Biodiversidad y Ecolog a I

1. Biodiversidad y Ecolog�a I

2. Procariontes Poca diversidad estructural. Gran diversidad fisiol�gica. Las clasificaciones naturales no reflejan los grupos funcionales. Los grupos artificiales se basan en caracter�sticas comunes de estructura, bioqu�mica y ecolog�a.

3. Procariontes Las agrupaciones funcionales NO implican relaciones gen�ticas cercanas por lo que algunos organismos pueden encontrarse en m�s de un grupo y algunos grupos pueden tener organismos tanto de Archaea como de Bacteria.

7. Litotrof�a Uso de un compuesto inorg�nico como fuente de energ�a. La mayor�a de las bacterias lit�trofas son respiradoras aerobias: Remueven electrones de un substrato y los ponen en un sistema de transporte de electrones que producir� ATP.

15. Respiraci�n Catabolismo === generaci�n de energ�a Oxidaci�n 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. Metanog�nesis Respiraci�n aerobia Litotrof�a (oxidaci�n de sulfuros)

19. Archaea Los tres tipos de metabolismo est�n distribuidos en diferentes grupos filogen�ticos. No s�lo el metabolismo es importante para la caracterizaci�n, tambi�n la ecolog�a�

20. Archaea Basados en su fisiolog�a y ecolog�a, las Archaea pueden organizarse en : Metan�genos Hal�filos Hiperterm�filos Euryarchaeota Hal�filos extremos Metan�genos Hiperterm�filos Crenarchaeota Hiperterm�filos dependientes de sulfuro Korarchaeota Secuencias obtenidas de ambientes hipert�rmicos.

23. Metan�genos 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. Metan�genos Habitats: Sedimentos an�xicos Tractos digestivos de animales Rumen de ganado Intestino grueso de animales monog�stricos como humano, cerdo y perro. Intestino de insectos (ej. Termitas) Fuentes geot�rmicas de H2 y CO2 Instalaciones de biorremediaci�n de aguas Endosimbiontes de varios protozoarios anaerobios

25. Importancia Formaci�n de dep�sitos de gas f�sil, �til como combustible (gas natural). Producci�n de metano en las vacas lo que contribuye al efecto invernadero. Necesarios para la digesti�n, disminuyen la acidez del tracto.

27. Hal�filos extremos Aerobios con metabolismo respiratorio (ac. Org�nicos y a.a.). Algunas cepas pueden crecer anaer�bicamente por fermentaci�n o respiraci�n anaerobia. Adaptaciones especiales: Balance h�drico Bomba K+ (introduce K+ hasta compensar la concentraci�n externa de Na+) Na+ necesario para la integridad celular (pared de glicoprote�nas rica en a.a. negativos) Prote�nas citoplasm�ticas requieren K+ Condiciones de baja aereaci�n Bacteriorodopsina (ATP, meta H y saca Na+ , mete nutrientes) Pueden sobrevivir con peque�as cantidades de O2. Altas concentraciones de sal de NaCl. Rodopsina No fotos�ntesis.

30. Hiperterm�filos Hay representantes en los tres grupos de Archaea. Requieren altas temperaturas para vivir (desde 85�C en adelante, se han reportado temperaturas de hasta 120�C). Sus membranas y enzimas son termoestables. Muchas requieren S� para su metabolismo (oxidadoras de sulfuros y reductoras de sulfatos = lit�trofas con respiraci�n anaerobia)

31. Hiperterm�filos Euryarchaeota

32. Hiperterm�filosEuryarchaeota Thermococcales 70-100�C Respiraci�n anaerobia con S� como aceptor terminal Archaeoglobales 83�C �ptima Respiraci�n anaerobia Reductor de sulfatos SO22- ---- H2S Acidifican el medio por lo que tambi�n son acid�filos, viven a pH menor a 2

