Tema 20: Els Arquees (MB) (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Microbiología - 1º curso
Asignatura Microbiologia
Año del apunte 2016
Páginas 5
Fecha de subida 29/04/2016
Descargas 50
Subido por

Vista previa del texto

TEMA  20:  Els  arqueus     1.  Característiques  generals   -­Tenen  el  nom  d’Archaea  per  antics,  ja  que  quan  es  van  descobrir  es  pensava   que  eren  molt  més  antics  que  els  bacteris,  però  després  amb  anàlisis  filogenètics   es   va   veure   que   eren   una   de   les   dues   branques   paral·leles   en   les   que   es   diferencia   LUCA.   Inicialment   se’ls   va   denominar   com   Archaeabacteris,   però   després  degut  a  la  diferència  amb  els  bacteris  se’ls  hi  va  treure  el  terme  bacteri.       -­Els   arquees   tenen   algunes   característiques   que   comparteixen   amb   bacteris   i   amb  eucariotes:       1.1  Característiques  estructurals   Característica   Nucli  i  membrana  nuclear   Peptidglicà  en  la  paret  cel·lular   Enllaç  dels  lípids  de  membrana   Síntesi  de  PHA  (polihidroxialkanoats)   Vesícules  de  gas   Endòspores   Bacteria     X   Èster   X   X   X   Archaea       Èter   X   X     Eukarya   X     Èster         Bacteria   X       X     X   X   X   Archaea   X   X     X     X   X   X   Eukarya     X   X     X         X   X     Bacteria   X   X   Archaea     X   Eukarya   X     X   X   X     X   X   X   X             1.2  Característiques  genètiques   Característiques   cccDNA  (cercle  covalentment  tancat)   Histones  (donen  estructura  DNA)   Integrons  en  gens   Operons   Una  única  RNA  polimerasa   Ribosomes  70S   Transcripció  i  traducció  acoblades   Unitats   transcripcionals   policistròniques  (amb  varis  gens)   Plasmidis     1.3  Característiques  fisiològiques/metabòliques   Característica   Fotosíntesi  basada  en  clorofil·les     Quimiolitotròfia   (compostos   reduïts   del  S,  H2,  NH3  i  Fe2+)   Nitrificació   Fixació  de  nitrogen   Creixement  a  temp.  >  70ºC   Creixement  a  temp.  >  100ºC             2.  Classificació  filogenètica     El  domini  Archaea  conté  dos  fílums  diferents:   -­Euryarchaeota  (eury  =  la  majoria)  la  majoria  dels  arquees  la  trobem  en  aquest   fílum.   -­Crenarchaeota  (cren  =  biologia  d’aigua)  els  trobem  en  ambients  aquàtics  (fonts   termals,  guèisers...).     Els   hipertermòfils   estan   situats   principalment   en   Crenarchaeota   i   alguns   es   troben  en  Euryarchaeota.     Els   halòfils   extrems   i   els   acidòfils   extrems   únicament   els   trobem   al   fílum   dels   Euryarchaeota.       3.  Principals  grups  fisiològics   -­Metanogènics:  fil.  Euryarchaeota.     -­Reductors  del  sulfat:  fil.  Euryarchaeota.   -­Halòfils  extrems:  fil.  Euryarchaeota.   -­Sense  paret  cel·lular:  fil.  Euryarchaeota.   -­Hipertermòfils  que  metabolitzen  compostos  del  sofre:    fil.  Crenarchaeota.     *Els   Arquees   ens   donen   informació   de   com   pot   ser   la   vida   en   situacions   molt   extremes,  tant  halòfiles,  com  hipertermòfiles  o  acidòfiles.     3.1  Arqueus  metanogènics   -­Anaerobis  estrictes  amb  morfologia  molt  diverses  i  paret  variada.   -­Fan  la  metanogènesi  (són  els  únics  en  arqueeus),  i  per  tant,  són  productors  de   gas  metà  (CH4)  des  de  diferents  substrats  (CO2,  metil  i  derivats  i  acetat  i  piruvat).   La  metanogènesis  és  el  pas  final  de  la  degradació  de  la  matèria  orgànica  en  la   majoria  d’ambients  anòxics  i  reduir-­la  a  gas  metà.       En  la  ruta  de  la  metanogènesi  hi  ha  enzims  i  coenzims  molt  diferents  respecte   als   altres   éssers   vius,   això   fa   que   quan   s’han   seqüenciat   el   genoma,   els   metanogènics  presenten  un  40%  de  gens  que  codifiquen  per  a  enzims  que  no   es  troben  en  individus  d’altres  individus,  i  per  tant,  no  hi  ha  homòlegs.     La  metanogènesi  (utilitzen  H2  com  a  font  d’energia)  és  una  ruta  metabòlica  molt   antiga  i  va  ser  una  de  les  primeres  en  aparèixer  en  la  terra  primitiva  degut  a  les   condicions  de  l’atmosfera.       -­Metabòlicament  poden  ser:   -­Quimiolitoautòtrofs:  utilitzen  el  H2  donador  d’electrons  i  poder  reductor  i   CO2  com  a  receptor  final  de  CO2  i  font  de  carboni.     -­Quimioorganòtrofs:   per   fermentació   o   respiració,   des   d’un   substrat   orgànic  (donador  d’electrons  i  font  de  carboni).       -­La   activitat   d’aquests   arqueeus   és   molt   important,   ja   que   la   seva   producció   biogènica  del  metà  representa  entre  un  81%  i  un  86%  del  total  de  l’atmosfera.       -­Podem   trobar-­los   normalment   en   ambients   anaerobis   i   alguns   d’ells   poden   suportar  temperatures  elevades  (hipertermòfils,  però  no  extrems).  Tant  en  aigua   dolça  com  en  aigua  salada:     -­Sediments  anòxics  com  maresmes  i  pantans.   -­Sediments  de  llacs  arrossars  i  la  majoria  dels  abocadors.   -­Tracte  digestiu  d’animals:   -­Rumen  de  remugats.   -­Cec  de  diferents  animals  com  cavalls  i  conills.   -­Intestí   llarg   d’animals   monogàstrics   com   els   homes,   porcs   o   gossos.   -­Tracte  digestiu  d’insectes  cel·lulolítics  com  els  tèrmits.     -­Fonts  geotèrmiques.   -­Digestors  de  fangs  en  depuradores.   -­Endosimbionts  de  diversos  protozous  anaeròbics.       3.2  Reductors  de  sulfat:  Archaeoglobus   -­El  sulfat  (SO42-­)  és  un  compost  bastant  oxidat,  i  per  tant,  es  pot  utilitzar  per  a  la   respiració  com  a  acceptor  final  d’electrons,  i  s’obtindria  sulfhídric  reduït  (H2S).   Realitzen  la  respiració  de  sulfat  per  obtenir  energia.     -­Són  anaerobis  estrictes.   -­Cocs  irregulars  en  forma  de  globus.   -­Quimiolitòtrofs:  donador  d’electrons  H2   -­Quimiorganotrofs:  donador  d’electrons  diferents  compostos  orgànics.     -­Poden  créixer  auto  i  heterotròficament.     -­És  hipertermòfil  (temperatura  òptima  de  83ºC).   -­El  podem  trobar  en  sediments  marins  calents  o  en  fonts  hidrotermals.       3.3  Halòfils  extrems   -­Viuen  amb  elevades  concentracions  de  sal  (com  a  mínim  1,5  M,  que  representa   un  9%  de  clorur  sòdic).  Normalment  requereixen  entre  12-­23%  de  NaCl.     -­Tenen  morfologia  variada  i  poden  presentar  vesícules  de  gas.     -­Viuen  en  ambients  aerobis,  ja  que  la  majoria  són  aerobis  obligats.     -­Són  en  general  quimioorganòtrofs  però  respiradors,  ja  que  no  fermenten.     -­Alguns  poden  fer  fotosíntesi  però  no  amb  clorofil·les  sinó  amb  un  altre  pigment:   bacteriorodopsina,  que  captarà  l’energia  de  la  llum.   -­Com   viuen   en   concentracions   salines   molt   elevades   presenten   un   seguit   d’adaptacions:   -­Sintetitzaran  soluts  compatibles  per  evitar  la  pèrdua  d’aigua.     -­Tenen   un   tipus   de   paret   complexa   on   hi   ha   ions   sodi   (Na+),   això   és   imprescindible  per  la  seva  estabilitat.     -­Les   seves   proteïnes   (àcides)   requereixen   per   la   seva   activitat   potassi   (K+).       -­Viuen  en  ambients  salins  i  normalment  calents  i  secs  com:   -­Salines,  llocs  naturals  alcalins  o  on  hi  ha  molta  sal.     -­Organismes   exemples:   Halococcus,   Halobacterium,   i   Haloquadratum   (morfologia  quadrada,  es  va  aïllar  a  Espanya  a  les  salines  d’Alicante).     *A   Espanya   hi   ha   molts   grups   de   recerca   que   treballen   amb   microorganismes   d’aquest  estil.       3.4  Sense  paret  cel·lular   -­Inclou  els  procariotes  més  acidòfils  coneguts.   -­El  microorganisme  més  conegut  és  Thermoplasma.   -­Presenta  formes  irregulars  perquè  no  té  paret  que  li  doni  una  forma  determinada   sinó  que  la  seva  forma  vindrà  determinada  segons  l’ambient  on  es  trobi.     -­Obtenen  l’energia  per  respiració:  són  aerobis  facultatius.   -­Són  quimioorganòtrofs  a  partir  de  diversos  compostos  orgànics.       -­Viuen   a   baix   pH   i   a   elevades   temperatures   per   això   han   desenvolupat   adaptacions:   -­Per  tenir  una  estructura  més  compacta  i  que  la  cèl·lula  pugui  ser  íntegra   tenen  monocapes  lipídiques  a  nivell  de  la  membrana  citoplasmàtica.       -­Per  mantenir  l’estructura  del  seu  cromosoma  tenen  un  tipus  de  proteïnes   d’unió  al  DNA  molt  similars  a  les  histones  que  organitzen  i  mantenen  l’àcid   nucleic  en  estructures  globulars  similars  als  nucleosomes  d’eucariotes.       -­Els   podem   trobar   en   mines   de   carbó   amb   temperatures   elevades   i   també   en   fonts  termals.       3.5  Hipertermòfils  metabolitzadors  de  S   -­Són  molt  interessants  perquè  la  majora  d’ells  s’han  aïllat  de  fons  geotèrmiques,   guèisers   o   ve   d’hàbitats   volcànics   submarins   (xemeneies   submarines   profundes).   Aquests   tipus   d’ambient   semblen   que   podrien   correspondre   als   ambients  on  es  va  originar  per  primera  vegada  la  vida  (Terra  primitiva).     -­Els  trobem  per  tant,  en  hàbits  terrestres  o  marins  i  en  zones  volcàniques.     -­Metabolitzen  sofre:  obtenen  energia  des  de  sofre  (sulfhídric).   -­Presenten  una  morfologia  variable.   -­La  majoria  són  anaerobis  estrictes.   -­Poden  dur  a  terme  quimiorganotròfies  o  quimiolitotròfia,  o  bé  tots  dos  tipus.     -­Obtenen  energia  sempre  per  respiració  (acceptors  d’electrons:  S0,  SO42-­,  Fe3+,   H2,  NO3-­...)     Sulfolobus   Coc  lobulat  (en  forma  de  globus)   Aerobi  facultatiu.   