UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEM ÁTICA Í
ASIGNATURA: Microbiología I DOCENTES: Gisela Yupanqui Siccha
Marianella Ayala Ayala PRESENTADO POR: Espinoza Farfan Elio
Cada organismo debe encontrar en su ambiente todas las sustancias requeridas para la generación de energía y la biosíntesis celular. Los elementos o sustancias químicas de este ambiente que son utilizados para el crecimiento de las bacterias son denominados nutrientes o requerimientos nutricionales. En el laboratorio, las bacterias crecen en medios de cultivo que son diseñados para proveer todos lo nutrientes esenciales en solución para el crecimiento bacteriano.
•Una característica clave de un sistema vivo es la capacidad de dirigir las reacciones químicas y organizar las moléculas en estructuras específicas: crecimiento. •Las células microbianas están constituidas de sustancias químicas de una amplia diversidad de tipos y, cuando una célula crece, todos sus constituyentes químicos aumentan en cantidad apropiada. •Los elementos químicos básicos de una célula, viene del exterior, pero estos elementos químicos son transformados por la propia célula en los constituy constituyentes entes característicos.
Dependiendo de la fuente de energía que utilicen, se agrupan a los microorganismos en clases metabólicas. La terminación “trofo” deriva del griego y significa alimentarse. Los microorganismos pueden ser agrupados en clases nutricionales de acuerdo a cómo satisfacen sus requerimientos de: energía, H+ / e- y carbono. Existen sólo dos fuentes de energía disponible para los microorganismos y también dos fuentes de átomos de H+ / e-
A pesar de la gran diversidad metabólica mostrada por los microorganismos, la mayoría de ellos pueden ser considerados en uno de los cuatro tipos nutricionales de acuerdo a su fuente primaria de obtención de energía, fuente de carbón y de e- / H+.
•Carbono •Nitrógeno •Oxígeno • Azufre •Factores de Crecimiento •Iones Inorgánicos: K+, Mg2+, Mn2+, Ca2+, Na+, PO43-, Fe2+, Fe3+
y trazas de Cu2+, Co2+ y Zn2+.
Los nutrientes pueden ser divididos en dos clases: •Macronutrientes.- Requeridos en grandes cantidades •Micronutrientes.- Requeridos en pequeñas cantidades
La disponibilidad de agua depende de dos factores: •Factores
de absorción.- La cantidad de agua disponible a los microorganismos puede ser reducida por adsorción a la superficie de sólidos (efecto mátrico). •Factores de solución.- Por interacción con moléculas de soluto
(efecto osmótico)
Fuente de energía
Fototrofos Quimiotrofos
Fuente de carbono
Luz Química
Autotrófos
CO2
Heterótrofos
Compuestos orgánicos
Fotoautotrofos
Luz
CO2
Fotoheterótrofos
Luz
Compuestos orgánicos
Quimioautótrofos
Química
CO2
Quimioheterótrofos
Química
Compuestos orgánicos
•Una característica clave de un sistema vivo es la capacidad de dirigir las reacciones químicas y organizar las moléculas en estructuras específicas para su crecimiento. •Las células microbianas están constituidas de sustancias químicas de una amplia diversidad de tipos y, cuando una célula crece, todos sus constituyentes químicos aumentan en cantidad apropiada. •Los elementos químicos básicos de una célula, viene del exterior, pero estos elementos químicos son transformados por la propia célula en los constituyentes característicos.
La energía química: liberada cuando un compuesto orgánico o inorgánico es oxidado. La utilización de energía química en los organismos vivos está implicada con las reacciones REDOX. •Oxidación: eliminación de electrones de una sustancia. •Reducción: adición de electrones a una sustancia. El ATP "atrapa" una parte de la energía libre que queda disponible en las reacciones catabólicas e impulsar reacciones biosintéticas al activar ciertos metabolitos intermediarios de la biosíntesis.
El metabolismo se refiere a la suma de reacciones bioquimicas requeridas para la generacion de energia y el uso de la energia para sintetizar material celular a partir de moleculas del medio ambiente. El metabolismo se divide en: Catabolismo.
Reacciones de generacion
de energia. Anabolismo.
Reacciones de sintesis que requieren de energia. Las reacciones catabolicas producen energia como ATP, el cual es utilizado en las reacciones anabolicas para sintetizar el material celular a partir de nutrientes.
