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AMBIENTES SOMETIDOS A BAJAS TEMPERATURAS
MEDIO MARINO
Supone un 70% de la superficie terrestre
Más del 90% está a una temperatura de 5ºC o menos
REGIONES POLARES Y CIRCUMPOLARES
Constituyen el 14% de la superficie terrestre
NIEVE Y HIELO
Glaciares de alta montaña, neveros permanentes
CUEVAS SUBTERRANEAS Y GLACIARES
MEDIOS DE AGUA DULCE
Zonas de clima continental y templado (lagos alpinos,
hipolimnion, sedimentos)
SUELOS
AMBIENTES ARTIFICIALES
Congeladores, neveras, sistemas de refrigeración,…
ADAPTACIONES AL CRECIMIENTO A BAJAS TEMPERATURAS
Enzimas y proteínas que funcionan óptimamente en frío
- Mayor cantidad de plegamiento hélice α y menor
cantidad de lámina β en la estructura secundaria
-Mayor cantidad de aminoácidos polares y menor
cantidad de aa hidrofóbicos, lo que ayuda a mantener las
proteínas flexibles
Modificación en la composición de la membrana celular
-Aumento en el porcentaje de ácidos grasos
insaturados, acortamiento de las cadenas y disminución de ácidos
grasos cíclicos
- Estas modificaciones permiten que las membranas
permanezcan en un estado semifluido a bajas temperaturas
(disminución del punto de fusión y de la temperatura de transición
gel-líquido cristalino)
AMBIENTES SOMETIDOS A ALTAS TEMPERATURAS
- SUELOS SOMETIDOS A INTENSA RADIACIÓN SOLAR
Pueden alcanzar 50-70ºC a mediodía
- MATERIALES EN FERMENTACIÓN Y PILAS DE RESIDUOS DE
CARBÓN
Compost, ensilados; alcanzan temperaturas de 60-65ºC
- ENTORNOS ASOCIADOS A ZONAS DE ACTIVIDAD VOLCÁNICA
Fuentes termales, fumarolas, géiseres, respiradores (vents)
hidrotermales submarinos. Pueden alcanzar temperaturas de hasta
500ºC
- AMBIENTES ARTIFICIALES
Calentadores de agua domésticos e industriales, plantas de
energía eléctrica, máquinas de café, torres de refrigeración industrial,
líneas de calentamiento y condensación de vapor de los edificios (aire
acondicionado)
ADAPTACIONES AL CRECIMIENTO A ELEVADAS
TEMPERATURAS
Modificación de los lípidos de membrana (eubacterias):
Aumento en el porcentaje de ácidos grasos saturados,
ramificados y de elevado peso molecular.
Distinta
estructura
de
la
membrana
celular
(arqueobacterias y eubacterias hipertermófilas: Presencia de
cadenas isoprenoide ramificadas (fitanil, difitanil) unidas por
enlaces éter al glicerol.
Enzimas y proteínas: Presencia de aminoácidos poco
usuales (modifican el plegado); acumulación de solutos (2,3
difosfoglicerato cíclico) que estabilizan proteínas; presencia de
proteínas especiales que estabilizan otras proteínas por
replegamiento a temperaturas próximas al límite de crecimiento
(ej. ATPasa y chaperonina en Pyrodictium).
