UNIDAD REGIONAL SURDIVISIN DE CIENCIAS E INGENIERADEPARTAMENTO DE QUIMICO BIOLGICAS Y AGROPECUARIAS

RESUMENNUTRICION, CULTIVO Y METABOLISMO MICROBIANO CAPITULO 5

PRESENTA: Figueroa pineda Marcos AlbertoA212220022

DOCENTE: Guadalupe Gonzales

Nutricin microbianaComposicin qumica de una clula.Las clulas contienen grandes cantidades de pequeas molculas as como de macromolculas. La clula, puede obtener la mayora de las pequeas molculas que necesita del exterior o sintetizarlas a partir de molculas ms simples. Las macromolculas, por el contrario, son siempre sintetizadas en la clula. Aunque hay muchos elementos en la naturaleza, prcticamente la totalidad de la masa celular est formada por sustancias con cuatro tipos de tomos:carbono, oxgeno, hidrgeno y nitrgeno. Estos cuatro elementos constituyen el esqueleto de las macromolculas as como las molculas orgnicas pequeas. Otros elementos son menos abundantes que el C, 0, H y N, pero son igualmente importantes para el conjunto del metabolismo. stos incluyen al fsforo, potasio, calcio, magnesio, azufre, hierro, zinc, manganeso, cobre, cobalto y otros pocos elementos, dependiendo del organismo.El agua representa el 90% del peso hmedo de una clula y las macromolculas la masa global del peso seco. Ahora consideraremos cmo los nutrientes son obtenidos por la clula a partir del medio exterior.Micronutrientes Aunque los micronutrientes se requieren en pequeas cantidades son tan importantes para el funcionamiento celular como los macronutrientes. Los micronutrientes son metales muchos de los cuales tienen una funcin estructural en barias enzimas (los catalizadores de la clulas ) debido que la necesidad de estos elementos muy pequea en cuanto a su concentracin, con frecuencia no es necesario aadirlos a los medios de cultico para cultivar microorganismos en el laboratorio Factores de crecimientoLos factores de crecimiento son compuestos organicos que como los micronutrientes, se necesitan en muy pequeas cantidades y solo por algunas clulas. Los factores de crecimiento son vitaminas, aminocidos, purinas y pirimidinas. Aunque la mayora de los microorganismos son capases de sintetizar estos compuestos, en algunos casos es necesario suministrarlos en el medio de cultivo

Carbono y nitrgeno.Los nutrientes pueden ser divididos en dos clases: (1)macronutrientes,los que son requeridos en grandes cantidades y (2)micronutrientes,que lo son solamente en pequeas cantidades. Empezamos por los macronutrientes mayoritarios: carbono y nitrgeno.La mayora, de los procariotas requieren un compuesto orgnico de algn tipo como fuente decarbono. Estudios nutricionales han demostrado que muchas bacterias pueden asimilar varios compuestos de carbono orgnico y utilizarlos para fabricar material celular. Un incontable nmero de compuestos tales como aminocidos, cidos grasos y compuestos aromticos pueden ser usados por una bacteria u otra.Despus del carbono, el siguiente elemento ms abundante en la clula es elnitrgeno. Una bacteria tpica contiene aproximadamente el 12% de nitrgeno (peso seco) y a su vez el Nitrgeno es un componente mayoritario de protenas, cidos nucledos y otros constituyentes celulares. El nitrgeno se encuentra en la naturaleza tanto en forma orgnica como inorgnica. Sin embargo, la globalidad del nitrgeno utilizable est en formainorgnica,bien como amonaco (NH3), nitrato (NO-3) o N2. La mayora de las bacterias pueden utilizar amonaco y muchas adems nitrato. El nitrgeno molecular (gas), sin embargo, puede ser fuente de nitrgeno para un reducido grupo de bacterias(bacterias fijadoras de nitrgeno).Otros macronutrientes: P, S, K, Mg, Ca, Na, Fe.Elfsforoacontece en la naturaleza en forma de fosfatos orgnicos o inorgnicos y es requerido por la clula para la sntesis de cidos nucleicos y fosfolpidos. Elazufrees fundamentalpor ser un elemento estructural en los aminocidos cistena y metionina y porque est presente en vitaminas tales como la tiamina, biotina, cido lipoico as como coenzima A. El azufre sufre una serie de transformaciones qumicas en la naturaleza, llevadas a cabo exclusivamente por microorganismos y es utilizable por ellos bajo una gran diversidad de formas qumicas. La mayora del azufre celular procede de fuentes inorgnicas, ya sean sulfatos o sulfuros.Elpotasioes necesario en todos los organismos. Una gran diversidad de enzimas, incluyendo varias implicadas en la sntesis de protenas, lo requieren especficamente. Elmagnesioestabiliza los ribosomas, las membranas celulares, los cidos nucleicos y se requiere tambin para la actividad de muchas enzimas. Elcalcio(que no es un nutriente esencial para el crecimiento de muchos microorganismos), ayuda a estabilizar la pared celular bacteriana y juega un papel fundamental en la termorresistencia de laendospora bacteriana. Elsodioes requerido por algunos, pero no todos, microorganismos y cuando lo es, es debido a la naturaleza qumica de su hbitat.

