fisiología microbiana nutrición blgo. héctor e. garay montañez q.f. jéssica n. bardales...

Fisiología microbianaFisiología microbiana

NutriciónNutrición

Blgo. Héctor E. Garay Montañez Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Q.F. Jéssica N.

Bardales ValdiviaBardales Valdivia

Fundamentos de la nutriciónFundamentos de la nutrición

Para crecer, los microorganismos deben tomar del Para crecer, los microorganismos deben tomar del ambiente todas las sustancias para la generación de ambiente todas las sustancias para la generación de energía. Estas sustancias se denominan energía. Estas sustancias se denominan nutrientesnutrientes..Sin embargo, los microorganismos son Sin embargo, los microorganismos son extraordinariamente diversos en cuanto a sus extraordinariamente diversos en cuanto a sus propiedades fisiológicas específicas y, por consiguiente, propiedades fisiológicas específicas y, por consiguiente, en cuanto a sus requerimientos de nutrientes en cuanto a sus requerimientos de nutrientes específicos.específicos.La composición química de las células, bastante La composición química de las células, bastante constante en todo el mundo vivo, da indicios de los constante en todo el mundo vivo, da indicios de los principales materiales requeridos para el crecimiento:principales materiales requeridos para el crecimiento:



El agua supone entre el 80 y 90% del peso seco total de El agua supone entre el 80 y 90% del peso seco total de las células y por lo tanto, en términos cuantitativos es las células y por lo tanto, en términos cuantitativos es siempre el principal nutriente esencial.siempre el principal nutriente esencial.

La materia sólida de las células contiene además de La materia sólida de las células contiene además de hidrógeno y oxígeno (que pueden derivarse hidrógeno y oxígeno (que pueden derivarse metabolicamente del agua), carbono, nitrógeno, fósforo metabolicamente del agua), carbono, nitrógeno, fósforo y azufre. Estos seis elementos suponen alrededor del y azufre. Estos seis elementos suponen alrededor del 95% del peso seco de la célula, en la fracción restante 95% del peso seco de la célula, en la fracción restante se incluyen muchos otros elementos.se incluyen muchos otros elementos.

Los estudios de nutrición demuestran que el potasio, Los estudios de nutrición demuestran que el potasio, magnesio, calcio, hierro, manganeso, cobalto, cobre, magnesio, calcio, hierro, manganeso, cobalto, cobre, molibdeno y zinc, son requeridos por casi todos los molibdeno y zinc, son requeridos por casi todos los organismos.organismos.



ElementoElemento % del peso seco% del peso seco

CarbonoCarbono 5050

OxígenoOxígeno 2020

NitrógenoNitrógeno 1414

HidrógenoHidrógeno 88

FósforoFósforo 33

AzufreAzufre 11

PotasioPotasio 11

SodioSodio 11

CalcioCalcio 0,50,5

MagnesioMagnesio 0,50,5

CloroCloro 0,50,5

HierroHierro 0,20,2

Todos los demásTodos los demás Aprox. 0,3Aprox. 0,3



ElementoElemento Funciones fisiológicasFunciones fisiológicasHidrógenoHidrógeno Constituyente del agua celular, materiales celulares orgánicosConstituyente del agua celular, materiales celulares orgánicos

OxígenoOxígeno Constituyente del agua celular, materiales celulares orgánicos. Como O2 Constituyente del agua celular, materiales celulares orgánicos. Como O2 aceptor de electrones en la respiración de los aerobios.aceptor de electrones en la respiración de los aerobios.

CarbonoCarbono Constituyente del agua celular, materiales celulares orgánicos.Constituyente del agua celular, materiales celulares orgánicos.

NitrógenoNitrógeno Constituyente de proteínas, ácidos nucleicos, coenzimas.Constituyente de proteínas, ácidos nucleicos, coenzimas.

AzufreAzufre Constituyente de proteínas (como aminoácidos cisteína y metionina); de Constituyente de proteínas (como aminoácidos cisteína y metionina); de algunos coenzimas (CoA, cocarboxilasa)algunos coenzimas (CoA, cocarboxilasa)

FósforoFósforo Constituyente de ácidos nucleicos, fosfolípidos, coenzimas.Constituyente de ácidos nucleicos, fosfolípidos, coenzimas.

