BIOLOGÍA CONTEMPORÁNEA.
DOMINIOS: ARCHAE Y EUBACTERIAS-
DOMINIOS: ARCHAE Y EUBACTERIAS-
 | Identificar las características de los organismos de estos dominios |
| Diferenciar el modelo organizativo de Bacterias y Archea |
| Entender los procesos de obtención de energía |
Biología es la ciencia de la vida.
La Biología es una ciencia porque se basa en la observación de la naturaleza y la experimentación para explicar los fenómenos relacionados con la vida:
Biología es el estudio de la transferencia no-espontánea de la energía contenida en las partículas y de los sistemas cuasi-estables que la experimentan.
La Biología es una ciencia porque se basa en la observación de la naturaleza y la experimentación para explicar los fenómenos relacionados con la vida:
Biología es el estudio de la transferencia no-espontánea de la energía contenida en las partículas y de los sistemas cuasi-estables que la experimentan.
· NIVELES DE ORGANIZACIÓN EN BIOLOGÍA
Podemos ver un orden Biológico en cada organismo existente, y podemos encontrar niveles de organización desde los átomos, hasta el mayor ser vivo. Los átomos se organizan para formar moléculas, las moléculas para formar células, las células para formar tejidos, los tejidos para formar órganos, los órganos para formar aparatos y sistemas, y éstos forman un total llamado ser vivo o individuo. Un grupo de individuos que comparten las mismas características genéticas (una especie) forma una población, un grupo de poblaciones diferentes constituyen una comunidad, las comunidades actúan recíprocamente con su ambiente para constituir un Ecosistema, la suma de todos ecosistemas y comunidades en la Tierra es la Biosfera. La Biosfera es el nivel de organización más grande en la Biología.
Nivel atómico: Un núcleo con masa y con uno o más niveles de energía (dependiendo de la clase de elemento de que se trate), con electrones girando a su alrededor, constituye a un átomo. El núcleo atómico contiene subpartículas de varios tipos, pero los de mayor importancia son los Protones, con una carga eléctrica positiva, y los Neutrones compuestos por subpartículas con cargas negativas y positivas electromagnéticas que se neutralizan unas a otras. Cada subpartícula (protones y neutrones) del núcleo cuenta con una masa atómica definida, pero para obtener un número atómico específico debemos considerar sólo la suma de electrones en ese átomo.
Nivel atómico: Un núcleo con masa y con uno o más niveles de energía (dependiendo de la clase de elemento de que se trate), con electrones girando a su alrededor, constituye a un átomo. El núcleo atómico contiene subpartículas de varios tipos, pero los de mayor importancia son los Protones, con una carga eléctrica positiva, y los Neutrones compuestos por subpartículas con cargas negativas y positivas electromagnéticas que se neutralizan unas a otras. Cada subpartícula (protones y neutrones) del núcleo cuenta con una masa atómica definida, pero para obtener un número atómico específico debemos considerar sólo la suma de electrones en ese átomo.
ORGANIZACIÓN ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL DE LOS SERES VIVOS.
Los seres vivientes presentan una organización estructural y funcional. Ambas, la estructura y la función, se encuentran estrechamente interrelacionadas.
Más que un orden superior o una complejidad excepcional, lo que distingue a los seres vivientes de los seres inertes es la organización de sus estructuras y el encadenamiento de sus funciones. Las moléculas se organizan para formar células, las células para formar tejidos, los tejidos órganos, los órganos aparatos y sistemas, y al conjunto de todos los sistemas forman un individuo. Existen individuos que están formados por una sola célula, por ejemplo las bacterias, los protistas y algunos hongos; sin embargo, aunque en cantidad y/o volumen un organismo multicelular posea más materia, no serán más complejos que un individuo unicelular.
Es posible encontrar seres inertes bien organizados, por lo que necesitamos incluir otras características contextuales a la vida. La observación del conjunto entero de características nos permite distinguir entre seres vivos y seres inertes. Las otras características que nos ayudarán son la Reproducción y la Evolución, aunque aún podamos encontrar seres inertes bien organizados que se reproducen y evolucionan, hay otra característica que un ser inerte no puede cubrir, la manipulación no-espontánea de la energía para continuar obteniéndola del ambiente.
· CLASIFICACION DE WOESE.
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El gran desarrollo alcanzado por la biología molecular en los últimos decenios permitió avanzar un paso más en la investigación sobre los seres vivos, y por lo tanto, en los estudios sobre su clasificación.En 1977, Carl Woese, trabajando con técnicas de secuenciación, a partir del 16S rRNA, descubrió que dentro del grupo de los procariotas se habían incluidos organismos que, a nivel molecular, eran bastante divergentes.