Productos de desecho
Nutrientes
Anabolismo
Componentes celulares
Energía para el
ENERGÍA para el desarrollo
movimiento, transporte de nutrientes,etc
Catabolismo
FUENTE DE ENERGÍA
TRANSPORTADORES DE ENERGÍA
A los productos metabólicos generados durante el catabolismo y el anabolismo que tiene lugar durante el crecimiento (trofofase) “metabolitos primarios” y su producción es paralela al crecimiento celular. Los productos metabólicos que se acumulan cuando no hay crecimiento sino diferenciación celular (idiofase), “metabolitos secundarios”.
METABOLISMO MICROBIANO El metabolismo bacteriano puede dividirse en 3 etapas:
1. Moléculas complejas son hidrolizadas a sus constituyentes.
2. Moléculas obtenidas son degradadas a moléculas más simples Acetil CoA, piruvato e intermediarios del ciclo del ácido tricarboxílico. Aerobia o anaerobiamente y se produce ATP, NADH y/o FADH2.
3.Ciclo del ácido tricarboxílico: Moléculas son oxidadas a CO2 con la producción de ATP, NADH y FADH2. Aerobiamente y produce mucha energía, mucho del ATP generado es derivado de la oxidación de NADH y FADH2.
La energía es liberada como resultado de reacciones de oxidoreducción en el catabolismo y luego es almacenada y transportada en la forma más común compuestos de alta energía que intervienen en la conversión de energía en trabajo útil. El compuesto de fosfato de alta energía: adenosíntrifosfato (ATP).
GLUCOLISIS La via de la glucolisis (Embden-Meyerhof- Parnas EMP), se encuentra en todos los eucariotes y en muchas especies de bacterias. En la primera etapa hay gasto de 2 moleculas de ATP por molecula de glucosa. En la segunda parte se forman 4 moleculas de ATP por fosforilacion a nivel de sustrato y 2 de NADH.
CICLO DE LAS PENTOSAS FOSFATO Importancia: Produce los precursores de la ribosa, desoxirribosa en los acidos nucleicos y provee de eritrosa fosfato como precursor de aminoacidos aromaticos. Se produce en esta via, NADPH, la mayor fuente de electrones de la biosintesis y varias de sus reacciones las comparte con el ciclo de Calvin.
VIA ENTNER-DOUDOROFF Muchos tipos de bacterias no poseen la enzima FOSFOFRUCTOCINASA-1 y no pueden convertir la GLUCOSA6P a FRUCTOSA 1,6-
BIFOSFATO. Una via alterna es EntnerDuodoroff, en la cual la GLUCOSA 6P es convertida a piruvato y GLICERALDEHIDO-3FOSFATO por la deshidratacion poco usual del 6-FOSFOGLUCONATO para formar
2-CETO-3-DESOXI-6FOSFOGLUCONATO (KDPG).
Los lipidos biologicos constituyen un grupo quimicamente diversos de compuestos, cuya caracteristica comun y definitoria es su insolubilidad en agua. La mayor parte de estos lipidos de los microorganismos deben formar parte de estructuras moleculares mas complejas de la pared celular o de la membrana protoplasmatica. En E.coli los lipidos totales contienen del 10 al 15% del carbono total de la celula y una proporcion semejante del peso seco. Se encuentran repartidos entre la pared celular y la membrana protoplasmatica.
Numerosos microorganismos del suelo y de alimentos producen lipasas, capaces de hidrolizar los gliceridos dando glicerol y acidos grasos, asi como fosfolipasas. El catabolismo posterior de los acidos grasos se lleva a cabo por una serie de boxidaciones, pero en el suelo esta degradacion es lenta y limitada. Muchas levaduras de la filosfera degradan las ceras de la epidermis vegetal, tambien mohos tales como Penicillium y Mucorales, y algunas bacterias.
Hidrolisis de Triacilgliceroles.
La oxidacion de los acidos grasos de cadena larga a acetil-CoA es la via central de aporte de energia en los animales, muchos protistas y algunas bacterias. Los electrones removidos durante la oxidacion de los acidos grasos es donada a la cadena respiratoria en la mitocondria para generar ATP y el acetil-CoA producido a partir de los acidos grasos es completamente oxidado a CO2 via el ciclo del acido citrico
La biosíntesis de aminoácidos consiste en crear nuevos aminoácidos a partir de otros intermediarios metabólicos. Todos los aminoácidos pueden ser sintetizados, como en el caso de plantas leguminosas y la bacteria E. coli, pero la mayoría de los organismos no pueden sintetizar todos los aminoácidos. La prolina es otro aminoácido no esencial que puede ser sintetizado a partir de α cetoglutarato, por medio de las reacciones
Involucrada en la producción metabólica de energía, derivada de la vitamina niacina, NAD (Nicotinamide Adenine Dinucleotide). Formas del NAD: •Oxidada: NAD. •Reducida: NADH, NADH2 or NADH + H+.
