FISIOLOGIA DE LOS MICROORGANISMOS

1. FISIOLOGIA DE LOS MICROORGANISMOS UNIVERSIDAD DE SANTANDER UDES MEDICINA VETERINARIA MICROBIOLOGIA VETERINARIA JOHN JAIRO URIBE GONZALEZ

2. OBJETIVOS • Establecer criterios fisiológicos de identificación bacteriana. • Conocer tipos de nutrientes y características de la nutrición utilizada por las bacterias. • Factores condicionantes del crecimiento bacteriano. • Tipos de metabolismo que desarrollan las bacterias. • Etapas del crecimiento bacteriano.

3. CLASIFICACION DE LAS BACTERIAS • AEROBIOS ESTRICTOS: Son aquellas bacterias en que el aceptor final de energía es el oxigeno (O2). • ANAEROBIOS ESTRICTOS: Aquellos microorganismos en que el aceptor final es una molécula inorgánica como SO4 – NO3. El O2 es toxico, no sintetiza catalasa superoxidodismutasa. • ANAEROBIOS FACULTATIVOS: Pueden vivir en presencia o ausencia de O2.

4. NUTRICION BACTERIANA • Es el proceso por el que los seres vivos toman del medio donde habitan las sustancias químicas que necesitan para crecer (nutrientes) los que se requieren para: • Procesos energéticos y biosinteticos.

5. NUTRICION BACTERIANA • Macronutrientes: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. • Micronutrientes: fósforo, potasio, azufre, magnesio. • 3.-Vitaminas y hormonas • 4.-Elementos traza: zinc, cobre, manganeso, molibdeno, cobalto.

6. MACRONUTRIENTES • Carbono: Todos los organismos necesitan carbono en alguna de sus formas. El carbono forma el esqueleto de los tres más importantes nutrientes (carbohidratos, lípidos y proteínas) que se utilizan para la obtención de energía y material celular. Los microorganismos que utilizan compuestos orgánicos como fuente de carbono se llaman heterótrofos y aquellos que utilizan el CO2 como fuente de carbono se llaman autótrofos.

7. MACRONUTRIENTES • Hidrógeno y Oxígeno: El hidrógeno y oxígeno forman parte de muchos compuestos orgánicos. Se encuentran en el H2O, como componentes de nutrientes y en la atmósfera. Además el O2 se utiliza en la respiración aeróbica como aceptor terminal de electrones.

8. MACRONUTRIENTES • Nitrógeno. El nitrógeno es metabolizado y entra a formar parte de las proteínas, ácidos nucleícos y polímeros de la pared celular. Las fuentes de nitrógeno que pueden ser utilizadas por diferentes organismos incluyen: N2 atmosférico en algunos procariotas, otros utilizan compuestos inorgánicos como nitratos, nitritos o sales de amonio, mientras que otros requieren compuestos nitrogenados orgánicos como son los aminoácidos o péptidos.

9. MICRONUTRIENTES • Fósforo. El fósforo es esencial para la síntesis de ácidos nucleicos y ATP; también forma parte de los fosfolípidos y polímeros de la pared celular. El fósforo se suministra normalmente como fosfato inorgánico; alternativamente se puede utilizar fosfato orgánico como son los glicerofosfatos y fosfolípidos. • Potasio. El ión potasio actúa como coenzima y probablemente como catión en la estructura de RNA y otras estructuras aniónicas celulares.

10. MICRONUTRIENTES • Azufre. El azufre es necesario para la biosíntesis de los aminoácidos cisteina, cistina y metionina. También forma parte de coenzimas como biotina, coenzima A y ferredoxina. El azufre se suministra en forma inorgánica como sulfato u orgánica como cistina, cisteina y metionina. • Magnesio. Se utiliza como cofactor de reacciones enzimáticas donde actúa el ATP.

11. VITAMINAS • Las vitaminas se clasifican en dos grupos, hidrosolubles y liposolubles. Dentro de éstas últimas la vitamina A, D y E no son necesarias para el crecimiento delas bacterias. Todas las vitaminas hidrosolubles, excepto el ácido ascórbico, son necesarias para el crecimiento de bacterias. La mayor parte de las vitaminas hidrosolubles son componentes de coenzimas. En los medios indefinidos se utiliza como fuente de vitaminas el extracto de levaduras.

12. ELEMENTOS TRAZA • Son necesarios para activar algunos enzimas; por ejemplo, el Mo6+ se necesita en la nitrogenasa que es el enzima que cataliza la conversión del nitrógeno atmosférico en amoníaco en la fijación biológica de nitrógeno. • FACTORES DE CRECIMIENTO: Son moléculas orgánicas especificas indispensables para la vida de la bacteria pero que ella es incapaz de sintetizar: Coenzimas, bases nitrogenadas, aminoácidos, vitaminas.

