ENZIMAS

INTRODUCCIÓN

Todas las reacciones metabólicas que ocurren en nuestro organismo se hayan mediados por enzimas.
    Las enzimas son cualquiera de las numerosas sustancias orgánicas especialmente compuestas por cadenas de aminoácidos en el metabolismo de los seres vivos.
    La acción de las enzimas es regular la velocidad de muchas reacciones químicas del metabolismo.

ORIGEN

Fue en 1860 cuando Luis Pasteur comunicó que las enzimas estaban íntimamente ligadas con la estructura vital de las células de la levadura.

En 1876, Willian Kuhne propuso el nombre de enzima. Este término deriva de las palabras griegas en (en) y zyme (levadura).

En 1897, Eduard Buchner probó que las enzimas podían ser extraídas de las células de las levaduras y ser usadas por si mismas.

La palabra enzima fue usada después para referirse a sustancias inertes como la pepsina.


FUENTES

FUNCIÓN

Tienen como función la catálisis o regulación de la velocidad de las reacciones químicas que se llevan a cabo en los seres vivos.   

Indispensables en la transducción de señales y en procesos de regulación.
Son capaces de producir movimiento.
Están implicadas en funciones mucho más exóticas, como la producción de luz por la luciferasa en las luciérnagas.
Una importante función de las enzimas es la que presentan en el sistema digestivo de los animales.

ESTRUCTURA


Las enzimas son generalmente proteínas globulares que pueden presentar tamaños muy variables.

Las enzimas se componen de una cadena lineal de aminoácidos que se pliega durante el proceso de traducción para dar lugar a una estructura terciaria tridimensional de la enzima, susceptible de presentar actividad.

La mayoría de las enzimas, al igual que el resto de las proteínas, pueden ser desnaturalizadas si se ven sometidas a agentes desnaturalizantes como el calor, los pHs extremos o ciertos compuestos como el SDS.

CARACTERÍSTICAS

Desde el punto de vista químico, las enzimas están formadas de carbono (C), Hidrógeno (H), oxigeno (O), Nitrógeno (Ni), y Azufre (S) combinados.
Catalizadores de naturaleza proteínica que regulan la velocidad a la cual se realizan los procesos fisiológicos.
En los sistemas biológicos constituyen las bases de las complejas y variadas reacciones que caracterizan los fenómenos vitales.
Habitualmente solo catalizan un tipo de reacción o solo una reacción determinada.
En los sistemas biológicos se llevan a cabo diversas reacciones a partir de la misma sustancia.
Determinan que sustancias particulares, de preferencia a otras distintas son las que van a sufrir los cambios.

CLASIFICACIÓN

El nombre de una enzima suele derivarse del sustrato o de la reacción química que cataliza, con la palabra terminada en –asa.

La Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular ha desarrollado una nomenclatura para identificar a las enzimas basada en los denominados Números EC. De este modo, cada enzima queda registrada por una secuencia de cuatro números precedidos por las letras "EC".

EC1 Oxidoreductasas:  catalizan reacciones de oxidación-reducción.

EC2 Transferasas: transfieren grupos activos (obtenidos de la ruptura de ciertas moléculas) a otras sustancias receptoras. Ejemplos: transaminasas, quinasas.

EC3 Hidrolasas: catalizan reacciones de hidrólisis con la consiguiente obtención de monómeros a partir de polímeros. Ejemplos: glucosidasas, lipasas, esterasas.

EC4 Liasas: catalizan reacciones en las que se eliminan grupos H2O, CO2 y NH3 . Ejemplos: descarboxilasas, liasas.

EC5 Isomerasas: actúan sobre determinadas moléculas obteniendo o cambiando de ellas sus isómeros funcionales o de posición. Ejemplo: epimerasas (mutasa).

EC6 Ligasas: catalizan la degradación o síntesis de los enlaces denominados "fuertes" mediante el acoplamiento a moléculas de alto valor energético como el ATP. Ejemplos: sintetasas, carboxilasas.

