Nutricion, Crecimiento Y Metabolismo Microbiano

NUTRICIÓN MICROBIANA A.- DEFINICIÓN.- Incorporación de sustancias del medio ambiente para transformarlas y poder realizar procesos como:  Síntesis de elementos estructurales (crecimiento)  Síntesis de (reproducción)  Síntesis de específicas

nuevos esporas,

microorganismos

toxinas

 Obtención de energía metabólica

y

enzimas

B.- PRINCIPALES FUENTES DE NUTRIENTES.1.- Fuentes de carbono y energía.

Fotoautótrofos.- utilizan la energía luminosa para convertir el CO2 y H2O en compuestos orgánicos (cianobacterias).



Fotoheterótrofos.utilizan la energía luminosa para convertir el carbono orgánico en compuestos orgánicos útiles (bacterias verdes y púrpuras)



Quimioautótrofos.- utilizan la energía del H2S, NH3 y fierro para convertir el CO2 en compuestos orgánicos (Nitrobacter spp.)



Quimioheterótrofos.usan orgánicas como fuente de carbono (Myxococcus spp.)

moléculas energía y

B.- PRINCIPALES FUENTES DE NUTRIENTES.1.- Fuentes de carbono y energía.-

FUENTE DE CARBONO

FUENTE DE ENERGÍA

SUSTRATO OXIDABLE (QUIMIOSÍNTESI S)

LUZ (FOTOSÍNTESIS)

INORGÁNICO (LITÓTROFO) AUTÓTROFAS

ORGÁNICO (ORGANÓTROFO) HETERÓTROFAS

QUIMIOLITÓTROFOS

QUIMIOORGANÓTRO FOS

Bacterias incoloras del azufre, nitrificantes, del hidrógeno y del hierro (Nitrobacter spp.)

FOTOLITÓTROFOS Bacterias purpúreas y verdes del azufre (cianobacterias)

Bacterias saprofitas, comensales y simbiontes (Mixococcus spp.)

FOTOORGANÓTROF OS Bacterias púrpuras no sulfúreas

B.- PRINCIPALES FUENTES DE NUTRIENTES.2.- Fuentes de nitrógeno.

Fijación de nitrógeno.captación del nitrógeno atmosférico para volverlo disponible mediante su reducción hasta amoniaco (Cianobacterias).



Quimioautótrofos.- utilizan la energía del H2S, NH2 y fierro para convertir el CO2 en compuestos orgánicos (Nitrobacter spp.)



Nitrificación.- conversión del amoniaco (NH3) a formas más utilizables como NO2 (Nitrosomonas spp.)



Desnitrificación.- conversión de NO2 o NO2 hasta nitrógeno atmosférico con lo cual pueden emplear el oxígeno para una eficiente producción de energía (Pseudomonas

B.- PRINCIPALES FUENTES DE NUTRIENTES.3.- Fuentes de azufre.- recurren al ión SO4-2 reducen hasta H2S

y lo

4.- Fuentes de fósforo.- lo asimilan como fosfato inorgánico libre o como ión PO4. 5.- Fuentes de minerales.- requieren minerales como Mg2+, Fe2+, K+, Mg2+, Ca2+, Mn2+, Mo2+, Co2+, Cu2+ y Zn2+.

C.- FACTORES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO.1.- Nutrientes.dadores de

se

considera a los aceptores electrones y vitaminas.

2.-Agua.- empleada como base de reacciones bioquímicas celulares.

todas

y

las

3.- Fuerza iónica y presión osmótica. Halófilos.- requieren elevadas concentraciones salinas (Staphylococcus aureus, 7,5% de NaCl).  Osmófilos.- requieren de presiones osmóticas altas (Saccharomyces cereviseae).

