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Fisiologia microbiana
 

Fisiologia microbiana

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    Fisiologia microbiana Fisiologia microbiana Presentation Transcript

    • FISIOLOGÍAMICROBIANA DOCENTE Dra. Estela Tango
    • ObjetivosConocer los requerimientos nutricionales de las bacterias.Captación de los nutrientes.Cultivo de los microorganismos.Conocer el crecimiento bacteriano.Fases de crecimiento bacteriano.Factores ambientales para el crecimiento.Sustancias antimicrobianas.Metabolismo microbiano.
    • FISIOLOGÍA BACTERIANA La fisiología bacteriana comprende el estudio de las funciones realizadas por estas. Las bacterias son muy eficientes fisiológicamente, sintetizan en forma muy rápida sus componentes celulares, siendo la mayoría autosuficientes, a pesar de su simpleza estructural. En la bacteria se desencadenan una serie de procesos químicos, que en conjunto constituyen METABOLISMO BACTERIANO
    • Exigencias nutritivas de las bacterias Bacterias que viven exclusivamente en el hombre  Bacterias exigentes  Han perdido rutas metabólicas y dependen del huésped para su aporte, “autótrofas” Bacterias que pueden crecer en el hombre ó en el ambiente  Bacterias poco exigentes  Pueden sintetizar todos sus macromoléculas
    • Nutrientes que se emplean en labiosíntesis y producción de Energía  H2O  Macroelementos  Microelementos  Hierro  Factores de crecimiento
    • Macroelementos Constituyen > 95% del peso seco celular C, H, O, N, P, S, Ca++, Mg++, K+, Fe++ C, H, O, N, P, S son componentes de CH, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos K+ : actividad de algunas enzimas Ca++: termorresistencia esporas Mg++: Cofactor de enzimas, forma complejos con el ATP, estabiliza ribosomas y membrana plasmática Fe++ y Fe+++: forma parte de los citocromos y es cofactor de enzimas y proteínas transportadoras de electrones
    • Microelementos Se denominan también micronutrientes Mn, Zn, Co, Cu, Mo, Ni Se obtienen como contaminantes del H2O, matraces, componentes del medio de cultivo Forman parte de enzimas y cofactores y facilitan la catálisis de las reacciones y el mantenimiento de la estructura de las proteínas, Ej  Zn: centro activo de algunas enzimas  Mn: facilita la transferencia de grupos fosfato  Co: componente de la vitamina B12
    • Fuentes de Carbono Dióxido de Carbono (CO2)  No aporta Hidrógeno ni energía.  Los organismos pueden agruparse dependiendo de la fuente de carbono en: Usan el CO2 como ORGANISMOSAUTÓTROFOS : fuente de energía FOTOSINTÉTICOS. Usan nutrientes Orgánicos comoHETERÓTROFOS Fuente de carbono y energía
    • Clasificación de las Bacterias según fuentes de carbono CarbonoAutótrofasObtienen C desubstratos simples.• CO2 Heterótrofas• CH4 Obtienen C de compuestos más complejos. • Aminoácidos • H de Carbono • Lípidos
    • Tipos nutricionales Los microorganismos pueden clasificarse dependiendo de la fuente de Hidrógeno o electrones: Obtienen electrones LITÓTROFOS O hidrógeno de Compuestos inorgánicos. Utilizan sustancias orgánicas como ORGANÓTROFOS Fuente de Electrones.
    • Tipos nutricionales El metabolismo es realizado mediante la utilización de dos fuentes de energía: energía libre de las oxidaciones químicas y radiación. Obtienen energía a partir de la oxidación de compuestos orgánicos o inorgánicos. Emplean la luz como fuente de energía. QUIMIÓTROFOS FOTÓTROFOS
    • TIPOS NUTRICIONALES QUIMIÓTROFOS FOTÓTROFOSORGANÓTROFOS HETERÓTROFOS LITÓTROFOS AUTÓTROFOS Protozoos, hongos, Bacterias no fotosintéticas Algas, bacterias púrpuras(mayoría de microorganismos Y verdes del azufre, Patógenos) Cianobacterias. QUIMIÓTROFOS FOTÓTROFOS LITÓTROFOS ORGANÓTROFOS AUTÓTROFOS HETERÓTROFOS Bacterias oxidantes del azufre, Bacterias púrpuras y Hidrógeno, nitrificantes, verdes no sulfúreas Oxidantes del hierro.