33. Hiperterm�filosCrenarchaeota

34. Hiperterm�filos Crenarchaeota Hay representantes que viven a temperaturas muy bajas pero su fisiolog�a es un misterio El resto viven a temperaturas mayores a 80�C y muchos son acid�filos. Existen aerobios, anaerobios y aerobios facultativos Quimiolit�trofos anaerobios, quimioorgan�trofos o ambos Thermoproteales S� + Compuestos org�nicos ---- H2S + CO2 quimioorgan�trofos Sulfolobales SO42- + Compuestos org�nicos ---- H2S + CO2 quimioorgan�trofos 2S� + 3O2 + 2H2O ---- 2H2SO4 Quimiolit�trofos 2FeS2 + 7O2 + 2H2O ---- 2FeSO4 + 2H2SO4 Quimiolit�trofos Desulfurococcales Anaerobios, algunos aerobios Compuesto org�nico ----- CO2 + H2 + Acidos grasos --- H2S quimioorgan�trofos

35. Hiperterm�filos Ejemplos interesantes Thermus aquaticus (Taq polimerasa)

37. Importancia de hiperterm�filosquimiolitoaut�trofos Viven en ventilas hidrotermales y representan la base de la cadena tr�fica del ecosistema asociado.

40. Soluciones a las altas temperaturas Prote�nas---Chaperoninas L�pidos----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 metab�lica:

44. En cuanto a la fuente de C Aut�trofos: Fotoaut�trofos Quimiolitoaut�trofos �.Lit�trofos Heter�trofos Quimioorgan�trofos

47. Denitrificaci�n Los nitratos (NO3) son aprovechados para la construcci�n 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. Reducci�n de sulfatos No es alternativo al uso de O2 es un proceso obligado de condiciones anaerobias. SO4 ----- S o H2S Los metan�genos y reductores de sulfato pueden compartir el h�bitat.

51. Importancia de respiraci�n anaerobia Metan�genos y Bacterias de respiraci�n anaerobia juegan papeles importantes en los ciclos del carbono, nitr�geno y azufre. Convierten las formas oxidadas de los elementos a un estado m�s reducido. Los lit�trofos anaerobios metabolizan las formas reducidas de nitr�geno (NO2, NH3, N2) a sus estados oxidados (NO3) para producir energ�a, contribuyendo as� al reciclaje de nutrientes.

52. Litotrof�a Grupo fuente producto final organismo fisiol�gico energy energ�tica 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 - M�viles Ambientes acu�ticos y animales Algunos pat�genos (Treponema pallidum, s�filis, Borrelia burgdorferi �lyme disease�). Tienen de 1 a varios endoflagelos

60. PROTEOBACTERIAS Grupo gen�tica y fisiol�gicamente diverso (a,b,g,d,e de acuerdo con16S). Algunos grupos fisiol�gica y ecol�gicamente distintos: Spirilla Myxobacteria Lit�trofos Pseudomonas y parientes Ent�ricas Vibrios Rickettsias y Chalmydias

61. Spirilla Gram - (representantes en todos los grupos de proteobacterias). Aerobias, heter�trofas (respiraci�n) Forma helicoidal o espiral Movilidad por flagelos polares normales Habitantes de ambientes microaereof�licos acu�ticos. Spirillum y Aquaspirillum: algunos tienen gr�nulos de polifosfato. Magnetospirillum (magnetita) Bdellovibrio: par�sito de otras gram - (teor�a endosimbi�tica). 2 pat�genos humanos: Campylobacter jejuni = diarrea, comida contaminada. Helicobacter pylori = �lceras g�stricas

63. Myxobacteria Gram - Bacterias deslizantes (d proteobacteria) DIFERENCIACI�N CELULAR Respiraci�n aerobia organ�trofa Agregaci�n celular para formar cuerpos fruct�fero multicelular en condiciones de bajos nutrientes. Cuerpo fruct�fero (myxosporas, resistentes a radiaci�n, desecaci�n y calor pero menos que endosporas) Se ven sin microscopio Suelo