En 1990 planteó la necesidad de definir un nuevo taxón, el Dominio, que estaría por encima del Reino y reagrupar a los seres vivos en 3 grandes dominios (que englobarían a los clásicos 5 reinos).
El Sistema de los Tres Dominios, propuesto por Woese et al, es un modelo evolutivo de clasificación basado en las diferencias en las secuencias de nucleotidos en los ribosomas y RNAs de transferencia de la célula, la estructura de los lípidos de la membrana, y la sensibilidad a los antibióticos.
Este sistema propone que una célula antepasada común (progenote) dio lugar a tres tipos diferente de célula, cada una representaría un dominio. Los tres dominios son Archaea (archaebacterias), Bacteria (bacterias), y Eukarya (eucariotas).
En 1990 planteó la necesidad de definir un nuevo taxón, el Dominio, que estaría por encima del Reino y reagrupar a los seres vivos en 3 grandes dominios (que englobarían a los clásicos 5 reinos).
El Sistema de los Tres Dominios, propuesto por Woese et al, es un modelo evolutivo de clasificación basado en las diferencias en las secuencias de nucleotidos en los ribosomas y RNAs de transferencia de la célula, la estructura de los lípidos de la membrana, y la sensibilidad a los antibióticos.
Este sistema propone que una célula antepasada común (progenote) dio lugar a tres tipos diferente de célula, cada una representaría un dominio. Los tres dominios son Archaea (archaebacterias), Bacteria (bacterias), y Eukarya (eucariotas).
Archaea (Archaebacteria)Los Archaea son células Prokariotas. Al contrario de Bacteria y Eukarya, tienen membranas compuestas de cadenas de carbono ramificadas unidas al glicerol por uniones de éter y tienen una pared celular que no contiene peptidoglicano. Mientras que no son sensibles a algunos antibióticos que afectan a las Bacterias, son sensibles a algunos antibióticos que afectan a los Eukarya. Los Archae tienen rRNA y regiones del tRNA claramente diferentes de Bacterias y Eukarya. Viven a menudo en ambientes extremos e incluyen a los metanógenos, halófilos extremos, y termoacidófilos.
Bacteria (Eubacteria)Las Bacterias son células Prokariotas. Como los Eukarya, tienen membranas compuestas de cadenas de carbono rectas unidas al glicerol por uniones éster. Tienen una pared celular conteniendo peptidoglicano, son sensibles a los antibióticos antibacterianos tradicionales, y tienen rRNA y regiones del tRNA claramente diferentes de Archaea y Eukarya. Incluyen a mycoplasmas, cyanobacteria, bacterias Gram-positivas, y bacterias Gram-negativas.
Eukarya (Eukaryota)Los Eukarya (escrito también Eucaria) son Eukariotas. Como las Bacterias, tienen membranas compuestas de cadenas de carbono rectas unidas al glicerol por uniones éster. Si tienen pared celular, no contiene ningún peptidoglicano. No son sensibles a los antibióticos antibacterianos tradicionales y tienen rRNA y regiones del tRNA claramente diferente de Bacterias y Archaea. Incluyen a protistas, hongos, plantas, y animales.
EL DOMINIO ARCHAEA
El tipo de pared más común es la capa superficial paracristalina (capa S) formada por proteína o glucoproteína, de simetría hexagonal.
La pared celular impide la lisis celular y le confiere la forma a la célula. Las paredes de las Archaea son resistentes naturalmente a la lisozima, debido a la ausencia de peptidoglicano.
La única arqueobacteria que carece de pared es Thermoplasma.
Basados en su fisiología se distinguen:
Además de las características unificadoras de las arqueobacterias, (pared celular sin mureína, lípidos de membranas con enlaces éter, etc.), estos procariotas exhiben atributos bioquímicos que le permiten adaptarse a estos ambientes extremos. Las Crenarchaeota son principalmente hipertermofílicos dependientes del sulfuro y los Euryarchaeota son metanogénicos y halófilos extremos.
Por otra parte gran cantidad de gas metano es producido durante el tratamiento de los líquidos cloacales, sin embargo normalmente es descartado en lugar de ser reciclado.
