tifo)
Chlamydiae: No pueden producir ATP en cantidades suficientes. (tricomasis)
83. GRAM + Bacterias del ácido láctico
Bacterias formadoras de endosporas
Actinomycetes y bacterias relacionadas
Mycoplasmas
84. Bacterias del ácido láctico No forman esporas
Bacilos y cocos
Fermentación alcohólica (industria de queso, yogurt, crema)
Streptococcus y Lactobacillus
Algunas especies son parte de la flora normal de humanos.
86. Bacterias del ácido láctico Algunos Streptococos son parásitos humanos:
Steptococcus pneumoniae
Streptococcus pyogenes (beta hemolítico): fiebre reumática
89. Bacterias formadoras de endosporas Usualmente bacilos
Bacillus: aerobios en el suelo
Clostridium: anaerobios en suelo, sedimento y tractos intestinales.
Patógenos.
Bacillus anthracis
Clostridium botulinum
Clostridium tetani
93. Actinomycetes y bacterias relacionadas Forman filamentos
Forman esporas, NO endosporas
Aerobios descomponedores en el suelo
Importantes en la biodegradación y ciclo de C.
Ejemplo: Streptomyces
Vida libre de distribución general en el suelo
Principales productores de antibióticos industriales (tetraciclinas, eritromicina, estreptomicina, gentamicina)
2 patógenos humanos:
Mycobacterium tuberculosis
Corynebacterium diphteriae
95. Mycoplasmas Carecen de pared celular.
0.3-0.2 micras de diámetro
El genoma más pequeño (1/5 de E.coli)
¿Cómo sobrevivir sin pared celular?:
98. Tipos de metabolismo Quimiótrofos:
Litótrofos (Archaea y Bacterias, nitrificantes, fijadoras de N, reductoras de sulfatos, metanógenas, oxidadoras de sulfuros, de hierro y de hidrógeno)
Organótrofos (Archaea y Bacteria, Respiración y Fermentación)
Fotótrofos
Fotoautótrofos (Bacteria: fotosíntesis oxigénica y anoxigénica)
Fotoheterótrofos (Bacteria: Verdes no sulfurosas; Archaea: fotofosforilación)
101. Bacterias oxidadoras de Hidrógeno(quimiolitoautótrofas o quimioorganótrofas) Ralstonia, Alcaligenes.
Pueden ser autótrofos, pero no siempre.
Gram + y Gram -
Capaces de reducir O2 a partir de H2 con enzimas hidrogenasas:
2H2 + O2 ---- 2H2O
Usan el hidrógeno para formar ATP o como poder reductor para fijar C autotróficamente.
Casi todos son quimiolitótrofos facultativos = pueden crecer quimioorganótrofamente.
La mayoría crecen en condiciones de bajo oxígeno
Algunos también fijan N2.
102. ProteobacteriaLitótrofas Oxidadoras de Hidrógeno
Reductoras de Sulfatos
Oxidadoras de Sulfuros
Nitrificantes
Fijadoras de Nitrógeno
105. Litotrofía
Grupo fuente producto final organismo
fisiológico energy energética oxidado
hydrogen bacteria H2 H2O Alcaligenes, Pseudomonas
nitrifying bacteria* NH3 NO2 Nitrosomonas
nitrifying bacteria* NO2 NO3 Nitrobacter
sulfur oxidizers H2S or S SO4 Thiobacillus, Sulfolobus
iron bacteria Fe ++ Fe+++ Gallionella, Thiobacillus
The overall process of nitrification, conversion of NH3 to NO3, requires a consortium of microorganisms.
106. Litótrofos Bacterias nitrificantes
capaces de crecimiento autótrofo (CO2 como fuente de C).
Nitrosomonas (NH3 a NO2 )
Nitrobacter (NO2 a NO3)
108. Litótrofos La mayoría son autótrofos
Los eucariontes nunca son litótrofos por lo que los organismos involucrados en la base del reciclaje de nutrientes son los litótrofos.
Ejemplo: Thiobacillus (oxidador de sulfuro)
109. Litótrofos Bacterias oxidadoras de sulfuro
Oxidan
H2S + O2 ----- SO42- + 2H+
Sº + H2O + 11/2O2 ---- SO42- + 2H+
S2O32- + H2O +2O2 ---- 2SO42- + 2H+
donadores de e ácido sulfúrico (por lo que muchas son acidófilas)
111. Reducción y Oxidación de sulfatos Reducción
No es alternativo al uso de O2 es un proceso obligado de condiciones anaerobias.
SO4 ----- S o H2S
Los metanógenos y reductores de sulfato pueden compartir el hábitat.
Desulfovibrio Oxidación
Puede darse con oxígeno.
Viven en aguas contaminadas con
metales.
Algunas también puede oxidar Fe.