    • Requerimientos de N, P, S Pueden ser obtenidos a partir de fuentes orgánicas e inorgánicas N: purinas y pirimidinas, aminoácidos, etc.  Aminoácidos  Reducción asimilatoria del nitrato (NO3-NH4) P: ácidos nucleicos, fosfolípidos, proteínas, etc.  Fuente inorgánica en la forma de fosfato S: cisteína, metionina, biotina, tiamina, etc.  La mayoría efectúa reducción asimilatoria de sulfato  Algunos requieren cisteína
    • Factores de crecimiento Compuestos orgánicos que la bacteria no puede sintetizar por pérdida de enzimas de rutas metabólicas  Aminoácidos: Síntesis de proteínas. Ej. Cisteína en N.gonorrhoeae  Purinas y pirimidinas: Síntesis de ácidos nucleicos.  Ej. Mycoplasmas  Vitaminas: Cofactores enzimáticos  Ej. Vitamina K en bacilos Gram(-) anaerobios  Otros: Haemophilus  NAD  Heme
    • Captación de Nutrientes Sistemas de transporte Difusión pasiva  De mayor a menor concentración.  Ej.. H2O, O2 y CO2 Difusión facilitada  De mayor a menor concentración  Proteínas transportadoras de la membrana (permeasas)  Poco empleada en procariotes Ej.glicerol  Transporte activo  Translocación de grupo
    • Transporte activo Permite concentrar nutrientes en contra de una gradiente de concentración Requiere energía metabólica Ej ATP, ó fuerza motriz de protones Emplea proteínas transportadoras de gran especificidad Sistemas de transporte de proteínas ligadoras del espacio periplásmico transportan azúcares y aminoácidos
    • Transporte activo
    •  Gradiente de protones generado durante el transporte de electrones para facilitar el transporte activo. Sistema de transporte de una sustancia en un sentido uniporte. Sistema de transporte combinado de dos sustancias simporte. Sistema de transporte combinado en que las sustancias se desplazan en direcciones opuestas antiporte.
    • Translocación de grupo Hay modificación química de la sustancia a ser transportada Transporte de azúcares Hay fosforilación del azúcar a cargo del fosfoenolpiruvato  PEP+azúcar(exterior)/piruvato+azúcar-P(interior) Presente en bacterias anaerobias facultativas
    • Transporte de hierro La captación de Fe+3 es difícil por la insolubilidad del compuesto Muchas bacterias secretan sideróforos, los que forman complejo con el hierro Receptores de la superficie bacteriana captan el complejo Fe-sideróforo Liberación y reducción del hierro como Fe+2(ferroso)
    • Medios de cultivo Preparados estériles que contienen los nutrientes necesarios para el crecimiento microbiano Medios definidos  Se conocen todos los componentes (glucosa como fuente da carbono y sal de NH4 como fuente de N)  Utiles en investigación de la capacidad metabólica de un organismo. Medios complejos  Composición química desconocida  Satisfacen las necesidades de la mayoría de las bacterias
    • Medios de cultivoComponentes  Peptonas  Hidrolizados enzimáticos de carne, caseína, soya  Sirven como fuente de Energía, C y N  Extractos: carne, levadura  Fuente de aminoácidos, péptidos, n ucleótidos, vitaminas
    • Tipos de medios de cultivo Medios enriquecidos  Se usan en el aislamiento microbiano Medios selectivos  Se usan para aislamiento de sitios no estériles  Favorecen el crecimiento de bacterias específicas  Contiene sustancias inhibitorias Ej CV y sales biliares Medios diferenciales  Permiten diferenciar entre bacterias por sus características fisiológicas
    • Medios de cultivoMedios enriquecidos Medio selectivo Medio diferencial
    • Crecimiento microbianoAdaptación bacteriana para: Aumento de número y masa 30 minutos 30 años
    • Crecimiento bacteriano  División binaria  Replicación del cromosoma bacteriano  Se pega cada copia en diferentes partes de la membrana  Formación de tabique celular  Tiempo de generación (duplicación)
    • Crecimiento Microbiano:Cambio en el número de célulaspor una unidad de tiempodeterminada.Tiempo de generación(duplicación):Tiempo requerido para que unacélula se divida en dos.El tiempo puede ser minutos,hora o días.
