1  CONCEPTO DE NUTRIENTE.  FACTORES BIOFISICOS (T, pH, presión osmótica) Y BIOQUIMICOS DE CRECIMIENTO (C,H,N,O,S,P,Vitam,)  MACRO Y MICRONUTRIENTES.  OLIGOELEMENTOS.  INCORPORACION DE NUTRIENTES A LA CELULA.  MEDIOS DE CULTIVO.  CRECIMIENTO MICROBIANO.  DETERMINACION DEL CRECIMIENTO MICROBIANO.  METODOS DE CUANTIFICACION CELULAR. MICROBIOLOGIA GENERAL Y DE LOS ALIMENTOS Tema 4 NUTRICION Y CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS 30/05/2016 1 Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

2 Nutrición Nutrición: proceso por el que los seres vivos toman del medio donde habitan los nutrientes que necesitan para crecer. Nutriente energía Nutriente: sustancia transformable en materia viva, proporciona energía para funciones vitales. Los nutrientes se necesitan para Fines energéticos  mantenimiento Fines biosintéticos (anabolismo)  Conceptos básicos 30/05/20162Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

3 Esquema de transformaciones de un nutriente en un organismo vivo  Conceptos básicos 30/05/20163Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

4  Conceptos básicos METABOLISMO crecimientoen bacterias multiplicación células. METABOLISMO conjunto de reacciones bioquímicas que permiten el crecimiento de un organismo, en bacterias multiplicación células. Comprende: catabólicas:  Reacciones catabólicas: suministran: energía, poder reductor y precursores metabólicos. Necesarios para las funciones celulares. anabólicas  Reacciones anabólicas (biosíntesis), usan energía y poder reductor procedente de las reacciones catabólicas 30/05/20164Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

5 Metabolismo Metabolismo: Catabolismo y anabolismo Rol de la energía en la vinculación de estos procesos 30/05/20165Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

6 Composición química de una célula procariota 100Total 1.0Iones inorgánicos 3.0 0.5 2.0 0.5 Total de monómeros Aminoácidos y precursores Azúcares y precursores Nucleótidos y precursores 96.0 55.0 5.0 9.1 3.1 20.5 Total de macromoléculas Proteínas Polisacáridos Lípidos DNA RNA Porcentaje de peso seco Molécula 30/05/20166Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

7 Composición de célula microbiana ElementoPorcentaje en peso seco CARBONO50 OXIGENO20 NITROGENO14 HIDROGENO8 FOSFORO3 AZUFRE1 POTASIO1 SODIO1 CALCIO0,5 MAGNESIO0,5 CLORO0,5 HIERRO0,2 OTROS OLIGOELEMENTOS 0,3 30/05/20167Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

8 Clasificación nutricional de los microorganismos Los microorganismos se clasifican nutricionalmente desde tres puntos de vista: – a) por la naturaleza de su fuente de energía – b) por la fuente principal de carbono. – c) por la naturaleza de los donadores de electrones. 30/05/20168Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

9 Clasificación nutricional de los microorganismos a) Por la naturaleza de su fuente de energía: Fototrofos:Fototrofos: la energía procede de radiaciones ( luz visible). Quimiotrofos:Quimiotrofos: la energía se desprende a partir de moléculas químicas (orgánicas o inorgánicas) en reacciones biológicas de óxido-reducción: 30/05/20169Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

10 Clasificación nutricional de los microorganismos b) por la fuente principal de carbono: –Autotrofos –Autotrofos: a partir de sust. Inorg sensillas ( CO 2 ) Heterotrofos – Heterotrofos: fuente orgánica de carbono. Ej bacterias lácticas Autotrofosestrictos – Autotrofos estrictos: no pueden crecer usando materia orgánica Mixotrofos – Mixotrofos: metabolismo energético litotrofo, pero usan fuente orgánica de C para su metabolismo biosintético (heterotrofos) 30/05/201610Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

11 Clasificación nutricional de los microorganismos c) por la naturaleza de los donadores de electrones: Litotrofo – Litotrofo : moléculas inorgánicas donantes de electrones para respiración: SH 2, S 0, NH 3, NO 2 -, Fe 2+ Organotrofo: – Organotrofo: moléculas orgánicas donadores de e. Ej: hidratos de C, hidrocarburos, lípidos, proteínas, alcoholes, etc 30/05/201611Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

