metabolismo microbiano · metabolismo microbiano conjunto de reacciones bioquímicas y procesos ......
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Metabolismo microbiano
Conjunto de reacciones bioquímicas y procesos fisicoquímicos estrechamente
interrelacionados, que ocurren en una célula, y son la base para que ésta pueda realizar
todas sus actividades: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos,
etc.
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Definición de metabolismo:
Metabolismo microbiano
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N Tiene aplicación el estudio de esta temática?
Inoculantes para agricultura Agroalimentos fermentados
Biorremediación
Bioenergía
Metabolismo microbiano
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1) Introducción: Catabolismo Vs Anabolismo:
Oxidación Vs Reducción
Principios de termodinámica
3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos:
2) Composición química de los microorganismos
Según fuente de energía, fuente de carbono, tipo de
metabolismo energético intermedio, etc.
Según condiciones de crecimiento: características culturales
Enzimas
4) Medios de cultivo microbianos:
Clasificaciones según diferentes criterios
Condiciones que deben reunir
Catabolismo:
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Metabolismo microbiano
Catabolismo Vs Anabolismo:
Reacciones
exotérmicas,
liberan
energía, el
sustrato tiene
mayor energía
interna que el
producto
resultante de la
reacción.
Desde la
perspectiva
termodinámica
se trata de
reacciones
exotérmicas
Anabolismo:
Reacciones
endotérmicas,
consumen
energía, el
sustrato tiene
menor energía
interna que el
producto
resultante de
la reacción.
Desde la
perspectiva
termodinámica
se trata de
reacciones
endotérmicas
1) Introducción:
Catabolismo y anabolismo ocurren sincrónicamente, respetando las leyes de la termodinámica
Metabolismo microbiano
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Enzimas: Cual es su función?
1) Introducción:
Facilitar la realización de una reacción metabólica
Disminuyen la energía de activación necesaria para que ocurra una reacción bioquímica
Disminuyen el tiempo necesario para que una reacción bioquímica se produzca
Enzimas: Nomenclatura según su actividad
Oxidoreductasas: catalizan reacciones de oxidorreducción (redox). Utilizan coenzimas y cofactores (NAD, NADP) que transporten los electrones (hidrogeniones) desde el dador hasta el aceptor final de electrones. Estas coenzimas quedan modificadas en su grado de oxidación al participar de una reacción, y no se sintetizan de nuevo sino que se reciclan participando en reacciones inversas, alternando oxidación con reducción. Ejemplos: deshidrogenasa, peroxidasa. Transferasas: transfieren grupos activos, obtenidos de la ruptura de ciertas moléculas, a otras sustancias receptoras. Suelen actuar en procesos de interconversión de monosacáridos, aminoácidos, etc. Ejemplos: transaminasas Hisrolasas: catalizan reacciones de hidrólisis: ruptura de enlaces con liberación de elementos y sustitución por moléculas provenientes del agua, como ocurre por ejemplo en la obtención de monómeros a partir de polímeros. Actúan típicamente en el catabolismo. Ejemplos: glucosidasas, lipasas, estearasas. Liasas: catalizan reacciones en las que se eliminan grupos H2O, CO2 y NH3 para formar un doble enlace o añadirse a un doble enlace. Ejemplos: decarboxilasas Isomerasas: actúan sobre determinadas moléculas obteniendo o cambiando de ellas su estado en relación a su isómero, catalizando cambios de posición de un grupo en determinada molécula obteniendo formas isoméricas. Suelen actuar en procesos de interconversión. Ejemplo: isomerasas Ligasas: catalizan la unión de elementos que generan un producto de mayor energía interna (anabolismo), como por ejemplo la síntesis de los enlaces denominados "fuertes" mediante el acoplamiento a moléculas de alto valor energético (fosfatos) al ADP formando ATP Ejemplos: sintetasas
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Metabolismo microbiano 1) Introducción:
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Metabolismo microbiano
Reacción mediante la cual un sustrato recibe electrones (hidrogeniones) pasando
de un estado de menor energía interna a uno de mayor energía interna
Oxidación Vs Reducción:
Reducción:
Reacción mediante la cual un sustrato cede electrones (hidrogeniones), pasando
de un estado de mayor energía interna a otro de menor energía interna
Oxidación:
1) Introducción:
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Metabolismo microbiano
Intermediarios co-enzimáticos: NAD, FAD
1) Introducción:
Oxidación Vs Reducción:
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Metabolismo microbiano
Que hacen los intermediarios
co-enzimáticos: NAD, FAD?