65. Lit�trofos Bacterias nitrificantes capaces de crecimiento aut�trofo (CO2 como fuente de C). Nitrosomonas (NH3 a NO2 ) Nitrobacter (NO2 a NO3) Bacterias oxidadoras de sulfuro Oxidan H2S + O2 ----- SO42- + 2H+ S� + H2O + 11/2O2 ---- SO42- + 2H+ S2O32- + H2O +2O2 ---- 2SO42- + 2H+ donadores de e �cido sulf�rico (por lo que muchas son acid�filas)

67. Lit�trofos La mayor�a son aut�trofos Los eucariontes nunca son lit�trofos por lo que los organismos involucrados en la base del reciclaje de nutrientes son los lit�trofos. Ejemplo: Thiobacillus (oxidador de sulfuro)

69. Pseudomonas y sus parientes Bacilos gram- Grupo muy diverso Metabolismo respiratorio estricto (t�picamente aerobio) NO FERMENTAN Flagelos polares Agua, suelo, generalmente vida libre, algunos par�sitos. Importante en biodegradaci�n y ciclos de C y N. Degradan hidrocarburos, pl�sticos, insecticidas,pesticidas, herbicidas.

72. Pseudomonas y sus parientes Pat�genos humanos: Pseudomonas aeruginosa Neisseria gonorrhoeae Neiseria meningiditis

74. Pseudomonas y sus parientes Rhizobium y Bradyrhizobium Simbiontes de leguminosas, fijan nitr�geno atmosf�rico (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 tambi�n fijan N2, incluso algunos son de vida libre.

76. Ent�ricas Bacilos gram - Metabolismo aerobio facultativo (pueden fermentar az�cares). Relacionados fenot�picamente con Pseudomonas pero fisiol�gicamente NO. Escherichia coli Salmonella typhi (fiebre tifoidea) Salmonella typhimurium (gastroenteritis) Proteus (sapr�fito) Yersinia pestis (peste) Shigella dysenteriae (disenter�a)

79. Vibrios Bacilo curvo (forma de coma) Gram - Respiraci�n aerobia Caracter�sticas estructurales y metab�licas que sobrelapan con ent�ricas y pseudomonas. Flagelo polar Habitat acu�tico (salado a diferencia de pseudomonas y ent�ricas) 5 especies bioluminiscentes (luz-verde, simbiontes). La enzima bioluciferasa desv�a electrones de la cadena respiratoria y causa la formaci�n de un per�xido excitado que lleva a la emisi�n de luz Un pat�geno humano: Vibrio cholerae

81. Rickettsias y Chlamydias Dos grupos de Bacteria NO relacionados Par�sitos 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 �cido l�ctico Bacterias formadoras de endosporas Actinomycetes y bacterias relacionadas Mycoplasmas

84. Bacterias del �cido l�ctico No forman esporas Bacilos y cocos Fermentaci�n alcoh�lica (industria de queso, yogurt, crema) Streptococcus y Lactobacillus Algunas especies son parte de la flora normal de humanos.

86. Bacterias del �cido l�ctico Algunos Streptococos son par�sitos humanos: Steptococcus pneumoniae Streptococcus pyogenes (beta hemol�tico): fiebre reum�tica

89. Bacterias formadoras de endosporas Usualmente bacilos Bacillus: aerobios en el suelo Clostridium: anaerobios en suelo, sedimento y tractos intestinales. Pat�genos. 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 biodegradaci�n y ciclo de C. Ejemplo: Streptomyces Vida libre de distribuci�n general en el suelo Principales productores de antibi�ticos industriales (tetraciclinas, eritromicina, estreptomicina, gentamicina) 2 pat�genos humanos: Mycobacterium tuberculosis Corynebacterium diphteriae

95. Mycoplasmas Carecen de pared celular. 0.3-0.2 micras de di�metro El genoma m�s peque�o (1/5 de E.coli) �C�mo sobrevivir sin pared celular?:

98. Tipos de metabolismo Quimi�trofos: Lit�trofos (Archaea y Bacterias, nitrificantes, fijadoras de N, reductoras de sulfatos, metan�genas, oxidadoras de sulfuros, de hierro y de hidr�geno) Organ�trofos (Archaea y Bacteria, Respiraci�n y Fermentaci�n) Fot�trofos Fotoaut�trofos (Bacteria: fotos�ntesis oxig�nica y anoxig�nica) Fotoheter�trofos (Bacteria: Verdes no sulfurosas; Archaea: fotofosforilaci�n)

101. Bacterias oxidadoras de Hidr�geno(quimiolitoaut�trofas o quimioorgan�trofas) Ralstonia, Alcaligenes. Pueden ser aut�trofos, pero no siempre. Gram + y Gram - Capaces de reducir O2 a partir de H2 con enzimas hidrogenasas: 2H2 + O2 ---- 2H2O Usan el hidr�geno para formar ATP o como poder reductor para fijar C autotr�ficamente. Casi todos son quimiolit�trofos facultativos = pueden crecer quimioorgan�trofamente. La mayor�a crecen en condiciones de bajo ox�geno Algunos tambi�n fijan N2.

102. ProteobacteriaLit�trofas Oxidadoras de Hidr�geno Reductoras de Sulfatos Oxidadoras de Sulfuros Nitrificantes Fijadoras de Nitr�geno

105. Litotrof�a Grupo fuente producto final organismo fisiol�gico energy energ�tica 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. Lit�trofos Bacterias nitrificantes capaces de crecimiento aut�trofo (CO2 como fuente de C). Nitrosomonas (NH3 a NO2 ) Nitrobacter (NO2 a NO3)

108. Lit�trofos La mayor�a son aut�trofos Los eucariontes nunca son lit�trofos por lo que los organismos involucrados en la base del reciclaje de nutrientes son los lit�trofos. Ejemplo: Thiobacillus (oxidador de sulfuro)

109. Lit�trofos Bacterias oxidadoras de sulfuro Oxidan H2S + O2 ----- SO42- + 2H+ S� + H2O + 11/2O2 ---- SO42- + 2H+ S2O32- + H2O +2O2 ---- 2SO42- + 2H+ donadores de e �cido sulf�rico (por lo que muchas son acid�filas)

111. Reducci�n y Oxidaci�n de sulfatos Reducci�n No es alternativo al uso de O2 es un proceso obligado de condiciones anaerobias. SO4 ----- S o H2S Los metan�genos y reductores de sulfato pueden compartir el h�bitat. Desulfovibrio Oxidaci�n Puede darse con ox�geno. Viven en aguas contaminadas con metales. Algunas tambi�n puede oxidar Fe. Son Mix�trofas (usan compuesto inorg�nico para obtener energ�a pero su fuente de C es org�nica) Thiobacillus Beggiatoa

113. Importancia de Lit�trofos En general reincorporan los elementos a los ciclos biol�gicos.

116. Descanso 10 min

117. �el futuro Examen 1�revisar Calendario �Revisar avances de grupo�

119. Fotos�ntesis

122. Grupos de fot�trofos(todos gram -) Fot�trofos oxig�nicos: Cianobacterias Prochloron Fot�trofos anoxig�nicos: Verdes del azufre Rojas del Azufre Verdes no sulfurosas Rojas no sulfurosas

123. Fot�trofos anoxig�nicos Rojas (proteobacterias) Bacterioclorofila a y carotenoides (de ah� sus colores). Sintetizan sistemas de membranas fotosint�ticas intracitopl�smicas que se forman de invaginaciones de la membrana citoplasm�tica.