12 Clasificación nutricional de los microorganismos Según combinación fuente de E y donadores de electrones: bacterias fototrofas, a su vez pueden ser: –a) fotolitotrofas: captan energía lumínica en presencia de sustancias inorgánicas. Ej: sulfobacterias, cianobacterias –b) fotoorganotrofas: captan energía lumínica con requerimiento de sustancias orgánicas. Ej: bacterias fotosintéticas no sulfurosas bacterias quimiotrofas, a su vez pueden ser: –a) quimiolitotrofas: captación de energía química a partir de sustancias inorgánicas. Ej: bacterias nitrificantes –b) quimiorganotrofas: captación de energía química a partir de sustancias orgánicas son heterotrofas. Ej: hongos, mayoría de bacterias 30/05/201612Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

13 Clasificación nutricional de los microorganismos 30/05/201613Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

14 F. BIOFISICOS: Temperatura, pH, presión osmótica Temperatura, pH, presión osmótica F. BIOQUIMICOS: fuentes de C, H, O, N, S, P, F. BIOQUIMICOS: fuentes de C, H, O, N, S, P,  Macro y micronutrientes  Oligoelementos  Factores de crecimiento  FACTORES BIOFISICOS Y BIOQUIMICOS DEL CRECIMIENTO MICROBIANO 30/05/201614Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

15 F. BIOFISICOS:  TEMPERATURA,  pH,  PRESIÓN OSMÓTICA 30/05/201615Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

16 TEMPERATURA Temperatura Para cada microorganismo existen temperaturas cardinales Temperatura mínima Temperatura óptima Temperatura máxima 30/05/201616Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

17 30/05/2016Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García17 TEMPERATURA ????? BACTERIAS????? HONGOS?????

18 30/05/2016Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García18 TEMPERATURA APLICACIÓN: CONSERVACION DE LOS ALIMENTOS

19 Acidez y alcalinidad (pH) Acidófilos Sus membranas requieren altas concentraciones de protones para su estabilidad Alcalófilos La mayoría pertenecen al género Bacillus. Producen proteasas alcalinas útiles para detergentes Neutrófilos Microorganismos que crecen en un rango de pH entre 6-8 30/05/201619Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

20 30/05/2016Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García20 Ph????? BACTERIAS????? HONGOS?????

21 30/05/2016Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García21 PRESION OSMÓTICA APLICACIÓN: CONSERVACION DE LOS ALIMENTOS MICROORGANISMOS HALÓFILOS

22 30/05/2016Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García22 2° CLASE

23 F. BIOQUIMICOS: fuentes de C, H, O, N, S, P, F. BIOQUIMICOS: fuentes de C, H, O, N, S, P,  MACRO Y MICRONUTRIENTES  OLIGOELEMENTOS  FACTORES DE CRECIMIENTO 30/05/201623Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

24 MACRONUTRIENTES Y MICRONUTRIENTES Macronutrientes Macronutrientes: C, H, O, N, P, S, K, Mg Micronutrientes Micronutrientes (elementos traza): Co, Cu, Zn, Mo, etc Se encuentran combinados. Se incorporan como fuente de E y monómeros. Mundo microbiano sorprendente diversidad metabólica. 30/05/201624Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

25 MACRONUTRIENTES FUNCIONES FISIOLÓGICAS CC, materiales celulares, metabolismo energético (aceptor – donador de e. H, H 2 O, materiales celulares. H 2 donador de e. OO, H 2 O, materiales celulares. O 2 aceptor de e. NN, materiales celulares. Donador de e.(NH 3 nitrificantes). Aceptor de e (NO 3 denitrificantes) P P, ac. Nucleicos, fosfolípidos, coenz ( B 6, B 1 ). ATP, SS, Proteinas, AA, Coenz (CoA). Donador de e (sulfobacterias). Aceptor de e (SO 4 - 2 ) bacterias reductoras del sulfato KK, cofactor Ez, Ejs. Quinasas, síntesis de proteínas. Gram + asociado ác teicoicos. MgMg estabiliza ribosomas, membranas y ácidos nucleicos; cofactor Ez. Ej, reacciones que requieren ATP. Importante bacterias fotosintéticas 30/05/201625Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

26 MACRONUTRIENTES 30/05/201626Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

27 MICRONUTRIENTES FUNCIONES FISIOLÓGICAS MnMn cofactor enzimas( fosfatasas), estimula esporulación de hongos. Puede sustituir al Mg++. CaCa: cofactor de ciertas enzimas, como proteinasas. Endosporas bacterianas FeFe ( Fe++) acomplejado en la naturaleza( sales insolubles).Sideróforos ( hidroxamatos y enterobactina). Citocromos, catalasa y ferroproteínas no hémicas; cofactor Ez. ZnZn estabilización de complejos enzimáticos ADN- y ARN-pol. Desarrollo de hongos. Co Co para la vitamina B12 ( si suministramos esta vitamina al medio, independiente del Co++ libre). Cu Mo molibdoflavoproteínas, asimilación de nitratos. cofactor, Fe, en el complejo nitrogenasa fijadoras de N2Cu en tirosinasa. Activación de Ez. Cadena de citocromos. + Mo molibdoflavoproteínas, asimilación de nitratos. cofactor, Fe, en el complejo nitrogenasa fijadoras de N2 30/05/201627Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

