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22.1A: Clasificación de procariotas - Biología


Los organismos procariotas fueron los primeros seres vivos en la tierra y todavía habitan todos los entornos, sin importar cuán extremos sean.

Objetivos de aprendizaje

  • Discutir los orígenes de los organismos procarióticos en términos de la línea de tiempo geológica.

Puntos clave

  • Todos los seres vivos se pueden clasificar en tres grupos principales llamados dominios; estos incluyen Archaea, Bacteria y Eukarya.
  • Los procariotas surgieron durante el Período Precámbrico hace 3.5 a 3.8 mil millones de años.
  • Los organismos procariotas pueden vivir en todos los tipos de entornos de la Tierra, desde muy calientes, muy fríos, superhalinos y muy ácidos.
  • Los dominios Bacteria y Archaea son los que contienen organismos procariotas.
  • Las arqueas son procariotas que habitan en ambientes extremos, como el interior de volcanes, mientras que las bacterias son organismos más comunes, como E. coli.

Términos clave

  • procariota: un organismo cuya célula (o células) se caracterizan por la ausencia de un núcleo o cualquier otro orgánulo unido a la membrana
  • dominio: en el sistema de tres dominios, el rango más alto en la clasificación de organismos, por encima del reino: Bacteria, Archaea y Eukarya
  • arqueas: un dominio taxonómico de organismos unicelulares que carecen de núcleos, antes llamados arqueobacterias, pero ahora se sabe que difieren fundamentalmente de las bacterias.

Evolución de los procariotas

En el pasado reciente, los científicos agruparon los seres vivos en cinco reinos (animales, plantas, hongos, protistas y procariotas) basándose en varios criterios como: la ausencia o presencia de un núcleo y otros orgánulos unidos a la membrana, la ausencia o presencia de paredes celulares, multicelularidad, etc. A finales de los 20th siglo, el trabajo pionero de Carl Woese y otros comparó secuencias de ARN ribosómico de subunidades pequeñas (ARNr SSU) que resultó en una forma más fundamental de agrupar organismos en la tierra. Con base en las diferencias en la estructura de las membranas celulares y en el ARNr, Woese y sus colegas propusieron que toda la vida en la tierra evolucionó a lo largo de tres linajes, llamados dominios. El dominio Bacteria comprende todos los organismos del reino Bacteria, el dominio Archaea comprende el resto de los procariotas y el dominio Eukarya comprende todos los eucariotas, incluidos los organismos de los reinos Animalia, Plantae, Fungi y Protista.

El modelo actual de la evolución de los primeros organismos vivos es que estos eran alguna forma de procariotas, que pueden haber evolucionado a partir de protobiontes. En general, se cree que los eucariotas evolucionaron más tarde en la historia de la vida. Sin embargo, algunos autores han cuestionado esta conclusión, argumentando que el conjunto actual de especies procariotas puede haber evolucionado a partir de ancestros eucariotas más complejos a través de un proceso de simplificación. Otros han argumentado que los tres dominios de la vida surgieron simultáneamente, a partir de un conjunto de células variadas que formaron un único acervo genético.

Dos de los tres dominios, Bacteria y Archaea, son procariotas. Según la evidencia fósil, los procariotas fueron los primeros habitantes de la Tierra, apareciendo hace 3.5 a 3.8 mil millones de años durante el Período Precámbrico. Estos organismos son abundantes y ubicuos; es decir, están presentes en todas partes. Además de habitar ambientes moderados, se encuentran en condiciones extremas: desde manantiales hirviendo hasta ambientes permanentemente congelados en la Antártida; desde ambientes salados como el Mar Muerto hasta ambientes sometidos a tremendas presiones, como las profundidades del océano; y de áreas sin oxígeno, como una planta de gestión de desechos, a regiones contaminadas radiactivamente, como Chernobyl. Los procariotas residen en el sistema digestivo humano y en la piel, son responsables de ciertas enfermedades y desempeñan un papel importante en la preparación de muchos alimentos.


