Este documento describe las características metabólicas y de crecimiento de las arqueobacterias. Algunas arqueas obtienen energía de compuestos inorgánicos como el azufre o el amoníaco y son litótrofas. Otras son fotótrofas y usan la luz solar. Muchas arqueas son extremófilas, incluyendo halófilas que viven en ambientes altamente salinos y termófilas que crecen a temperaturas extremadamente altas. Las arqueas se reproducen asexualmente por fisión binaria.

1. UNIDAD 4
ARQUEOBACTERIAS
4.2 METABOLISMO
4.2.1 CARACTERÍSTICAS EXTREMÓFILAS
4.2.2 CRECIMIENTO Y REPRODUCCIÓN
4.2.3 AISLAMIENTO Y PURIFICACIÓN

2. METABOLISMO
 Las arqueas presentan una gran
variedad de reacciones químicas
en su metabolismo; Estas formas Algunas arqueas obtienen
de metabolismo se clasifican en la energía de compuestos
grupos nutricionales, según la inorgánicos como el
fuente de la energía y del carbono. azufre o el amoníaco (son
litótrofas). Estas arqueas
incluyen
nitrificantes, metanógenos
y oxidantes anaeróbicos
de metano.

3. Otros grupos de arqueas utilizan la luz solar como fuente
de energía (son fotótrofas), como las algas, protistas y
bacterias. Sin embargo, ninguno de estos organismos
presenta una fotosíntesis generadora de oxígeno
(fotosíntesis oxigénica), como las cianobacterias.
Muchas de las rutas metabólicas básicas
son compartidas por todas las formas de
vida, por ejemplo, las arqueas utilizan una
forma modificada de la glucólisis (la ruta
de Entner-Doudoroff), y un ciclo de Krebs
completo o parcial. Estas semejanzas
reflejan tanto la evolución temprana de
Cianobacterias fotoautótrofas
estas partes del metabolismo en la historia
de la vida, como su alto nivel de eficiencia.

4. Algunas Euryarchaeota son metanógenas
y producen gas metano en ambientes
anaeróbicos como pantanos. Este tipo de
metabolismo evolucionó pronto, e incluso
es posible que el primer organismo de vida
libre fuera un metanógeno.
La metanogénesis implica una variedad de
coenzimas que son únicos de estas arqueas,
como la coenzima M o el metanofurano. Otros
compuestos orgánicos como alcoholes, ácido
acético o ácido fórmico son utilizados como
receptores de electrones por los metanógenos.

5.  Otras arqueas utilizan el CO2 de la atmósfera como fuente de
carbono, en un proceso llamado fijación del carbono (son
autótrofas). En las arqueas, este proceso implica o bien una forma
muy modificada del ciclo de Calvin, o una ruta metabólica
recientemente descubierta conocida como ciclo del 3-
hidroxipropionato/4-hidroxibutirato.
Las Crenarchaeota también utilizan el ciclo de
Krebs inverso y las Euryarchaeota también
utilizan la ruta reductora acetil-CoA.

6. Tipos nutricionales del metabolismo de las arqueobacterias.
Fuente del
Tipo nutricional Fuente de energía Ejemplos
carbono
Compuestos
Fotótrofos Luz solar Halobacteria
orgánicos
Compuestos
Ferroglobus, Met
Compuestos inorgánicos
Litótrofos hanobacteria o Py
inorgánicos o fijación del
rolobus
carbono
Compuestos
Pyrococcus, Sulf
Compuestos orgánicos
Organótrofos olobus oMethanos
orgánicos o fijación del
arcinales
carbono

7. 4,2,1 CARACTERÍSTICAS TERMÓFILAS
 Basados en su fisiología se distinguen:
 Metanogénicas procariotas que producen
metano.
 Halofilas extremas viven en regiones con muy
alta concentración de sal (NaCl); requieren una
concentración de al menos 10% de cloruro de
sodio para su crecimiento.
 Extremas (hiper) termófilas viven a
temperaturas muy altas.
Son capaces de crecer en un rango de temperatura
entre 50º 86º grados. Estas células son cocos
irregulares móviles, debido a la presencia de dos
haces de flagelos polares insertos cerca del mismo
polo .

8. 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.

9. METANOGÉNICAS
 Son anaerobias obligadas que no
toleran ni siquiera breves
exposiciones al aire (O2). En
ambientes anaeróbicos son muy
abundantes, incluyen sedimentos
marinos y de agua dulce, pantanos
y suelos profundos.
En el proceso de construcción de material
celular desde H2 y CO2, Las metanogénicas
producen metano (CH4) en un único proceso
generador de energía. El producto final, gas
metano, se acumula en el ambiente, así se han
creado la mayoría de las fuentes naturales de
gas natural (combustible fósil)

10. Los procariotas Metanogénicos son habitantes
normales del rumen de vacas y rumiantes. Una
vaca puede eliminar unos 50 litros de gas metano
por día, en el proceso de eructación.
El metano es un importante gas del efecto
invernadero que se acumula en la atmósfera a
velocidad alarmante. Cuando se destruyen áreas
verdes y se reemplazan por ganado se produce un
doble impacto en el efecto invernadero ("double-
hit").