Aumento en el porcentaje de G/C (no universal)
Presencia de proteínas de unión al DNA que impiden su
fusión (plegamiento del DNA en una conformación consistente
con la estabilidad termal)
DNA girasa reversa: Superenrrollamientos (+) en el DNA
Acumulación de sales: K+ evita la depurinización
Estructuras de resistencia: esporas, esclerocios,…
LESIONES CAUSADAS POR LA LUZ ULTRAVIOLETA
- Hidroxilación de citosina y uracilo
- Entrecruzamientos entre DNA y proteínas
- Entrecruzamientos entre cadenas de DNA
- Rotura de la cadena y desnaturalización del DNA
- Fotoproductos entre bases adyacentes (ej, dímeros de timina)
MECANISMOS DE REPARACIÓN FRENTE A LA LUZ UV
-FOTORREACTIVACIÓN
-Inducida por la luz visible (región azul)
- Enzima fotoliasa, rompe el puente del dímero
- Probablemente, el sistema más antiguo de reparación
-EXCISIÓN
-Requiere más enzimas
- Se localiza la región dañada, se corta el DNA en torno
a la lesión, sereemplaza el trozo eliminado
(DNApolimerasa), se pega la nueva hebra (DNAligasa)
PROTECCIÓN FRENTE A LA LUZ ULTRAVIOLETA
- Migrar, alejándose de la radiación
- Atenuación de la luz, antes de que alcance el interior de la
célula
-Agua, preferiblemente con materiales que absorban la luz UV
(Fe,sustancias húmicas, sales de nitrógeno)
- Vivir bajo medios que absorban la radiación UV
-Evaporitas, CaCO3, sílice, arenas, capa superficial de células
muertas en tapetes microbianos
- Pigmentos absorbentes
EFECTO DEL pH
Acción directa
Desnaturalización de componentes celulares:
- Clorofila, DNA, proteínas
pH ácido
- Fosfolípidos, RNA
pH alcalino
Acción indirecta
Disociación y solubilidad de moléculas:
- Solubilidad del CO2 (influye tasa de fotosíntesis)
- Disponibilidad de nutrientes esenciales
- Movilidad de metales pesados
MICROORGANISMOS EN MEDIOS ÁCIDOS
HABITATS
- Lagos, pantanos, bosques moderadamente ácidos
- Suelos acidificados (lluvia ácida)
- Lagos volcánicos, fuentes geotermales
- Efluentes de minas, pilas residuales de carbón
- Ensilados y alimentos fermentados
MICROORGANISMOS
- Algas eucarióticas (Euglena mutabilis, Cyanidum
caldarium)
- Hongos y levaduras
- Eubacterias (Bacillus acidocaldaricus, Thiobacillus spp)
- Arqueobacterias (Sulfulobus spp, Thermoplasma spp,,
Picrophilus spp)
MICROORGANISMOS EN MEDIOS ALCALINOS
HABITATS
- Lagos y desiertos sódicos, suelos carbonatados
- Fuentes termales alcalinas
- Efluentes industriales (cemento, rayon
índigo,...)
- En función de la actividad biológica
(amonificación, fotosíntesis)
MICROORGANISMOS
- Algas eucarióticas (Chlorella spp,, diatomeas,....)
- Hongos (Penicillium, Fusarium)
- Cianobacterias (Microcystis aeruginosa,Anabaenopsis,
Spirulina, Plectonema nostocorum)
- Eubacterias (Bacillus alcalophilus, B.pasteurii,
Ectothiorhodospira, Flavobacterium,
Agrobacterium, bact. Nitrificantes)
- Arqueobacterias (Natronococcus, Natronobacterium)
Río Tinto
RT: Diatomeas, hongos
RT: Algas verdes (Euglena sp)
Flamencos en el Lago Nakuru
SOLUTOS COMPATIBLES
La acumulación de solutos puede ser:
-Bombeando iones inorgánicos del exterior
-Sintetizando o concentrando del exterior solutos orgánicos
TIPOS DE SOLUTOS COMPATIBLES
A) Tipo aminoácidos o derivados
Prolina (G(+), ej, Staphylococcus aureus);
Glicinbetaina (bacterias halófilas)
Ectoina (Ectothiorhodospira)
Glutamato
B) Tipo carbohidratos
Sacarosa, Trehalosa, Glucosa, Fructosa
(Cianobacterias de aguas continentales, fotosintéticas anoxigénicas)
C) Tipo alcohol
Glicerol, Manitol, Sorbitol, Ribitol
(Cianobacterias y algas marinas, Dunaliella, levaduras osmofílicas,
hongos xerófilos)
D) Otros
Dimetilsulfoniopropionato
(Algas marinas)
E) KCl
Arqueobacterias halófilas extremas
MEDIOS SALINOS
Tipos de Hábitats
Medio Marino
Lagos salinos
Marismas