22.1A: Clasificación de procariotas - Biología

Introducción a los procariotas
Los procariotas suelen ser organismos unicelulares, han existido durante miles de millones de años y se pueden encontrar en el aire, el agua y el suelo. Algunos pueden causar enfermedades graves. Pueden prosperar en hábitats no aptos para eucariotas y calor extremo, frío, acidez, salinidad. Los procariotas tienen una membrana plasmática que rodea la célula, pero no orgánulos unidos a la membrana, como las mitocondrias, el núcleo o los cuerpos de Golgi.

Pared celular de las bacterias
La pared celular de las bacterias es una estructura en capas que rodea el protoplasma de la célula para proteger a las células del medio ambiente. La membrana celular de la bicapa lipídica de la mayoría de las bacterias Gram-positivas está cubierta por una capa porosa de peptidoglicano que no excluye a la mayoría de los agentes antimicrobianos. Las bacterias gramnegativas están rodeadas por dos membranas. La membrana externa funciona como una barrera de permeabilidad eficiente porque contiene lipopolisacáridos y proteínas. La pared celular de las bacterias está formada por un peptidoglicano único (un polímero de disacárido que está reticulado con aminoácidos) llamado Mureína. Su estructura básica es una columna vertebral de carbohidratos de unidades alternas de N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico. Las bacterias que carecen de una pared celular se denominan micoplasmas, que habitualmente habitan en entornos osmóticamente protegidos y tienen compuestos similares a los esteroles en sus membranas.

Organelos e inclusiones
El citoplasma contiene cromosomas y ribosomas. Un cromosoma suele ser una molécula de ADN circular. Las enzimas se adhieren a la membrana plasmática. A menudo, se encuentran gránulos distintos en el citoplasma para el almacenamiento de grasa, glucógeno y enzimas. Los ribosomas son los únicos orgánulos citoplasmáticos en procariotas.

Movilidad, respuesta a estímulos y reproducción
Las bacterias tienen anillos giratorios que le dan un movimiento de hélice que les permite moverse a diferentes entornos. Algunas bacterias tienen estructuras similares a pelos cortos para ayudar a las bacterias a adherirse entre sí y a las superficies. Un pilli especial está involucrado en la reproducción bacteriana y ndash Sex Pilli.

Los procariotas tienen la capacidad de moverse hacia los estímulos ambientales. También pueden responder a la luz, el oxígeno y los imanes. Los procariotas se reproducen asexualmente por fisión binaria o sexualmente por conjugación.

Clasificación de procariotas
La clasificación puede basarse en el requerimiento de oxígeno, nutrición, capacidad fotosintética, capacidad quimiosintética, alimentación de materia orgánica, tinción y forma. Según la nutrición, las bacterias se pueden clasificar como heterótrofas, quimiosintéticas y fotosintéticas. Archaea también se llama Archaebacteria, están más estrechamente relacionadas con los eucariotas que con los procariotas. En un sistema tridimensional, contiene arqueas, bacterias y eucariotas.

Protistas
Los protistas son todos eucariotas y, por lo tanto, todos tienen orgánulos celulares, la mayoría de ellos son unicelulares, pero existe una forma multicelular. Los protistas contienen tres grupos: algas, mohos limosos (hongos) y protozoos. Las algas incluyen tres grupos: algas rojas, algas pardas y algas verdes. Los protozoos tienen vacuolas contráctiles que recogen el exceso de agua y lo bombean fuera del cuerpo celular. La ameba es un protozoo típico. Los protozoos pueden reproducirse por vía sexual y asexual. Pueden formar quistes en condiciones adversas.

Los procariotas suelen ser organismos unicelulares. Tienen una membrana plasmática que rodea la célula, pero no orgánulos unidos a la membrana, como las mitocondrias, el núcleo o los cuerpos de Golgi. Su único orgánulo de citoplasma es el ribosoma, las enzimas del metabolismo están unidas a la membrana plasmática que abarca la célula. Las bacterias tienen paredes celulares que las protegen del medio ambiente. Tienen anillos giratorios que le dan movimientos de hélice para permitir desplazarse a diferentes entornos. Algunas bacterias tienen estructuras similares a pelos cortos para ayudar a las bacterias a adherirse entre sí y a las superficies. La clasificación de las bacterias puede basarse en el requerimiento de oxígeno, la nutrición, la capacidad fotosintética, la capacidad quimiosintética, la alimentación de materia orgánica, la tinción y la forma. Los protistas son todos eucariotas y, por lo tanto, todos tienen orgánulos celulares, la mayoría de ellos son unicelulares, pero existe una forma multicelular. Los protistas contienen tres grupos: algas, mohos limosos (hongos) y protozoos. Los protozoos pueden reproducirse por vía sexual y asexual. Pueden formar quistes en condiciones adversas.