1) Introducción:
Oxidación Vs Reducción:
De que están hechas las células, procariotas y eucariotas?
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Metabolismo microbiano
Químicamente, y a grandes rasgos, procariotas y eucariotas somos CHONPS
2) Composición química de los microorganismos
Carbono: 50 % del peso seco celular. Función en metabolismo energético y elementos estructurales
Metabolismo microbiano
Nitrógeno: 12 % del peso seco celular. Función en constitución de proteínas estructurales y enzimáticas
Hidrógeno
Oxígeno:
Fosforo: Función en formación de ADN, en fosfolípidos de membrana citoplasmática, y en moléculas que almacenan energía en enlaces fosfóricos
Azufre: En aminoácidos y vitaminas, aporta posibilidad de uniones internas dando estructura tridimensional y funcionabilidad
AN
ATP
Constituyen biomoléculas, estabilizando átomos (C y N) de manera individual o como OH ó H20
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N 2) Composición química de los microorganismos Mayoritarios
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Metabolismo microbiano
cobalto, cobre, zinc, manganeso, molibdeno, selenio…. Participan como co-factores enzimáticos, y se encuentran en muy bajas concentraciones
Magnesio (Mg): Función como estabilizador de proteínas enzimáticas, ribosomas, membranas
Calcio (Ca): Función en estabilización de pared celular y espora bacteriana en aquellos que la sintetizan
Potasio (K): Principal catión inorgánico, participa en el potencial de membrana y por ello en la transmisión e interpretación de algunos mensajes, es un cofactor enzimático
Socio (Na): Participa en el potencial de membrana y transmisión de mensajes
Hierro (Fe): Funciona en el sistema de citocromo oxidasa (conjunto de enzimas responsables del transporte de electrones durante el proceso de oxidación por respiración celular)
Cloro (Cl): Principal anión inorgánico que participa en la polarización de la membrana citoplasmática, el potencial de acción y la transmisión de mensajes por despolarización
2) Composición química de los microorganismos Minoritarios
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N 2) Composición química de los microorganismos
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Según atmósfera de crecimiento
Según temperatura de crecimiento
Según fuente de obtención de energía
Según la fuente de elementos básicos para estructura de biomoléculas
Metabolismo microbiano 3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos:
C inorgánico
Vs
C orgánico
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Metabolismo microbiano 3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos:
Según su fuente de energía
Obtienen energía a partir de la
ruptura de enlaces químicos
Quimiótrofos:
Fototrofos:
Obtienen energía al excitarse
por energía lumínica
Rhodopseudomonas
(Bradyrhuzobiaceace):
bacteria purpura
Importancia: Biodeegradacion,
formacion de H
Arthrospira
Cianobacterias
Importancia: Liberacion de O2
Produccion de Spirulina
Actinomycetes
Importancia: Compostaje
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Metabolismo microbiano 3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos:
Según su fuente de carbono
Obtienen carbono a partir del
catabolismo de moléculas
orgánicas, son incapaces de
usar formas inorgánicas de C
Heterótrofos:
Litotrofos:
Son capaces de usar el carbono
inorgánico (ej: CO2), e incluirlo
en propias biomoléculas durante
procesos de biosíntesis Metanobacterias (Archea)
Bacterias lácticas
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Metabolismo microbiano 3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos:
Según el aceptor final de electrones en procesos catabólicos
Obtienen energía eficientemente mediante
el catabolismo de biomoléculas, debido a
que pueden llegar a oxidar completamente