Salinas naturales y artificiales
Alimentos en salazón
Características del Hábitat
Luminosidad muy alta
Concentración elevada de sales
Baja concentración de oxígeno
Alta concentración de nutrientes inorgánicos
Generalmente, alta concentración de nutrientes orgánicos
Temperatura variable
ADAPTACIONES A LA SALINIDAD
- Acúmulo/formación de solutos compatibles
. Eubacterias y eucariotas: sustancias orgánicas neutras
.Arqueas: sales de Na+ y K+
- Sistemas de transporte de membrana dependientes de Na+
en bacterias marinas
- Compensación de cargas en arqueas
. Las enzimas requieren cationes (Na+, K+) para
catalítica
su función
. Enzimas y proteínas estructurales con exceso
de aa ácidos
(COO-, polianiones que neutralizan restos de K+)
- Modificación estructural de la estructura terciaria
- Compartimentalización de algunas enzimas
- En arqueas, paredes típicas , con lípidos isoprenoides con
unión éter, cargados negativamente y estabilizándose con
cationes
- Adaptación a la alta irradiancia (presencia de bacteriorruberinas,
carotenoide C-50)
- Algunas halobacterias (arqueas) pueden fotofosforilar (vía
bacteriorrodopsina) en condiciones anaerobias o microaerófilas
ADAPTACIONES A PERIODOS DE DESECACIÓN
- Formación de esporas
- Supervivencia en estado durmiente y crecimiento muy
activo en condiciones favorables
- Formación de polisacáridos extracelulares (cápsulas,
capas mucosas) con trehalosa
- Síntesis de azúcares (sacarosa, trehalosa), que forman
una fase de “goma” o “cristal” no cristalino que se une a
las proteínas impidiendo su desnaturalización
-Mecanismos de reparación del DNA (fragmentación en
condiciones de desecación)
+400mV
Metabolismo aerobio
Fotosíntesis oxigénica
O2
+200mV
Fe2+
Fe3+
Metabolismo
anaerobio
Fermentación
+100mV
Reducción NO3-100mV
Bact.Fot. rojas
Reducción SO4=
-250mV
Reducción CO3=
-300mV
Bact. Fot. verdes
-400mV
MECANISMOS DE INTERACCIÓN DE
MICROORGANISMOS CON METALES
- Precipitación extracelular
- Acomplejamiento extracelular (Fe, Mb, Va,..)
- Unión o precipitación a la superficie del
microorganismo
- Acumulación intracelular (metalotioneinas)
(K+, Fe2+,Mg2+, Zn, Cd, Cu,Ni,Ag,…)
- Volatilización (Hg, As, Se, Te,…)
FORMAS TÓXICAS DEL OXÍGENO
OXÍGENO SINGLETE ‘O2
•Los 2 electrones externos con spines antiparalelos bien el mismo orbital
o en distintos orbitales
•Se forma
- Químicamente: Contaminante atmosférico
- Bioquímicamente:
Fotooxidación: En presencia de luz visible con una molécula
fotosensible que actúa de mediador absorbiendo luz
 Mediante
sistemas
enzimáticos
tipo
peroxidasa
(lactoperoxidasa, mieloperoxidasa) en la leche, saliva,
fagocitos) Convierte iones Cl- en hipoclorito OCl- que
reacciona con H2O2 dando ‘O2
Cl-
OCl- + H2O2
‘O2 + OH- + HCl
-Fotoquímicamente en la atmósfera superior reaccionando con
O2 para dar ozono O3
ANION SUPERÓXIDO O2 Primer producto en la reducción del O2 a H2O2
O2 + e-
O2-
También se produce
por mediación de la luz más moléculas
fotosensibles (flavinas, quinonas, tioles) y transferencia de un e- al O2
Vida media muy larga, difunde de unas células a otras (sensibilidad de
anaerobios estrictos)
Se elimina por acción de la superóxido-dismutasa, dando H2O2
O2- + O2-
+ 2H+
H2O2 + O2
FORMAS TÓXICAS DEL OXÍGENO
PERÓXIDO DE OXÍGENO O22- (H2O2)
•
Siguiente paso de la reducción del oxígeno en el proceso
respiratorio
O2- + e- + 2H+
•
H2O2
Se elimina

Por catalasas
H2O2 + H2O2

2H2O + O2
Por peroxidasas asociadas a donadores de electrones
H2O2 + NADH + H+
2H20 + NAD+
RADICAL HIDROXILO OH.
•Siguiente paso del proceso respiratorio
H2O2 + e- + H+
H2O + OH.
•También se forma por acción de radiaciones ionizantes (rayos X,
radiación γ)
•Es el agente oxidante más potente. Destruye cualquier sustancia
orgánica de las células