Conceptes de Microbiologia

 

1. Introducció

 

Els microorganismes són éssers unicel.lulars i, per tant, de molt petita mida, que poden agregar-se en forma de raïm, per parelles o tetràmers, o de filament. Si s´agreguen en forma de raïm, el nom de la classe de microorganisme comença amb el prefix ESTAFILO-; per exemple, els estafilococs són bacteris rodons que s´agreguen en forma de raïm. Si es troben per parelles o de quatre en quatre, la classificació comença amb el prefix DIPLO-; per exemple, els diplococs són bacteris rodons que s´agreguen per parelles. Si ho fan en forma de filaments, el nom de la classe comença amb el prefix ESTREPTO-; per exemple, els estreptococs són bacteris rodons que s´agreguen en forma de cadena.

Composició elemental dels microorganismes

C

50%

O

20%

N

14%

H

8%

Altres components minoritaris:

P, S, K, Ca, Mg, Fe

8%

 

Al 1992 Oparin va formular la hipòtesi sobre l´origen de la vida que és acceptada en l´actualitat: en una atmosfera primitiva, rica en metà, amoníac, hidrogen i diòxid de carboni, les descàrregues elèctriques van generar les primeres molècules orgàniques -tals com àcid aspàrtic, àcid glutàmic, àcid acètic, urea, alanina, glicocola, i altres, tal i com es va comprovar amb un experiment realitzat per Miller al 1950-.

Es pensa que les arcilles van tenir un paper clau en les primeres polimeritzacions, tot i que el pas fins la creació d´una entitat amb capacitat d´autorreplicació és encara desconegut.

 

 

2. Factors de creixement

 

Els factors de creixement són compostos requerits en petites quantitats i només per algunes cèl.lules: la font d´energia, la font de carboni, els nutrients i la presència o absència d´oxigen.

Els microorganismes poden classificar-se segons les fonts de carboni i d´energia:

 

FONT D´ENERGIA

FONT DE CARBONI

LLUM

QUIMICA

DIOXID DE CARBONI

FOTOAUTOTROFS

QUIMIOAUTOTROFS

MATERIA ORGANICA

FOTOHETEROTROFS

QUIMIOHETEROTROFS

 

 

3. Condicions ambientals

  

3.1. Oxigen: Els organismes aeròbics poden viure en ambients òxics; si són estrictes, no poden viure en absència d´oxigen, i si són facultatius, poden viure temporalment en absència d´aquest. En canvi, els organismes anaeròbics poden viure en ambients anòxics; si són estrictes, no poden viure en presència d´oxigen, i si són facultatius poden viure temporalment en presència d´aquest.

3.2. Temperatura: Els organismes termòfils són els que viuen a temperatures elevades, típicament superiors a 60ºC, en ambients tipus aigües termals. Els organismes mesòfils viuen a temperatures intermitges, de l´ordre de la temperatura corporal: de 30 a 40ºC típicament. Els organismes psicròfils viuen en ambients freds, de l´ordre de 5ºC.

3.3. El pH: Els organismes acidòfils viuen en ambients àcids, els neutròfils en ambients neutres i els basòfils en ambients alcalins. Aquesta classificació es pot subagrupar segons si són facultatius o estrictes.

3.4. Generació de formes de resistència. Alguns microorganismes poden sobreviure en condicions extremes perquè desenvolupen formes de resistència, com les espores.

 

4. Metabolismes

 

4.1. Metabolisme fototròfic. Els organismes fotosintètics capturen l´energia provinent de la llum mitjançant els pigments, tals com la clorofil.la a, la clorofil.la b i els carotens. Aquesta energia és emprada per sintetitzar glúcids, alliberant oxigen:

6 CO2 + 6 H2O + llum = C6H12O6 + 6 O2

De la totalitat de radiació electromagnètica que arriba a la superfície, només s´aprofita la radiació visible, la qual té la propietat d´excitar les molècules. La raó per la qual existeix una relativament gran diversitat de pigments (verd, vermell, groc...) és per augmentar la quantitat de llum absorbida, és a dir, per tal d´aprofitar el màxim interval de longituds d´ona possible.