MAPA CONCEPTUAL

INMOVILIZACION

Atrapamiento
El proceso de inmovilización se lleva a cabo mediante la suspensión de la enzima en una solución del monómero. Seguidamente se inicia la polimerización por un cambio de temperatura o mediante la adición de un reactivo químico. El atrapamiento puede ser en geles o en fibras, que suelen ser más resistentes que los geles. En el primer caso, la enzima queda atrapada en el interior de un gel, mientras que en el segundo caso la enzima se encuentra ocluida dentro de las microcavidades de una fibra sintética.
Inclusión en membranas: Dividida en dos tipos:
1) Microencapsulación: En esta técnica, las enzimas están rodeadas de membranas semipermeables que permiten el paso de moléculas de sustrato y producto, pero no de enzima. Estas membranas semipermeables pueden ser permanentes o no permanentes.
2) Reactores de membrana: El desarrollo de reactores o sistemas que contengan enzimas atrapadas ha despertado gran interés en la industria. Estos reactores emplean membranas permeables al producto final, permeables o no al sustrato inicial y obviamente impermeables a la enzima. Mediante una bomba se establece un flujo líquido de sustrato que atraviesa el reactor.

MÉTODOS DE INMOVILIZACIÓN DE ENZIMAS POR UNIÓN QUÍMICA
Unión a soportes
Son los métodos de inmovilización más utilizados y de los que se dispone de una mayor información. La elección del soporte y del tipo de enlace resultan determinantes en el comportamiento posterior del biocatalizador. Se debe procurar que la inmovilización incremente la afinidad por el sustrato, disminuya la inhibición, amplíe el intervalo de pH óptimo y reduzca las posibles contaminaciones microbianas. Además el soporte debe tener resistencia mecánica adecuada a las condiciones de operación del reactor y ser fácilmente separable del medio líquido para que pueda ser reutilizado

 Adsorción
En la adsorción, la enzima se une a un soporte sin funcionar mediante interacciones iónicas, fuerzas de Van der Waals y por puentes de hidrógeno. Los principales factores que influyen en la adsorción, son:
1. el pH del medio: controla el número y la naturaleza de las cargas que presenta la superficie de la proteína y del sólido;
2. la fuerza iónica: al aumentar la fuerza iónica se produce la desorción de la enzima, ya que los iones inorgánicos se unen con más fuerza al soporte que la proteína;
3. el diámetro de poro: debe ser aproximadamente dos veces el tamaño del eje mayor de la enzima;
4. la presencia de iones que actúen como cofactores de la enzima, ya que pueden incrementar la carga enzimática del derivado.
Unión covalente
La unión covalente de una enzima a un soporte es quizá el método de inmovilización más interesante desde el punto de vista industrial. La metodología de la unión covalente se basa en la activación de grupos químicos del soporte para que reaccionen con nucleófilos de las proteínas

EFECTOS DE LA INMOVILIZACIÓN
A menudo, la inmovilización altera significativamente el comportamiento de las enzimas. En primer lugar se producen cambios en su estabilidad. En segundo lugar, la enzima inmovilizada es un sistema heterogéneo en el cual todos los componentes que intervienen en el proceso catalítico se encuentran en interface: en el medio de reacción y en la fase constituida por el soporte con la enzima. Como consecuencia, la actividad enzimática se ve afectada por efectos de tipo difusional, estérico y del microentorno.

CLASIFICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS

          La mayor parte de los seres vivos originalmente se clasificaron en dos reinos, vegetal y animal. Sin embargo, muchos microorganismos no encajaban en una u otra categoría, y en 1866 Haeckel propuso que se reconociera un tercer reino: el protista. Este reino incluía protozoarios, algas, hongos y bacterias (los virus eran desconocidos en 1866). Con los avances en el conocimiento de la ultraestructura celular, los protistas se subdividieron en dos categorías: los superiores (eucariotas), que son organismos unicelulares o multicelulares con núcleo verdadero, y los inferiores (procariotas) que carecen del núcleo. En los proariotas, que sólo incluyen bacterias y algas azules, el material genético de la célula (el ADN) no está organizado en estructuras reconocibles como cromosomas y no está separado del citoplasma por una membrana nuclear. Las algas azules en general se describen como bacterias azules o cianobacterias; así pues, procariotas y bacterias son términos sinónimos. Los protozoarios, las algas y los hongos se agrupan como protistas eucariotas. Los virus, que no son células, no se incluyen en los grupos precedentes. Con base en esta clasificación, los microorganismos se agrupan en los protistas eucariotas y procariotas, y los virus.