13. CONDICIONANTES DEL CRECIMIENTO BACTERIANO • Los principales factores que influyen en el crecimiento microbiano son alimento, humedad, disponibilidad de oxigeno, temperatura y pH. • TEMPERATURA: Presentan un estrecho rango de crecimiento optimo. Tº mínima de crecimiento y máxima. • Por debajo de la temperatura mínima la multiplicación se deteriora. • Por encima de la temperatura máxima muerte bacteriana.

14. TEMPERATURA • Las bacterias se pueden clasificar en 3 grandes grupos, según su temperatura optima de crecimiento: • Psicrófilas: 10 – 20 ºC (15 ºC) • Mesófilas: 20 – 40 ºC (30 ºC) • Termófilas: 50 – 60 ºC (55 ºC). • pH: En el interior de la bacteria el pH es normalmente neutro. La mayor a de las bacterias puede soportar cambios entre 3 y 4 unidades de pH.

15. pH • Alcalófilas. • Neutrófilas. • Acidófilas. • CONDICIONES OSMOTICAS : Las bacterias tienen una tolerancia osm tica importante, lo que les permite soportar grandes cambios de la osmolaridad todo esto gracias a la PARED CELULAR que constituye una importante barrera.

16. OXIGENO • Conforme con requerimientos de oxigeno las bacterias, se clasifican en: • Aeróbicas: Requieren de Oxígeno para su desarrollo. • Anaeróbicas: crecen en ausencia o presencia de Oxigeno. • Microaereofílicas : crecen mejor con tensiones de Oxígeno bajas.

17. FASES DEL CRECIMIENTO BACTERIANO • El crecimiento bacteriano es auto limitante. • Multiplicación de 3 – 5 horas llegando a un numero y tamaña máximo. • Fase de latencia o retraso • Fase logarítmica o exponencial. • Fase estacionaria. • Fase de regresión o muerte

18. FASES DEL CRECIMIENTO BACTERIANO

19. METABOLISMO BACTERIANO • Permite conocer el modo de vida y el hábitat de diferentes especies bacterianas. • Permite formular medios de cultivo para el aislamiento e identificación de los patógenos participantes. • Desde el punto de vista terapéutico nos permite conocer • y entender el modo de acción de algunos • antimicrobianos que bloquean una vía metabólica o la • síntesis de alguna macromolécula esencial para la • bacteria.

20. METABOLISMO BACTERIANO • Es el conjunto de reacciones químicas que ocurren al interior de la célula bacteriana. • Obtener energía química del entorno, almacenarla y usarla en sus funciones celulares. • Convertir los nutrientes exógenos y convertirlos en unidades precursoras de macromoléculas. • Formar y degradar moléculas para funciones especificas. • METABOLISMO ANABOLISMO - BIOSINTESIS • CATABOLISMO

21. METABOLISMO BACTERIANO • En el metabolismo bacteriano, los procesos químicos por los cuales la bacteria construye componentes celulares, a partir de compuestos simples externos (nutrientes), se denomina ANABOLISMO y si resulta la producción de nuevo material celular, también se denomina BIOSINTESIS. • En cambio, aquellas reacciones destinadas a obtener energía a partir de compuestos químicos corresponden al CATABOLISMO.

22. METABOLISMO BACTERIANO • Las reacciones catabólicas liberan la energía química contenida en los nutrientes, mientras que las anabólicas la consumen. • La energía liberada como resultado de las reacciones de óxido-reducción del catabolismo se almacena y transporta como ATP. • Fosforilación a nivel del substrato • Fosforilaciónoxidativa.

23. METABOLISMO BACTERIANO • En los seres vivos, la utilización de la energía potencial contenida en los nutrientes se produce por reacciones de oxido-reducción. • Químicamente la oxidación esta definida por la pérdida de electrones (e-) y la reducción por la ganancia de los mismos. • En las bacterias de interés médico los sistemas de oxido-reducción que transforman la energía química de los nutrientes en una forma biológicamente útil, incluyen la Fermentación y la Respiración.

24. METABOLISMO BACTERIANO • En la respiración hay un aceptor final exógeno, cuando es el oxígeno hablamos de respiración aerobia, y cuando es un compuesto inorgánico hablamos de respiración anaerobia.

25. RESPIRACION • Es el proceso por el cual un substrato es oxidado completamente a CO2 y H2O, con participación de una cadena de e-. • Los primeros pasos en la respiración de la glucosa son idénticos a los de la glucólisis, pero mientras en esta última el piruvato es convertido en productos finales de la fermentación (ácido láctico, propiónico, etc.) en la respiración es oxidado completamente a CO2 a través del ciclo de Krebs.

