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6.2.2.3. Fisiologia de las bacterias

Fisiología de las bacterias

Las bacterias, como todos los seres vivos, tienen las funciones vitales de nutrición, de relación y de reproducción.

Funciones de nutrición

Las bacterias pueden tener distintos tipos de nutrición, ya que pueden realizar todos los tipos de metabolismo. Así, las bacterias se pueden clasificar en función de la fuente de carbono y la fuente de energía que utilizan para su nutrición en los siguientes grupos:

  • Autótrofas: Pueden sintetizar su propio alimento utilizando una fuente inorgánica de carbono, como el dióxido de carbono (CO2). Según la fuente de energía que utilicen, se dividen en dos subgrupos:

    • Fotoautótrofas: Utilizan la energía de la luz solar para realizar la fotosíntesis y transformar el CO2 en compuestos orgánicos. Ejemplos de estas bacterias son las cianobacterias y algunas bacterias verdes del azufre.

    • Quimioautótrofas: Obtienen la energía necesaria para la síntesis de compuestos orgánicos a partir de reacciones químicas. Utilizan fuentes inorgánicas de energía, como compuestos de azufre, hierro o nitrógeno. Algunas bacterias nitrificantes y bacterias sulfurosas son ejemplos de este grupo.

  • Heterótrofas: Son bacterias que obtienen su carbono a partir de compuestos orgánicos elaborados por otros organismos. Dependiendo de la fuente de energía que utilicen, se distinguen tres grupos:

    • Fotoheterótrofas: Utilizan la energía de la luz solar pero requieren compuestos orgánicos como fuente de carbono. Por ejemplo, algunas bacterias púrpuras no sulfurosas.

    • Quimioheterótrofas: Obtienen energía y carbono de compuestos orgánicos. La mayoría de las bacterias pertenecen a este grupo, incluyendo muchas bacterias patógenas y las bacterias comunes en el suelo y el agua.

    • Mixótrofas: Son bacterias capaces de cambiar su modo de nutrición en respuesta a la disponibilidad de nutrientes. Pueden actuar como autótrofas o heterótrofas dependiendo de las condiciones ambientales.

Funciones de relación

Muchas bacterias se pueden desplazar mediante reptación, con movimientos de contracción y dilatación, o por el movimiento de sus flagelos.

Responden a los estímulos del medio, como los luminosos (fototactismo de bacterias fotosintéticas) y los químicos (quimiotactismo).

Cuando las condiciones del medio son adversas, la respuesta de la bacteria consiste en la formación de esporas, donde reducen su metabolismo resistiendo temperaturas de hasta 80 ºC, períodos de escasez de agua, sustancias tóxicas, etc. que acabarían con su vida. Cuando las condiciones vuelven a ser favorables, las esporas germinan y la bacteria ya puede desarrollar sus funciones.

Funciones de reproducción

La reproducción bacteriana es de tipo asexual. Se duplica el ADN y se realiza la bipartición, en la que cada bacteria hija lleva su molécula de ADN idéntica.

Los mesosomas son los encargados de dirigir la duplicación del ADN y de crear la membrana que separará a las dos células hijas. En las colonias bacterianas, todas las bacterias son genéticamente iguales.

Además, las bacterias tienen unos mecanismos parasexuales con los que pueden intercambiar material genético con otras bacterias de su especie o incluso de otras. Estos procesos son:

Conjugación

El proceso de conjugación se produce cuando una bacteria donadora transmite ADN, a través de los pili, a otra bacteria receptora.

Hay dos tipos de bacterias donadoras: las F+ y las Hfr (del inglés high frequency of recombination o alta frecuencia de recombinación). Las bacterias receptoras son las F-.

Las bacterias donadoras tienen plásmidos, pequeñas moléculas de ADN que pueden trasmitir por conjugación, llamados factores F o episomas.

Las bacterias F+ tienen el episoma libre en el hialoplasma, y transfiere a la  bacteria receptora únicamente el factor F, que no se recombina con su ADN. Esta bacteria se transforma en F+.