28 Micronutrientes necesarios para los microorganismos Anhidrasa carbónica, alcohol deshidrogenasa, RNA y DNA polimerasas, proteínas que unen DNA Zinc Vanadio nitrogenasa, bromo peroxidasa Vanadio Algunas formiato deshidrogenasas, oxotransferasas de los hipertermófilos (Pyrococcus furiosus) Tungsteno Formiato deshidrogenasa, algunas hidrogenasas Selenio La mayoría de las hidrogenasas, coenzima F 430 de los metanógenos, ureasa Níquel Presente en enzimas que tienen flavina, nitrogenasa, nitrato reductasa, sulfito oxidasa, algunas formiato deshidrogenasas Molibdeno Activador de muchas enzimas, presente en superóxido dismutasas Manganeso Proteínas implicadas en la respiración (citocromo c oxidasa) o en la fotosíntesis (plastocianina), algunas superóxido dismutasas Cobre Vitamina B 12, Transcarboxilasa de bacterias del ácido propiónico Cobalto Función celularElemento 30/05/201628Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

29 Principales fuentes de Carbono CO 2 requerido por todo tipo de bacterias. fotoautotrofas. Acidos orgánicos:Acidos orgánicos: asimilación función de Ez y permeabilidad de membrana. Hongos Alcoholes y polialcoholes:Alcoholes y polialcoholes: etanol asimilado 4%, 12 % en levaduras. Polialcoholes: hongos, bacterias (dulcitol, manitol, sorbitol) Azúcares:Azúcares: glucosa, manosa, fructosa. Levaduras hexosas en anaerobiosis. Hidrocarburos:Hidrocarburos: en aerobiosis: CO2,células Aminoácidos:Aminoácidos: fuente de C y N 30/05/201629Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

30 Factores de crecimiento Son compuestos orgánicos requeridos en pequeñas cantidades por algunas células. Incluyen vitaminas, aminoácidos, purinas y pirimidinas Las vitaminas son los más comunes y muchas funcionan como parte de coenzimas. A las células incapaces de sintetizar los factores de crecimiento, se los debe proveer en el medio de cultivo. 30/05/201630 Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García Función : NO plástica, NO fuente de energía, SI Coenzima Ejemplos: Brucella requieren biotina, niacina, tiamina y pantoténico. Haemophilus necesita hemo y piridín-nucleótidos

31 Factor o vitaminafunciones principales p-aminobenzoico (PABA)precursor del ácido fólico Acido fólicometabolismo de compuestos C 1, transferencia de grupos metilo Biotinabiosíntesis de ácidos grasos; fijación de CO 2 Cobalamina (vitamina B 12 )reducción y transferencia de compuestos C 1 ; síntesis de desoxirribosa Niacina (ácido nicotínico)precursor del NAD; transferencia de electrones en reacciones redox Riboflavinaprecursor de FAD y FMN ácido pantoténicoprecursor de la CoA Tiamina (vitamina B 1 )descarboxilaciones; transcetolasas. Complejo B 6 (piridoxal, piridoxamina)transformaciones de aminoácidos y cetoácidos Grupo Vitamina K, quinonastransportadores de electrones (ubiquinonas, menaquinonas, etc.) 30/05/201631Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García Factores de crecimiento

32 Aislamiento de microorganismos Aislamiento de un microorganismos Enriquecimiento Elegir el habitat adecuado para aislarlo Como forma parte de una comunidad, es necesario eliminar los contaminantes Se deben utilizar medios de cultivo y condiciones de incubación selectivos Habitat natural Cultivo puro (axénico) 30/05/201632Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

33 Clasificación de los medios de cultivo Según su composición Medios químicamente definidos: se conoce la composición química exacta Medios indefinidos o complejos: contienen productos comercialmente disponibles cuya composición exacta no se conoce. Se emplean: lisados de caseína (proteína de la leche), de carne, de soja, de levadura 30/05/201633Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

34 Clasificación de los medios de cultivo Según la diversidad de microorganismos que puedan desarrollar en él Generales Contiene componentes que permiten el crecimiento de la mayoría de los microorganismos De enriquecimiento Contiene algunos componentes que favorecen el crecimiento de algunos microorganismos frente a otros Selectivos Los componentes han sido añadidos selectivamente para inhibir el crecimiento de ciertos microorganismos y no de otros Diferenciales Es aquel al que se ha añadido un componente (generalmente un colorante) que permite diferenciar entre distintas reacciones químicas que se producen durante el crecimiento 30/05/201634Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

