Microbiología

Unidad 4

Martha Itsel Cayetano Marcial

Ing. En Agronomía

3er semestre

Facilitadora:

Erika Oropeza Bruno

4.1 Estructura y Función Celular

Los organelos, son estructuras generalmente formadas por membranas cumplen funciones complejas, definidas y especificas, permiten que haya una división de trabajo dentro de la célula. Cada organelo o estructura celular está especializado para llevar a cabo una actividad en particular. 

4.1 Metabolismo Central

El metabolismo se refiere a todos los procesos físicos y químicos del cuerpo que convierten o usan energía, tales como:

Respiración Circulación sanguínea Regulación de la temperatura corporal Contracción muscular Digestión de alimentos y nutrientes Eliminación de los desechos a través de la orina y de

las heces Funcionamiento del cerebro y los nervios

El metabolismo central se encarga de procesar azúcares y convertirlas en compuestos que luego son redirigidos al resto del metabolismo y, en última instancia, a todas las funciones celulares

El metabolismo central se compone de la glucólisis, el ciclo de Krebs (o ciclo de ácidos tricarboxílicos, TCA) y proceso terminal respiratorio.

4.1.1 Glucolisis

La glucólisis o glicolisis (del griego glycos, azúcar y lysis, ruptura), es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula

Consiste en 10 reacciones enzimáticas consecutivas que convierten a la glucosa en dos moléculas de piruvato, el cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar entregando energía al organismo

4.1.2 Ciclo de krebs

El ciclo de Krebs (conocido también como ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico) es un ciclo metabólico de importancia fundamental en todas las células que utilizan oxígeno durante el proceso de respiración celular.

En estos organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es el anillo de conjunción de las rutas metabólicas responsables de la degradación y desasimilación de los carbohidratos, las grasas y las proteínas en anhídrido carbónico y agua, con la formación de energía química.

El ciclo de Krebs es una ruta metabólica anfibólica, ya que participa tanto en procesos catabólicos como anabólicos. Este ciclo proporciona muchos precursores para la producción de algunos aminoácidos, como por ejemplo el cetoglutarato y el oxalacetato, así como otras moléculas fundamentales para la célula.

4.1.3 Fosforilación Oxidativa La fosforilación oxidativa es un

proceso metabólico que utiliza energía liberada por la oxidación de nutrientes para producir adenosín trifosfato (ATP). 

Es la transferencia de electrones de los equivalentes reducidos NADH y FADH, obtenidos en la glucólisis y en el ciclo de Krebs hasta el oxígeno molecular, acoplado con la síntesis de ATP. 

Este proceso metabólico está formado por un conjunto de enzimas complejas, ubicadas en la membrana interna de las mitocondrias, que catalizan varias reacciones de óxido-reducción, donde el oxígeno es el aceptor final de electrones y donde se forma finalmente agua.

La fosforilación oxidativa es un proceso bioquímico que ocurre en las células. Es el proceso metabólico final (catabolismo) de la respiración celular, tras la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico. De una molécula de glucosa se obtienen 38 moléculas de ATP mediante la fosforilación oxidativa.

4.1.4 Cadena Transportadora De Electrones

La cadena de transporte de electrones es una serie de transportadores de electrones que se encuentran en lamembrana plasmática de bacterias, en la membrana internamitocondrial o en las membranas tilacoidales, que mediante reacciones bioquímicas producen trifosfato de adenosina(ATP), que es el compuesto energético que utilizan los seres vivos.

Luego de la Glicólisis y del ciclo de Krebs, los electrones pasa a la cadena transportadora de electrones, un sistema de transportadores de electrones ubicado en la membrana interna mitocondrial, que actúan secuencialmente. La cadena de transportadores puede ser descrita como un gran proceso de 3 eventos, que son:

1. Transferencia de los electrones del NADH y FADH2 a otras sustancias, donde finalmente se reoxidan a NAD+ y FAD para seguir participando en mas reacciones redox.

2. Los electrones transferidos participarán en la oxidación-reducción secuencial de +10 centros redox en 4 complejos enzimáticos, antes de reducir el O2 a H2O.

3. Durante la transferencia de los electrones, los H+ liberados por las coenzimas, serán expulsados de la matriz mitocondrial al espacio intermembrana, y creando una gradiente entre ambas. Finalmente, la ΔG de ésa gradiente electroquímica conducirá la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi a través de la fosforilación oxidativa.

4.1.5 Metabolitos Primarios

Son compuestos biológicos necesarios para el

crecimiento, desarrollo y reproducción de los organismos vivos. Ellos incluyen hidratos de carbono, proteínas, lípidos y ácidos nucleícos

Se producen en el curso de las reacciones metabólicas anabólicas o catabólicas que tiene lugar durante las fases de crecimiento y que contribuyen a la producción de biomasa o energía por las células. Se producen principalmente en la trofofase o fase de crecimiento

Son moléculas de bajo peso molecular que intervienen, bien como productos finales o intermediarios, en las distintas rutas anabólicas y catabólicas. Los más importantes desde el punto de vista industrial son los aminoácidos, nucleótidos, vitaminas, ácidos orgánicos y alcoholes.