  • Cuadros de texto coloridos para una demostración explícita de conceptos
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  • Importancia de la pared celular
  • Pared celular de bacterias grampositivas y negativas
  • Composición química
  • Biopolímero
  • Micoplasma

Inclusiones y orgánulos

  • Citoplasma de procariotas
  • Ubicación de las enzimas
  • Organelos de inclusión
  • Ribosomas

Clasificación de bacterias

  • Requerimientos de oxígeno
  • Nutrición
  • Capacidad fotosintética
  • Capacidad quimiosintética
  • Alimentación de Materia Orgánica
  • Tinción
  • Forma
  • Caracteristicas
  • Características
  • Evolución de los protistas
  • Heterótrofos: algas, mohos de agua, mohos de limo, protozoos, hongos
  • Adaptaciones
  • Protistas que causan enfermedades
  • Relación simbiótica

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Necesidades de los procariotas

Los diversos entornos y ecosistemas de la Tierra tienen una amplia gama de condiciones en términos de temperatura, nutrientes disponibles, acidez, salinidad y fuentes de energía. Los procariotas están muy bien equipados para ganarse la vida con una amplia gama de nutrientes y condiciones. Para vivir, los procariotas necesitan una fuente de energía, una fuente de carbono y algunos nutrientes adicionales.

Macronutrientes

Las células son esencialmente un ensamblaje bien organizado de macromoléculas y agua. Recuerde que las macromoléculas se producen mediante la polimerización de unidades más pequeñas llamadas monómeros. Para que las células construyan todas las moléculas necesarias para sustentar la vida, necesitan ciertas sustancias, llamadas colectivamente nutrientes. Cuando los procariotas crecen en la naturaleza, obtienen sus nutrientes del medio ambiente. Los nutrientes que se requieren en grandes cantidades se denominan macronutrientes, mientras que los que se requieren en cantidades más pequeñas o trazas se denominan micronutrientes. Solo unos pocos elementos se consideran macronutrientes: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. (Un mnemónico para recordar estos elementos es el acrónimo CHONPS.)

¿Por qué se necesitan estos macronutrientes en grandes cantidades? Son los componentes de los compuestos orgánicos de las células, incluida el agua. El carbono es el elemento principal en todas las macromoléculas: carbohidratos, proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y muchos otros compuestos. El carbono representa aproximadamente el 50 por ciento de la composición de la célula. El nitrógeno representa el 12 por ciento del peso seco total de una célula típica y es un componente de proteínas, ácidos nucleicos y otros componentes celulares. La mayor parte del nitrógeno disponible en la naturaleza es nitrógeno atmosférico (N2) u otra forma inorgánica. Diatómico (N2) el nitrógeno, sin embargo, sólo puede convertirse en una forma orgánica mediante determinados organismos, denominados organismos fijadores de nitrógeno. Tanto el hidrógeno como el oxígeno forman parte de muchos compuestos orgánicos y del agua. Todos los organismos necesitan fósforo para la síntesis de nucleótidos y fosfolípidos. El azufre forma parte de la estructura de algunos aminoácidos como la cisteína y la metionina, y también está presente en varias vitaminas y coenzimas. Otros macronutrientes importantes son el potasio (K), magnesio (Mg), calcio (Ca) y sodio (Na). Aunque estos elementos se requieren en cantidades más pequeñas, son muy importantes para la estructura y función de la célula procariota.

Micronutrientes

Además de estos macronutrientes, los procariotas requieren varios elementos metálicos en pequeñas cantidades. Estos se conocen como micronutrientes o oligoelementos. Por ejemplo, el hierro es necesario para la función de los citocromos implicados en las reacciones de transporte de electrones. Algunos procariotas requieren otros elementos, como boro (B), cromo (Cr) y manganeso (Mn), principalmente como cofactores enzimáticos.