BACTERIAS

          Las bacterias son organismos microscópicos unicelulares. Se les encuentra en el agua, las aguas residuales, el suelo, el aire, la leche, en plantas (fruos, vegetación), animales y humanos (piel, tracto intestinal). Las bacterias se reproducen por fisión binaria y se caracterizan por su forma, tamaño, estructura y disposición celular. Las bacterias individuales tienen una de tres formas: esférica (cocos), cilíndrica o con aspecto de bastón (bacilos) y espiral (espirilos). Las células bacterianas se pueden disponer en grupos tales como pares, racimos o cadenas. La mayor parte de las bacterias varían en cuanto a tamaño de 0.5 a 5.0 microm de largo y de 0.3 o. Los cocos tienen alrededor de 0.1 microm a 1.5 microm de ancho. Los cocos tienen alrededor de 0.1 microm de diámetro.

CLASIFICACIÓN 

COCOS.- Los cocos se ven como esferas diminutas bajo el microscopio. Existen en diferentes posiciones y debido a la agrupación específica de las células pueden ser características para su identificación genérica. Algunos cocos, de manera característica, existen aislado o formando agrupaciones. Si es esta tendencia, tendremos agrupaciones de dos células, que dependiendo que sean de morfología esférica o alargada, se denominan como:

1.Diplococos

2.Diplobacilos

          Si la tendencia a permanecer unidas, dependiendo del número de planos de división encontramos:

3.Estreptococos: (cadena de cocos) y Estreptobacilos: (cadenas de bacilos). División en un solo plano.

4.Tétradas: (4 células en un plano). División en 2 planos en ángulo recto.

5.Sarcinas: (paquetes cúbicos). División en 3 planos en ángulo recto para obtener formas cúbicas.

6.Estafilococos: (racimos irregulares). División en 3 planos irregulares.

BACILOS.- Los bacilos son bacterias que tienen forma de bastones o cilindros. Varían en gran medida, dependiendo de sus proporciones. Algunos recuerdan cigarrillos, en tanto que otras formas (bacilos fusiformes) con extremos en forma de cinta se parecen más a un puro. Algunos bacilos que casi son tan anchos como largos, se parecen a los cocos y reciben el nombre de cocobacilos. A diferencia de los cocos, los bacilos se dividen solamente en un plano y se pueden observar como células únicas, en pares o en cadenas cortas o largas.

VIBRIOS.- Los vibriones son bastones curvos que parecen comas. En ocasiones crecen juntos en serpentina o en hebras en forma de S.

ESPIRALES.- Este grupo comprende una gran variedad de bacterias cilíndricas que en lugar de estar rectas como los bacilos, están enrolladas en diferentes grados. Las bacterias espirales se dividen de la siguiente forma:

1.Espirilos: En realidad son espirales o hélices, como sacacorchos. Sus cuerpos celulares son relativamente rígidos y de manera esencial son móviles por medio de flagelos polares.

2.Espiroquetas: también son bacterias espirales, pero difieren de los espirilos en tanto que son capaces de flexionarse y menean sus cuerpos mientras se mueven. El movimiento resulta de la contracción de los filamentos axiales, cuyas espirales están alrededor del organismo, entre la membrana plasmática y la pared celular.

APLICACIÓN EN LA BIOTECNOLOGÍA

          Las bacterias forman el grupo de microorganismos más importante, y son indispensables para el ciclo de nutrimentos del ecosistema. Las bacterias patógenas (causantes de enfermedades) han sido objeto de la mayor atención. Muchas otras tienen importancia en los procesos de tratamiento de agua y aguas residuales, en la autopurificación natural de corrientes y lagos, y en la descomposición de los materiales de rellenos sanitarios, suelos y montículos de abono.

