arqueobacterias (es)
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Investigación de las extremofilasTRANSCRIPT
Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica
Carrera: Ing. Bioquímica
Materia: Bioquímica y Fisiología Microbiana
Profesor(a): Selene Aguilera Aguirre
Alumnos:
Jesica Lepe Ramos (12400398)Faustino de Jesús Gómez Ruvalcaba (13400006)Carlos Eduardo Camacho González (12400344)
Trabajo de Investigación “Estructura y función celular de las arqueobacterias”
Fecha de Entrega: 15 de Febrero del 2016
Introducción
En los años 80, un microbiólogo americano, Carl Woese, dio a conocer sus estudios acerca
de un tipo de microorganismos con célula procariota pero características distintivas con
respecto a éstas e incluso más relacionadas con las células eucariotas. A este grupo
desconocido hasta el momento lo llamó Archaea (o Arqueobacterias) y se cree que
evolucionaron separadamente de las bacterias muy poco después del origen de la vida en la
Tierra, hace unos 3.800 millones de años.
Al principio, su descubridor Woese, observó que estas criaturas sólo podían vivir en
condiciones extremas de vida, en las que ningún otro ser vivo podía hacerlo. Sin embargo,
posteriormente se ha comprobado que también pueden aparecer poblaciones de
arqueobacterias en el oxigenado océano y no solo en hábitats desprovistos de oxígeno o
saturados en sal, azufre, etc.
Clasificación
Existen dos criterios para clasificar a las arqueas; uno se refiere al tipo de ambiente en el
que vive o, dicho de otra forma, basándose en su fisiología. Según este criterio las arqueas
se clasifican en tres grupos y un género que no corresponde a ningún grupo:
1. Metanógenas: Productoras de metano.
2. Halófilas: Viven en ambientes con concentraciones muy altas de cloruro sódico.
3. Termófilas e hipertermófilas: Viven alrededor de fuentes geotermales.
4. Género Thermoplasma: Termófilo desprovisto de pared celular.
Basándonos en su genoma, concretamente en las características de su 16 S ARNr, las
arqueas se dividen en tres grupos:
1. Crenarchaea: Hipertermófilos dependientes de azufre, acidófilos.
2. Euryarchaea: Metanógenos, halófilos.
3. Korarchaea: Sólo se conocen sus ácidos nucleicos, no se ha aislado ningún
organismo.
Elementos estructurales
Pared Celular
La mayor parte de archeas carecen del peptidoglicono en la pared
celular, la pared celular impide la lisis celular y le confiere la
forma a la célula. Las paredes de las Archaea, son resistentes en
condiciones naturales a la acción de lisozima y a las penicilinas
que son agentes que destruyen este componente e inhiben su síntesis todo esto es debido a
la ausencia de peptidoglicano.
Las Archaeas pertenecientes a la especie metanógenas contienen pseudopeptidoglicano,
este polímero es diferente del peptidoglicano.
El pseudopeptidoglicano está formado por de N - acetilglucosamina y N - acetil
talosaminurónico (ácido N - murámico), con enlaces glucosídicos ß (1-3) a diferencia de los
ß (1-4) que son los del peptidoglicano.
Figura 1. Bla blah
Las archaeas que no tienen pared celular son las del genero Thermoplasma y
Ferroplasma.
Figura 2. Archaeas metanógenas
En otras archaeas la pared se compone de polisacaridos,
glicoproteínas o proteínas.
Dentro de esta especie cabe destacar que poseen paredes celulares
diferentes, la más común es la capa superficial paracristalina (capa
S), compuesta por glicoproteína dispuesta en simetría hexagonal,
la pared se compone de proteínas de superficie, que forman una
capa S.
Una capa S es una agrupación rígida de moléculas proteínicas que cubren el exterior de la
célula como una cota de malla. Esta capa ofrece una protección química y física, y puede
servir de barrera, impidiendo que entren en contacto las macromoléculas con la membrana
celular.
Figura 3. Archaeas con capa S
Los procariotas
metanogénicos son
habitantes normales del
rumen de vacas y rumiantes.
En Arqueas la capa S da forma y rigidez a muchas especies, ejerciendo papeles
equivalentes al de una pared celular:
En arqueas halófilas (p. ej., Halobacterium) la capa S de glucoproteína contiene
glucopéptidos especiales, y está estabilizada por altas concentraciones de sodio,
presentes en su nicho.
En arqueas termoacidófilas (p. ej., Sulfolobus) existen glucoproteínas en matrices
hexagonales, ricas en aminoácidos polares (Ser, Thr), estando la capa S estabilizada
por los bajos pH del medio.
Figura 4. Imagen y características del genero Thermoplasma
Las Archaeas halófilas extremas (p. ej., Halococcus) a diferencia de la especie
Methanosancina, poseen grupos sulfatos adicionales.
Figura 5. Halococcus morrhuae
Membrana celular
Figura 6. Estructura de la membrana plasmática del dominio Archaea
Las membranas celulares de Archaea son químicamente diferentes al resto de las cosas
vivas, ya que incluyen derivados de una molécula de glicerol e isopreno en lugar de los
ácidos grasos. Las diferencias químicas entre Archaea y otros organismos, se presentan en
la membrana celular, entre las cuales se resaltan las más importantes:
1. Quiralidad del glicerol: La unidad básica de la cual se construyen las
membranas celulares es el fosfolípido. El glicerol de los fosfolípidos de Archaea
son esteroisómeros del glicerol usado por Bacterias y Eukaryas para construir
sus membranas. Dos moléculas que son esteroisómeros son imágenes espejo una
de otra. Mientras que las Bacterias y Eukaryas tienen D-glicerol en sus
membranas, las Archaeas tienen L-glicerol en el suyo. Éste es más que una
diferencia geométrica. Los componentes químicos de la célula tienen que ser
construidos por las enzimas, de este modo la quiralidad de la molécula es
determinado por la forma de esas enzimas. Una célula que construye una forma
no podrá construir la otra forma.