C.- FACTORES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO.4.- pH.- según sus rangos de supervivencia frente al pH se tiene: Acidófilos.- crecen a pH de 3,0 a 6,0 (Lactobacillus spp.) Neutrófilos.- crecen a pH de 6,0 a 8,0 (Bacillus spp.) Alcalófilos.- crecen a pH de 8,0 hasta 10,5 (Vibrio cholerae) 5.-Temperatura.- según sus temperaturas óptimas de desarrollo, existen: Psicrófilos.- crecen entre 15 a 20 ºC (Alcaligenes spp.) Mesófilos.- crecen entre 30 a 37 ºC (Salmonella

C.- FACTORES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO.6.- Aereación.- según la tolerancia y asimilación del oxígeno, existen: 

Microaerobios.- requieren pequeñas cantidades de oxígeno y elevadas concentraciones de CO2 (Streptococcus spp.)



Aerobios estrictos.- necesitan una continua fuente de oxígeno (Mycobacterium tuberculosis)



Anaerobios facultativos.- emplean pequeñas cantidades de oxígeno pero pueden prescindir de el, realizan glucólisis anaerobia en su ausencia (levaduras y enterobacterias).



Anaerobios estrictos.- no pueden reducir el oxígeno, por lo tanto este, el O2- y el H2O2 les son tóxicos (Clostridium spp.)

CRECIMIENTO MICROBIANO

A.-

DEFINICIÓN.- Incremento ordenado de todos los componentes de un microorganismo, teniendo como consecuencia: el aumento del tamaño (biomasa celular) y el incremento del número de individuos (biomasa poblacional) REPRODUCCIÓN.- Multiplicación celular o formación de nuevas células microbianas, lo cual puede realizarse mediante: Fisión binaria Fragmentación Gemación

B.- TIPOS DE CRECIMIENTO.

Crecimiento equilibrado.- incremento constante en tamaño y número de individuos en un medio determinado hasta que se agota uno de los factores del crecimiento.



Crecimiento no equilibrado.- alteración del crecimiento (individual y poblacional) debido al control efectuado en ambientes humanos (uso de antisépticos, desinfectantes, antibióticos, etc.).

C.- CINÉTICA DEL CRECIMIENTO MICROBIANO.

Velocidad de crecimiento.- rapidez del crecimiento poblacional, (medida en gramos de biomasa/hora)



Tiempo de generación.- tiempo que necesita una célula o población para dividirse



Número de generaciones.- cantidad de generaciones celulares producidas en un determinado periodo de tiempo

D.- CURVA DE CRECIMIENTO MICROBIANO.-

D.- CURVA DE CRECIMIENTO MICROBIANO.a. Fase de latencia (rezago). Periodo de adaptación a las condiciones ambientales  No existe división celular significativa  Su duración es variable  Se sintetiza ARN y proteínas  Se presenta aumento en el tamaño celular a. Fase exponencial (logarítmica). Existe intensa actividad metabólica  Es el periodo de máxima multiplicación celular (geométrico)  La mortalidad celular es insignificante  Todos los individuos tienen igual tamaño  Se prolonga hasta agotarse los factores esenciales o se acumulan sustancias tóxicas  Las bacterias se vuelven extremadamente susceptibles

D.- CURVA DE CRECIMIENTO MICROBIANO.a. Fase estacionaria (equilibrio). Disminuye la velocidad de crecimiento poblacional  El número de individuos vivos es igual al de muertos  El agotamiento de nutrientes y acumulación de toxinas es significativo a. Fase de declive (muerte). La mortalidad celular se vuelve exponencial 

Se

presenta

la

autólisis

fenómenos de canibalismo

bacteriana

y

los

METABOLISMO MICROBIANO A.- DEFINICION.- Conjunto de reacciones bioquímicas efectuadas por los seres vivos B.- TIPOS. Anabolismo.- reacciones se síntesis: se gasta energía  Catabolismo.- reacciones de degradación: se produce energía

C.- METABOLITOS FOCALES. Para el crecimiento se requiere polimerización elementos constitutivos bioquímicos en: • Proteínas • Ácidos nucleicos • Polisacáridos • Lípidos

de

 Los elementos constitutivos deben ser: • Formados en el medio • Sintetizados por la célula  Se requieren enzimas y coenzimas para la catálisis  Las reacciones de polimerización requieren gasto de ATP  Los elementos biosintéticos surgen a partir de precursores denominados metabolitos focales  Los Metabolitos focales son: • Glucosa 6-fosfato • Fosfoenolpiruvato • Oxalacetato • α-cetoglutarato

D.- CATEGORÍAS DEL METABOLISMO.

