El ciclo del carbono
Los organismos que realizan la fotosíntesis utilizan el carbono del CO2 atmosférico o el que se encuentra disuelto en el agua, según el medio en el que se hallen, para formar moléculas orgánicas. La mayor parte de este carbono revierte a estos medios, en forma de CO2, debido a la respiración de dichos organismos, a la de sus consumidores (animales) y a la de los descomponedores. Estos últimos actúan sobre los desechos y los cadáveres de todos los seres vivos, oxidando las moléculas orgánicas y originando CO2 como producto de metabolismo. Parte del carbono queda, durante mucho tiempo atrapado, constituyendo el componente de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) o de las rocas calizas que se forman en el mar a partir de conchas y esqueletos calcáreos. Muy a largo plazo, las rocas, por la acción del agua y del viento, devuelven el carbono al medio, y los combustibles fósiles, por la acción del ser humano, también por combustión.
El ciclo del nitrógeno
Efecto invernadero
La actividad humana ha alterado el ciclo natural del carbono: por un lado la destrucción de grandes zonas verdes ha provocado una disminución de la fotosíntesis; y por otro lado la combustión de carburantes fósiles ha ocasionado el incremento de CO2 en la atmósfera. Este desajuste es responsable del «efecto invernadero» que consiste en un sobrecalentamiento de la tierra.
El nitrógeno constituye, aproximadamente, el 78% de los gases de la atmósfera, pero solo algunos organismos (cianobacterias) vivos lo pueden utilizar en forma molecular. Los vegetales dependen del nitrógeno que se encuentra en el suelo en forma de nitratos, por lo que suele ser el principal factor limitante de su crecimiento, aun siendo tan abundante en la atmósfera. Las actividades biológicas fundamentales en el ciclo del nitrógeno comprenden la fijación del nitrógeno, la amonificación, la nitrificación, la desnitrificación y la asimilación.
Fijación del nitrógeno
Consiste en la conversión del nitrógeno molecular gaseoso en amonio. Lo llevan a cabo exclusivamente las bacterias fijadoras del nitrógeno. La enzima responsable de este proceso es la nitrogenasa, que se inactiva en presencia de oxígeno.
Amonificación
La mayoría de los seres vivos metaboliza el nitrógeno orgánico y produce amonio que es excretado bien directamente como urea o como ácido úrico. El amonio será degradado posteriormente por la acción de las bacterias amonificantes.
Nitrificación
La conversión de amonio en nitrato lo llevan a cabo las bacterias quimiotrofas que utilizan el amonio y los nitritos como fuente de energía y liberan nitratos.
Asimilación
Consiste en la asimilación de amonio o nitratos por parte de los seres vivos incorporándolo a sus proteínas y ácidos nucleicos.
Desnitrificación
Consiste en la conversión de nitratos en nitrógeno gaseoso, proceso que es llevado a cabo por las bacterias desnitrificantes.
El ciclo del azufre
Las etapas más importantes de este ciclo son las siguientes:
Reducción del sulfato
El sulfato puede ser asimilado por las plantas y por microorganismos que lo reducen a sulfuro, que es la forma más habitual en las moléculas orgánicas.
Oxidación de sulfuros y azufre elemental
La oxidación biológica de sulfuros y azufre elemental a sulfatos es un proceso que solo lo llevan a cabo 2 grupos de bacterias: bacterias quimiolitotrofas del azufre (utilizan los compuestos reducidos del azufre como fuente de energía oxidándolo hasta sulfato) y bacterias fotosintéticas anoxigénicas del azufre (utilizan los compuestos reducidos del azufre como donadores de electrones en la fotosíntesis y generan sulfato en ambientes anaerobios).
El síndrome de la inmunodeficiencia adquirida (SIDA)
El SIDA es una enfermedad cuyo responsable es el retrovirus VIH-1 (en algunos casos, el VIH-2), que infecta a células del sistema inmunitario y provoca que estas pierdan sus funciones inmunitarias y que aparezcan infecciones oportunistas. El virus se contagia por la mezcla de líquidos corporales infectados con los de la persona sana. Las formas más frecuentes de transmisión se producen por contacto sexual, por agujas portadoras del virus, o a través de la madre gestante al feto o por la lactancia natural.