Son Mixótrofas (usan compuesto inorgánico para obtener energía pero su fuente de C es orgánica)
Thiobacillus
Beggiatoa
113. Importancia de Litótrofos
En general reincorporan los elementos a los ciclos biológicos.
116. Descanso 10 min
117. …el futuro Examen 1…revisar
Calendario
“Revisar avances de grupo”
119. Fotosíntesis
122. Grupos de fotótrofos(todos gram -) Fotótrofos oxigénicos:
Cianobacterias
Prochloron
Fotótrofos anoxigénicos:
Verdes del azufre
Rojas del Azufre
Verdes no sulfurosas
Rojas no sulfurosas
123. Fotótrofos anoxigénicos Rojas (proteobacterias)
Bacterioclorofila a y carotenoides (de ahí sus colores).
Sintetizan sistemas de membranas fotosintéticas intracitoplásmicas que se forman de invaginaciones de la membrana citoplasmática.
124. Fotótrofos anoxigénicos Rojas sulfurosas
Usan H2S como donador de electrones.
Al oxidar H2S se deposita Sº en el periplasma que luego puede ser oxidado a sulfatos.
Fotoautótrofas, Ciclo de CAlvin
Son g proteobacteria.
Se encuentran en manantiales sulfurosos y lagos salados.
Se asocian con bacterias verdes sulfurosas.
Ej: Ectothiorhodospira, Halorhodospira
125. Fotótrofos anoxigénicos Rojas no sulfurosas
Fotoheterótrofos (benzoato, alcoholes) y Fotoautótrofos (Ciclo de Calvin)
Son menos tolerantes a la presencia de H2S…en ciertas condiciones pueden usarlo para reducir CO2.(Autótrofas)
Pueden crecer anaeróbicamente fermentando o respirando usando compuestos orgánicos como donadores de electrones.
Viven en lodo, en condiciones anaerobias de lagos y drenajes.
126. Fotótrofos anoxigénicos Verdes sulfurosas (grupo aparte de rojas y verdes no sulfurosas)
Varios morfos
H2S como donador de electrones
La mayoría pueden ser FOTOHETERÓTROFOS.
Cuando fijan CO2 lo hacen por la vía del TCA inverso.
Bacterioclorofilas a, c,d, o e. Sólo la a forma el centro de reacción.
Ambientes anóxicos
Poseen clorosomas (ricos en bacterioclorofila).
Requieren poca luz gracias a la recolección de energía de sus diferentes pigmentos por lo que se pueden encontrar a profundidades mayores que las rojas en lagos
127. Fotótrofos anoxigénicos Verdes no sulfurosas (grupo aparte derojas y verdes sulfurosas)
Filamentosas
Forman tapetes en manantiales alcalinos calientes. También en aguas marinas no termales.
Tienen carácterísticas “híbridas” entre rojas y verdes sulfurosas:
Bacterioclorofila a y c
Clorosomas
Fotoheterótrofos preferentemente.
Si fija CO2 lo hace por la vía del Hidroxipropionato.
128. Fotótrofos oxigénicos Cianobacterias:
Fotosistemas I y II, pueden realizar fotosíntesis anoxigénica (sólo Fotosistema I).
Responsables de la conversión de la atmósfera terrestre de anóxica a oxigénica.
Gran diversidad morfológica.
Unicelular
Filamentosa
Filamentosa con diferenciación celular
129. Fotótrofos oxigénicos Cianobacterias:
Clorofila a + ficocianinas (verde-azules)
Clorofila a + ficoeritrina (roja-café)
Eucariontes clorofila b (endosimbiosis?).
Lamelas (invaginaciones)
Vesículas de gas
Heterocistos
Acinetos
Simbiontes (Anabaena…fijación N2 en Azolla, Líquenes)
De vida libre (Oscillatoria)
Habitats terrestres, de agua dulce y marina. Más resistentes a los extremos que las algas.
131. Fotótrofos oxigénicos Prochlorophytas:
Relacionadas con cianobacteria
Clorofila a y b (relación con cianobacterias y cloroplastos). Carotenos. No ficocianinas.
Prochloron.
Simbionte de invertebrados marinos.
Primer género descrito.
Unicelular.
Membranas “tilacoidales” extensivas.
Existen otros ejemplos de morfología distinta en el mar.
Prochlorophyta y Cyanobacteria están genéticamente relacionados con un ancestro en común (ancestro también de cloroplastos = la Teoría Endosimbiótica se salva)
134. Impacto de fotosíntesis oxigénica en la atmósfera terrestre CH4 creó efecto invernadero en un rpincipio === bien, el sol era más frío.
Cuando aparecen las cyanobacterias
el O2 oxidaba el metano
la atmósfera cambió de composición, la Tierra se enfrió.
Se forma la capa de oxono (menos radiación, menos mutación).
Gran extinción, dominan estromatolitos (pre-Cámbrico) y después llegan metazoarios (Cámbrico).
Anaerobios quedan relegados a hábitats recónditos.