Methanococcus jannischii
Methanococcus jannischii fue originalmente aislada de una muestra tomada de una chimenea ( white smoker: fumarola blanca) a 2.600 metros de profundidad en el Pacífico Este. Puede crecer en un medio de cultivo mineral que contenga solo H2 y CO2 como fuente carbonada y en un rango de temperatura entre 50º - 86º grados. Estas células son cocos irregulares móviles, debido a la presencia de dos haces de flagelos polares insertos cerca del mismo polo .
Halobacterium salinarium
Halobacterium salinarium es una halofila extrema que crece a 4 - 5 M NaCl y no crece por debajo de 3 M NaCl. La preparación por criofractura muestra la estructura de la superficie de la membrana celular y revela pequeños parches de "membrana púrpura" que contienen el pigmento bacteriorrodopsinaembebidas en la membrana plasmática, este pigmento expulsa un protón de la célula, creando así un gradiente de protones que puede ser usado para generar ATP.
Sulfolobus es un termófilo extremo que se encuentra en manantiales ácidos productos de calentamiento por volcanes, y suelos con temperaturas entre 60º - 95º gradosC, y pH 1 a 5.
A pesar que las Archaea son extremófilos por excelencia, también pueden encontrarse Bacterias, e inclusive algunos eucariotas en estos hábitat. Ninguna bacteria produce metano, pero existen algunas que creen en estos ambientes. Con respecto a la tolerancia ácida, una bacteria: Thiobacillus, puede crecer a pH 0. Un alga, Cyanidium, también puede crecer a pH 0. En ambiente supercálidos ( > de 100º C), los Archaea son exclusivos. Ninguna bacteria puede crecer en altas concentración de sales.
EL DOMINIO ARCHAEA
Fenotípicamente, Archaea son muy parecidos a las Bacterias. La mayoría son pequeños (0.5-5 micras) y con formas de bastones, cocos y espirilos. Las Archaea generalmente se reproducen por fisión, como la mayoría de las Bacterias. Los genomas de Archaea son de un tamaño sobre 2-4 Mbp, similar a la mayoría de las Bacterias. Si bien lucen como bacterias poseen características bioquímicas y genéticas que las alejan de ellas. Por ejemplo:
| no poseen paredes celulares con peptidoglicanos |
| presentan secuencias únicas en la unidad pequeña del ARNr |
| poseen lípidos de membrana diferentes tanto de las bacterias como de los eucariotas (incluyendo enlaces éter en lugar de enlaces éster). |
Hoy se encuentran restringidas (bueno lo de restringidas, si se lee mas adelante, ya no parece un termino aplicable) a hábitats marginales como fuentes termales, depósitos profundos de petróleo caliente, fumarolas marinas, lagos salinosos (incluso en el mar Muerto...). Por habitar ambientes "extremos", se las conocen también con el nombre de extremófilas.
Se considera que las condiciones de crecimiento semejan a las existentes en los primeros tiempos de la historia de la Tierra por ello a estos organismos se los denominó arqueobacterias (del griego arkhaios = antiguo).Membranas de las ArcheaeLos lípidos presentes en las membranas son únicos desde el punto de vista químico, a diferencia de los eucariotas y las bacterias, en que los enlaces éster son los responsables de la unión entre los ác. grasos y glicerol, los lípidos de las Archaea poseen enlaces ÉTER para la unión del glicerol con cadenas laterales hidrofóbicas. En lugar de ac. grasos poseen cadenas laterales formadas por unidades repetitivas de una molécula hidrocarbonada como el isopreno.
Los principales tipos de lípidos son los diéteres de glicerol. En algunos éteres las cadenas laterales (fentanil) se unen entre sí por enlaces covalentes formando una monocapa en lugar de la bicapa característica de las membranas, siendo más estables y resistentes, siendo habituales por lo tanto en las hipertemófilas.Paredes celulares
Algunas arqueobacterias metanogénicas poseen la pared celular formada por un compuesto similar al peptidoglicano de las bacterias, por lo que denomina pseudopeptidoglicano, con enlaces glucosídicos 1,3 en lugar de los 1,4 de los peptidoglicano. En otras archaeas la pared se compone de polisacaridos, glicoproteínas o proteínas.El tipo de pared más común es la capa superficial paracristalina (capa S) formada por proteína o glucoproteína, de simetría hexagonal.
La pared celular impide la lisis celular y le confiere la forma a la célula. Las paredes de las Archaea son resistentes naturalmente a la lisozima, debido a la ausencia de peptidoglicano.
La única arqueobacteria que carece de pared es Thermoplasma.
