Características generales
Los procariotas son el grupo más antiguo de organismos sobre la Tierra, como así mismo los más abundantes.
Pueden sobrevivir en muchos ambientes que no toleran otras formas de vida, por ejemplo en las extensiones heladas de la Antártida, en las oscuras profundidades del océano y en las aguas casi hirvientes de las fuentes termales naturales, pueden sobrevivir sin oxígeno libre, obteniendo su energía por procesos anaerobios y si las condiciones le son desfavorables, pueden formar esporas de paredes gruesas (formas resistentes inactivas), pudiendo permanecer latentes durante años.
El éxito de los procariotas se debe a su gran diversidad metabólica y a su rápido ritmo de división celular.Pueden sobrevivir en muchos ambientes que no toleran otras formas de vida, por ejemplo en las extensiones heladas de la Antártida, en las oscuras profundidades del océano y en las aguas casi hirvientes de las fuentes termales naturales, pueden sobrevivir sin oxígeno libre, obteniendo su energía por procesos anaerobios y si las condiciones le son desfavorables, pueden formar esporas de paredes gruesas (formas resistentes inactivas), pudiendo permanecer latentes durante años.
Desde un punto de vista ecológico, son los más importantes descomponedores, que degradan el material orgánico para que pueda ser utilizado por los vegetales.
Desempeñan un papel importante en el proceso de fijación del nitrógeno. Aunque este abunda en la atmósfera, los eucariotas no son capaces de utilizar el nitrógeno atmosférico, y así el primer paso crucial en la incorporación del nitrógeno a los compuestos orgánicos depende principalmente de ciertas especies de procariotas. Algunos procariotas son fotosintéticos, y unas pocas especies son a la vez fotosintéticas y fijadoras de nitrógeno como es el caso de algunas cianobacterias.
Clasificación
En años recientes, los estudios de la ultraestructura y la bioquímica celular, ha permitido a los biólogos comenzar a desentrañar las relaciones evolutivas de los procariotas y se ha propuesto que el Reino Prokaryotae (es el mismo Reino Monera, modificado según la última edición del Manual Bergey’s de sistemática de bacteriología) se separe en dos subreinos: Arqueobacterias y Eubacterias.
Los miembros del Subreino Arqueobacterias, son bioquímicamente muy distintos del resto de las bacterias. La principal diferencia radica en la ausencia de peptidoglucano en su pared, también se diferencian en la secuencia de nucleótidos de RNAs de transferencia, sus RNA ribosómicos y en enzimas específicas. Las diferencias bioquímicas y metabólicas entre las arqueobacterias y otras bacterias sugieren que estos grupos pueden haberse separado entre sí hace mucho tiempo en relativamente temprana de la historia de la vida. Muchos de los ambientes extremos a los que están adaptadas las arqueobacterias modernas semejan las condiciones que eran comunes en la Tierra primitiva, pero que ahora son más bien raras.
Las arqueobacterias incluyen tres grupos:
1- Halófilas. Las halobacterias sólo pueden vivir en condiciones de salinidad extrema, como estanques salinos. Algunas pueden realizar fotosíntesis, capturando la energía solar en un pigmento llamado bacteriorrodopsina.
2- Metanógenas. Son anaerobias, producen gas metano a partir de dióxido de carbono e hidrógeno. Habitan en aguas de drenajes y pantanos y son comunes en el tracto digestivo del hombre y de otros animales, son las arqueobacterias más conocidas.
3- Termoacidófilas. Crecen en condiciones ácidas y de temperaturas elevadas. Algunas se encuentran en manantiales azufrosos.
Las Eubacterias se dividen en tres grupos según las diferencias en sus paredes celulares.
1- Bacterias sin pared celular
2- Bacterias con pared celular Grampositivas
3- Bacterias con pared celular Gramnegativas
Descripción de las eubacterias o bacterias típicas
Son unicelulares, aunque a menudo forman colonias o filamentos de células independientes.
Son diminutas, su tamaño varía desde 0,1 a 5µ.
Citoplasma: prácticamente no posee estructuras en su interior, tiene aspecto finamente granular por la gran cantidad de ribosomas que presenta y gránulos de almacenamiento que retienen glucógeno, lípidos o compuestos fosfatados. Los ribosomas son más pequeños que los ribosomas eucariotas pero su forma es igual. Carecen completamente de organelos delimitados por membranas. Lo que más se destaca en el citoplasma es el cromosoma bacteriano ubicado en una zona denominada nucleoide, este cromosoma consiste en una sola molécula de DNA circular, asociado con una pequeña cantidad de RNA y proteínas no histónicas. Puede contener uno o más plásmidos, pequeñas moléculas de DNA que se replican independientemente del cromosoma bacteriano y la mayoría son portadores de genes que confieren resistencia a antibióticos.