Aunque algunas veces se le considera un micronutriente, elhierroes requerido por las clulas en mayores cantidades que otros metales traza y por ello debe ser considerado como macronutriente. El hierro juega un papel fundamental en la respiracin celular, siendo un componente clave de los citocromos, y de las protenas que contienen hierro y azufre implicadas en el transporte de electrones. Debido a que la mayor parte de las sales inorgnicas son altamente insolubles, muchos microorganismos producen agentes que unen hierro de una manera muy especfica, denominadossiderforos,que solubilizan las sales de hierro transportndolo al interior celular. Un grupo importante de siderforos son derivados del cido hidroxmico, el cual quela fuertemente el ion frrico. Una vez que el complejo hierro-hidroxamato est dentro de la clula, el hierro es liberado y el hidroxamato sale al exterior para ser reutilizado. En algunas bacterias los siderforos no son hidroxamatos sino compuestos fenlicos. Bacterias entricas tales comoEscherichia coli y Salmonella typhimuriumproducen siderforos fenlicos complejos llamadosenterobactinas.Estos siderforos son derivados del catecol y presentan una altsima afinidad por el hierro. En la imagen inferior se muestra la estructura de la enterobactina deE. coli.La disponibilidad de hierro tiene importantes consecuencias en la capacidad de muchas bacterias patgenas para crecer en el cuerpo

Micronutrientes (elementos traza).Aunque los micronutrientes son requeridos en muy pequeas cantidades son, sin embargo, tan importantes como los macronutrientes para la funcin celular. Los micronutrientes son metales, muchos de los cuales forman parte de enzimas que son los catalizadores celulares. En la tabla que se muestra ms abajo se resume los micronutrientes ms importantes de sistemas vivos, ejemplificando aquellas enzimas en las que desempea un papel importante.Debido a que el requerimiento de elementos traza es muy pequeo, para el cultivo de microorganismos en el laboratorio se hace innecesario su adicin al medio. Sin embargo, si un medio contiene compuestos qumicos altamente purificados y disueltos en agua destilada de alta pureza, puede ocurrir una deficiencia de elementos traza. En tales casos se aade una pequea cantidad de estos metales al medio para que estn disponibles los metales necesarios.

Factores de crecimiento.Los factores de crecimiento son compuestos orgnicos que, como los micronutrientes, son requeridos en muy pequeas cantidades y solo por algunas clulas. Los factores de crecimiento incluyen vitaminas, aminocidos, purinas y pirimidinas. Aunque la mayora de los microorganismos son capaces de sintetizar estos compuestos, otros requieren tomar uno o ms preformados del medio ambiente.Las vitaminas son los factores de crecimiento ms comnmente necesitados. La mayor parte de las vitaminas funcionan como parte de coenzimas y se resumen en la tabla de ms abajo. Muchos microorganismos son capaces de sintetizar todos los componentes de sus coenzimas, pero algunos son incapaces de hacerlo as y deben ser suplementados con ciertas partes de estas coenzimas en forma de vitaminas. Las bacterias lcticas, que incluyen los gnerosStreptococcus, Lactobacillus, Leuconostocy otros son reconocidas por su complejo requerimiento de vitaminas, que son incluso mayores que los de los humanos.

Cultivo de microorganismos en el laboratorio Una vez que ha sido preparado un medio de cultivo puede se inoculado (es decir, se le aaden organismos) y a continuacin incubando en condiciones que favorezcan el crecimiento microbiano. En general, se tratara del crecimiento de un cultivo acentico o puro, esto es, de un cultivo que contiene solo un nico tipo de microorganismo.

Medios de cultivos liquido vs medios de cultivos slidosHasta ahora solo hemos considerado la preparacin de medios de cultivos lquidos. Sin embargo los medios de cultivo se preparan con frecuencia en forma semislida o solida mediante la adicin al medio lquido de un agente solidificarte. Los medios slidos inmovilizan a las clulas permitindoles crecer y formar masas aisladas invisibles llamadas colonias.