          En diversos lugares del cuerpo, los animales, mayormente marinos, disponen de pequeñas vejigas, comúnmente llamadas fotóforos, donde guardan bacterias luminiscentes. A su vez, la luz emitida por el pescado o la carne en descomposición se debe a bacterias. Hay otras bacterias que utilizan la luz para generar energía bioquímica, que se podría utilizar en la mejora de la producción de biofueles, fármacos y otras sustancias químicas. Estas bacterias también se han desarrollado experimentalmente para actuar como una película fotográfica produciendo imágenes de altísima resolución (100 megapixeles por pulgada cuadrada), por su minúsculo tamaño. Así, estas bacterias suponen un registro vivo de datos, que también se utilizan como soporte de grabación de datos. Otras utilizan la luz para estimular su crecimiento. 

          La fermentación, descubierta por Louis Pasteur, es un proceso anaeróbico, ya que se produce en ausencia de oxígeno, que puede ser producida por bacterias. La fermentación alcohólica transforma hidratos de carbono (generalmente azúcares como glucosa) en el etanol de las bebidas alcohólicas (vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc).

          La fermentación butírica, caracterizada por la aparición de olores pútridos, se produce a partir de la lactosa o ácido láctico con formación de ácido butírico y gas. Una aplicación actual como nuevo biocombustible es el gas obtenido a partir de los excrementos, tanto animal como humano (en China hay más de 10 millones de fermentadoras). La fermentación láctica utiliza glucosa para obtener energía, siendo el producto de desecho el ácido láctico. Gracias a ella se elaboran los yogures y los quesos. La fermentación pútrida origina productos malolientes y es el causante de de las manchas verdosas del queso roquefort o el olor a pies. Hay procesos de fermentación aeróbica incompleta, como el que produce la bacteria Acetobacter, que transforma el vino el vinagre. 

          La bacteria Deinococcus radiodurans, conocida como “Superconan”, es capaz de soportar un índice de radiación 500 veces superior al que resiste el ser humano, sin perder viabilidad. Además, puede sobrevivir en condiciones de calor, frío, deshidratación, vacío y ácido. Por ello, es utilizada para consumir y digerir disolventes y metales pesados, incluso en espacios altamente radiactivos. El Deinococo resiste la radiación almacenando múltiples copias de su genoma y teniendo rápidos mecanismos de reparación del ADN. Pensando en este mecanismo, algunos han especulado con la posibilidad de incorporarlos en el genoma de especies superiores con el fin de producir el rejuvenecimiento de dichas especies.

          Existen unas bacterias denominadas GS-15 que sobreviven en ausencia de oxígeno y requieren hierro para su metabolismo, convirtiéndolo en magnetita. Son utilizadas en los altavoces electroacústicos para mejorar el sonido. Existen otras bacterias, denominadas magnetostáticas, que usan el campo magnético terrestre para encontrar su comida, constituyendo verdaderas brújulas vivientes, gracias a la magnetita que poseen en su interior. Otras bacterias aceleran el proceso de la oxidación, como en el caso de la desintegración del Titanic en el fondo del mar. Incluso, se emplean las bacterias para fijar el oro dentro de los minerales que lo contienen.

          Otros tipos de bacterias, que se desarrollan de manera natural en el suelo, son capaces de descomponer los hidrocarburos y sus derivados, convirtiéndolos en componentes inocuos. Por ello son utilizados como producto de limpieza en la descontaminación de vertidos. Hay bacterias capaces de desintegrar los plásticos biodegradables, que son realizados a base de ácido láctico, conseguido por medio de fermentación láctica.

          En zonas áridas se están utilizando bacterias fijadoras de nitrógeno libre, que lo toman de la atmósfera y lo convierten en nitratos solubles que son utilizados por las plantas. Además de lograr la ganancia de Nitrógeno por las plantas, estos microorganismos en determinadas condiciones solubilizan fosfatos y sintetizan sustancias estimuladoras del crecimiento vegetal, eliminando el uso de fertilizantes artificiales. A su vez, estos microorganismos son capaces de sintetizar sustancias fungistáticas que inhiben el crecimiento de los hongos del suelo que afectan a las plantas.

          Existen muchas más aplicaciones, y muchísimas más aparecerán… 

VIRUS

          Los virus más pequeños tienen un tamaño de 10 a 250nm. En comparación, el tamaño de una bacteria pequeña, Salmonella typhi, es de 1,000nm, o 1microm.  Los virus son especiales en cuanto a que no contienen enzimas internas y por tanto no pueden crecer o metabolizar por cuenta propia. Estos organismos son parásitos obligados que infectan los tejidos de bacterias, plantas, animales, e incluso humanos. Algunos ejemplos de virus patógenos de las personas son los que causan la viruelas, la hepatitis infecciosa, la influenza y la poliomielitis.