Membrana plasmática: posee una composición química similar a la de las células eucariotas, pero carecen de colesterol y otros esteroides, a excepción de los micoplasmas (las bacterias más pequeñas que se conocen). La membrana plasmática suele replegarse hacia el interior constituyendo los llamados mesosomas, considerados el sitio de unión del ADN y que parece que interviene en la separación de los cromosomas replicados durante la división celular. En el caso de las bacterias fotosintéticas, la membrana posee numerosos repliegues denominados lamelas o laminillas que contienen los pigmentos captadores de luz, también hay repliegues de membrana en las bacterias fijadoras de nitrógeno. En el caso de los procariotas que son aeróbicos, en la membrana plasmática se encuentra el mismo sistema de transporte electrónico que está presente en la membrana mitocondrial interna de las células eucarióticas.
Pared celular: la mayoría de las células procarióticas son hipertónicas en relación al medio que las rodea, y presentan rodeando a la membrana plasmática una pared celular que evita que estallen, los micoplasmas, que viven como parásitos intracelulares en un ambiente isotónico, carecen por completo de pared. La resistencia de la pared se debe a la presencia de peptidoglucano que consiste en dos tipos de azúcares poco comunes unidos a péptidos cortos.
De acuerdo a sus propiedades de tinción a las eubacterias con pared se las divide en dos grandes grupos:
Grampositivas: absorben y conservan el colorante Violeta de Genciana, son ejemplos de bacterias Gram +: Bacillus subtilus, Staphylococcus aureus y Clostridium botulinum.
Gramnegativas: no conservan el colorante, son ejemplos de bacterias Gram -: Escherichia coli y Salmonella sp.
Esta diferencia en la tinción se debe a diferencias estructurales de las paredes, las grampositivas tienen pared gruesa de peptidoglucano y las gramnegativas poseen una capa fina de peptidoglucano revestida de una capa gruesa de lipoproteínas y lipopolisacáridos que impiden la llegada del colorante. Esta diferencia afecta a algunas características de las bacterias como su susceptibilidad a los antibióticos. Las grampositivas son más susceptibles a algunos antibióticos que las gramnegativas, y sus paredes son digeridas rápidamente por la lisozima, una enzima que se encuentra en las secreciones nasales, saliva y otros fluidos corporales.
Muchos patógenos importantes pertenecen al grupo de bacterias gramnegativas, por ejemplo el causante de la gonorrea Neisseria gonorrhoeae, y Haemophilus influenzae que produce infecciones en las vías respiratorias, oído y meningitis.
Cápsula: algunas bacterias poseen por fuera de la pared una cápsula de polisacáridos y su presencia se asocia a la actividad patogénica ya que la cápsula puede interferir con la fagocitosis que efectúan los glóbulos blancos del huésped. Por ejemplo Streptococcus neumoniae en su forma no capsulada no es virulento en tanto que su forma capsulada si lo es.
Flagelos y pelos: para su movilidad muchas bacterias poseen flagelos que son estructuralmente diferentes del flagelo eucariota. Los flagelos bacterianos están constituidos por monómeros de una pequeña proteína globular llamada flagelina, que forma una triple hélice con una zona central hueca. El flagelo no está encerrado en la membrana celular como en los eucariotas, sino que sale de la célula como un filamento proteínico desnudo. En la base del flagelo hay una estructura compleja que produce un movimiento rotativo.
Las bacterias suelen presentar pelos, armados a partir de monómeros de una proteína llamada pilina, son más cortos y más finos que los flagelos y a menudo existen en gran cantidad, sirven para unir las bacterias a fuentes alimenticias o a dos bacterias en conjugación (transmisión de DNA entre bacterias).
Los procariotas no poseen cilios.
Forma de las bacterias
Las bacterias presentan numerosas formas pero se las puede clasificar en los siguientes grupos:
bacilos: forma recta en bastón, pueden presentarse separadas o en largas cadenas. Ej: Escherichia coli y Mycobacterium tuberculosis (causante de la tuberculosis).
cocos: forma esférica, si se unen de a pares forman diplococos, si forman cadenas se denominan estreptococos y si forman racimos estafilococos. Estos últimos son los responsables de muchas infecciones que provocan formación de forúnculos o abscesos.
espirilos: varillas largas en hélices. Ej: Treponema pallidum, causante de la sífilis.
Cuando las condiciones son adversas las bacterias de muchas especies forman esporas resistentes y permanecen en vida latente hasta que las condiciones ambientales se tornan favorables. La formación de las esporas incrementa en gran medida la capacidad de las células procariotas para sobrevivir. por ej. las esporas de la bacteria que causa el botulismo no se destruyen al ser hervidas durante varias horas.