Pregunta de práctica

Las sustancias necesarias para mantener la vida son _____.


Historia, descubrimiento y clasificación de lncRNA

La Hipótesis Mundial del ARN sugiere que la vida prebiótica giraba en torno al ARN en lugar de al ADN y las proteínas. Aunque las células modernas han cambiado significativamente en 4 mil millones de años, el ARN ha mantenido su papel central en la biología celular. Desde el descubrimiento del ADN a finales del siglo XIX, el ARN se ha estudiado ampliamente. Muchos descubrimientos, como los ARN domésticos (ARNr, ARNt, etc.) respaldaron el modelo de ARN mensajero que es el pilar del dogma central de la biología molecular, que se ideó por primera vez a fines de la década de 1950. Treinta años más tarde, los primeros ARN reguladores no codificantes (ncRNA) se identificaron inicialmente en bacterias y luego en la mayoría de los organismos eucariotas. Algunos ncRNA largos (lncRNA) como H19 y Xist se caracterizaron en la era pregenómica, pero siguieron siendo excepciones hasta principios de la década de 2000. De hecho, cuando se publicó la secuencia del genoma humano en 2001, los estudios mostraron que solo alrededor del 1,2% codifica proteínas, y el resto se considera "no codificante". Más tarde se demostró que el genoma se transcribe de forma generalizada en muchos ncRNA, pero su funcionalidad sigue siendo controvertida. Desde entonces, los lncRNA reguladores se han caracterizado en muchas especies y se ha demostrado que están implicados en procesos como el desarrollo y las patologías, revelando una nueva capa de regulación en las células eucariotas. Este enfoque recién descubierto en los lncRNA, junto con el advenimiento de la secuenciación de alto rendimiento, fue acompañado por el rápido descubrimiento de muchas transcripciones nuevas que se caracterizaron y clasificaron de acuerdo con rasgos específicos de la transcripción. condujo al estudio de lncRNA, desde la "nucleína" de Friedrich Miescher en 1869 hasta la elucidación del genoma humano y el transcriptoma a principios de la década de 2000. Luego nos centraremos en la relevancia biológica durante la evolución del lncRNA y describiremos sus características básicas como genes y transcripciones. Finalmente, presentaremos un catálogo no exhaustivo de clases de lncRNA, ilustrando así la vasta complejidad de los transcriptomas eucariotas.

Palabras clave: Clasificación del dogma central ARN no codificante ARN Mundial.


22.1A: Clasificación de procariotas - Biología

El reino de los procariotas está formado por los dominios Archaea y Bacteria.

los bacterias de dominio están procariotas, Organismos unicelulares que no tienen orgánulos unidos a la membrana y constituyen una gran proporción de organismos vivos. El dominio de las bacterias contiene cinco grupos principales: proteobacterias, clamidias, espiroquetas, cianobacterias y bacterias grampositivas. En su mayoría, las del dominio de las bacterias son las que encontramos todos los días. Algunos son simbiótico con plantas, otros viven en respiraderos calientes en las profundidades del mar, otros son patógenos y causan enfermedades humanas, algunas son fotosintetizadores, y varias son bacterias inofensivas y dañinas.

Arqueas también se clasifican como procariotas. Estos son organismos unicelulares que son visualmente similares a las bacterias pero contienen genes y varias vías metabólicas que son más similares a eucariotas que a las bacterias. Son procariotas que habitan en ambientes extremos (alta sal, temperatura o químicos). Hasta ahora, no se han descubierto arqueas que sean patógenos humanos. Las arqueas viven en nuestros cuerpos y no parecen ser inofensivas ni beneficiosas.

Dominios de la vida: Las bacterias y las arqueas son procariotas pero difieren lo suficiente como para ubicarlas en dominios separados. Se cree que un antepasado de las arqueas modernas dio lugar a Eukarya, el tercer dominio de la vida.


Preguntas de práctica

academia Khan

Preparación oficial de MCAT (AAMC)

Prueba de muestra Sección B / B Paso 1 Pregunta 5

Ejemplo de prueba B / B Sección Pregunta 44

• El dominio procariota contiene dos clases: Archaea y Bacteria

• Las bacterias son los organismos procariotas más comunes que encontramos todos los días, desde los dañinos hasta los beneficiosos.