          En general los virus se componen de un centro de ácidos nucleicos, ADN o ARN, rodeado de una cubierta proteica llamada cápside. El cual está compuesto por unidades más pequeñas llamadas capsómeros. Una unidad viral completa se designa como virión. Los virus se forman de acuerdo con reglas geométricas de simetría. Los tipos de proteínas que componen el cápside ayudan a distinguir un virus de otro. Cada grupo de virus infecta sólo un tipo específico de célula huésped, de modo que, por ejemplo, una enfermedad viral animal no se puede transmitir a los humanos.

          De acuerdo con la teoría celular, los virus no son organismos vivos; sin embargo, tienen la capacidad de reproducirse o replicarse dentro de sus células huésped específicas. Puesto que en realidad no están vivos fuera de una célula huésped sobreviven largo tiempo entre una infección y otra, y sólo se les puede "matar" alterando sus estructuras moleculares.

          Las algas, los hongos y los protozoarios tienen mayor complejidad y poseen estructuras más especializadas que las de los virus o las bacterias.

Para la detección del cáncer:

          Para saber si una persona tiene o no un tumor se emplea un tipo de virus denominado Sindbis. Éste virus además de estar devilitado, de manera que no se puede replicar, además mediante ingenieria genetica se ha marcado con el gen de la luciferasa. De manera que este virus como sólo infecta a las céluas tumorales, éstas quedarán marcadas y se podrá detectar si existe o no un tumor y el lugar preciso en el que se encuentra.

          El hecho de que infecte a las células tumorales y las células normales sean casi inmunes erradica en que en las células tumorales la laminina de alta afinidad (LAMR) se encuentra sobreexpresada, la cual es el receptor del virus sindbis.

          Además de para su detección también puede servir para su eliminación, ya que al infectar la célula, induce a su apoptosis.

Terapia génica:

          La finalidad de la terapia génica es sustituir los genes defectuosos de un individuo por los genes correctos. Ésto curaría las enfermedades hereditarias y canceres, entre otras muchas producidas por genes incorrectos.

          El gen se puede introducir utilizando un virus como vector, el cual al llegar a las células diana, liberará los genes que contiene, de manera que la célula receptora ya tendrá la secuencia de ADN correcta, pudiendo síntetizar ya las proteinas y enzimas deseadas. 

          Son básicos para estudios de biología celular y molecular, constituyen sistemas simples que pueden utilizarse para investigar o manipular las funciones de las células.

          Los virus tienen la capacidad de causar epidemias devastadoras y pueden ser utilizados como armas biológicas.

ALGAS

          Las algas son un grupo de mimcroorganismos fotosintéticos semejantes a plantas. Causan problemas en el suministro de agua porque confieren sabores y olores desagradables y tapan los filtros. Sin embargo estos organismos son benéficos en los estanques de oxidación, pues suministran oxígeno para el tratamiento económico de aguas residuales. Por otra parte, un exceso de nutrientes en el agua puede dar origen a la floración de algas, las cuales, cuando se descomponen extraen el oxígeno disuelto de los lagos. El proceso de enriquecimiento de nutrientes es llamado eutroficación.

          A excepción de las azules, las algas tienen un núcleo discreto rodeado por una membrana nuclear y, por tanto, se clasifican como eucariotas, es decir, "tienen núcleo verdadero". La pared celular de las algas es gruesa. Por consiguiente, las algas incluyen tanto protistas superiores como inferiores. Su tamaño varía desde fitoplancton unicelular microscópico hasta grandes algas marinas multicelulares. Las algas unicelulares pueden tener forma esférica, cilíndrica, parecida a un palo o en espiral. Las colonias multicelulares pueden formar filamentos o tubos largos, o integrar masas de células individuales adheridas unas con otras. Los crecimientos filamentosos pueden ramificarse o agruparse, e incluso contener células que llevan a cabo funciones especiales. Estas colonias superficialmente se parecen a las plantas superiores. Cualquiera que sea su tamaño o complejidad, todas las células algáceas contienen pigmentos fotosintéticos, por consiguiente son capaces de realizar la fotosíntesis. Los pigmentos se encuentran en cuerpos definidos llamados plástidos, cloroplastos o cromatóforos. Las algas son productores primarios importantes en la cadena alimenticia acuática, no obstante pueden constituir un problema en el aprovisionamiento de agua porque aportan sabores y olores, tapan tomas de agua, acortan el trayecto de los filtros y causan una alta demanda de cloro. El crecimiento excesivo de algas, conocido como floraciones algáceas, forma un manto de material orgánico que interfiere con el uso recreativo de las aguas.

