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introducción a las arqueas - bacteria halofila

bacteria halofila en ingles - aplicaciones biotecnologicas

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BACTERIAS ARQUEAS 

 (extraído de www.biologia.edu.ar )

El grupo más antiguo, las arqueobacterias, son un conjunto de organismos y por sus especiales características se considera que conforman un Dominio separado: 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:

 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). 

MEMBRANA DE LAS ARCHAEA

Los 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.

ARBOL FILOGENETICO DE LAS 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:

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. 

 

BACTERIA HALOFILA

(extraído de http://bioinformatica.uab.es/biocomputacio/treballs98-99/Jara/web4.htm )

        Las arqueobacterias  halofílicas son un grupo diverso de microorganismos que habitan en ambientes  salinos.Viven en ambientes naturales  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+.

  El término halófilo extremo se utiliza para indicar que estos organismos no solamente son halofílicos, sino que su requerimiento de sal es muy alto, en algunos casos cercano a la saturación. Un ejemplo de hábitat extremadamente salino son las salinas marinas: pequeños depósitos llenos con agua de mar que se dejan evaporar, produciendo NaCl y otras sales de valor comercial.

 A medida que estas salinas se aproximan a los límites mínimos de salinidad para los halófilos extremos, las aguas se tornan rojizas púrpura, color que indica el desarrollo masivo, llamado floración de arqueobacterias halofílicas

las arqueobacterias halófilas pueden obtener energía a partir de la luz mediante un proceso que no es la fotosíntesis. Cuando baja la tensión de oxígeno al evaporarse el agua la bacteria exporta a la membrana celular una proteína llamada bacteriorrodopsina que lleva unido un grupo cromóforo carotenoido : el retinal que es de color púrpura.

Producción de bacteriorrodopsina

en condiciones de baja aireación las halófilas extremas sintetizan e insertan dentro de sus membranas una proteína denominada bacteriorrodopsina (similar al pigmento del ojo, la rodopsina). Conjugada con la bacteriorrodopsina está una molécula de retinal (parecida al carotenoide) que puede absorber la luz y catalizar la transferencia de protones a través de la membrana citoplásmica. Por su contenido en retinal, la bacteriorrodopsina es de color púrpura y las células de Halobacterium adaptadas a un desarrollo en condiciones de aireación altas, al verse en condiciones limitadas de oxígeno, cambian gradualmente de un color naranja o rojo a uno más púrpura rojizo debido a la inserción dentro de la membrana citoplásmica de bacteriorrodopsina.
    La bacteriorrodopsina es miembro de una familia de proteínas de membrana de estructuras similares, pero con funciones diferentes. Así por ejemplo, el receptor de luz rodopsina de los bastones de la retina de los vertebrados, y algunos receptores proteicos celulares de superficie que unen hormonas específicas, estan plegadas en siete hélices alfa transmembrana (al igual que la bacteriorrodopsina) y no actúan como transportadores sino como transductores de señales.

Bacteriorrodopsina y síntesis de ATP mediada por la luz

        El retinal de la bacteriorrodopsina esta en reposo en forma trans cuando es excitada por la luz, lo que provoca su paso a forma cis con la consiguiente liberación de un protón hacia el exterior de la membrana. Entonces el retinal tiene tendencia a volver a la forma trans cogiendo un protón del citoplasma. De esta manera se consigue crear un gradiente de protones que será utilizado por una ATPasa de membrana para obtener ATP. 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

tabla con el contenido de sales del medio e interior de una halobacteria

Ión

Concentración del medio (M)

Concentración del interior celular (M)

Na+

3.3

0.8

K+

0.05

5.3

Mg2+

0.13

0.12

Cl-

3.3

3.3

Investigation of the function of halobacterial transducer proteins (Htrs) in the signaltransduction-machinery of Halobacterium salinarum