Reproducción
La mayoría de los procariotas se reproducen por división celular simple, también llamada fisión binaria.
Una vez que se produce la replicación del ADN, se forma la pared transversa por crecimiento de la membrana y de la pared celular. Cuando se multiplican los procariotas, se producen clones de células genéticamente idénticas. Sin embargo, suelen ocurrir mutaciones y estas, combinadas con el rápido tiempo de generación de los procariotas, son responsables de su extraordinaria adaptabilidad. Una adaptabilidad adicional es provista por las recombinaciones genéticas que son resultado de procesos de conjugación, transformación y transducción. En la transformación los fragmentos de DNA liberados por una célula rota son tomados por otra célula bacteriana.
En la conjugación dos células con distinto tipo de apareamiento, se reúnen e intercambian sus materiales genéticos, a través de las vellosidades sexuales o vellosidades F que son pelos largos y delgados, que presentan un hueco axil por el que pasan los fragmentos de DNA de una bacteria a otra. En el tercer proceso de transferencia de genes, la transducción, el material genético de una bacteria es llevado hasta la otra por medio de un bacteriófago (virus que infecta a la bacteria).
Nutrición
Según la forma de nutrición, las bacterias pueden clasificarse en:
Heterótrofas: la mayoría de los procariotas son heterótrofos (obtienen compuestos orgánicos presintetizados por otros organismos). De ellos la gran mayoría son saprobios, es decir se alimentan de materia orgánica muerta. De este modo las bacterias y otros microorganismos son responsables de la degradación y recirculación del material orgánico en el suelo, son una parte esencial de los sistemas ecológicos.
Algunas de estas bacterias heterótrofas son causantes de enfermedades (bacterias patógenas), otras tienen poco efecto sobre sus hospedadores y otras son realmente beneficiosas. Las vacas y otros rumiantes pueden utilizar celulosa sólo porque sus estómagos contienen bacterias y protistas que tienen enzimas que digieren celulosa.
Nuestros propios intestinos contienen diversos tipos de bacterias generalmente inofensivas que incluyen a la E. coli. Algunas suministran vitamina K, necesaria para la coagulación de la sangre. Otras evitan que desarrollemos infecciones serias. Después de una prolongada terapia con antibióticos, nuestros tejidos son más vulnerables a los microorganismos causantes de enfermedades, ya que se destruyen los habitantes
bacterianos normales.
Autótrofas: algunas bacterias son autótrofas porque pueden producir sus propias moléculas orgánicas. Las bacterias autótrofas pueden ser quimiosintéticas o fotosintéticas.
a) Autótrofos quimiosintéticos: obtienen su energía de la oxidación de compuestos inorgánicos. Sólo los procariotas son capaces de obtener energía desde los compuestos inorgánicos. Absorben dióxido de carbono, agua y compuestos nitrogenados simples de su ambiente y con ellos sintetizan sustancias orgánicas complejas. Algunas bacterias quimiosintéticas son esenciales en el ciclo del nitrógeno, un grupo oxida amoníaco o amonio transformándolo en nitrito, otro grupo oxida los nitritos produciendo los nitratos que es la forma en que el nitrógeno es absorbido por las raíces de las plantas. Las plantas también necesitan azufre para la síntesis de aminoácidos y la actividad bacteriana quimiosintética oxida el azufre elemental a sulfato, que es la forma que puede ser absorbida por las plantas.
b) Autótrofos fotosintéticos: las cianobacterias realizan fotosíntesis de una manera similar a las algas y plantas. Pero la fotosíntesis realizada por el resto de las bacterias fotosintéticas se diferencia en dos aspectos importantes de la realizada por algas, plantas y cianobacterias.
En primer lugar, la clorofila de las bacterias fotosintéticas absorbe en mayor proporción la luz de la región casi infrarroja del espectro lumínico en vez de la del espectro visible. Esto permite a las bacterias realizar fotosíntesis cuando están expuestas a luz roja que parecería demasiado débil para el ojo humano.
En segundo lugar la fotosíntesis bacteriana no produce oxígeno, puesto que no utiliza agua como dador de hidrógeno, sino que usan principalmente SH2. Independientemente de que las bacterias sean autótrofas o heterótrofas, la mayor parte de las células bacterianas son aerobias de modo que requieren oxígeno atmosférico para la respiración celular. Algunas bacterias son anaerobias facultativas o sea pueden utilizar oxígeno para la respiración si tienen disponibilidad del mismo, pero realizan el metabolismo anaerobio cuando es necesario. Otras bacterias son anaerobias obligadas, sólo obtienen energía a través de un metabolismo anaerobio (en ausencia de oxígeno), en algunas ocasiones estos anaerobios obligados mueren en presencia de pequeñas cantidades de oxígeno.
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