CLASIFICACIÓN

          Las algas se clasifican con base en sus pigmentos. Las algas se pueden dividir en 8 subdivisiones que son las siguientes:

1. Cianófitos - Se trata de organismos unicelulares carentes de un núcleo verdadero y de plastidios, que se multiplican por división transversal. La mayoría de estas especies vive en el agua aunque algunas de estas tienen la habilidad de vivir en la tierra porque pueden fijar el nitrógeno atmosférico a ellas.
2. Euglenófitos - Son algas de estructura muy sencilla cuya característica mas distintiva es la presencia de una mancha de pigmento fotosensible. Estas disponen de uno o de dos flagelos lo cual les permite cambiar su forma y estas se multiplican por división longitudinal.
3. Pirrófitos - Son algas en su mayoría unicelulares que tienen dos flagelos de longitud distinta. La célula se encuentra desnuda o va provista de una cubierta más o menos dura. Al igual que los Euglenófitos tienen un ocelo que junto con su forma de vida parasitaria o depredativa (en algunos casos) posibilita que en el pasado se les tomara como organismos animales. Esta especie también es marina excepto por algunas que son terrestres. a- Un ejemplo es: Noctuluca miliaris.
4. Crisófitas - Conocidos como algas amarillas, son organismos unicelulares o pluricelulares que se reúnen en colonias. Su principal característica es la presencia de cromatoforos con pigmentos de color amarillo que les confiere un aspecto dorado. Son de morfología variable con flagelos y sin ellos y en algunos casos se mueven por rizopodos. Siempre se reproducen por reproducción vegetativa.
5. Clorófitas - Los clorófitas o algas verdes son en su mayoría de color verde, unicelular o pluricelular y de formas muy variables. La mayoría de las especies microscópicas son propias de agua dulce, aunque hay numerosos grupos marinos que alcanzan cierto tamaño, como la conocida lechuga de mar. Se multiplican por división celular, o sexualmente, o por la fusión de dos gametos de tamaños diferentes. Este grupo de algas se halla muy extendido en la naturaleza, ya que algunas de estas le dan color a los estanques o cubren la cubierta de los árboles. Esta especie se mantiene en grupos como muchas de las especies de la costa marina.
6. Carófitos - Son algas muy complejas cuya estructura se parece a veces a la de las fanerógamas. De color verde en su mayoría, son frecuentes en las orillas de los ríos y lagos y muy pocas especies están en la vida marina. Estas se reproducen sexualmente o por vía vegetativa.
7. Feófitos - Son algas que alcanzan mayor tamaño (hasta 100m). Aunque poseen clorofila los pigmentos marrones las esconden, por lo que presentan coloración marrón o parda. Estas algas son típicas del agua salada pero muy pocas de ellas viven en agua dulce.
8. Rodófitas - A estas algas se le conoce como alga roja, comprenden especies típicas de aguas marinas de grandes profundidades en zonas donde otras especies no pueden sobrevivir por la falta de la luz. Son de color roja aunque poseen así mismo clorofila. Se reproducen sexualmente y asexualmente y poseen complicados ciclos de alternancia de generaciones.

APLICACIÓN

          Las algas pueden ser utilizadas para producir biocombustibles (bioetanol, biobutanol y biodiésel), por otra parte, en el mundo de la estética se utilizan por sus propiedades hidratantes, antioxidantes y regeneradoras. Las algas sirven como alimento en algunas partes del mundo. También son utilizadas como fertilizantes, gomas industriales y como remedio a muchas enfermedades, tales como la tuberculosis, gripe, lombrices, artritis e incluso se les ha otorgado un cierto poder para mejorar la atracción del sexo opuesto.