Árbol Filogenético de Archaea
Sobre la base del análisis de la subunidad pequeña del ARN, las Archaea consisten en dos grupos filogenéticamente diferentes: Crenarchaeota y Euryarchaeota. Se diferencias por el tipo particular de ARN que presentan y por el ambiente en que habitan. Las Crenarchaeota (crenotas) es un grupo fisiológicamente homogéneo de hábitats enteramente termofílicos. en cambio las Euryarchaeota (euryotas) son un grupo fenotípicamente heterogéneo, que incluye a las metanogénicas, halófilas, etc.Basados en su fisiología se distinguen:
| metanogénicas procariotas que producen metano |
| halofilas extremas viven en regiones con muy alta concentración de sal (NaCl); requieren una concentración de al menos 10% de cloruro de sodio para su crecimiento |
| extremas (hiper) termófilas viven a temperaturas muy altas. |
Metanogénicas
Son anaerobias obligadas que no toleran ni siquiera breves exposiciones al aire (O2). En ambientes anaeróbicos son muy abundantes, incluyen sedimentos marinos y de agua dulce, pantanos y suelos profundos, tracto intestinal de animales y plantas de tratamiento de líquidos cloacales. Las metanogénicas tiene un tipo increíble de metabolismo que puede usar el H2 como fuente de energía y el CO2 como fuente de carbono para su crecimiento. En el proceso de construcción de material celular desde H2 y CO2, Las metanogénicas producen metano (CH4) en un único proceso generador de energía. El producto final, gasmetano, se acumula en el ambiente, así se han creado la mayoría de las fuentes naturales de gas natural (combustible fósil) utilizado con fines industriales o domésticos.Los procariotas Metanogénicos son habitantes normales del rumen de vacas y rumiantes. Una vaca puede eliminar unos 50 litros de gas metano por día, en el proceso de eructación. El metano es un importante gas del efecto invernadero que se acumula en la atmósfera a velocidad alarmante. Cuando se destruyen áreas verdes y se reemplazan por ganado se produce un doble impacto en el efecto invernadero ( "double-hit"):
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Methanococcus jannischii
Halófilas extremas
Viven en ambientes naturales como el mar Muerto, el Great Salt Lake (Colorado USA), o en estanques de evaporación de agua salada, donde la concentración de sal es muy alta (hasta 5 molar o 25 por ciento de NaCl). Estos procariotas requieren la sal para el crecimiento, sus paredes celulares, ribosomas y enzimas se estabilizan con el ión Na+. Halobacterium halobium, la especie predominante en Great Salt Lake, se adapta al ambiente altamente salino por el desarrollo de una "membrana púrpura", que toma esta coloración por la presencia del pigmento del tipo de rodopsina llamado bacteriorodopsina que reacciona con la luz formando un gradiente de protones a lo largo de la membrana que permite la síntesis de ATP. Este es el único ejemplo en la naturaleza de una fotofosforilación sin clorofila. Estos organismos son heterótrofos y aerobios, la alta concentración de ClNa en el ambiente limita la disponibilidad de O2 para la respiración, por lo que usando bacteriorhodopsina aumentan su capacidad de producir a ATP, convirtiéndolo a partir de la energía lumínica.Halobacterium salinarium
Termófilas extremas (Termoacidófilas)
Representan varias líneas filogenéticas de Archaea. Estos organismos requieren temperaturas muy altas (80º - 105º grados) para crecer. Sus membranas y enzimas son inusualmente estables a estas temperaturas. La mayoría de ellas requiere sulfuro para crecer, algunas son anaerobias y usan el sulfuro como aceptor de electrones en la respiración, en reemplazo del oxígeno. Otras son litotróficas y oxidan sulfuro como fuente de energía, crecen a bajo pH (< pH 2) dado que acidifican su ambiente oxidando Su (sulfuro) a SO4 (ác. sulfúrico). Estos hipertermófilos son habitantes de ambientes calientes, ricos en sulfuro asociados a los volcanes, como los manantiales clientes, géiseres y las fumaroles del Parque National de Yellowstone , en respiraderos termales ("smokers") y en fracturas del piso oceánico. Sulfolobus fue el primer Archeae hipertermofílicos descubierto por Thomas D. Brock de la Universidad de Wisconsin en 1970. Su descubrimiento, junto al de Thermus aquaticus en el Parque Yellowstone, iniciaron el campo de la biología de los hipertermófilos. Thermus aquaticus, (fuente