35 Algunos medios de cultivo son selectivos y diferenciales al mismo tiempo El agar eosina-azul de metileno: se utiliza para el aislamiento de enterobacterias Gram negativas. Azul de metileno inhibe a las bacterias Gram positivas. La eosina responde a cambios de pH, virando de incoloro a negro en medio ácido. Contiene lactosa y sacarosa pero no glucosa. 30/05/201635Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

36 Las bacterias no fermentadoras de lactosa (Salmonella, Shigella y Pseudomonas) dan colonias translúcidas o rosadas. Las bacterias fermentadoras de lactosa (entéricas como E. coli, Klebsiella, Enterobacter), acidifican el medio y dan colonias negras con brillo verdoso (metálico). 30/05/201636Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

37 Requerimientos nutricionales y capacidades biosintéticas 7g 2g 1g 0.1g 0.02g 6g 4- 10  g c/u 1L Fosfato dipotásico Fosfato monopotásico Sulfato de amonio Sulfato de magnesio Cloruro de calcio Glucosa Trazas (Fe, Co, Mn, Zn. Cu, Ni, Mo) Agua destilada pH 7.0 Medio definido para E. coli 15g 5g 2g 1L Glucosa Extracto de levadura Peptona Fosfato monopotásico Agua destilada pH 7.0 Medio complejo para E. coli y L. mesenteroides 0.6g 3g 0.1g 25g 20g 150  g c/u 10mg c/u 0.01-1mg c/u 4-10  g c/u 1L Fosfato dipotásico Fosfato monopotásico Cloruro de amonio Sulfato de magnesio Glucosa Acetato de sodio Aminoácidos (los 20) (Alanina, arginina, asparragina, aspartato, cisteina, glutamato, glutamina, glicina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, prolina, serina, treonina, triptofano, tirosina, valina) Purinas y pirimidinas (adenina, guanina, uracilo, xantina) Vitaminas (biotina, folato, nicotínico, piridoxal, piridoxina, riboflavina, tiamina, pantotenato, p_ABA Trazas (Fe, Co, Mn, Zn. Cu, Ni, Mo) Agua destilada pH 7.0 Medio definido para L. mesenteroides 30/05/201637Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

38 Obviamente E. coli tiene menores requerimientos nutricionales por tener mayor capacidad biosintética que L. mesenteroides Cuál de las dos bacterias tiene mayor capacidad biosintética?? 30/05/201638Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García

39 30/05/2016Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García39 3° CLASE

40  INCORPORACION DE NUTRIENTES A LA CELULA.

41 INCORPORACION DE NUTRIENTES A LA CELULA EXOENZIMAS PROCESOS PASIVOS ACTIVOS INGRESO DE NUTRIENTES 30/05/201641 Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García DIFUSION PASIVADIFUSION PASIVA DIFUSION FACILITADA:DIFUSION FACILITADA: ESPECIFICAESPECIFICA INESPECIFICAINESPECIFICA OSMOSISOSMOSIS DIFUSION PASIVADIFUSION PASIVA DIFUSION FACILITADA:DIFUSION FACILITADA: ESPECIFICAESPECIFICA INESPECIFICAINESPECIFICA OSMOSISOSMOSIS TRANSPORTE ACTIVO TRANSLOCACION DE GRUPO TRANSPORTE ACTIVO TRANSLOCACION DE GRUPO O 2, CO 2, NH 3, agua y otras pequeñas sustancias polares no ionizadas. Monosacáridos como arabinosa, galactosa, maltosa, ribosa, xilosa, Oligosacáridos Iones orgánicos e inorgánicos Aminoácidos Oligopéptidos Algunas vitaminas y metales. Sideróforos con hierro glucosa, manosa, fructosa y los polioles sorbitol y manitol.

42 Repaso de conceptos de uniporte, simporte y antiporte. UNIPORTE, ANTIPORTE Y SIMPORTE

43 Bibliografía  Brock Biology of Microorganisms. M. T. Madigan, J. M. Martinko, J. Parker. 8th. Edición revisada (2000). Prentice Hall International, Inc  Microbiología General. Schlegel, HG (1988), 3ra. Edición. Editorial Ediciones Omega, Barcelona, España  Microbiología. Brock, TD, Madigan MT (1987), 6ta. Edición, Prentice Hall Hispanoamericana SA. México  Microbiología. Stanier, RY, Adelberg, EA, Ingraham, JL (1986), 4ta. Edición. Editorial Reverte SA. Barcelona, España. 30/05/201643Prof. Adj. Bqca. Myriam A. García