Las bacterias Hfr tienen el episoma incluido en el ADN del cromosoma bacteriano. Antes de la conjugación, tienen que duplicar su ADN, incluido el factor F. Transfieren una copia de ADN que se recombinará con el ADN de la bacteria receptora.

Conjugación bacteriana

By Asignatura de Microbiología (Odontología) de la Universidad de Oviedo (España) [CC BY-SA 2.5], via Wikimedia Commons

Transducción

En la transducción también se produce intercambio genético, pero es necesaria la intervención de un agente transmisor, un virus bacteriófago, que aporte fragmentos de ADN de la última bacteria que ha parasitado.

El material genético del virus se integra en el cromosoma de la bacteria donadora, y ésta sigue un ciclo lisogénico. Cuando comience un ciclo lítico, se separará del ADN bacteriano pero se llevará algunos genes que transmitirá a la bacteria receptora.

Transducción bacteriana

By Asignatura de Microbiología (Odontología) de la Universidad de Oviedo (España) [CC BY-SA 2.5], via Wikimedia Commons

Transformación

En el proceso de transformación, la bacteria introduce en su interior fragmentos de ADN procedentes de la lisis de otras bacterias.

Estos mecanismos parasexuales, en los que se produce intercambio genético ente bacterias permiten que las bacterias se hagan resistentes a antibióticos, al convivir algunas bacterias patógenas con bacterias simbióticas que los resisten.

Transformación bacteriana

By Asignatura de Microbiología (Odontología) de la Universidad de Oviedo (España) [CC BY-SA 2.5], via Wikimedia Commons

Actividad basada en Comunidad Valenciana, Julio de 2021, pregunta 8.2

a) Observa el siguiente esquema de la estructura de una bacteria. Nombra las partes marcadas con un número e indica, al menos, una función de cada una de ellas (2 puntos).


b) Indica el tipo de recombinación genética al que corresponden los siguientes procesos (3 puntos):

1. Una bacteria F+ se une a una bacteria F- mediante un puente citoplasmático y le transfiere un factor F.
2. Un fragmento de DNA de una bacteria muerta penetra en una viva y, tras evitar la digestión en el citoplasma, se incorpora al DNA de la bacteria viva.
3. Un bacteriófago incorpora genes de la bacteria a la que infecta durante su ciclo lítico y los transfiere a otras bacterias cuando las infecta.

  • La estructura 1 corresponde a  y su función es:
  • La estructura 2 corresponde a y su función es:
  • La estructura 3 corresponde a y su función es:
  • La estructura 4 corresponde a y su función es:
  • La estructura 5 corresponde a y su función es:

El tipo de recombinación genética al que corresponden los siguientes procesos (3 puntos):

1. Una bacteria F+ se une a una bacteria F- mediante un puente citoplasmático y le transfiere un factor F:
2. Un fragmento de DNA de una bacteria muerta penetra en una viva y, tras evitar la digestión en el citoplasma, se incorpora al DNA de la bacteria viva:
3. Un bacteriófago incorpora genes de la bacteria a la que infecta durante su ciclo lítico y los transfiere a otras bacterias cuando las infecta:

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Preguntas que han salido en exámenes de acceso a la Universidad (Selectividad, EBAU, EvAU)

Canarias, Julio de 2010, pregunta 9

La nutrición es uno de los procesos que definen a todo ser vivo. Las bacterias son especialmente versátiles en lo que se refiere a la nutrición.

a.- Nombra los distintos procesos de nutrición que se dan en las bacterias, tanto en función de la fuente de carbono como de la fuente de energía.
b.- Otra función vital es la reproducción. ¿Qué tipo de reproducción presentan las bacterias?
c.- ¿Dónde se encuentra el genoma en las bacterias?

Extremadura, Junio de 2019, opción A, cuestión 4

A. Nombra y describe brevemente los mecanismos de intercambio o transferencia génica que se pueden dar entre las bacterias. (1,5 puntos)
B. Microbiota habitual (flora normal) del cuerpo humano. Concepto. Funciones. (0,5 ptos)

Canarias, Junio de 2021, pregunta 18

18. Un artista expone cultivos de bacterias en el papel moneda para concienciar sobre los procesos biológicos y denunciar los conflictos mundiales. El hecho de que una bacteria consuma la figura de la reina de Inglaterra o la de George Washington impresas en un billete fue lo que más sorprendió e inspiró a Ken Rinaldo. (Fuente: Elpais.com)

a. Indica dónde se localiza el genoma bacteriano.
b. Indica qué tipo de biomoléculas están constituidos los plásmidos presentes en muchos tipos bacterianos.
c. ¿Qué tipo de reproducción presentan las bacterias?
d. ¿Qué tienen en común la transformación y la transducción bacteriana?