• Las arqueas son procariotas que habitan en ambientes extremos, como el interior de los volcanes. Se cree que su antepasado dio lugar a Eukarya, el tercer dominio de la vida.

Procariota: un organismo cuya célula (o células) se caracterizan por la ausencia de un núcleo o cualquier otro orgánulo unido a la membrana

Dominio: en el sistema de tres dominios, el rango más alto en la clasificación de organismos, por encima del reino: Bacteria, Archaea y Eukarya

Arqueas: un dominio taxonómico de organismos unicelulares que carecen de núcleos, antes llamados arqueobacterias, pero ahora se sabe que difieren fundamentalmente de las bacterias.

Simbiótico: una relación mutuamente beneficiosa entre dos organismos

Patógenos: un microorganismo que causa enfermedades

Fotosintetizador: Cualquier organismo que utilice la fotosíntesis para generar carbohidratos.

Bacterias: organismos unicelulares

Eucariota: un organismo con material genético dentro de un núcleo distinto


Ejercicio B: Clasificación de hardware

En este ejercicio, practicarás el proceso de clasificación de diferentes piezas de hardware en un proceso similar al que Linneo clasificó a los organismos del mundo natural durante el siglo XVIII. Linneo agrupó los organismos basándose en similitudes físicas. Tales similitudes morfológicas se conocen como sinapomorfias . Hizo la hipótesis de que los organismos que parecían más similares están más estrechamente relacionados. Este principio de lógica se conoce como parsimonia y todavía se utiliza como herramienta de clasificación principal. Después de determinar cómo se relacionan evolutivamente los diferentes tipos de organismos, los científicos crean un árbol filogenético (Figura 9).

Estos árboles filogenéticos son visualizaciones de las relaciones entre ancestros y descendientes a lo largo del tiempo. Cuantos menos vínculos existen entre taxones en un árbol filogenético, más estrechamente relacionados están. En el ejemplo de la Figura 9, los taxones B y C están más estrechamente relacionados que los taxones A con los taxa B o C.

Creación de una filogenia de hardware

Creará un árbol filogenético usando parsimonia para clasificar diez (10) piezas de hardware de una manera jerárquica basada en sinapomorfías (similar a la Fig 10).


Clasificación [volver arriba]

Hay unos 10 millones de especies de organismos vivos (en su mayoría insectos) y muchas más extintas, por lo que deben clasificarse de manera sistemática. En 1753 el sueco Carolus Linnaeus introdujo el nomenclatura binomial para nombrar organismos. Este consta de dos partes: a nombre generico (con mayúscula) y una nombre especifico (con letra minúscula), p. ej. Pantera Leo (león) y Panthera tigris (Tigre). Este sistema reemplazó los nombres comunes no estándar y todavía se usa en la actualidad.

Un grupo de organismos similares se llama taxón, y la ciencia de la clasificación se llama taxonomia. En taxonomía, los grupos se basan en propiedades físicas o moleculares similares, y los grupos están contenidos dentro de grupos compuestos más grandes sin superposición. El grupo más pequeño de organismos similares es el especies especies estrechamente relacionadas se agrupan en géneros (género singular), géneros en familias, familias en pedidos, pedidos en clases, clases en phyla (filo singular), y phyla en reinos. Por lo tanto, debe recordar KPCOFGS.

Esto muestra cómo se utilizan los siete taxones para clasificar a los humanos. A medida que avanzamos en la jerarquía de taxones de un reino a otra, los grupos se hacen más pequeños y los animales están más estrechamente relacionados.


Características de la ameba

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La ameba (amebas plural o amebas) se encuentra en hábitats terrestres y acuáticos. De hecho, puede prosperar en casi todos los tipos de hábitat. Algunos son de naturaleza parasitaria, por lo que causan daño en humanos y animales. A la fecha, se han identificado seis especies parasitarias que causan dolencias de leves a graves en los seres humanos. Por tanto, este organismo eucariota unicelular está ampliamente estudiado en microbiología. Discutamos brevemente sobre los rasgos característicos de la ameba.