Son necesarios para el crecimiento del m.o que los produce

Se producen como productos únicos Estos son producidos por todos los

microorganismos Estos compuestos se clasifican atendiendo a

diferentes criterios, cumplen funciones muy diversas en los seres vivos y tienen diferentes capacidades como materiales de partida (precursores) para los metabolitos secundarios.

4.1.6 Metabolitos Secundarios

Los metabolitos secundarios son aquellos compuestos orgánicos sintetizados por el organismo que no tienen un rol directo en el crecimiento o reproducción del mismo. A diferencia de lo que sucede con los metabolitos primarios, la ausencia de algún metabolito secundario no le impide la supervivencia, si bien se verá afectado por ella, a veces gravemente.

Para que se produzca el metabolito secundario, primero hay que asegurar unas condiciones óptimas durante la trofofase. Como mecanismo de defensa, la producción de metabolitos secundarios no se produce inmediatamente después de la conclusión de la trofofase. Primero, al comienzo de la idiofase, deben hacerse resistentes a sus propios antibióticos.

Los metabolitos secundarios son moléculas sintetizadas por determinados microorganismos, normalmente en una fase tardía de su ciclo de crecimiento, cuyas características son:

No son necesarios para el crecimiento del microorganismo que los produce

Generalmente se producen como mezclas de productos muy relacionados químicamente entre sí

Cada uno de estos productos es producido por un grupo muy reducido de organismos

4.3 Nutrición Microbiana

La nutrición es el proceso por el cual los seres vivos toman del medio donde habitan, los compuestos químicos que necesitan para llevar a cabo sus procesos energéticos y biosintéticos que les permiten crecer y reproducirse.

Es el proceso por el que los microorganismos

toman del medio ambiente donde habitan las sustancias químicas que necesitan para crecer

Los requerimientos nutricionales de cada grupo microbiano están dados por la composición química de las células que los constituyen y por sus características genéticas las que determinan sus propiedades fisiológicas y su capacidad para utilizar y transformar los compuestos que se encuentran en el ambiente en que se desarrollan.

En general los requerimientos nutricionales de los microorganismos reflejan el ambiente natural en que viven; este conocimiento y el uso de medios de cultivo de composición química definida, son de primordial importancia en el estudio de la nutrición microbiana cuyas características varían ampliamente entre los microorganismos.

4.3.1 Macro y Micronutrientes

Los nutrientes se pueden clasificar (según las cantidades en que son requeridos) como:

1. Macronutrientes

2. Micronutrientes o elementos traza

MACRO

– Carbono

– Nitrógeno

– Fósforo

– Azufre

– Potasio

– Magnesio

– Sodio

– Calcio

– Hierro

MICRO– Cromo– Cobalto– Cobre– Manganeso– Molibdeno– Niquel– Selenio– Vanadio– Zinc

NUTRIENTES

4.3.2 Temperatura

Factores que influyen en el desarrollo de microorganismos: la temperatura. Temperatura máxima, óptima y mínima. Hipertermófilos, termófilos, mesófilos y psicrófilos.

El crecimiento de los microorganismos se encuentra influenciado por varios factores. Entre ellos los más importantes son la aireación y la temperatura

Los microorganismos tienen un margen de temperaturas en el cual pueden crecer. Este margen viene delimitado por la temperatura máxima de crecimiento, a partir de la cual no pueden vivir e incluso mueren; la temperatura mínima por debajo de la cual no pueden crecer aunque generalmente no mueren; y la temperatura óptima a la cual ofrecen el mejor crecimiento.

Atendiendo a este margen de temperatura de crecimiento, los microorganismos se clasifican en:

Hipertermófilos: Su temperatura óptima se encuentra por encima de los 80ºC. Muchos de ellos son arqueas.

Termófilos: Su temperatura óptima se encuentra entre 45-70ºC. Suelen ser microorganismos de vida libre

Mesófilos: Su temperatura óptima se encuentra entre los 25-45ºC. Incluye microorganismos patógenos y comensales del             hombre y animales de sangre caliente y algunos de vida libre.

Psicótrofos:  La temperatura óptima de los microorganismos de este grupo está por debajo de los 25 – 30°C            incluye microorganismos de vida libre.

Psicrófilos: Su temperatura óptima de desarrollo se encuentra entre los 12 – 15°C

4.3.3 Humedad

Un nivel mínimo de humedad, tanto en el medio como en la atmósfera, es imprescindible para un buen desarrollo de las células vegetativas microbianas en los cultivos.

Hay que prever el mantenimiento de estas condiciones mínimas en las estufas de cultivo a 35-37ºC proporcionando una fuente adecuada de agua que mantenga la humedad necesaria para el crecimiento de los cultivos y evitar así que se deseque el medio.