La fotosíntesi té lloc en dues fases:

4.1.1. Fase lluminosa o dependent de la llum: Quan el fotó de llum arriba al pigment, aquest promou un electró a un estat excitat, el qual és captat per una altra molècula -la qual, per tant, es redueix-; d´igual manera, l´electró continua passant per una cadena de compostos portadors d´electrons, ordenats de més electronegatius a més electropositius. Durant aquesta seqüència de reaccions en cadena, se sintetitza ATP a partir d´ADP i NADPH a partir de NADP+; finalment, els electrons perduts de la clorofil.la són substituits pels provinents de la fotòlisi de l´aigua:

H2O = 2 H+ + 1/2 O2 + 2 e

4.1.2. Fase fosca o independent de la llum: En el cicle de Calvin o la ruta de les cadenes tricarbonades, l´ATP i el NADPH formats a la fase anterior s´empren per reduir el diòxid de carboni a glúcids simples, tals com la glucosa C6H12O6. Es diu que es fixa el carboni.

4.1.3. Què és la fotorrespiració? Quan la concentració de diòxid de carboni és molt petita, té lloc la FOTORRESPIRACIO: els glúcids són oxidats a diòxid de carboni i aigua en presència de llum, sense producció d´ATP i NADPH. Aquest procés és relativament freqüent en un bosc dens, per exemple, degut a què existeix una gran competència de les plantes pel diòxid de carboni.

4.1.4. Què és la fotosíntesi anoxigènica? Sovint existeixen organismes fotosintètics que presenten molècules molt sensibles a l´oxigen; els bacteris pòrpres i verds no produeixen oxigen durant la fotosíntesi: es diu que generen FOTOSINTESI ANOXIGENICA. Aquests no empren l´aigua com a electrodonador, sinó compostos reduits de sofre (com el sulfur d´hidrogen, el sofre molecular o el tiosulfat), hidrogen o alguns compostos orgànics reduits; per exemple, el cianobacteri Oscillatoria empra sulfur d´hidrogen, produint sofre elemental com a producte d´oxidació.

 

4.2. La respiració aeròbica

La glucosa s´oxida fins diòxid de carboni i aigua, generant 686 kcal/mol:

C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O

Aquest procés té lloc en dues etapes:

4.2.1. Glucòlisi: ruptura de la glucosa, obtenint dues molècules d´àcid pirúvic.

4.2.2. Respiració: L´àcid pirúvic s´oxida a diòxid de carboni i aigua, en presència d´oxigen, en una seqüència de reaccions englobades en dos processos: el cicle de Krebs i el transport terminal d´electrons. Abans de començar el cicle de Krebs, l´àcid pirúvic es transforma en acetil-CoA:

Ac.Pirúvic + NAD+ + Coenzim-A = CO2 + Acetil-CoA + NADH+H+

Seguidament, té lloc el cicle de Krebs o de l´àcid cítric, necessitant dues voltes al cicle per oxidar una molècula de glucosa.

Finalment, el transport terminal d´electrons: recorda que la major part de l´energia es troba als acceptors d´electrons NAD+ i FAD, quins electrons es troben en un estat excitat. El transport terminal d´electrons consisteix en una seqüència de reaccions redox, en què aquests electrons són acceptats per cadascun dels membres de la cadena (citocroms), que pertanyen a un estat electrònic cada cop inferior, fins arribar a l´estat fonamental de l´oxigen. L´energia alliberada és aprofitada per la síntesi d´ATP a partir d´ADP als mitocondris, en un procés anomenat FOSFORILACIO OXIDATIVA. De cada parell d´electrons que passen de NADH a l´oxigen es formen 3 ATP, i per cada parell d´electrons que passen de FADH2 a l´oxigen, es generen 2 ATP.

 

4.3. Respiració anaeròbica

Procés que empra un electroacceptor diferent que l´oxigen; la glucòlisi és el procés que té en comú amb la respiració aeròbica, però l´àcid pirúvic format es converteix en etanol o en àcid (com l´àcid làctic, que és el més comú).

-Si el procés dóna com a producte final l´etanol, es tracta de FERMENTACIO ALCOHOLICA. Un organisme anaeròbic que duu a terme aquest procés és Sacharomyces.

-Si el procés genera àcid làctic, s´anomena FERMENTACIO LACTICA. Exemples d´organismes que respiren anaeròbicament mitjançant aquest procés són: Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus vasci i Streptococcus lacti.

 

4.4. Metabolisme quimiolitotròfic

Existeixen organismes que empren compostos inorgànics com a font d´energia: els QUIMIOLITOTROFS.

-Existeixen bacteris que oxiden l´hidrogen molecular:

6 H2 + 2 O2 + CO2 = (CH2O)n + 5 H2O

-D´altres oxiden el sofre, generant majoritàriament sulfat; això acidifica el medi i, per tant, aquests organismes són acidòfils.

-El Thiobacillus ferrooxidans oxida el Fe(II) a Fe(III)