PotasioPotasio Uno de los principales cationes inorgánicos de las células, cofactores de Uno de los principales cationes inorgánicos de las células, cofactores de algunos enzimas.algunos enzimas.

MagnesioMagnesio Importante catión celular, cofactor inorgánico en muchas reacciones Importante catión celular, cofactor inorgánico en muchas reacciones enzimáticas, incluyendo aquellas que requieren ATP; funciona uniendo enzimáticas, incluyendo aquellas que requieren ATP; funciona uniendo los enzimas a los substratos. Constituyente de las clorofilas.los enzimas a los substratos. Constituyente de las clorofilas.

ManganesoManganeso Cofactor inorgánico de varios enzimas, a veces reemplazando al Mg.Cofactor inorgánico de varios enzimas, a veces reemplazando al Mg.

CalcioCalcio Importante catión celular, cofactor de algunos enzimas (ej. Proteinasas)Importante catión celular, cofactor de algunos enzimas (ej. Proteinasas)

HierroHierro Constituyente de citocromos y otras hemo o no hemoproteínas, cofactor Constituyente de citocromos y otras hemo o no hemoproteínas, cofactor de cierto número de enzimas.de cierto número de enzimas.

CobaltoCobalto Constituyente de la vitamina B12 y de sus coenzimas derivadosConstituyente de la vitamina B12 y de sus coenzimas derivados

Cobre, zinc, níquel, Cobre, zinc, níquel, molibdenomolibdeno

Constituyentes inorgánicos de enzimas especiales.Constituyentes inorgánicos de enzimas especiales.Blgo. Héctor E. Garay Montañez Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Q.F. Jéssica N.


VitaminasVitaminas CoenzimaCoenzima Reacciones enzimReacciones enzimááticas que ticas que implican la forma de coenzimaimplican la forma de coenzima

Acido nicotínicoAcido nicotínico

(niacina)(niacina)

Coenzimas de piridín-nucleótidoCoenzimas de piridín-nucleótido

(NAD(NAD++ y NADP y NADP++))

DeshidrogenacionesDeshidrogenaciones

RiboflavinaRiboflavina

(vitamina B(vitamina B22))

Flavina-nucleótidoFlavina-nucleótido

(FAD y FMN)(FAD y FMN)

Algunas deshidrogenaciones, Algunas deshidrogenaciones, transporte de electronestransporte de electrones

TiaminaTiamina


Pirofosfato de tiaminaPirofosfato de tiamina

(cocarboxilasa)(cocarboxilasa)

Descarboxilaciones y algunas Descarboxilaciones y algunas reacciones de transferencia de reacciones de transferencia de gruposgrupos

PiridoxinaPiridoxina


Piridoxal fosfatoPiridoxal fosfato Metabolismo de aminoácidos: Metabolismo de aminoácidos: transaminación, desaminación, transaminación, desaminación, descarboxilacióndescarboxilación

Acido pantoténicoAcido pantoténico Coenzima ACoenzima A Oxidación de cetoácidos, Oxidación de cetoácidos, metabolismo de ácidos grasosmetabolismo de ácidos grasos

Acido fólicoAcido fólico Acido tertahidrofólicoAcido tertahidrofólico Transferencia de unidades de un Transferencia de unidades de un carbonocarbono

BiotinaBiotina BiotinaBiotina Fijación de COFijación de CO22, transferencia de , transferencia de

carboxiloscarboxilos

CobalaminaCobalamina

(vitamina B12)(vitamina B12)

Diversos derivados de la Diversos derivados de la cobalaminacobalamina

Reacciones de reordenación Reacciones de reordenación molecularmolecularBlgo. Héctor E. Garay Montañez Blgo. Héctor E. Garay Montañez

Q.F. Jéssica N. Q.F. Jéssica N. Bardales ValdiviaBardales Valdivia

Todos los elementos metálicos requeridos pueden Todos los elementos metálicos requeridos pueden proporcionarse como nutrientes en forma de cationes de proporcionarse como nutrientes en forma de cationes de sales inorgánicas.sales inorgánicas.

El potasio, el magnesio, el calcio y el hierro se requieren El potasio, el magnesio, el calcio y el hierro se requieren en cantidades relativamente grandes y deberían en cantidades relativamente grandes y deberían incluirse siempre como sales, en los medios de cultivo.incluirse siempre como sales, en los medios de cultivo.