4.3.4 Requerimiento De Oxígeno

Gran cantidad de bacterias pueden crecer en una atmósfera con tensión de oxígeno normal. Algunas pueden obtener el oxígeno directamente de variados sustratos. Pero los microorganismos anaerobios estrictos sólo se desarrollarán adecuadamente en una atmósfera sin oxígeno ambiental.

En un punto intermedio, los microorganismos microaerófilos crecen mejor en condiciones atmosféricas parcialmente anaerobias (tensión de oxígeno muy reducida), mientras los anaerobios facultativos tienen un metabolismo capaz de adaptarse a cualquiera de las citadas condiciones.

En los organismos superiores, el oxígeno es un componente universal de las células y gran parte de este elemento lo proporciona el agua.

No obstante, los organismos superiores y muchos microorganismos necesitan además oxígeno molecular, ya que dependen de la respiración aerobia como mecanismo generador de energía, donde el oxígeno actúa como oxidante terminal.

A estos organismos que requieren oxígeno molecular se les denomina aerobios obligados.

Dentro de esta categoría, hay algunos grupos que crecen mejor a presiones parciales de oxígeno más bajas (0,2 atmósferas) que las del aire y se les denomina microaerófilos.

4.3.5 pH La concentración de iones hidrógeno es muy importante

para el crecimiento de los microorganismos. La mayoría de ellos se desarrollan mejor en medios con un pH neutro, aunque los hay que requieren medios más o menos ácidos.

Es un parámetro crítico en el cultivo de microorganismos ya que estos sólo pueden crecer en un rango estrecho de pH fuera del cual mueren rápidamente.

No se debe olvidar que la presencia de ácidos o bases en cantidades que no impiden el crecimiento bacteriano pueden sin embargo inhibirlo o incluso alterar sus procesos metabólicos normales.

El pH intracelular es ligeramente superior al del medio que rodea las células ya que, en muchos casos, la obtención de energía metabólica depende de la existencia de una diferencia en la concentración de protones a ambos lados de la membrana citoplásmica.

Cada tipo de microorganismo tiene un rango de pH en el que puede vivir adecuadamente, fuera de este rango muere.

Los rangos de pH tolerables por diferentes tipos de microorganismos son, también, distintos. Hay microorganismos acidófilos que pueden vivir a pH=1.0 y otros alcalóficlos que toleran pH=10.0

El pH interno en la mayoría de los microorganismo está en el rango de 6.0 a 7.0.

Hay que considerar que, como consecuencia del metabolismo, el pH del medio de cultivo suele tender a bajar durante el cultivo. Por consiguiente, es necesario controlar el pH de los cultivos industriales para evitar que un descenso excesivo pueda producir la autoesterilización del cultivo.

4.3.6 Presión Osmótica

Se define ósmosis como una difusión pasiva, caracterizada por el paso del agua, disolvente, a través de la membrana semipermeable, desde la solución más diluida a la más concentrada.

Y entendemos por presión osmótica, a aquella que seria necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable.

Al considerar como semipermeable a la membrana plasmática, las células de los organismos pluricelulares deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos tisulares que los bañan.

La presión osmótica puede definirse como la presión que se debe aplicar a una solución para detener el flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable.

La presión osmótica es una de las cuatro propiedades coligativas de las soluciones (dependen del número de partículas en disolución, sin importar su naturaleza).

Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos, se haría hipertónica respecto a las células, como consecuencia se originan pérdida de agua y deshidratación (plasmólisis).

De igual forma, si los líquidos extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a las células.

El agua tiende a pasar al protoplasma y las células se hinchan y se vuelven turgentes, pudiendo estallar (en el caso de células vegetales la pared de celulosa lo impediría), por un proceso de turgescencia.

4.3.7 Luz

La energia radiante, particularmente la luz ultravioleta, puede causar mutaciones y eventualmente ocasionar la muerte de los organismos.

Sin embargo, algunos microorganismos tiene pigmentos que los protegen de la radiación y ayudan a prevenir el daño del ADN

Otros poseen sistemas enzimáticos que pueden reparar algunos daños del ADN

La presencia de pigmentos en las bacterias que medran en hábitats sometidos a la luz les confieren un efecto protector frente a la luz visible y el ultravioleta cercano. Los carotenoides se localizan en la membrana plasmática y protegen a la célula de la fotooxidación, su presencia confiere a las bacterias colores que van desde el tono amarillo al rojo, entre ellas los géneros Micrococcus, Corynebacterium, Mycobacterium y Nocardia entre las levaduras los géneros Rhodotorula, Sporobolomyces.

El mecanismo por el cual la luz visible afecta a los microorganismos se basa en el fenómeno de fotooxidación, en presencia de oxígeno atmosférico algunos pigmentos celulares (flavinas, citocromos) actúan como fotosensibilizadores. Es posible explotar este fenómeno para eliminar bacterias patógenas utilizando colorantes vitales (p.ej. azul de metileno).