MICROORGANISMOS: PEQUEÑOS GIGANTES

         Hace trescientos años Antonie van Leeuwenhoek observó por primera vez en un microscopio primitivo unos “pequeños animáculos” que ahora se conocen como microorganismos. Los microorganismos son los seres más primitivos y numerosos que existen en la Tierra, colonizan todo ambiente: suelo, agua y aire, participan de forma vital en todos los ecosistemas y están en interacción continua con las plantas, los animales y el hombre. Los microorganismos son clave para el funcionamiento de los sistemas biológicos y el mantenimiento de la vida sobre el planeta, pues participan en procesos metabólicos, ecológicos y biotecnológicos de los cuales dependemos para sobrevivir y enfrentar los retos del futuro. Estos retos son gigantescos para la continuidad de la vida, en particular, para satisfacer la demanda de alimentos y medicamentos y resolver problemas ecológicos y de contaminación ambiental. En otras palabras, parte de la actividad biológica esencial que permite la vida depende de los microorganismos. 

LA DIVERSIDAD MICROBIANA

           Los microorganismos se agrupan en dos categorías: procarióticos y eucarióticos. En la primera están las archaeas y las bacterias, mientras que en la segunda se encuentran hongos, algas y protozoarios. No obstante, de manera convencional los virus, viroides y priones son también considerados microorganismos.

        En principio, la diversidad microbiana puede apreciarse en términos de la variedad estructural y funcional de los microorganismos, tal como sus variaciones en el tamaño celular, en la morfología, en la división celular, o bien en la capacidad metabólica y de adaptación. No obstante, en la actualidad el  estudio del material genético (adn y arn) revela la existencia de miles de millones de especies microbianas, sugiriendo que habitamos un mundo plagado de microorganismos que incluso habitan el planeta desde mucho antes que cualquier otro ser vivo. Aun cuando se estima que sólo se conoce el 3% de los microorganismos y que pocos se han estudiado con profundidad, resulta sorprendente su diversidad en relación con la variedad de plantas y animales. Asimismo, se reconoce que los microorganismos son más diversos y versátiles que los macroorganismos debido a su historia evolutiva y a su rápida capacidad para adaptarse a los cambios ambientales. 

Tipos de celulas

Una célula es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. La célula es el elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo. De este modo, puede clasificarse a los organismos vivos según el número de células que posean: si sólo tienen una, se les denomina unicelulares; si poseen más, se les llama pluricelulares.

• CÉLULAS PROCARIONTES

Las células procariotas son pequeñas y menos complejas que las eucariotas. Contienen ribosomas pero carecen de sistemas de endomembranas. Por ello poseen el material genético en el citosol. También en el Filo Planctomycetes existen organismos que rodean su material genético mediante una membrana intracitoplasmática y que lo rodea con doble membrana. Esta última posee además otros compartimentos internos de membrana, posiblemente conectados con la membrana externa del nucleoide y con la membrana nuclear, que no posee peptidoglucano.

• CÉLULAS EUCARIOTAS

Presentan una estructura básica relativamente estable caracterizada por la presencia de distintos tipos deorgánulos intracitoplasmáticos especializados, entre los cuales destaca el núcleo, que alberga el material genético. Especialmente en los organismos pluricelulares, las células pueden alcanzar un alto grado de especialización. Dicha especialización o diferenciación es tal que, en algunos casos, compromete la propia viabilidad del tipo celular en aislamiento. Por otro lado, la estructura de la célula varía dependiendo de la situación taxonómica del ser vivo: de este modo, las células vegetales difieren de las animales, así como de las de los hongos.

Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son macromoléculas, polímeros formados por la repetición de monómeros llamados nucleótidos. Se forman largas cadenas o polinucleótidos, lo que hace que algunas de estas moléculas lleguen a alcanzar tamaños gigantescos.

Las unidades que forman los ácidos nucleicos son los nucleótidos. Cada nucleótido es una molécula compuesta por la unión de tres unidades: un monosacárido de cinco carbonos, una base nitrogenada purínica o pirimidínica y uno o varios grupos fosfato. Tanto la base nitrogenada como los grupos fosfato están unidos a la pentosa. La unión formada por la pentosa y la base nitrogenada se denomina nucleósido.