11. HALÓFILAS EXTREMAS
 Viven en ambientes naturales como el
mar Muerto, el Great Salt Lake
(Colorado USA), o en estanques de
evaporación de agua salada, donde la
concentración de sal es muy alta (hasta
5 molar o 25 por ciento de NaCl).
Halobacterium halobiumse adapta al ambiente altamente salino por el
desarrollo de una "membrana púrpura", que toma esta coloración por la
presencia del pigmento del tipo de rodopsina llamado bacteriorodopsina
que reacciona con la luz formando un gradiente de protones a lo largo de
la membrana que permite la síntesis de ATP

12. Este es el único ejemplo en la naturaleza de una
fotofosforilación sin clorofila. Estos organismos
son heterótrofos y aerobios, la alta concentración
de ClNa en el ambiente limita la disponibilidad de
O2 para la respiración, por lo que usando
bacteriorhodopsina aumentan su capacidad de
producir a ATP, convirtiéndolo a partir de la
energía lumínica.
Halobacterium salinarium es una halofila
extrema que crece a 4 - 5 M NaCl y no crece
por debajo de 3 M NaCl.

13. TERMÓFILAS EXTREMAS
(TERMOACIDÓFILAS)
 Estos organismos requieren temperaturas muy altas
(80º 105ºgrados) para crecer. La mayoría de ellas
requiere sulfuro para crecer, algunas son
anaerobias y usan el sulfuro como aceptor de
electrones en la respiración, en reemplazo del
oxígeno.
Otras son litotróficas y oxidan sulfuro como
fuente de energía, crecen a bajo pH (< pH
2) dado que acidifican su ambiente
oxidando Su (sulfuro) a SO4 (ác. sulfúrico).

14. Estos hipertermófilos son habitantes de
ambientes calientes, ricos en sulfuro asociados a
los volcanes, como los manantiales
clientes, géiseres y las fumaroles del Parque
National de Yellowstone , en respiraderos
termales ("smokers") y en fracturas del piso Yellowstone National Park,
USA, izq: Octopus Spring,
oceánico. der: Obsidian Pool.
Sulfolobus fue el primer Archeae hipertermofílicos
descubierto por Thomas D. Brock de la
Universidad de Wisconsin en 1970. Su
descubrimiento, junto al de Thermus aquaticus en
el Parque Yellowstone, iniciaron el campo de la
Parque National de biología de los hipertermófilos.
Yellowstone

15. Thermus aquaticus, (fuente de la enzima taq
polimerasa usada en la reacción en cadena
de la polimerasa , PCR), crece a 70º grados.
Sulfolobus crece en ambientes rico en sulfuro,
manantiales calientes, 90º grados y pH 1.
Sulfolobus acidocaldarius (T.D. Brock) izq: MET
X85,000, der: microfotografía por fluorescencia de
células adheridas a cristales de sulfuro.
Thermoplasma, también descubierta por Brock, es un
termófilo único, ya que es el representante exclusivo de
una línea filogenética de Archaea. Thermoplasma
recuerda a las bacterias micoplasmas ya que carece de
pared celular. Thermoplasma crece a 55º grados y pH 2;
solo han sido encontradas en pilas calientes de
carbón, los cuales son productos de desecho humanos.

16. A pesar que las Archaea son extremófilos por
excelencia, también pueden encontrarse Bacterias, e
inclusive algunos eucariotas en estos hábitat.
Ninguna bacteria produce metano, pero existen
algunas que creen en estos ambientes.
Con respecto a la tolerancia ácida, una bacteria: Thiobacillus,
puede crecer a pH 0. Un alga, Cyanidium, también puede crecer
a pH 0. En ambiente supercálidos (> de 100º C), los Archaea
son exclusivos. Ninguna bacteria puede crecer en altas
concentración de sales.

17. 4.2.2 CRECIMIENTO Y
REPRODUCCIÓN
Las arqueas se reproducen asexualmente
por fisión binaria o múltiple, fragmentación
o gemación. No se produce meiosis, de
manera que si una especie de arquea
existe en más de una forma, todas tienen
el mismo número de cromosomas (tienen
el mismo cariotipo).
La división celular está controlada como
parte de un complejo ciclo celular, donde
el cromosoma se replica, las copias se
separan y luego la célula se divide.

18. Los detalles del ciclo celular sólo han sido
investigados en el género Sulfolobus, siendo
similares a los de bacterias y eucariontes:
los cromosomas se replican desde
múltiples puntos de partida (origen de
replicación) usando ADN polimerasas que
son similares a las enzimas equivalentes
Sulfolobus eucarióticas.
Sulfolobus infectada por el
virus STSV-1
Sin embargo, las proteínas que dirigen la
división celular, como la proteína FtsZ que
forma un anillo contráctil alrededor de la
célula, parecen estar más relacionadas
con sus equivalentes bacterianos.