las mismas mediante procesos de
respiración (aerobios o anaerobios)
Metabolismo respiratorio:
Metabolismo fermentativo:
Mediante el catabolismo de biomoléculas
obtienen energía deficientemente (queda
mucha energía residual en el producto
metabólico), debido a que oxidan de manera
incompleta dichos sustratos. Solo
fermentan, son incapaces de respiración
Fotosintesis
anoxigénica
Metabolismo microbiano 3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos:
Al integrar los criterios metabólicos anteriores, obtenemos la siguiente clasificación
Según la
fuente de
energía
usada
Quimiotrofos Fototrofos
Según la
fuente de
carbono
usada
Quimio-
heterotrofos Foto-
heterotrofos
Foto-
autotrofos
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Según
aceptor
final de
electrones
durante
oxidación
Respiración Fermentación
Aerobia Anaerobia Diferentes
fermentaciones
O2 NO3 –
SO4 2 –
Fe(III)
Etanol
Ac. láctico
Ac. acético
Ac.propiónico
Ac.butírico
Bacterias
púrpuras
del S
Bacterias
purpuras
no del S
Reducen CO2
usando H2O
Fotosintesis
oxigénica
Quimio-
autotrofos
Bacterias que
oxidan elementos
inorgánicos
S
Fe
CO
NO Reducen CO2
usando H2O
Metabolismo microbiano 3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos:
Interacción de los diferentes tipos de microorganismos según su metabolismo
Aerobios estrictos
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Metabolismo microbiano
Capnófilos
Anaerobios facultativos
Anaerobios aerotolerantes
Anaerobios estrictos
Microaerófilos
3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos:
Según características culturales: necesidades o limitaciones gaseosas
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Metabolismo microbiano 3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos:
Según características culturales: Temperatura de cultivo
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Metabolismo microbiano
Nutrientes con energía interna CAATABOLISMO
Productos
finales: baja
energía interna
H2O
ATP
NADH
NADPH
FADH2
Transportadores de e -
y enlaces de energía
ANABOLISMO
NH3
CO2
Productos
intermedios: baja
energía interna
?
Liberación de
energía interna
INSUMOS
PARA
BIOSINTESIS
aminoácidos
ácidos grasos
carbohidratos
bases nitrogenadas BIOMOLECULAS CELULARES
Proteínas (estructurales, enzimas)
Polisacáridos (pared celular)
Lípidos (membrana celular)
Ácidos nucleicos (ADN, ARNr, ARNm, ARNt)
ATP +
HPO4 2-
NAD+
NADP+
FAD
3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos:
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Metabolismo microbiano
Microorganismos autotrofos
Metabolismo energético: Oxidación incompleta de la glucosa por glucólisis Etapa I: reacciones preparatorias generan 2 G3P a partir de 1 glucosa No hay ni oxidación ni reducción Etapa II: se forman 2 piruvatos y se sintetiza ATP por proceso redox Etapa III: generación de producto final y ATP por proceso redox
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Metabolismo microbiano
Metabolismo energético: Oxidación completa de la glucosa por glucólisis
Genera como subproducto radicales libres oxidantes altamente reactivos
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Metabolismo microbiano
Metabolismo energético: Oxidación completa de varios sustratos
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Metabolismo microbiano
¿Qué es un medio de cultivo?
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N 4) Medios de cultivo microbianos:
¿Qué condiciones debe reunir un medio de cultivo ideal?
¿Qué se debe considerar antes de elegir un medio de cultivo para inocular una
muestra de nuestro interés?
¿En qué condiciones debe presentarse un medio de cultivo cualquiera, para ser
usado en microbiología?
¿Qué se entiende por «nutriente microbiano»? Como podrían clasificarse los
nutrientes?