• CARACTERÍSTICAS DEL ADN

El ADN es bicatenario, está constituido por dos cadenas polinucleotídicas unidas entre sí en toda su longitud. Esta doble cadena puede disponerse en forma lineal o en forma circular. La molécula de ADN porta la información necesaria para el desarrollo de las características biológicas de un individuo y contiene los mensajes e instrucciones para que las células realicen sus funciones. Dependiendo de la composición del ADN, puede desnaturalizarse o romperse los puentes de hidrógenos entre bases pasando a ADN de cadena simple o ADN de cadena doble.

• CARACTERÍSTICAS DEL ARN

Las cadenas de ARN son más cortas que las de ADN, aunque dicha característica es debido a consideraciones de carácter biológico, ya que no existe limitación química para formar cadenas de ARN tan largas como de ADN, al ser el enlace fosfodiéster químicamente idéntico. El ARN está constituido casi siempre por una única cadena es decir es monocatenario, aunque en ciertas situaciones.

Mientras que el ADN contiene la información, el ARN expresa dicha información, pasando de una secuencia lineal de nucleótidos, a una secuencia lineal de aminoácidos en una proteína. Para expresar dicha información, se necesitan varias etapas y, en consecuencia existen varios tipos de ARN:

1. El ARN mensajero se sintetiza en el núcleo de la célula, y su secuencia de bases es complementaria de un fragmento de una de las cadenas de ADN. Actúa como intermediario en el traslado de la información genética desde el núcleo hasta el citoplasma. Poco después de su síntesis sale del núcleo a través de los poros nucleares asociándose a los ribosomas donde actúa como matriz o molde que ordena los aminoácidos en la cadena proteica. Su vida es muy corta: una vez cumplida su misión, se destruye.
2. El ARN de transferencia existe en forma de moléculas relativamente pequeñas. La única hebra de la que consta la molécula puede llegar a presentar zonas de estructura secundaria gracias a los enlaces por puente de hidrógeno que se forman entre bases complementarias, lo que da lugar a que se formen una serie de brazos, bucles o asas. Su función es la de captar aminoácidos en el citoplasma uniéndose a ellos y transportándolos hasta los ribosomas, colocándolos en el lugar adecuado que indica la secuencia de nucleótidos del ARN mensajero para llegar a la síntesis de una cadena polipeptídica determinada y por lo tanto, a la síntesis de una proteína
3. El ARN ribosómico es el más abundante, se encuentra en los ribosomas y forma parte de ellos, aunque también existen proteínas ribosómicas. El ARN ribosómico recién sintetizado es empaquetado inmediatamente con proteínas ribosómicas, dando lugar a las subunidades del ribosoma.

Técnicas de la biotecnología

• DNA recombinante: Es una molécula de DNA artificial formada de forma in vitro por la unión de secuencias de DNA provenientes de dos núcleos de especies diferentes- Al introducirse este DNA recombinante en un organismo se produce una modificación genética que permite la adición de un nuevo DNA al organismo dando la modificación de rasgos existentes o la visualización de nuevos rasgos. 

• Cultivo de células y tejidos: El cultivo de tejidos es una tecnica basada en colocar un fragmento de planta en un recipiente ayudado con soluciones artificiales para propagarla en un medio estéril, es decir en un medio limpio. Cada fragmento origina una planta idéntica a la que se tomó el fragmento, aunque puede ser modificada genéticamente para tener variedades artificiales. El cultivo celular es un conjunto de técnicas que permiten el mantenimiento de las células en condiciones in vitro, manteniendo al máximo sus propiedades bioquímicas y genéticas, tiene que ser en un cultivo estéril  y es útil para probar medicamentos. 

Avances de la biotecnología

1. Maquina para decodificar el DNA
2. Vacuna contra el VIH
3. Sangre sintética
4. Monos quimeros con 6 genomas distintos
5. Secuencia del genoma del cocodrilo
6. Vacunas contra el cáncer
7. Armas nucleares
8. Células madres
9. Bacterias que comen aceite.
10. Biocombustible a partir de hojas de tabaco
11. Clonación de un mamut.
12. Alimentos transgenicos.