    •  Otra forma de duplicación en procariontes es la gemación. sistema de duplicación de organismos unicelulares, por evaginación se forma una yema que recibe uno de los núcleos mitóticos y una porción de citoplasma. Uno de los organismos formados es de menor tamaño que el otro
    • FASES DEL CRECIMIENTO CUANDO INTRODUCIMOS UNA POBLACION DE MICROORGANISMOS DENTRO DE UN MEDIO DE CULTIVO LIQUIDO, CADA ORGANISMO PRESENTA CUATRO FASES DE CRECIMIENTO TIPICAS:  FASE LAG(latencia)  FASE LOGARITMICA (LOG)  FASE ESTACIONARIA  FASE DE MUERTE. ESTAS CUATRO FASES FORMAN LA CURVA ESTANDAR DEL CRECIMIENTO BACTERIANO CRECIEMIENTO EXPONENCIAL N° CELULAS : 1 2 3 4 8 EXPONENTE 20 21 22 23 24 Ilse Valderrama Heller, 2008
    • Fase estacionaria: cese del•Fase exponencial o logarítmica crecimiento por agotamiento de(log): aumento regular de la nutrientes, por acumulación de Fase de declinación o muerte: elpoblación que se duplica a productos tóxicos, etc. número de células que mueren esintervalos regulares de tiempo (G). N|°cel.nuevas=n°cel.que mueren mayor que el número de células•Los Bllactamicos actuan en esta fase que se dividen.↓cel. viables•Fase de latencia: período de adaptación, gran actividad metabólica, células no sedividen (min-horas ) Las propiedades de un microorganismo dependerán de la fase de la curva en que se encuentren (la producción de antibióticos se lleva a cabo en la fase estacionaria). Ilse Valderrama Heller, 2008
    • Medición del crecimiento bacteriano Medición del número celular  Recuento directo (Cámara de Petroff-Hauser) Recuento del Nº de colonias en cultivo  Ej. Un ml de una dilución de 1x10-6 produce 150 colonias, la muestra original contiene 1.5x108 ufc/ml Crecimiento en filtro Medición de la masa celular  Mide la capacidad de dispersar la luz, que es proporcional al Nº  Un aumento del Nº, aumenta la turbidez y disminuye la luz transmitida
    • Ilse Valderrama Heller, 2008
    • DILUCIONES
    • FACTORES AMBIENTALES Y CRECIMIENTO MICROBIANOTemperatura NutrientespH TiempoDisponibilidadde agua Oxígeno
    • Temperatura mínima óptima máximaPsicrófilos 0º C 15º C 20º C Bacterias oceánicasPsicrótofos 0º C 20 – 30º C 35º C Bacterias deterioro de alim. Refrig.Mesófilos 15 -20º C 20 – 45º C 45º C Mayoría de bacterias patógenasTermófilos 45º C 55 – 65º C sup. a 65º C Bacterias, hongos y algasHipertermófilos 55º C 80 – 113º C 113º C Bacterias aisladas del suelo marino
    • Temperatura
    • pHpH neutro 6.5-7.5AcidófiloLactobacillus sp.:pH<5
    • Presión No afecta a microorganismos de la superficie terrestre. Presión de 1 atmósfera. En el océano puede alcanzar 600 – 110 atm, y Tº es de 2 – 3º C. Barotolerantes un aumento de la presión les afecta negativamente. Barófilos crecen a presiones elevadas.
    • Presión osmótica
    • DISPONIBLIDAD DE AGUA Todos los organismos requieren H2O para vivir. Halófilos: microorganismos que viven en altas concentraciones de sales.algunas bacterias se han adaptado muy bien a ambientes con altas concentraciones de sal (nacl):  halotolarentes,(toleran conentraciones de nacl) y los  halófilas ( requieren nacl para su crecimiento, moderados(6- 15%) y extremos(15-30% nacl). Osmófilos: microorganismos que viven en altas concentraciones de azúcares. Xerófilos: microorganismos que viven en ambientes secos. Ilse Valderrama Heller, 2008
    • Concentración de oxígeno Aerobios organismo que necesita O2 para crecer. Anaerobio organismo que puede crecer en ausencia de O2. Anaerobio facultativo no requieren O2 para crecer, pero lo hacen mejor en su presencia. Anaerobio aerotolerante pueden crecer con presencia o ausencia de O2. Anaerobio estricto no crecen en presencia de O2 Microaerófilos necesitan niveles de O2 bajos (2- 10%)
    • Presencia de O2Aerobios Anaerobios Microaerofilos (ausenciaO2) Requiere(1-15%) Facultativos No requieren crecen mejor en presencia de O2 Aerotolerantes Extrictos, obligadosObligados No requieren O%, letal O2(21%) crecen peor en O2 Ilse Valderrama Heller, 2008
    • Concentración de oxígeno Anaerobio Anaerobio Microaerófilo Anaerobio Aerobio estricto facultativo aerotolerante
    • •Toxicidad radicaleslibres:• Sobre DNA• Sobre la membranacelular•¿ Donde hay•anaerobios?