124. Fot�trofos anoxig�nicos Rojas sulfurosas Usan H2S como donador de electrones. Al oxidar H2S se deposita S� en el periplasma que luego puede ser oxidado a sulfatos. Fotoaut�trofas, Ciclo de CAlvin Son g proteobacteria. Se encuentran en manantiales sulfurosos y lagos salados. Se asocian con bacterias verdes sulfurosas. Ej: Ectothiorhodospira, Halorhodospira

125. Fot�trofos anoxig�nicos Rojas no sulfurosas Fotoheter�trofos (benzoato, alcoholes) y Fotoaut�trofos (Ciclo de Calvin) Son menos tolerantes a la presencia de H2S�en ciertas condiciones pueden usarlo para reducir CO2.(Aut�trofas) Pueden crecer anaer�bicamente fermentando o respirando usando compuestos org�nicos como donadores de electrones. Viven en lodo, en condiciones anaerobias de lagos y drenajes.

126. Fot�trofos anoxig�nicos Verdes sulfurosas (grupo aparte de rojas y verdes no sulfurosas) Varios morfos H2S como donador de electrones La mayor�a pueden ser FOTOHETER�TROFOS. Cuando fijan CO2 lo hacen por la v�a del TCA inverso. Bacterioclorofilas a, c,d, o e. S�lo la a forma el centro de reacci�n. Ambientes an�xicos Poseen clorosomas (ricos en bacterioclorofila). Requieren poca luz gracias a la recolecci�n de energ�a de sus diferentes pigmentos por lo que se pueden encontrar a profundidades mayores que las rojas en lagos

127. Fot�trofos anoxig�nicos Verdes no sulfurosas (grupo aparte derojas y verdes sulfurosas) Filamentosas Forman tapetes en manantiales alcalinos calientes. Tambi�n en aguas marinas no termales. Tienen car�cter�sticas �h�bridas� entre rojas y verdes sulfurosas: Bacterioclorofila a y c Clorosomas Fotoheter�trofos preferentemente. Si fija CO2 lo hace por la v�a del Hidroxipropionato.

128. Fot�trofos oxig�nicos Cianobacterias: Fotosistemas I y II, pueden realizar fotos�ntesis anoxig�nica (s�lo Fotosistema I). Responsables de la conversi�n de la atm�sfera terrestre de an�xica a oxig�nica. Gran diversidad morfol�gica. Unicelular Filamentosa Filamentosa con diferenciaci�n celular

129. Fot�trofos oxig�nicos Cianobacterias: Clorofila a + ficocianinas (verde-azules) Clorofila a + ficoeritrina (roja-caf�) Eucariontes clorofila b (endosimbiosis?). Lamelas (invaginaciones) Ves�culas de gas Heterocistos Acinetos Simbiontes (Anabaena�fijaci�n N2 en Azolla, L�quenes) De vida libre (Oscillatoria) Habitats terrestres, de agua dulce y marina. M�s resistentes a los extremos que las algas.

131. Fot�trofos oxig�nicos Prochlorophytas: Relacionadas con cianobacteria Clorofila a y b (relaci�n con cianobacterias y cloroplastos). Carotenos. No ficocianinas. Prochloron. Simbionte de invertebrados marinos. Primer g�nero descrito. Unicelular. Membranas �tilacoidales� extensivas. Existen otros ejemplos de morfolog�a distinta en el mar. Prochlorophyta y Cyanobacteria est�n gen�ticamente relacionados con un ancestro en com�n (ancestro tambi�n de cloroplastos = la Teor�a Endosimbi�tica se salva)

134. Impacto de fotos�ntesis oxig�nica en la atm�sfera terrestre CH4 cre� efecto invernadero en un rpincipio === bien, el sol era m�s fr�o. Cuando aparecen las cyanobacterias el O2 oxidaba el metano la atm�sfera cambi� de composici�n, la Tierra se enfri�. Se forma la capa de oxono (menos radiaci�n, menos mutaci�n). Gran extinci�n, dominan estromatolitos (pre-C�mbrico) y despu�s llegan metazoarios (C�mbrico). Anaerobios quedan relegados a h�bitats rec�nditos.