Galicia, Julio de 2021, pregunta 8b

Con respecto a las bacterias, ¿en qué consiste el mecanismo de transferencia genética denominado transducción?

Canarias, Junio de 2023, pregunta 18

Las bacterias representan la forma de vida más antigua y extendida que se conoce. Están presentes en el aire, el agua, la tierra, los animales y las plantas.

a. ¿A qué tipo de organización celular pertenecen las bacterias?
b. ¿Cuál es la finalidad de la conjugación bacteriana?
c. Indica cómo se clasifican las bacterias en función de la fuente de carbono y la fuente de energía que utilizan para su nutrición.

Madrid, Junio de 2023, pregunta A3

Con relación a la reproducción bacteriana:

a) Indique y describa brevemente los mecanismos de recombinación bacteriana (0,75 puntos).

b) Explique las principales diferencias que existen entre la reproducción asexual y los mecanismos de recombinación en bacterias (0,5 puntos).

c) Explique las ventajas ecológicas y evolutivas de los dos procesos indicados en el apartado b). Indique cual sería el inconveniente de la reproducción asexual (0,75 puntos)

Canarias, Julio de 2023, pregunta 18.

La espirulina, nombre de un suplemento dietético, es obtenida de unas cianobacterias del género Arthospira.

a. Indica a qué tipo de organización celular pertenecen las bacterias.
b. ¿En qué se diferencian los organismos autótrofos de los heterótrofos?
c. ¿Dónde se localiza la maquinaria para la síntesis de proteínas bacterianas?
d. ¿Qué tienen en común la transformación y la transducción bacteriana?

Repasando la fisiología de las bacterias

Pregunta

¿Qué característica define a las bacterias autótrofas?

Respuestas

Obtienen carbono de compuestos orgánicos

Sintetizan su propiaa materia orgánica utilizando una fuente inorgánica de carbono

Realizan la fotosíntesis para obtener energía

Dependen de otras bacterias para obtener carbono

Retroalimentación

Pregunta

¿Cómo responden las bacterias ante condiciones adversas, como temperaturas extremas o escasez de agua?

Respuestas

Formando esporas

Realizando la fotosíntesis

Duplicando su ADN

Intercambiando material genético con otras bacterias

Retroalimentación

Pregunta

¿En qué consiste la reproducción bacteriana?

Respuestas

Intercambio de material genético con bacteriófagos

Transferencia de ADN a través de los pili

Duplicación del ADN y bipartición

Transformación de la bacteria en respuesta a la disponibilidad de nutrientes

Retroalimentación

Pregunta

¿Qué proceso bacteriano implica la transferencia de ADN a través de los pili?

Respuestas

Conjugación

Transducción

Transformación

Reproducción asexual

Retroalimentación

Pregunta

¿Cómo se llama el proceso en el cual la bacteria introduce en su interior fragmentos de ADN procedentes de la lisis de otras bacterias?

Respuestas

Conjugación

Transducción

Transformación

Reproducción asexual

Retroalimentación

Pregunta

¿Qué tipo de bacterias obtienen la energía necesaria para la síntesis de compuestos orgánicos a partir de reacciones químicas utilizando fuentes inorgánicas de energía?

Respuestas

Quimioheterótrofas

Fotoheterótrofas

Quimioautótrofas

Fotoautótrofas

Retroalimentación

Pregunta

¿En qué consiste la transducción en bacterias?

Respuestas

Intercambio genético mediante fragmentos de ADN en el medio

Transferencia de material genético a través de los pili

Intervención de un virus bacteriófago como agente transmisor

Transformación de la bacteria en respuesta a la disponibilidad de nutrientes

Retroalimentación

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