26. FERMENTACION • La fermentación es un proceso catabólico de oxidación, que no requiere oxígeno, siendo el producto final un compuesto orgánico. • Alcohólica: El piruvato se reduce para formar etanol y CO2 Saccharomyces cerevisiae y algunas (pocas) bacterias. • La fermentación alcohólica produce el alcohol presente en las bebidas fermentadas (vino cerveza, etc.) y el CO2 que se libera en esta fermentación es el causante del esponjamiento de la masa de pan durante su fermentación.

27. FERMENTACION • Homoláctica: La fermentación cuyo único producto final es el ácido láctico. Estas bacterias producen el piruvato por catabolismo de la glucosa siguiendo la ruta de Embden-Meyerhof (vía glucolítica clásica). • Streptococcus (grupo de enterococos), Pediococcusy varios grupos de Lactobacillus. • Importancia industrial estriba en la bajada del pH de los productos donde se encuentran estas bacterias, consecuencia de la liberación de ácido láctico.

28. FERMENTACION • Cambios químicos en el producto (precipitación de proteínas durante el cuajado de la leche), cambios microbiológico (protección del deterioro microbiano de alimentos como consecuencia de la eliminación de la flora competidora) y organolépticos (características de producción de sabor). • Heterolactica: Denominada así porque su producto final no es exclusivamente ácido láctico. • Leuconostoc y Lactobacillus.

29. FERMENTACION • Industrialmente el proceso es relevante en la producción de alimentos fermentados (por ejemplo el sauerkraut y metabolismo de la leche. • Acido mixta: Produce ácido acético, etanol, H2 ,CO2 y proporciones diferentes de ácido láctico o propiónico (fórmico) según las especies. • enterobacterias. • Enzima denominada formiato-liasa utilizada en fermentación del azúcar.

30. FERMENTACION • Butanodiólica: Es una variante de la anterior, se logra como producto final el 2.3-butanodiol. • enterobacterias como Klebsiella, Serratia y Erwinia. • Propiónica: Proceso complejo en el que se genera acetato, CO2 y ácido propiónico. • Propionibacterium y otras anaerobias estrictas presentes en el rumen de herbívoros. • Industria importante en la fermentación del queso para producir el tipo suizo.

31. FERMENTACION • Acetona-butanol: fermentación llevado a cabo por bacterias anaerobias estrictas del género Clostridium. En el curso de esta fermentación se producen compuestos orgánicos disolventes de gran importancia industrial.

32. FERMENTACION • En las bacterias se encuentran las 3 vías centrales del metabolismo de los Hidratos de Carbono: • Vía a glicolítica o EmbdenMeyerhofParnas. • Vía pentosa fosfato o de Shunt de las de pentosas. • Vía de a Entner-Doudoroff. • VIA GLUCOLITICA: Degradación de la glucosa mediante procesos de oxido reducción, en la que por cada molécula de glucosa que entra a esta vía, se forman 2 moléculas de ATP.

33. FERMENTACION • VIA PENTOSA FOSFATO: El shunt de las pentosas es una ruta multifuncional para la degradación de hexosas, pentosas, y otros hidratos de carbono. Para los fermentadores heterolácticos es la principal fuente productora de energía. • VIA ENTNER – DOUDOROFF:Es la ruta principal para la • degradación de la glucosa en bacterias aerobias estrictas • como Neisseria y Pseudomonas. • Se produce una molécula de ATP por molécula de glucosa degradada.

34. FERMENTACION • En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no interviene la mitocondria. Son propias de bacterias y levaduras. • La fermentación ocurre en la mayoría de las células de los animales, excepto en las neuronas; los eritrocitos, carecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar; el tejido muscular de los animales, fermentación láctica cuando el aporte de O2 no es suficiente.

35. FERMENTACION • Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración aerobia, ya que a partir de una moléculade glucosa sólo se obtienen 2 moléculas de ATP, mientras que en la respiración se producen 36.

36. CRECIMIENTO DE LAS POBLACIONES BACTERIANAS • El cultivo es el proceso de propagación de los microorganismos en el laboratorio, aportando las condiciones ambientales adecuadas y los nutrientes necesarios. • El crecimiento de las poblaciones bacterianas, en un sistema de cultivo cerrado, está limitado por el agotamiento de los nutrientes.

37. CRECIMIENTO DE LAS POBLACIONES BACTERIANAS • Fase de latencia: Las bacterias transferidas de un cultivo en fase estacionaria a un medio fresco, sufren un cambio en su composición química antes de ser capaces de iniciar la multiplicación. • Fase exponencial: Las células se dividen a una velocidad constante determinada por la naturaleza intrínseca de la bacteria y por las condiciones del medio

38. CRECIMIENTO DE LAS POBLACIONES BACTERIANAS • Fase estacionaria: Eventualmente el agotamiento de los nutrientes o la acumulación de productos tóxicos determina el cese del crecimiento. • Fase de muerte: Luego de la fase estacionaria, la tasa de muerte se incrementa, el número de bacterias viables disminuye rápidamente.

39. GRACIAS……