Figura 7. Diferencia entre fosfolípido con L-glicerol y D-glicerol
2. Acoplamiento de éter: Cuando las cadenas laterales se agregan al glicerol, la
mayoría de los organismos las unen con un acoplamiento de éster. La cadena
lateral agregada tiene dos átomos de oxígeno unidos a un extremo. Uno de estos
átomos de oxígeno se utiliza para formar el acoplamiento con el glicerol, y el
otro sobresale al lado cuando se hace la vinculación. Por el contrario, las
cadenas laterales de Archaea son limitadas usando un acoplamiento de éter, que
carece de ese átomo de oxígeno. Esto da origen a un fosfolípido que varía en sus
propiedades químicas de los lípidos de la membrana de otros organismos.
3. Cadenas de Isopreno: Las cadenas laterales en los fosfolípidos de Bacterias y de
Eukaryas son los ácidos grasos, cadenas de generalmente 16 a 18 átomos de
carbono. Archaea no utiliza los ácidos grasos para construir sus fosfolípidos
membranales. En su lugar, tienen cadenas laterales de 20 átomos de carbono
construidos de isopreno.
Figura 8. Isoprenoides se unen al glicerol por unión tipo éter
A diferencia de la Bacteria y Eukarya, carecen de ácidos grasos y en su lugar tienen
cadenas laterales compuestas de unidades repetitivas de isopreno (fentanilo o bifentanilo)
unidas por enlaces éter al glicerol que constituyen el gliceroldiéter, cuando se distribuyen a
manera de bicapa y el gliceroltetraéter, cuando es a manera de monocapa.
Figura 9. Principales lípidos de la membrana plasmática de Archaea
Las monocapas lipídicas son muy estables a temperaturas altas, por lo tanto, no es una
sorpresa que se encuentre principalmente en las Archaeas termoacidófilas.
A.- Fitano en Bicapas
(Bacteria y Eukarya)
B.- Bifitano en Monocapas
(Arqueobacterias)
A
B
Figura 10. Diferencia de capas en Bacterias y Arqueobacterias
Flagelos
El flagelo arqueano es superficialmente similar al de la bacteria, ambos flagelos consisten
en filamentos que se extienden fuera de la célula y rotan para impulsar al microorganismo;
este tiene una estructura única, distinta en composición y ensamblado del flagelo bacteria;
no se ha observado ninguna homología genética con los flagelos de bacteria.
Los flagelos arqueanos son muy estables frente a las diferentes condiciones ambientales,
resisten el tratamiento con proteasas, son más estables a elevadas temperaturas que sus
equivalentes bacterianos
Además, mientras que los flagelos bacterianos están compuestos de una sola flagelina, los
flagelos arqueanos presentan varios tipos de flagelinas.
Sus filamentos son más delgados que el de las bacterias y están formados por un cilindro
macizo helicoidal (dextrógiro) constituido por diferentes flagelinas, pueden llegar a medir
de 10 a 12 nm.
Los flagelos bacterianos crecen por la incorporación de subunidades de flagelina en la
punta, mientras que flagelos de las arqueas crecen por la incorporación de subunidades
flagelina a la base.
Figura 11. Flagelo de las arqueobacterias
Como la pared de las arqueas carece de peptidoglicano, por encima de la membrana
citoplasmática se encuentra la capa S. Parece que el flagelo estaría anclado en la membrana
citoplasmática, en la capa S, y para estabilizarlo también se uniría a una estructura
citoplasmática denominada cabeza polar.
ARN y enzimas
El ARN y enzimas de arqueobacterias son diferentes al de las bacterias verdaderas.
A diferencia de las bacterias las arqueobacterias contienen intrones en los genes de ARNt y
contiene ribosomas los cuales son sensibles a la toxina difteria, sin embargo no presenta tal
sensibilidad hacia cloroamfenicol, kanamacina y estreptocimicina.
En las arqueas, solo se encuentra un tipo de ARN polimerasa (ARNP), la cual es
responsable de la síntesis de todos los ARN; este ARNP arqueano es similar
estructuralmente y mecánicamente al encontrado en las bacterias y a la eucariota ARNP I y
V; pero se encuentra especialmente relacionado con el ARNP II presente en las eucariotas.
Además las arqueobacterias presentan otra similitud con las bacterias, en las dos el
cromosoma se encuentra de manera circular y pueden presentar plásmidos que se pueden
propagar a través del contacto físico entre células (realizando un proceso similar a la
conjugación bacteriana).
La presencia de hasta un 15% de proteínas exclusivas codificadas por el genoma de las
arqueo bacterias las diferencias de otros organismos. Los genes con los que comparte cierta
similitud entre las bacterias y eucariotas son aquellas relacionadas con la transcripción,
traducción y el metabolismo de nucleótidos; Hasta el momento la mayoría de los genes de
los cuales se tiene conocimientos sobre su función se encuentran relacionados con la
metanogénesis, mientras que los otros no se han logrado identificar sus funciones.
Al hablar sobre la transcripción y traducción presenta más similitudes con las eucariotas (en
las subunidades y secuencias de la ARNP II y los ribosomas) sin embargo muchos otros
factores de transcripción de las arqueo bacterias son similares a las bacterias.
Bibliografía
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