Una membrana celular encierra el citoplasma y los orgánulos celulares de la ameba. Dado que no hay pared celular, su estructura celular no es definida. Puede exhibirse en cualquier forma, según la condición circundante. Posee pseudópodos con fines de locomoción y alimentación. Los pseudópodos son extensiones del citoplasma. La ameba envuelve los alimentos por medio de la fagocitosis, lo que significa que rodea a las bacterias u otros protistas más pequeños y secreta enzimas digestivas en la vacuola. La digestión de las partículas de alimentos tiene lugar en la vacuola con la ayuda de acciones enzimáticas.

Una ameba puede tener más de dos núcleos en la célula. Al igual que otros protozoos, se reproduce asexualmente por mitosis o citocinesis. Bajo la división enérgica de Ameba, la porción que contiene núcleo sobrevive, mientras que las porciones sin núcleo mueren. Cuando el organismo se expone a un ambiente letal, se convierte en una forma inactiva, conocida como quiste amebiano. Continúa permaneciendo en forma de quiste hasta que encuentra condiciones ambientales normales.


La clasificación revisada de eucariotas

Autor correspondiente: Sina M. Adl, Departamento de Ciencias del Suelo, Universidad de Saskatchewan, 51 Campus Drive, Saskatoon, SK S7N 5A8, Canadá – Número de teléfono: +306 966 6866 Número de FAX: +306 966 6881 e-mail: sina.adl @ usask.ca Buscar más artículos de este autor

Departamento de Biología, Universidad de Dalhousie, Halifax, NS, B3H 4R2 Canadá

Departamento de Ciencias Biológicas, Universidad de Rhode Island, Kingston, Rhode Island, 02881 EE. UU.

Centro de Biología y Facultad de Ciencias, Instituto de Parasitología, Universidad de Bohemia del Sur, České Budějovice, República Checa

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Departamento de Ecología, Universidad de Kaiserslautern, 67663 Kaiserslautern, Alemania

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Forschungsinstitut Senckenberg, DZMB - Deutsches Zentrum für Marine Biodiversitätsforschung, D-26382 Wilhelmshaven, Alemania

Instituto de Biología, Universidad de Neuchâtel, Neuchâtel, CH-2009 Suiza

Muséum National d'Histoire Naturellem, UMR 7138 Systématique, Adaptation et Evolution, París, 75231 Cedex Paris 05, Francia

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Departamento de Ciencias del Suelo, Universidad de Saskatchewan, Saskatoon, SK, S7N 5A8 Canadá

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Abstracto

Esta revisión de la clasificación de eucariotas, que actualiza la de Adl et al. [J. Eukaryot. Microbiol. 52 (2005) 399], mantiene un énfasis en los protistas e incorpora cambios desde 2005 que han resuelto nodos y ramas en árboles filogenéticos. Mientras que la revisión anterior logró reintroducir la estabilidad del nombre en la clasificación, esta revisión proporciona una clasificación para los linajes que aún estaban sin resolver. Los supergrupos han resistido las pruebas de hipótesis filogenéticas con algunas modificaciones, pero a pesar de algunos avances, los nodos problemáticos en la base del árbol eucariota aún quedan por resolver estadísticamente. De cara al futuro, las transformaciones posteriores a nuestra comprensión de la diversidad de la vida se producirán a partir del descubrimiento de nuevos linajes en áreas previamente muestreadas y de la información genómica ambiental.


RESUMEN DEL CAPÍTULO

22.1 Diversidad procariota

Los procariotas existieron durante miles de millones de años antes de que aparecieran las plantas y los animales. Las fuentes termales y los respiraderos hidrotermales pueden haber sido los entornos en los que comenzó la vida. Se cree que las esteras microbianas representan las primeras formas de vida en la Tierra, y hay evidencia fósil de su presencia hace unos 3.500 millones de años. Una estera microbiana es una hoja de procariotas de varias capas que crece en las interfaces entre diferentes tipos de material, principalmente en superficies húmedas. Durante los primeros 2 mil millones de años, la atmósfera fue anóxica y solo los organismos anaeróbicos pudieron vivir. Las cianobacterias evolucionaron a partir de fotótrofos tempranos y comenzaron la oxigenación de la atmósfera. El aumento de la concentración de oxígeno permitió la evolución de otras formas de vida. Las esteras microbianas fosilizadas se denominan estromatolitos y consisten en estructuras organosedimentarias laminadas formadas por la precipitación de minerales por procariotas. Representan el registro fósil más antiguo de vida en la Tierra.