¿Cómo se clasifican los medios de cultivo?
¿Qué condiciones ajenas al medio de cultivo, pueden condicionar el éxito de un
medio para obtener el desarrollo del microorganismo deseado?
Deberíamos ser capaces de responder las siguientes preguntas
Metabolismo microbiano
Macronutrientes:
Agua
Fuentes de carbohidratos
Fuentes de aminoácidos y proteínas
Minerales y vitaminas
Micronutrientes:
Elementos traza: minerales
Reguladores:
Estabilizadores osmóticos
Estabilizadores pH Ve
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N 4) Medios de cultivo microbianos:
Nutrientes de Medios de cultivo: Definición
Medio de cultivo: Definición
Metabolismo microbiano
Como debería ser un medio de cultivo ideal?
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Económico
Inocuo para el operario y para el ambiente
Debería inhibir a los microorganismos no deseados sin perjudicar a cualquier cepa
perteneciente al taxón microbiano de interés para nuestro estudio o análisis
De fácil disponibilidad en cualquier lugar del mundo (accesible para fabricarse en
cualquier país), para garantizar la reproducibilidad de cualquier ensayo o análisis
(criterio básico del método científico)
Debería garantizar el crecimiento de la totalidad de microorganismos
pertenecientes al taxón microbiano que se encuentra en estudio, sin discriminar en
función de cepas (algunas cepas si, otras no)
Debería garantizar el crecimiento independientemente del estado metabólico en
que se encuentre el microorganismo de interés: evitar falsos negativos por falta de
desarrollo de microorganismos que se encuentran en estado viable pero no
cultivable
4) Medios de cultivo microbianos:
Metabolismo microbiano
Que se debe considerar antes de elegir un medio de cultivo, para hacer crecer un microorganismo de nuestro interés?
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Metabolismo microbiano 4) Medios de cultivo microbianos:
¿Cuál es nuestra necesidad? ¿Necesitamos saber si «un microorganismo
específico» está presente o ausente en una muestra, o necesitamos saber
«cual/es» microorganismos están presentes en la muestra?
¿La muestra es naturalmente muy contaminada con microorganismos
acompañantes del microorganismo que deseamos estudiar, o es una muestra con
escasa contaminación?
¿Necesitamos aislar el microorganismo, o solo determinar su presencia o
ausencia?
¿Los microorganismos podrían encontrarse sometidos a un estrés fisicoquímico,
producto de la manipulación o composición de la muestra, pudiendo alcanzar el
estado de viable-no cultivable?
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Metabolismo microbiano 4) Medios de cultivo microbianos:
¿En qué condiciones debe presentarse un medio de cultivo cualquiera, para
ser usado en microbiología?
Estéril
Con su potencial nutritivo inalterado por el proceso de esterilización
Libre de inhibidores microbianos (restos de detergente de limpieza de material de
vidrio, sustancias químicas ambientales, desinfectantes, etc.)
pH
Osmolaridad
Temperatura
Gases-atmósfera de crecimiento
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Metabolismo microbiano 4) Medios de cultivo microbianos:
Condiciones ambientales que pueden limitar el desarrollo de un cultivo,
aunque se cuente con el medio de cultivo adecuado
Clasificación Según su estado físico (presencia y concentración de agar)
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Metabolismo microbiano 4) Medios de cultivo microbianos:
Líquidos (caldos) Semisólidos Sólidos
Simples
Enriquecidos
De enriquecimiento selectivo
Selectivos
Diferenciales
Selectivo-diferenciales
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Metabolismo microbiano
Clasificación
Según su uso
4) Medios de cultivo microbianos:
Según su origen:
Naturales o artificiales
Animales, vegetales, mixtos
Según el conocimiento sobre la composición:
Naturales
Químicamente definidos
Según su condición Medios inertes
Medios vivos
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Metabolismo microbiano 4) Medios de cultivo microbianos:
Clasificación