de la enzima taq polimerasa usada en la reacción en cadena de la polimerasa , PCR), crece a 70º grados. Sulfolobus crece en ambientes rico en sulfuro, manantiales calientes, 90º grados y pH 1. Thermoplasma, también descubierta por Brock, es un termófilo único, ya que es el representante exclusivo de una línea filogenética de Archaea. Thermoplasma recuerda a las bacterias micoplasmas ya que carece de pared celular. Thermoplasma crece a 55º grados y pH 2; solo han sido encontradas en pilas calientes de carbón, los cuales son productos de desecho humanos. | ![Fuentes termales Yellowstone [11 -> 53 Kb]](http://www.biologia.edu.ar/bacterias/figbac/lagop.jpg) |
Sulfolobus acidocaldarius (T.D. Brock)
izq: MET X85,000, der: microfotografía por fluorescencia de células adheridas a cristales de sulfuro | Parque National de Yellowstone |
 |  |
| Yellowstone National Park, USA, izq: Octopus Spring, der: Obsidian Pool.http://www.ucmp.berkeley.edu/archaea/archaea.html | |
Relación entre los dominios
| Archaea | Bacteria | Eukarya | |
| Pared | pseudopeptidoglicano, o solo por proteínas | peptidoglicanos | plantas (celulosa), animales (ninguna), fungi (quitina) |
| Membrana | Lípidos: las cadenas hidrocarbonadas ramificadas están unidas al glicerol por enlaces éter | lípidos: las cadenas de ac. grasos están unidas al glicerol por enlaces ester | |
| Genoma | ADN único, circular, presencia de plásmidos | ADN fragmentado en cromosomas múltiples | |
DOMINIOS: EUBACTERIA Y ARCHAE.
La diferencia entre Eubacteria y Archaebacteria
Según los científicos, hay seis reinos diferenciados en que se dividen los seres vivos. La eubacteria y archaebacteria son probablemente el menos conocido de esta clasificación. Eubacteria y archaebacteria son dos tipos muy diferentes de bacterias, cada una con sus propias identidades y usos en nuestra vida cotidiana.
El Archaebacteria es uno de los más antiguos de organismos que se encuentran en el planeta tierra. Se componen de una sola célula y se llaman procariotas. Curiosamente, el archaebacteria se encuentra generalmente bajo condiciones extremas. Esto no es sorprendente, considerando el hecho de que, son uno de los primeros organismos en tierra – estaban ahí en un momento cuando la tierra era un planeta con gases venenosos y calor insoportable. El archaebacteria fue uno de los organismos únicos que podrían sobrevivir en esa condición hostil.
La Eubacteria son las comunes a las que nos referimos cuando hablamos generalmente de bacterias. Son complejos en la estructura y se encuentran en condiciones neutrales. Puede encontrar Eubacterias en una variedad de condiciones-por ejemplo, se encuentran en el cuerpo humano, en algunos alimentos (¡Caramba!) y prácticamente en todo el mundo que nos rodea.
Las Archaebacterias generalmente se clasifican en tres grupos. En el Reino de los insectos, estos grupos se denominan fila. Los fila en las Archaebacterias incluyen los metanógenos, los halófilos y el themoacidophiles.
Los metanógenos cosechan energía cambiando H2 y CO2 en metano, de ahí el nombre. La segunda categoría, halófilos, también tiene una razón detrás de los nombres. ¿Sabías que estas bacterias prosperan en sal? La mayoría de las bacterias mueren en condiciones saladas, pero eso ayuda a los halófilos a proliferarse y prosperar.
Los Themoacidophiles proliferan en condiciones ácidas. También les gustan las altas temperaturas y felizmente pueden sobrevivir en áreas que tienen temperaturas de 230 grados Fahrenheit y ph bajo.
La Eubacteria tiene cuatro filas (¡grupos, tontos!). Estos son:
Las cianobacterias son bacterias que son fotosintéticas en la naturaleza. Esto significa que pueden utilizar la energía del sol para preparar sus propios alimentos. También liberan oxígeno como un subproducto. Normalmente, se encuentran en el agua.
Las Espiroquetas normalmente se denominan bacterias gram negativas. Pueden ser parásitos, viven del huésped o viven en simbiosis con el huésped. Las espiroquetas también pueden vivir por sí mismas.
El otro grupo es la bacteria gram positiva. Esto incluye su bacteria amigable, produciendo ese delicioso yogurt y la no tan amistosa que le da un dolor de garganta.
Conoce mas sobre el tema en el siguiente link:
http://members.tripod.com/biol_uprponce/images/pdfs/enero04/6Sis_eua._s.pdf
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