En  àrees  termals  riques  en  S  i  en  pH   àcid.     TC:  55ºC,  75ºC  i  87ºC.     Quimioorganoheteròtrof   Pot   utilitzar   diferents   compostos   del   sofre  com  acceptor  d’electrons.     Pyriodictium  occultum   Morfologia  irregular  en  forma  de  disc.     Anaerobi  estricte.     Hàbitat   volcànic   submarí   (es   troba   molt  amagat).     TC:  82ºC,  105ºC  i  110ºC.   Quimioorganoheteròtrof   Pot   utilitzar   diferents   compostos   del   sofre  com  acceptor  d’electrons.       Els  grans  hipertermòfils  els  torbem  en  els  Archaea  i  això  ens  dona  pistes  de  quina   pot  ser  la  temperatura  màxima  a  la  qual  pot  haver-­hi  vida.       Per   respondre   a   aquesta   pregunta   hem   de   mirar   quines   són   les   temperatures   més   elevades   on   poden   viure   els   microorganismes.   Si   representem   les   temperatures  màximes  de  creixement  observem  que  el  domini  bacteria,  el  bacteri   que  més  hipertermòfil  pot  aguantar  fins  a  aprox.  95ºC,  mentre  que  hi  ha  diversos   arquees  que  superen  aquesta  xifra  sobrepassant  els  100ºC.     L’Arqueea  que  creix  a  una  temperatura  més  elevada  és  Methanopyrus  kandleri   que  pot  arribar  a  créixer  a  122ºC.     S’ha  especulat  molt  quina  seria  la  temperatura  màxima  en  que  es  podria  trobar   vida,  i  s’ha  predit  que  podria  estar  al  voltant  de  140ºC  i  hi  ha  alguns  autors  que   diuen  que  fins  a  150º.  Tot  i  que  no  s’ha  trobat  cap  microorganisme.       •   Adaptacions  dels  hipertermòfils  a  les  temperatures  tan  elevades:   -­Monocapa  lipídica  en  membranes  citoplasmàtiques.     -­Proteïnes   amb   més   plegaments   alfa   i   enllaços   iònics   no   covalents,   però   amb   pocs   canvis   en   la   seqüència   primària   (va   sorprendre   ja   que   es   pensava   que   serien   unes   proteïnes   molt   diferents   a   les   homòlogues   en   altres   microorganismes,  però  en  realitat  no).       -­Tenen   un   enzim   exclusiu:   una   DNA   girasa   inversa,   que   introdueix   superenrotllaments  positius  (en  comptes  de  negatius)  en  el  DNA  i  això  permet   aconseguir  una  major  estabilitat  del  DNA.     -­Les   xaperones   (proteïnes   que   intervenen   en   el   plegament)   són   diferents,   i   permeten  els  plegaments  diferents  de  les  proteïnes,  però  només  són  actives  a   elevades  temperatures.     -­En  la  subunitat  petita  del  rRNA,  el  RNA  té  un  major  contingut  en  G+C.   -­Síntesi  de  K+  o  compostos  orgànics  compatibles  per  estabilitzar  àcids  nucleics  i   ribosomes.       •   Temperatura  i  relació  amb  el  tipus  de  metabolisme   -­Termofílic  quimiolitotròfic:  temperatura  de  creixement  fins  a  122ºC.  L’hidrogen   és   el   compost   energètic   que   dóna   energia   en   les   temperatures   més   elevades   (122ºC),  mentre  que  S0  i  Fe2+  arriben  fins  els  95ºC.     -­Termofílic  quimioorganotròfic:  temperatura  de  creixement  fins  a  110ºC.   -­Termofílic  fototròfic  (anoxigènic):  temperatura  de  creixement  fins  a  73ºC.     [acasals]  Més  apunts  a:  https://unybook.com/perfil/acasals   ...