Las bacterias y arqueas crecen en prácticamente todos los entornos. Los que sobreviven en condiciones extremas se denominan extremófilos (amantes extremos). Algunos procariotas no pueden crecer en un laboratorio, pero no están muertos. Están en el estado viable pero no cultivable (VBNC). El estado de VBNC se produce cuando los procariotas entran en un estado latente en respuesta a factores ambientales estresantes. La mayoría de los procariotas son sociales y prefieren vivir en comunidades donde tienen lugar las interacciones. Una biopelícula es una comunidad microbiana que se mantiene unida en una matriz de textura gomosa.

22.2 Estructura de los procariotas

Los procariotas (dominios Archaea y Bacteria) son organismos unicelulares que carecen de núcleo. Tienen una sola pieza de ADN circular en el área nucleoide de la célula. La mayoría de los procariotas tienen una pared celular que se encuentra fuera del límite de la membrana plasmática. Algunos procariotas pueden tener estructuras adicionales como una cápsula, flagelos y pili. Las bacterias y las arqueas difieren en la composición lipídica de sus membranas celulares y las características de la pared celular. En las membranas de las arqueas, las unidades de fitonilo, en lugar de los ácidos grasos, están ligadas al glicerol. Algunas membranas de arqueas son monocapas de lípidos en lugar de bicapas.

La pared celular se encuentra fuera de la membrana celular y evita la lisis osmótica. La composición química de las paredes celulares varía entre especies. Las paredes de las células bacterianas contienen peptidoglicano. Las paredes celulares de las arqueas no tienen peptidoglicano, pero pueden tener pseudopeptidoglicano, polisacáridos, glicoproteínas o paredes celulares a base de proteínas. Las bacterias se pueden dividir en dos grupos principales: Gram positivas y Gram negativas, según la reacción de tinción de Gram. Los organismos grampositivos tienen una pared celular gruesa, junto con los ácidos teicoicos. Los organismos gramnegativos tienen una pared celular delgada y una envoltura externa que contiene lipopolisacáridos y lipoproteínas.

22.3 Metabolismo procariótico

Los procariotas son los organismos metabólicamente más diversos que prosperan en muchos entornos diferentes con varias fuentes de energía y carbono de carbono, temperatura, pH, presión y disponibilidad de agua variables. Los nutrientes que se necesitan en grandes cantidades se denominan macronutrientes, mientras que los que se necesitan en cantidades mínimas se denominan micronutrientes o oligoelementos. Los macronutrientes incluyen C, H, O, N, P, S, K, Mg, Ca y Na. Además de estos macronutrientes, los procariotas requieren varios elementos metálicos para el crecimiento y la función enzimática. Los procariotas utilizan diferentes fuentes de energía para ensamblar macromoléculas a partir de moléculas más pequeñas. Los fotótrofos obtienen su energía de la luz solar, mientras que los quimiótrofos obtienen energía de compuestos químicos.

Los procariotas juegan un papel en los ciclos del carbono y el nitrógeno. El carbono es devuelto a la atmósfera por la respiración de animales y otros organismos quimioorganotróficos. Los consumidores utilizan compuestos orgánicos generados por los productores y liberan dióxido de carbono a la atmósfera. El contribuyente más importante de dióxido de carbono a la atmósfera es la descomposición microbiana de material muerto. El nitrógeno se recicla en la naturaleza a partir de compuestos orgánicos a amoníaco, iones de amonio, nitrito, nitrato y gas nitrógeno. El nitrógeno gaseoso se transforma en amoniaco mediante la fijación de nitrógeno. El amoníaco es catabolizado anaeróbicamente por algunos procariotas, produciendo N2 como producto final. La nitrificación es la conversión de amonio en nitrito. La nitrificación en los suelos es realizada por bacterias. La desnitrificación también es realizada por bacterias y transforma el nitrato del suelo en compuestos nitrogenados gaseosos, como el N2O, NO y N2.