Catlisis y enzimas La determinacin de la energa libre nos indica solo si en una determinada reaccin se libera o se requiere energa pero no nos dice nada acerca de la velocidad de la reaccin.Consideremos la formacin de agua a partir de oxigeno y hidrogeno gaseosos. La energa de esta reaccin es muy favorable: H2+O2 H2O

Enzimas El concepto de energa de activacin nos lleva al concepto de catlisis. Un catalizador es una sustancia que disminuye la energa de activacin de una reaccin y por siguiente aumenta la velocidad de una reaccin. Los catalizadores facilitan las reacciones pero ellos mismos no se consumen ni se modifican durante la reaccin. Es importante destacar que los catalizadores no interinen en la energa o en el equilibrio de una reaccin, si no que afectan solo a la velocidad a la que esas reacciones ocurren.Bioenergtica La energa se define como la capacidad de realizar un trabajo. En microbiologa la energa se mide normalmente en kilojulios, una unidad de energa calorfica acciones qumicas se acompaan de cambios de energas a un que en toda reaccin qumica se pierde algo de energa en forma de calor.Oxidacin- reduccin y compuestos de alta energa En los sistemas biolgicos la conservacin de la energa implica reacciones de oxidacin reduccin. El resultado final de energa liberada en estas reacciones es la produccin de compuestos de alta energa como el ATP a continuacin consideraremos reacciones de oxidacin reduccin (reacciones Redox) y los principales trasportadores de electrones que se encuentran tanto en el citoplasma como en la membrana citoplasmtica.

Donadores y aceptores de electronesEn las reacciones de oxidacin reduccin los electrones cedidos por un donador son aceptados por un aceptor por ejemplo el gas hidrogeno pude liberar electrones y protones y oxidarse.La torre de electronesLos pares redox se ordenan de los reductores mas fuertes (potenciales de reduccin negativos) en el extremo superior hasta los oxidantes mas fuertes (potenciales de reduccin positivos) en el extremo inferior como los electrones son cedidos desde la parte superior a la inferior puede ser captados por aceptores a diversos niveles cuanto mayor sea la cada antes de ser captados (diferencia de potenciales) ms energa se liberara.Compuestos de alta energa y almacenamiento de energaLa energa liberada en las reacciones redox debe conservarse para el funcionamiento celular en los organismos vivos, la energa qumica liberada en estas reacciones se conservan normalmente en forma de enlaces fosfato de alta energa. Estos compuestos son los que actan luego como la fuente de energa que dirigen las reacciones celulares que la requieren.Produccin de productos de fermentacinDurante la formacin de 2 molculas de acido 1.3 difosfoglicerico, se reducen 2 molculas de NAD a NADH. Sin embargo las clulas contienen solo una pequea cantidad de NAD, y si todo se convirtiera en NADH se detendra la oxidacin de la glucosa. La oxidacin continuada del gliseraldeido fosfato solo puede proseguir si est presente una molcula de NAD para aceptar los electrones liberados.La fuerza motriz de protones y la formacin de ATPLas clulas de tucuerpogeneran energa a partir de las molculas de losalimentosa travs de un proceso llamado respiracin celular. Parte de este proceso consiste en protones que son bombeados a travs de una membrana, para crear una fuerza motriz protnica, que pueden dirigir la sntesis de otrotipode molcula.

Biosntesis y ciclo del acido ctricoLaestrategiabsica del metabolismo es formar ATP,poderreductor y precursores para labiosntesis. Revisemos brevemente estos temas centrales:El ATP es la unidad biolgica universal de energa. El elevado potencial para transferirgruposfosforilos capacita al ATP para ser utilizado como fuente de energa en la contraccin muscular,transporteactivo, amplificacin desealesy biosntesis.El ATP se genera en la oxidacin de molculas combustibles, comoglucosa,cidosgrasos y aminocidos. El intermediario comn en la mayora de estas oxidaciones es el acetil-CoA. Los carbonos del fragmento acetilo se oxidan completamente a CO2 en el ciclo del cido ctrico, con formacin simultnea de NADH y FADH2, que transfieren sus electrones de elevado potencial a la cadena respiratoria, con formacin final de ATP. La gluclisis es otroprocesogenerador de ATP, pero la cantidad que se forma es mucho menor que en la fosforilacin oxidativa (2 vrs. 30 0 32 ATPs). Sin embargo, la gluclisis puede transcurrir rpidamente durante un cortotiempoen condiciones anaerbicas, mientras que la fosforilacin oxidativa requiere del suministro continuado de O2.El NADPH es el principal dador de electrones en las biosntesis reductoras. En la mayora de la biosntesis, losproductosfinales estn ms reducidos que sus precursores, y por ello, requieren, adems de ATP, un poder reductor, los cuales proceden normalmente del NADPH. La va de las pentosas fosfato suministra gran parte del NADPH que se necesita.

Respiracin anaerbica Tambin conocida comorespiracin anaerbica, es un proceso metablico que consiste en la oxidorreduccin de diferentes compuestos. Los electrones liberados son aceptados por molculas diferentes deloxgeno.En otras palabras, la respiracin anaerobia es un proceso que se desarrollasin oxgeno. La sustancia que se encarga de la oxidacin puede ser elnitrato, elsulfato, eldixido de carbonou otra distinta. De estemodo, la clula adquiereenergams all de la ausencia del oxgeno.