AMBIENTES SOMETIDOS A BAJAS TEMPERATURAS

1. 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,…

3. 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)

4. 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)

5. 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,…

8. 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)

9. 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)

10. 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

11. 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

12. 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)

13. 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)

14. Río Tinto RT: Diatomeas, hongos RT: Algas verdes (Euglena sp) Flamencos en el Lago Nakuru

15. SOLUTOS COMPATIBLES • La acumulación de solutos puede ser: • -Bombeando iones inorgánicos del exterior • -Sintetizando o concentrando del exterior solutos orgánicos • TIPOS DE SOLUTOS COMPATIBLES • 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

16. 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

17. 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 su función catalítica . 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

18. 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)

19. +400mV Metabolismo aerobio Fotosíntesis oxigénica O2 +200mV Metabolismo anaerobio Fe2+ Fe3+ +100mV Reducción NO3- Fermentación -100mV Bact.Fot. rojas Reducción SO4= -250mV Reducción CO3= -300mV Bact. Fot. verdes -400mV

20. 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,…)

21. 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 eliminapor acción de la superóxido-dismutasa, dando H2O2 O2- + O2- + 2H+ H2O2 +O2

22. 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