COENZYME A Involucrada en reacciones de producción de energía en algunos organismos fermentadores y en todos los organismos respiradores. La reacción ocurre en asociación con la oxidación de cetoácidos tales como el ácido pirúvico y ácido alfacetoglutárico. Estos substratos son centrales en la glicólisis y en el ciclo tricarboxilico y son precursores directos o indirectos de macromoléculas esenciales en la célula. La oxidación de piruvato y alfacetoglutarato involucra coenzima A, NAD, reacción de deshidrogenación y decarboxilación.
ATP
Bacterium
Embden-Meyerhof
Phosphoketolase (heterolactic)
Entner-Doudoroff
Ac etobacter aceti
-
+
-
Agrobacterium tumefaciens
-
-
+
Azotobacter vinelandii
-
-
+
Bacillus subtilis
Mayor
Menor
-
Escherichia coli
+
-
-
Lactobacillus acidophilus
+
-
-
Leuconostoc mesenteroides
-
+
-
Pseudomonas aeruginosa
-
-
+
Menor
-
Mayor
-
-
+
Vibrio cholerae Zymomonas mobilis
Ruta EmbdenMeyerhof Saccharomyces
EmbdenMeyerhof Lactobacillus
Heterolactic Streptococcus
Entner-Doudoroff Zymomonas
Enzima clave
Etanol
Ácido láctico
CO2 ATP
fructose 1,6-diP aldolase
2
0
2
2
fructose 1,6-diP aldolase
0
2
0
2
phosphoketolase
1
1
1
1
KDPG aldolase
2
0
2
1
Aceptor final de e-
Producto final reducido
O2
H2O
NO3
NO2, N2O or N2
SO4
S or H2S
Fumarato
Succinato
CO2
CH4
Proceso Respiración aeróbica
Microorganismo Escherichia Streptomyces Bacillus Pseudomonas
Respiración anaeróbica: denitrificación Respiración anaeróbica: Desulfovibrio sulfato reducción Respiración anaeróbica: Utilizando un aceptor de e- Escherichia orgánico Metanogenesis
Methanococcus
Grupo fisiológico
Origen energético
Producto final oxidado
Microorganismo
Bacteria hidrógena H2
H2O
Alcaligenes, Pseudomonas
Metanógena
H2O
Methanobacterium
Bacteria Carbóxida CO
CO2
Rhodospirillum, Azotobacter
Bacteria nitrificante NH3
NO2
Nitrosomonas
Bacteria nitrificante NO2 Oxidadora de H2S or S sulfuros
NO3
Nitrobacter
SO4
Thiobacillus, Sulfolobus
Fe+++(Ferrico)
Gallionella, Thiobacillus
Bacteria ferrica
H2
Fe ++ (Ferroso)
Dependiendo de la fuente de energía que utilicen, se agrupan a los microorganismos en clases metabólicas. La terminación “trofo” deriva del griego y significa alimentarse. Los microorganismos pueden ser agrupados en clases nutricionales de acuerdo a cómo satisfacen sus requerimientos de: energía, H+ / e- y carbono. Existen sólo dos fuentes de energía disponible para los microorganismos y también dos fuentes de átomos de H+ / e-
A pesar de la gran diversidad metabólica mostrada por los microorganismos, la mayoría de ellos pueden ser considerados en uno de los cuatro tipos nutricionales de acuerdo a su fuente primaria de obtención de energía, fuente de carbón y de e- / H+.
Un microorganismo puede pertenecer a uno de los cuatro grupos metabólicos, sin embargo, se observa en algunas una flexibilidad metabólica, como respuesta a cambios medioambientales marcados. Ejemplo: Muchas bacterias púrpuras no sulfúreas actúan como fotolitótrofas heterótrofas en ausencia de O 2, pero oxidan compuestos orgánicos como quimiótrofos en niveles normales de oxígeno: son las bacterias MIXOTRÓFICAS (Combinación de metabolismo autótrofo y heterótrofo).
•Carbono •Nitrógeno •Oxígeno • Azufre •Factores de Crecimiento •Iones Inorgánicos: K+, Mg2+, Mn2+, Ca2+, Na+, PO43-, Fe2+, Fe3+
y trazas de Cu2+, Co2+ y Zn2+.