To sense its environment the halophilic archeaeon Halobacterium salinarum employs a sophisticated protein-machinery consisting of several types of components: External signals (light, chemicals, oxygen etc.) interact with receptor proteins which can be light-receptors (like in the case of sensory rhodopsins I and II), or binding proteins for chemicals (like BasB or CosB) (Kokoeva, 2000 and Kokoeva, 2002) In other cases the receptors can simultaneously be transducers (like HemAT which is thought to bind oxygen with its heme-group (Hou, 2000).
These receptor proteins forward the external signals via protein-protein-interactions to halobacterial transducer proteins (Htrs). The Htrs - of which 18 have been found in H. salinarum by homology studies - transmit the external signal to an intracellular signaling pathway of Che-proteins starting with the autophosphorylation of the histidine kinase CheA (
Rudolph, 1995) which then phosphorylates the response regulator CheY. Phosphorylated CheY eventually induces a switch at the flagellar motor causing a reversal of flagellar rotational direction. This makes the cell reverse its swimming direction.
To enable the cells to adapt to a certain signal intensity and to respond only to changes in signal strength (e.g. light intensity or substrate concentration) the Htrs are subject to methylation/demethylation of glutamate residues which are located in methylatable regions of the Htrs within a long helical coiled coil structure, as shown for Tsr, an Htr homolog in E. coli (
Kim, 1999). Adaptation of the cells is achieved by changing the methylation state of the Htrs in response to external signals via the actions of the methyltransferase CheR and the methylesterase CheB (reviewed in: Marwan, 1999).
In order to elucidate which role the Htrs are playing in environmental sensing, a deletion approach was chosen. Suicide-vectors with a mevinoline resistance marker were used to produce deletion mutants of H. salinarum. The deletion-strains were verified by Southern-blots and the strains were investigated by behavioural studies (
Storch, 1999 and Kokoeva, 2000).

The picture above shows a schematic representation of the Htr-mediated signaling in H. salinarum. In this organism four retinal containing photoactivatable proteins are present: the proton pump bacteriorhodopsin (BR), the chloride pump halorhodopsin (HR) and the sensory rhodopsins I and II (SRI and SRII). SRI and SRII confer phototaxis via the Htrs I and II respectively (reviewed in: Marwan, 1999). BR is also involved in phototaxis (Bibikov, 1993, Bibikov, 1991) but the mechanism is still unknown.
Other Htrs were shown to be involved in chemotaxis. The cytoplasmic protein Car (
Storch, 1999) senses arginine, membrane spanning BasT (Kokoeva, 2000) confers chemotaxis towards the aminoacids Met, Cys, Val, Leu and Ile via interaction with the binding protein BasB. CosT together with its binding protein CosB mediates chemotaxis towards compatible solutes like glycine betaine (Kokoeva, 2002). Htr8 and HemAT (Hou, 2000) were found to be involved in oxygen-taxis.
The elucidation of the functions of the other Htrs in H. salinarum is one of the topics we are currently working on in our group.

(extraído de http://zdna2.umbi.umd.edu/~haloed/ )

Biotecnología

La biotecnología es "el uso de la ciencia y de la ingeniería al uso directo o indirecto de los organismos vivos, o  partes  de los productos de organismos vivos, en sus formas naturales o modificadas."  

1. Diseño de antibióticos nuevos.

2. Producción de las vesículas recombinant del gas para la separación, la presentación del antígeno y el desarrollo vaccíneo.

3. Producción industrial de biopolímeros y enzimas

4. Ingeniería genética de las plantas para aumentar su tolerancia de la sal.

5. Desarrollo de las enzimas estables para la catálisis

6. Uso de los proteasas para las salsas orientales de los pescados y de soja.

7. Desarrollo de las películas púrpuras de la membrana para las virutas de la bio-computadora de la olografía.

8. Extracción del caroteno para el uso como suplementos de alimentos o colorantes del alimenticios

9. Uso de los procesos metabólicos para limpiar  las salmueras contaminadas del con demasiada sal

10. Uso de las lipasas para los detergentes.

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archivos

revista latinoamericana de microbiología, articulo cobre microorganismos halofilicos. www.medigraphic.com ==>  bajar

archivos con varios apuntes que use de microbiología, encontrados en la red, con su correspondiente fuente ==> bajar

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