19. No se forman endosporas en ninguna especie de
arquea, aunque algunas especies de Halobacteria
pueden alternar entre fenotipos y crecer como
diferentes tipos de células, incluidas estructuras de
paredes gruesas que son resistentes al choque
osmótico y que les permiten sobrevivir a bajas
concentraciones de sal.
Halobacteria
Halobacteria sp. cepa NRC-1, cada
célula mide aproximadamente 5 μm
de longitud.
No se trata de estructuras reproductivas, pero es
posible que ayuden a estas especies a dispersarse
en nuevos hábitats.

20. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN EL
CRECIMIENTO MICROBIANO
 Factores que influyen en el
desarrollo de microorganismos: la
temperatura. Temperatura
máxima, óptima y mínima.
Hipertermófilos, termófilos, mesófil
os y psicrófilos.

El crecimiento de los microorganismos se
encuentra influenciado por varios factores.
Entre ellos los más importantes son la
aireación y la temperatura. En cuanto a
este último, la Temperatura, los
microorganismos tienen un margen de
temperaturas en el cual pueden crecer.

21. Este margen viene delimitado por la temperatura
máxima de crecimiento, a partir de la cual no
pueden vivir e incluso mueren; la temperatura
mínima por debajo de la cual no pueden crecer
aunque generalmente no mueren; y la temperatura
óptima a la cual ofrecen el mejor crecimiento.

22. Atendiendo a este margen de temperatura de crecimiento,
los microorganismos se clasifican en:
Hipertermófilos: Su temperatura óptima se encuentra
por encima de los 80ºC. Muchos de ellos son arqueas.
Termófilos: Su temperatura óptima se encuentra
entre 45-70ºC. Suelen ser microorganismos de
vida libre.

23. Mesófilos: Su temperatura óptima se encuentra entre los 25-
45ºC. Incluye microorganismos patógenos y comensales del
hombre y animales de sangre caliente y algunos de vida
libre.

24. 4.2.3 AISLAMIENTO Y PURIFICACIÓN
 Aislamiento es la separación de un
determinado microorganismo del resto de
microorganismos que le acompañan. El
método más usual es la siembra por estría
sobre un medio de cultivo sólido adecuado
dispuesto en una placa de petri.
Para ello se toma una pequeña cantidad
de muestra con un asa de platino y se
reparte sobre la superficie del medio de
cultivo. Sobre el medio quedan separadas
e inmovilizadas las células bacterianas.

25. Tras la incubación en condiciones adecuadas, cada
célula viable origina una colonia visible resultado de
sucesivas divisiones celulares. Cada colonia bacteriana
tiene unas características determinadas en cuanto a su
forma, borde, elevación, tamaño , consistencia, etc..
Los tipos de bacterias presentes en la muestra original
es visible como tipos diferentes de colonias.
A partir de colonias separadas
suficientemente es posible obtener un
cultivo puro de cada uno de los tipos de
bacterias presentes en la muestra original.

26. PURIFICACIÓN
Se trata de obtener el cultivo de un solo tipo
microbiano en un medio de cultivo, por ejemplo
en un tubo inclinado de agar nutritivo. Para ello,
se obtiene una pequeña cantidad de masa
bacteriana de una colonia separada en el
aislamiento.
Con ella se inocula un nuevo medio de cultivo
haciendo estrías muy juntas. La incubación en
condiciones adecuadas proporcionará un cultivo puro.
Puede repetirse el proceso con cada tipo de colonia.
Se obtendrá una colección de cultivos puros,
separados, de los microorganismos que coexistían en
la muestra original. Solo tres puntos… abrázame.

27. Es aconsejable hacer un segundo aislamiento
antes de proceder a la obtención del cultivo puro.
Si todas las colonias de la segunda placa
resultan idénticas, puede usarse una de ellas
para establecer el cultivo puro.
Obtenido el cultivo puro es conveniente
comprobar su pureza mediante una tinción de
Gram. Los cultivos puros de microorganismos
son mantenidos en el laboratorio por
resiembras (pase de un medio de cultivo a otro)
sucesivas. Una de las copias puede ser
liofilizada para su conservación.

28. REFERENCIAS
 http://www.espacial.org/planetarias/astrobiologia/microorganismos_pequen1.
htm
 https://sites.google.com/a/goumh.umh.es/practicas-de-
microbiologia/indice/influencia-del-medio-ambiente/temperatura
 http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000024/lecciones/cap01/01_0
3_02.htm
 Romano A, Conway T (1996). «Evolution of carbohydrate metabolic
pathways». Res Microbiol 147 (6–7): pp. 448–55. doi:10.1016/0923-
2508(96)83998-2. PMID 9084754
 Schimel J (August 2004). «Playing scales in the methane cycle: from
microbial ecology to the globe». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101 (34): pp.
12400–1.
 http://es.wikipedia.org/wiki/Archaea#H.C3.A1bitats