Los requerimientos cuantitativos de manganeso, Los requerimientos cuantitativos de manganeso, cobalto, cobre, molibdeno y zinc son muy pequeños, con cobalto, cobre, molibdeno y zinc son muy pequeños, con frecuencia se hace referencia a ellos como elementos frecuencia se hace referencia a ellos como elementos traza o micronutrientes.traza o micronutrientes.



Categorías de nutrición entre los Categorías de nutrición entre los microorganismosmicroorganismos

AutótrofosAutótrofos

Usan nutrientes completamente Usan nutrientes completamente inorgánicosinorgánicos

HeterótrofosHeterótrofos

requieren necesariamente nutrientes requieren necesariamente nutrientes orgánicosorgánicos



FotoautótrofosFotoautótrofosUtilizan la luz como fuente de energía y el COUtilizan la luz como fuente de energía y el CO2 2 como fuente principal de como fuente principal de carbono. Esta categoría incluye la mayoría de los organismos fotosintéticos.carbono. Esta categoría incluye la mayoría de los organismos fotosintéticos.

FotoheterótrofosFotoheterótrofosUtilizan la luz como fuente de energía y compuestos orgánicos como fuente Utilizan la luz como fuente de energía y compuestos orgánicos como fuente principal de carbono. Están incluidas algunas de las bacterias rojas y principal de carbono. Están incluidas algunas de las bacterias rojas y verdes.verdes.

QuimioautótrofosQuimioautótrofosUtilizan una fuente de energía química y CO2 como fuente principal de Utilizan una fuente de energía química y CO2 como fuente principal de carbono. Obtienen energía por oxidación de compuestos inorgánicos carbono. Obtienen energía por oxidación de compuestos inorgánicos reducidos tales como NH4, NO2, H2, de formas reducidas del azufre H2S, reducidos tales como NH4, NO2, H2, de formas reducidas del azufre H2S, S, S2O3 o el ión ferroso. Como resultado de su capacidad distintiva en S, S2O3 o el ión ferroso. Como resultado de su capacidad distintiva en medios estrictamente minerales, en ausencia de luz, estos organismos son medios estrictamente minerales, en ausencia de luz, estos organismos son denominados a veces quimiolitótrofos.denominados a veces quimiolitótrofos.

QuimioheterótrofosQuimioheterótrofosUsan una fuente química de energía y un substrato orgánico como principal Usan una fuente química de energía y un substrato orgánico como principal fuente de carbono. En este caso tanto la energía como el carbono pueden fuente de carbono. En este caso tanto la energía como el carbono pueden obtenerse usualmente del metabolismo de un único compuesto orgánico. obtenerse usualmente del metabolismo de un único compuesto orgánico. Están incluidos los animales metazoos, los protozoos, los hongos y la gran Están incluidos los animales metazoos, los protozoos, los hongos y la gran mayoría de las bacterias.mayoría de las bacterias.Blgo. Héctor E. Garay Montañez Blgo. Héctor E. Garay Montañez

Q.F. Jéssica N. Q.F. Jéssica N. Bardales ValdiviaBardales Valdivia

Requerimientos para el crecimiento Requerimientos para el crecimiento microbianomicrobiano

Los requerimientos para el crecimiento Los requerimientos para el crecimiento microbiano pueden dividirse en dos categorías: microbiano pueden dividirse en dos categorías: físicos y químicos.físicos y químicos.

Los aspectos físicos incluyen la temperatura, el Los aspectos físicos incluyen la temperatura, el pH y la presión osmótica.pH y la presión osmótica.

Los requerimientos químicos el agua, as fuentes Los requerimientos químicos el agua, as fuentes de carbono y nitrógeno, las sustancias de carbono y nitrógeno, las sustancias minerales, el oxígeno y los factores orgánicos minerales, el oxígeno y los factores orgánicos de crecimiento.de crecimiento.



Requerimientos físicosRequerimientos físicos

TemperaturaTemperatura

Los microorganismos crecen bien a las temperaturas Los microorganismos crecen bien a las temperaturas normalmente adecuadas para los animales superiores. normalmente adecuadas para los animales superiores. Sin embargo, ciertas bacterias son capaces de crecer a Sin embargo, ciertas bacterias son capaces de crecer a temperaturas extremas tanto de frío como de calor, que temperaturas extremas tanto de frío como de calor, que en muchos casos no permitirían la supervivencia de la en muchos casos no permitirían la supervivencia de la mayoría de los organismos superiores.mayoría de los organismos superiores.