22.4 Enfermedades bacterianas en humanos

Enfermedades y plagas devastadoras han estado entre nosotros desde los primeros tiempos. Hay registros sobre enfermedades microbianas que se remontan al año 3000 a. C. Las enfermedades infecciosas siguen siendo una de las principales causas de muerte en todo el mundo. Las enfermedades emergentes son aquellas que aumentan rápidamente en incidencia o rango geográfico. Pueden ser enfermedades nuevas o reemergentes (previamente controladas). Muchas enfermedades emergentes que afectan a los seres humanos, como la brucelosis, son zoonosis. La OMS ha identificado un grupo de enfermedades cuya reaparición debe ser monitoreada: las causadas por bacterias incluyen la peste bubónica, la difteria y el cólera.

Las biopelículas se consideran responsables de enfermedades como infecciones bacterianas en pacientes con fibrosis quística, enfermedad del legionario y otitis media. Producen placa dental que coloniza catéteres, prótesis, dispositivos transcutáneos y ortopédicos e infectan lentes de contacto, heridas abiertas y tejido quemado. Las biopelículas también producen enfermedades transmitidas por los alimentos porque colonizan las superficies de los alimentos y los equipos de procesamiento de alimentos. Las biopelículas son resistentes a la mayoría de los métodos utilizados para controlar el crecimiento microbiano. El uso excesivo de antibióticos ha dado lugar a un problema mundial importante, ya que con el tiempo se han ido seleccionando formas resistentes de bacterias. Una cepa muy peligrosa, Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA), ha causado estragos recientemente. Las enfermedades transmitidas por los alimentos son el resultado del consumo de alimentos contaminados, bacterias patógenas, virus o parásitos que contaminan los alimentos.

22.5 Procariotas beneficiosos

Los patógenos son solo un pequeño porcentaje de todos los procariotas. De hecho, nuestra vida no sería posible sin los procariotas. Nitrogen is usually the most limiting element in terrestrial ecosystems atmospheric nitrogen, the largest pool of available nitrogen, is unavailable to eukaryotes. Nitrogen can be “fixed,” or converted into ammonia (NH3) either biologically or abiotically. Biological nitrogen fixation (BNF) is exclusively carried out by prokaryotes. After photosynthesis, BNF is the second most important biological process on Earth. The most important source of BNF is the symbiotic interaction between soil bacteria and legume plants.

La biorremediación microbiana es el uso del metabolismo microbiano para eliminar contaminantes. Bioremediation has been used to remove agricultural chemicals that leach from soil into groundwater and the subsurface. Toxic metals and oxides, such as selenium and arsenic compounds, can also be removed by bioremediation. Probablemente uno de los ejemplos más útiles e interesantes del uso de procariotas con fines de biorremediación es la limpieza de derrames de petróleo.

Human life is only possible due to the action of microbes, both those in the environment and those species that call us home. Internally, they help us digest our food, produce crucial nutrients for us, protect us from pathogenic microbes, and help train our immune systems to function correctly.

Notas al pie

1. [1] Bodaker, I, Itai, S, Suzuki, MT, Feingersch, R, Rosenberg, M, Maguire, ME, Shimshon, B, and others. Comparative community genomics in the Dead Sea: An increasingly extreme environment. El diario ISME 4 (2010): 399–407,doi:10.1038/ ismej.2009.141. published online 24 December 2009.

2. [2] Battistuzzi, FU, Feijao, A, and Hedges, SB. Una escala de tiempo genómica de la evolución de los procariotas: conocimientos sobre el origen de la metanogénesis, la fototrofia y la colonización de la tierra. BioMed Central: Evolutionary Biology 4 (2004): 44, doi:10.1186/ 1471-2148-4-44.

3. [3] Papagrigorakis MJ,Synodinos PN, andYapijakis C. Ancient typhoid epidemic reveals possible ancestral strain of Salmonella entericaserovar Typhi.Infect Genet Evol 7 (2007): 126–7, Epub 2006 Jun.

4. [4] Naimi, TS, LeDell, KH, Como-Sabetti, K, et al. Comparison of community- and health care-associated methicillin-resistant Staphylococcus aureus infección.JAMA290 (2003): 2976–84,doi: 10.1001/jama.290.22.2976.