El botulismo
El botulismo es una intoxicación, a menudo mortal, debido a la ingestión de la toxina producida por la bacteria Clostridium botulinum.
Las Eubacterias
La estructura y la composición
Cápsula
Está presente solo en algunas células bacterianas. Está formada por polisacáridos, y recibe el nombre de glucocálix. El glucocálix interviene en la fijación y en la penetración de muchos microorganismos patógenos en el hospedador.
Pared celular
Es una estructura rígida que protege a la célula y determina su forma.
La pared celular de las bacterias. Tinción de Gram
Bacterias Gram negativas
Este tipo de bacterias presentan una pared celular con una fina capa de peptidoglicano y una membrana externa (de tipo Gram negativa). En este grupo se encuentran las cianobacterias (bacterias que contienen clorofila A, al igual que las plantas superiores y llevan a cabo una fotosíntesis oxigénica, en la que el agua se utiliza como dador de electrones), y bacterias rojas que son fotosintéticas anoxigénicas. También se incluyen en este grupo las interobacterias, un grupo de bacterias asociadas al tacto intestinal del ser humano y de los animales. Las bacterias fijadoras del nitrógeno también son de tipo Gram negativo.
Bacterias Gram positivas
Las bacterias Gram positivas poseen paredes con una capa gruesa de peptidoglicano. Algunas bacterias de este tipo producen endosporas, formas de resistencia que soportan condiciones ambientales adversas (altas temperaturas, radiaciones, desecación, etc). Estas bacterias resisten durante largos periodos de tiempo en condiciones ambientales desfavorables, y cuando las condiciones son favorables germinan y originan una nueva célula que crece y se reproduce.
Micoplasma
Estas bacterias carecen de pared celular y son parásitos obligados del ser humano, de plantas y de animales a los que causan diversas enfermedades.
La estructura y la composición
Membrana plasmática
Formada por una bicapa lipídica, pero, a diferencia de la membrana de las células eucariotas, carece de esteroles.
Invaginaciones de la membrana plasmática, los mesosomas, los flagelos
Los mesosomas son invaginaciones de la membrana plasmática que participan en la respiración celular y la división celular. Los flagelos son apéndices largos y delgados que permiten el movimiento de las bacterias.
Las fimbrias
Favorecen la fijación a las superficies donde viven.
Los pili
Intervienen en procesos de intercambio de ADN entre bacterias (conjugación).
Matriz citoplasmática
Se localizan plásmidos, ribosomas y gránulos de sustancias orgánicas.
Reproducción de las bacterias
Las bacterias son microorganismos con una organización celular procariota y se presentan como células aisladas o formando agrupaciones o filamentos. Existen bacterias fototrofas (que obtienen la energía a partir de la luz) y quimiotrofas (la obtienen de compuestos químicos, orgánicos o inorgánicos). Algunas bacterias emplean el CO2 como fuente de carbono (autótrofas), mientras que otras utilizan como fuente de carbono los compuestos orgánicos (heterótrofas). Muchas bacterias son facultativas, es decir, tienen la capacidad de utilizar distintas fuentes de energía o de carbono en función de la disponibilidad. Esta amplia variedad de capacidades metabólicas, junto con su pequeño tamaño y su rápido crecimiento convierten a las bacterias en el grupo de microorganismos vivos más ampliamente distribuidos en la naturaleza.
Las bacterias se reproducen asexualmente por bipartición o gemación. La reproducción sexual no existe; sin embargo, se producen fenómenos denominados parasexuales en los que se transfiere fragmentos de material genético de una bacteria donadora a una bacteria receptora. La transferencia génica puede ser de tres tipos:
- Transformación: se transfiere un fragmento de ADN libre hasta una bacteria receptora (no es necesario contacto entre dos bacterias).
- Transducción: se transfieren fragmentos génicos desde la bacteria donadora a la receptora a través de virus.
- Conjugación: se transfiere el material genético a través del contacto entre la bacteria donadora y receptora.
La morfología de las bacterias
- Bacterias con forma esférica: se denominan cocos. Pueden estar agrupadas por parejas (diplococos) o pueden formar cadenas largas o racimos.
- Bacterias con forma cilíndrica: se llaman bacilos. También existen bacterias con forma de coma, que se denominan vibrios, y en espiral (espirilos).