SicrófilosSicrófilos: microorganismos adaptados a : microorganismos adaptados a bajas temperaturas (menos de 20bajas temperaturas (menos de 20ºC)ºC)

MesófilosMesófilos: adaptados a temperaturas : adaptados a temperaturas moderadas (25 y 40moderadas (25 y 40ºC)ºC)

TermófilosTermófilos: adaptados a altas : adaptados a altas temperaturas (50 y 60 temperaturas (50 y 60 ºC)ºC)



pHpH

La mayorLa mayoríía de bacterias crecen mejor en a de bacterias crecen mejor en un estrecho margen de pH cercano a la un estrecho margen de pH cercano a la neutralidad entre 6,5 y 7,5. Muy pocas neutralidad entre 6,5 y 7,5. Muy pocas bacterias crecen a pH inferiores a 4,0bacterias crecen a pH inferiores a 4,0

Los mohos y las levaduras crecen crecen Los mohos y las levaduras crecen crecen dentro de un intervalo de pH menor que dentro de un intervalo de pH menor que las bacterias habitualmente entre 5 y 6 las bacterias habitualmente entre 5 y 6



Presión osmóticaPresión osmóticaLos microbios obtienen casi todos los nutrientes disueltos en el Los microbios obtienen casi todos los nutrientes disueltos en el agua que los rodea. Por lo tanto necesitan agua para su agua que los rodea. Por lo tanto necesitan agua para su crecimiento ya que, de hecho, están formados por 80 a 90% de crecimiento ya que, de hecho, están formados por 80 a 90% de agua.agua.

Las presiones osmóticas elevadas producen un efecto de Las presiones osmóticas elevadas producen un efecto de eliminación del agua necesaria para la célula.eliminación del agua necesaria para la célula.

Cuando una célula microbiana está en una solución cuya Cuando una célula microbiana está en una solución cuya concentración de solutos es mayor que la de la célula (es concentración de solutos es mayor que la de la célula (es hipertónica), el agua intracelular sale a través de la membrana hipertónica), el agua intracelular sale a través de la membrana citoplasmática hacia la zona de mayor concentración salina. La citoplasmática hacia la zona de mayor concentración salina. La pérdida osmótica de agua produce plasmólisis.pérdida osmótica de agua produce plasmólisis.

Las bacterias adaptadas a altas concentraciones salinas son Las bacterias adaptadas a altas concentraciones salinas son conocidas como halófilas.conocidas como halófilas.

Si la presión osmótica es baja (hipotónica), el agua tiende a entrar Si la presión osmótica es baja (hipotónica), el agua tiende a entrar en la célula.en la célula.



Requerimientos químicosRequerimientos químicos

CarbonoCarbonoFuente importante de la materia vivaFuente importante de la materia viva

Nitrógeno, azufre y fósforoNitrógeno, azufre y fósforoImportantes para la síntesis de material celular Importantes para la síntesis de material celular (aminoácidos, proteínas, ADN, ARN, ATP, vitaminas)(aminoácidos, proteínas, ADN, ARN, ATP, vitaminas)

OligoelementosOligoelementosLos microorganismos requieren cantidades pequeñas de Los microorganismos requieren cantidades pequeñas de otros elementos minerales como hierro, cobre, otros elementos minerales como hierro, cobre, molibdeno, zinc, magnesio, etc).molibdeno, zinc, magnesio, etc).La mayoría son esenciales para la actividad de algunas La mayoría son esenciales para la actividad de algunas enzimas actuando normalmente como cofactores.enzimas actuando normalmente como cofactores.



OxígenoOxígenoMuchos microorganismos utilizan oxígeno molecular.Muchos microorganismos utilizan oxígeno molecular.

Aerobios obligadosAerobios obligadosNecesitan oxígeno para vivirNecesitan oxígeno para vivir

Anaerobios facultativosAnaerobios facultativosPueden crecer en ausencia o presencia de oxígenoPueden crecer en ausencia o presencia de oxígeno

Anaerobios obligadosAnaerobios obligadosEl oxígeno es mortal para ellos.El oxígeno es mortal para ellos.



fisiología microbiana nutrición blgo. héctor e. garay montañez q.f. jéssica n. bardales...

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