    • SUSTANCIAS ANTIMICROBIANAS AGENTE ANTIMICROBIANO: SUSTANCIA QUIMICA QUE DESTRUYE O INHIBE LA PROLIFERANCION DE LOS MICROORGANISMOS  PRODUCTO NATURAL  SINTESIS QUIMICA PRODUCTO NATURAL: ANTIBIOTICOS LOS CUALES EN SU MAYORIA SON PRODUCIDOS POR MICROORGANISMOS. Ilse Valderrama Heller, 2008
    • EFECTO BACTERIOSTATICO• SE OBSERVA CUANDO SE INHIBE LA PROLIFERACION PERO NO TIENE LUGAR LA MUERTE CELULAR.• UN AGENTE BACTERIOSTATICO: – INHIBE LA SINTESIS DE PROTEINAS – ACTUA UNIENDOSE A LOS RIBOSOMAS – PUEDE ACTUAR EL EFECTO DILUCION – EJEMPLO: – Streptomicina, Tetraciclina, Clo ramfenicol – Tetraciclinas y estreptomicinas (30S) – Cloramfenicol (50S) Ilse Valderrama Heller, 2008
    • AGENTES BACTERICIDAS• EVITAN LA PROLIFERACION E INDUCEN LA MUERTE, PERO NO TIENE LUGAR LA LISIS O RUPTURA CELULAR.• SE UNEN MUY INTIMAMENTE CON SUS BLANCOS CELULARES Y NO PUEDEN ELIMINARSE POR DILUCIÓN.• SON EJEMPLO DE ESTOS AGENTES LOS METALES PESADOS.• Ejemplos:• Ácido Nalidíxico, Rifampicina Ilse Valderrama Heller, 2008
    • AGENTES : quimioterapeúticos• TOXICIDAD SELECTIVA: el agente es mas efectivo contra el microbio que contra el huesped animal o vegetal.• El efecto de un agente antimicrobiano se puede estudiar con la ayuda de: – CONCENTRACION MINIMA INHIBITORIA CMI – ANTIBIOGRAMA – ESPECTRO DE ACCION Ilse Valderrama Heller, 2008
    • CMIIlse Valderrama Heller, 2008
    • ANTIBIOGRAMAIlse Valderrama Heller, 2008
    • Zona de Inhibición Sensibilidad de la cepa 0 a 10mm de diámetro Resistente10 a 15mm de diámetro Medianamente resistente15 a 25mm de diámetro Sensible25mm o más de diámetro Muy sensible Ilse Valderrama Heller, 2008
    • Ilse Valderrama Heller, 2008
    • • Resistencia Antibiótica Mecanismo de Resistencia: •Natural o Adquirida .Trastornos de la Permeabilidad •Cromosómica o Plasmídica . Alteraciones del Sitio Blanco •(Transposones) . Hidrólisis Enzimática Ilse Valderrama Heller, 2008
    • • Principios generales• Obtención de Energía enlas bacterias•Catabolismo de losHidratos de carbono – Glicolisis – Fermentaciones – Respiración• Catabolismo de los lípidosy aminoácidos
    • Metabolismo Conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en la célula  Anabolismo: similitud célula procariótica y eucariótica  Utilidad de las reacciones catabólicas de las bacterias para diagnóstico  Las vías catabólicas de Glicolisis y TCA son anfibólicas
    • Catabolismo de los compuestos orgánicosPolisacáridos Proteínas Lípidos Hidrólisis extracelularAzúcares Aminoácidos Acidos grasos(Mono y disacáridos) Glicerol Transporte al interior de la célulaGlicólisis Desaminación Glicolisis (glicerol)(Vías Entner-Doudoroff, Decarboxilación OxidaciónFosfogluconato)
    • METABOLISMOetapas del metabolismo METABOLISMO REQUERIMIENTOS Actividades materiales(nutrientes) relación, nutrición y reproducción fuerza conductora(ATP y poder reductor) plan (organización)1.mecanismos de entrada ANABOLISMO CATABOLISMO ATP síntesis degradación fosforila. n. sustrato quimiosmosis Poder reductor2.reacciones catabólicas rxn redox NAD 3.biosíntesis NADP 4. polimerización 5.ensamblaje Ilse Valderrama Heller, 2008
    • METABOLISMO METABOLISMO METABOLISMO METABOLISMO ANAEROBIO AEROBIORespiración anaerobia Fermentación Respiración aerobia glicolisis ciclo Krebs ruta pentosa fosfato láctica alcoholica 12 metabolitos precursores ATP Poder reductor Ilse Valderrama Heller, 2008