 



Vías para la interconversión de metabolitos focales Vías para la síntesis de metabolitos focales Vías para la conversión de metabolitos focales en productos terminales Vías para producción de energía

E.- PRINCIPALES VÍAS METABÓLICAS.   

Metabolismo fotosintético Metabolismo fermentativo Metabolismo respiratorio Fijación biológica de nitrógeno

a) Metabolismo fotosintético. La reducción de un agente oxidante por medio de portadores de electrones establece la fuerza motriz protónica  El reductor y el oxidante se crean de manera fotoquímica mediante la energía luminosa absorbida por los pigmentos fotosintéticos  La energía luminosa hace del H2O un reductor del CO2  La fotosíntesis se resume en:

CO2 + H2O (energía) 

= C6H12O6 + O2

Según la creación de energía se tiene: • Fotoautótrofos • Fotoheterótrofos • Quimioautótrofos • Quimioheterótrofos

a) Metabolismo fermentativo. Básicamente es una vía catabólica  La formación de ATP no se acopla a la transferencia de electrones  Existe fosforilación de sustrato  No se altera el estado global de óxido-reducción del sustrato Fermentación

Producto

Microbio

Láctica

Ácido láctico

Lactobacillus spp. y Streptococcus spp.

Alcohólica

Etanol y CO2

Saccharomyces cereviseae

Ácido-mixta

Lactato, H2, CO2 acetato, succinato y etanol

Escherichia coli

Butírica

Butanol, butirato, acetona, etanol, CO2, H2 y acetato

Butyribacterium spp.

Butilen glicol

2,3 Butilenglicol

Enterobacter spp., Bacillus spp. y Pseudomonas spp.

Propiónica

Ácido propiónico

Veillonella spp. y Propionibacterium spp.

Butírica, acetonabutanol

Etanol, butanol, acetona e isopropanol

Pseudomonas spp.

a) Metabolismo respiratorio. Es un proceso dependiente de energía  La reducción química de un oxidante (aceptor de electrones) establece una fuerza motriz protónica a través de la membrana celular  El agente reductor (dador de electrones) puede ser: • Orgánico (ácido láctico) • Inorgánico (H2, Fe2)  El agente oxidante (aceptor de electrones) puede ser: • Oxígeno • CO2, SO4- o NO3 El retorno de protones a través de la membrana se acopla a la síntesis de ATP  Según el uso del oxígeno se tienen: • Aerobios obligados • Microaerófilos • Anaerobios facultativos • Anaerobios obligados

a) Fijación biológica de Nitrógeno. Es la asimilación reductiva del nitrógeno molecular  Se requiere de enzimas sensibles al O2 como las nitrogenasas  Se gastan de 12 a 15 ATP para que 3 NADPH reduzcan el N2  Rhizobium spp. en simbiosis con raíces de leguminosas realiza la fijación así:

N2 a NH3 

Nitrosomonas spp. realiza la conversión:

NH4 a NO2 

Pseudomonas manera:

spp.

desnitrifica

de

la

siguiente

NO2 o NO3 a N2

Comparación entre los distintos tipos de metabolismo

F.- REGULACIÓN DEL METABOLISMO. Inhibición alostérica.- el producto terminal reduce o inhibe la actividad catalítica  Activación alostérica.el producto aumenta o activa la actividad catalítica

terminal

 Cooperatividad.existen interacciones cooperativas que regulan la catálisis  Modificación covalente.- mediante adenilación, fosforilación o adherencia covalente del ADP se modifican las enzimas o sustratos