Los nutrientes pueden ser divididos en dos clases: •Macronutrientes.- Requeridos en grandes cantidades •Micronutrientes.- Requeridos en pequeñas cantidades
agua
micronutrientes factores de crecimiento fuente de energía macronutrientes temperatura
aireación actividad de agua pH
potencial redox luz
La encargada de la absorción selectiva de nutrientes es la membrana citoplasmática ya que la pared es porosa e impide solo el paso de elementos de gran tamaño insolubles o particulados. A través de la membrana no sólo ingresan sustancias sino que muchas son eliminadas a través de ellas, tanto en procesos activos como pasivos.
Transporte a través de la membrana plasmática La absorción de nutrientes se realiza a través de la membrana plasmática mediante los siguientes mecanismos de transporte:
Difusión ‰
pasiva: se produce por diferencia de concentraciones de los
nutrientes entre el interior celular y el medio ambiente (glicerol, agua, O2, CO2)
Difusión facilitada: participan aquí ciertas proteínas de la membrana
denominadas permeasas que permiten el paso de moléculas desde el exterior al interior celular (aminoácidos, azúcares).
Ciertas moléculas de gran tamaño deben ser previamente digeridas mediante enzimas que libera la bacteria (exoenzimas) para que recién puedan ser absorbidas las moléculas más pequeñas. Se mencionan ejemplos de moléculas de gran tamaño y las exoenzimas que las digieren: Almidón - amilasas, Proteínas - proteasas, ADN Desoxirribonucleasas, Gelatina gelatinasas, Lípidos - lipasas y fosfolipasas. No todas las especies bacterianas son capaces de producir todas las exoenzimas, por lo que el estudio de la producción de algunas de ellas es útil en la identificación de los géneros y espe- cies.
En función de los requerimientos de O2 y CO2, las
bacterias pueden clasificarse en: ‰
Bacterias
aerobios
estrictas:
necesitan
una
concentración de alrededor del 21% de oxígeno para poder desarrollar.
(Pseudomonas,
Mycobacterium,
Corynebacterium) Bacterias
un
5%
microaerófilas: sólo necesitan alrededor de de
oxígeno
para
desarrollar.
Mayores
concentraciones inhiben su desarrollo. (Campylobacter,
Helicobacter) ‰Bacterias
anaerobios obligadas o estrictas: son
incapaces de sobrevivir en presencia de oxígeno, es decir requieren un 0% de oxígeno (Fusobacterium, Clostridium)
Bacterias
anaerobias aerotolerantes:
pueden sobrevivir, aunque no crecer, en
presencia de hasta un 0,5% de oxígeno. (Actinomyces, Propionibacterium) ‰Bacterias
anaerobias facultativas:
son capaces de crecer en una atmósfera
tanto con o sin oxígeno. (Streptococcus, Staphylococcus, Enterobacteriaceae)
Bacterias capnófilas: son bacterias
aerobias que necesitan además para
crecer un 5-10% de CO2. (Neisseria, Haemophilus)
La concentración de iones hidrógeno en el medio condiciona el crecimiento de las bacterias. En función de su capacidad para desarrollar a diferentes pH, las bacterias pueden clasificarse en:
•‰Neutrófilas: entre 5,5 - 8,0 (Staphylococcus, enterobacterias) •‰Acidófilas: entre 0,0 - 5,5 (Lactobacillus) •‰Alcalófilas: entre 8,0 - 11,5 (Vibrio)
El conocimiento del pH óptimo para el desarrollo de las bacterias permite conocer los equilibrios y cambios posibles dentro de los diferentes ecosistemas bacterianos existentes en el organis- mo, ya que existen bacterias que se aseguran un ambiente ácido para impedir el desarrollo de bacterias neutrófilas y alcalófilas.
Uno de los sistemas más importantes para la identificación de microorganismos es observar su crecimiento en sustancias alimenticias artificiales preparadas en el laboratorio. El material alimenticio en el que crecen los microorganismos es el Medio de Cultivo y el crecimiento de los microorganismos es el Cultivo. Se han preparado más de 10.000 medios de cultivo diferentes. Para que las bacterias crezcan adecuadamente en un medio de cultivo artificial debe reunir una serie de condiciones como son: temperatura, grado de humedad y presión de oxígeno adecuadas, así como un grado correcto de acidez o alcalinidad. Un medio de cultivo debe contener los nutrientes y factores de crecimiento necesarios y debe estar exento de todo microorganismo contaminante. La mayoría de las bacterias patógenas requieren nutrientes complejos similares en composición a los líquidos orgánicos del cuerpo humano. Por eso, la base de muchos medios de cultivo es una infusión de extractos de carne y Peptona a la que se añadirán otros ingredientes.