    • Usos de la Energía en las bacterias Capacidad de realizar trabajo  Biosíntesis de moléculas biológicas a partir de precursores simples  Transporte activo a través de la membrana plasmática  Trabajo mecánico: Movilidad
    • Obtención de Energía en las bacteriasde interés médico Reacciones de óxido-reducción Transferencia de e desde un dador (agente reductor) a un aceptor (oxidante) con liberación de Eº libre La Eº liberada se almacena como:  ATP  NADH Los transportadores de e son:  NAD y NADP Aceptan 2 e y un protón y ceden un protón  FAD Transportan 2 e y 2 protones  FMN
    • Generación de ATP • 1.- Fosforilación a nivel de sustrato • 2.- Fosforilación oxidativa (Transporte de electrones):ADP + Pi + E ATP + H2O Ilse Valderrama Heller, 2008
    • FLUJO ENERGETICO Y DE CARBONO ALTERNATIVAS DE GENERACION DE LA ENERGÍA 1. Respiración aeróbica Comp. orgánico CO2 ATP Flujo de C Flujo de e- Biosíntesis O22. Respiración anaeróbica Comp. orgánico CO2 Flujo de e- Flujo de C ATP Biosíntesis NO3- S0 SO4-2 aceptores orgánicos de e- Ilse Valderrama Heller, 2008
    • Respiración aeróbica
    • Vía final común para laoxidación completa deaminoácidos, ácidos grasos ycarbohidratosSuministra productosintermedios clave ( -cetoglutarato, succinilcoA, oxaloacetato) parabiosíntesis deaa, lípidos, purinas ypirimidinas
    • Respiración  Transferencia de e desde el NADH y FADH2 a aceptores como el O2  Los e fluyen desde los transportadores con potenciales de reducción más negativos a los más positivos  El acepto final de los e es el O2  Acoplamiento con la fosforilación oxidativa
    • Vía glicolítica Presente en todos los organismos Es la principal vía para el catabolismo de la glucosa Actúa en presencia ó ausencia de O2 Etapas  Transformación de la G6P en dos triosas fosfato (Etapa preparativa)  Transformación de las triosas fosfato en ácido pirúvico  Obtención de ATP por fosforilación a nivel de sustrato
    • Vía glicolítica
    • Vía de las pentosas Proporciona precursores como pentosas Produce Gliceraldehido 3-P que puede ser convertido en piruvato Se produce NADPH para las reacciones de biosíntesis ó se convierte en NADH siendo utilizado para obtener energía
    • Balancear el potencialredoxRegenerar el NAD+
    • Fermentaciones Fermentación alcohólica (levaduras) Fermentación homoláctica (Lactobacillus spp.)
    • FERMENTACIONa) Utiliza una fuente de energía en ausencia de un aceptor externo de electronesb) El donador de e se oxida por completo y después de algunos intermedios queda reducidoTIPOS DE FERMENTACIONESa) F. Alcohólica hexosa CO2 + etanol Levaduras Zymomonasb) F. Homolactica hexosa ac. Láctico Streptococcus Lactobacillusc) F. Heterolactica hexosa ac. láctico Leuconostoc etanol, CO2d) F. Propiónica lactato Propionato Propionibacterium (acetato, CO2) Clostridium propionicume) F. Ac. mixta hexosa Butanol Enterobacterias 2,3 butanodiol E. Coli, Shigella acetato, formato, lactato, succinato Salmonella f) F. Ac. butírica hexosa Butirato lostridium butiricum Acetato, H2 + CO2 g) F. Butanólica hexosas butanol Clostridium butiricum Acetato, acetona, etanol Ilse Valderrama Heller, 2008
    • Catabolismo de los lípidos  Importante fuente de energía para bacterias  Triglicéridos y ácidos grasos lipasas glicerol y ác.grasos Dihidroxiacetona-P -oxidación vía glicolitica
    • Catabolismo de los aminoácidos alanina Ac.pirúvico Transaminación