FisiologíA Microbiana

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FisiologíA Microbiana

  1. 1. FISIOLOGÍA MICROBIANA DOCENTE T.M. Claudia Castillo K.
  2. 2. Objetivos <ul><li>Conocer los requerimientos nutricionales de las bacterias. </li></ul><ul><li>Captación de los nutrientes. </li></ul><ul><li>Conocer el crecimiento bacteriano. </li></ul><ul><li>Cultivo de los microorganismos. </li></ul>
  3. 3. FISIOLOGÍA BACTERIANA <ul><li>La fisiología bacteriana comprende el estudio de las funciones realizadas por estas. </li></ul><ul><li>Las bacterias son muy eficientes fisiológicamente, sintetizan en forma muy rápida sus componentes celulares, siendo la mayoría autosuficientes, a pesar de su simpleza estructural. </li></ul><ul><li>En la bacteria se desencadenan una serie de procesos químicos, que en conjunto constituyen </li></ul>METABOLISMO BACTERIANO
  4. 4. NUTRICIÓN MICROBIANA <ul><li>Nutrientes: sustancias que se emplean en la biosíntesis y producción de energía, necesarios para el crecimiento microbiano. </li></ul>
  5. 5. Macronutrientes <ul><li>En forma de cationes: </li></ul><ul><ul><li>Potasio (K+) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>actividad enzimática. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Síntesis de proteínas. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Calcio (Ca++) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Termorresistencia de las endosporas. </li></ul></ul></ul>
  6. 6. Macronutrientes <ul><ul><li>Hierro (Fe++ y Fe+++) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Forma parte de los citocromos. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Cofactor de enzimas y proteínas transportadoras de electrones. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Magnesio (Mg++) </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Cofactor enzimático. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Forma complejos con el ATP. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Estabiliza los ribosomas y las membranas celulares. </li></ul></ul></ul>
  7. 7. Macronutrientes <ul><li>Macro elementos que son componentes de hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. </li></ul><ul><ul><li>Carbono (C) </li></ul></ul><ul><ul><li>Oxígeno (O) </li></ul></ul><ul><ul><li>Hidrógeno (H) </li></ul></ul><ul><ul><li>Nitrógeno (N) </li></ul></ul><ul><ul><li>Azufre (S) </li></ul></ul><ul><ul><li>Fósforo (P) </li></ul></ul>
  8. 8. Macronutrientes <ul><li>Carbono (C) </li></ul><ul><ul><li>Necesario para la construcción de moléculas orgánicas. </li></ul></ul><ul><ul><li>Las moléculas que contienen carbono, aportan a su vez hidrógeno y oxígeno. </li></ul></ul><ul><ul><li>Utilizadas como fuente de energía (reacciones de óxido-reducción). </li></ul></ul>
  9. 9. Macronutrientes <ul><li>Nitrógeno (N) </li></ul><ul><ul><li>Necesario para sintetizar aminoácidos, purinas, pirimidinas, algunos hidratos de carbono y lípidos, cofactores de enzimas y otras sustancias. </li></ul></ul><ul><li>Fósforo (P) </li></ul><ul><ul><li>Presente en los ácidos nucleicos, fosfolípidos, nucleótidos como el ATP, varios cofactores, algunas proteínas y otros componentes celulares. </li></ul></ul><ul><ul><li>Fuente es el fosfato inorgánico. </li></ul></ul>
  10. 10. Macronutrientes <ul><li>Azufre (S) </li></ul><ul><ul><li>Necesario para la síntesis de sustancias como los aminoácidos cisteína y metionina, algunos hidratos de carbono, biotina y tiamina. </li></ul></ul><ul><ul><li>Fuente de azufre es el sulfato. </li></ul></ul>
  11. 11. Macronutrientes <ul><li>Dióxido de Carbono (CO2) </li></ul><ul><ul><li>No aporta Hidrógeno ni energía. </li></ul></ul><ul><ul><li>Los organismos pueden agruparse dependiendo de la fuente de carbono en: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>: </li></ul></ul></ul>Usan el CO2 como fuente de energía ORGANISMOS FOTOSINTÉTICOS. AUTÓTROFOS Usan nutrientes Orgánicos como Fuente de carbono y energía HETERÓTROFOS
  12. 12. Macronutrientes <ul><li>Tipos nutricionales </li></ul><ul><ul><li>Los microorganismos pueden clasificarse dependiendo de la fuente de Hidrógeno o electrones: </li></ul></ul>Obtienen electrones O hidrógeno de Compuestos inorgánicos. LITÓTROFOS Utilizan sustancias orgánicas como Fuente de Electrones. ORGANÓTROFOS
  13. 13. Macronutrientes <ul><li>Tipos nutricionales </li></ul><ul><ul><li>El metabolismo es realizado mediante la utilización de dos fuentes de energía: energía libre de las oxidaciones químicas y radiación. </li></ul></ul>FOTÓTROFOS QUIMIÓTROFOS Emplean la luz como fuente de energía. <ul><li>Obtienen energía a partir de la oxidación de compuestos orgánicos o inorgánicos. </li></ul>
  14. 14. TIPOS NUTRICIONALES Protozoos, hongos, Bacterias no fotosintéticas (mayoría de microorganismos Patógenos) Bacterias púrpuras y verdes no sulfúreas Algas, bacterias púrpuras Y verdes del azufre, Cianobacterias. ORGANÓTROFOS LITÓTROFOS ORGANÓTROFOS HETERÓTROFOS AUTÓTROFOS HETERÓTROFOS FOTÓTROFOS QUIMIÓTROFOS FOTÓTROFOS Bacterias oxidantes del azufre, Hidrógeno, nitrificantes, Oxidantes del hierro. LITÓTROFOS AUTÓTROFOS QUIMIÓTROFOS
  15. 15. Micronutrientes <ul><li>Elementos traza: </li></ul><ul><ul><li>Manganeso, cinc, cobalto, molibdeno, níquel y cobre. </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Necesarios en muy pequeñas cantidades. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Son parte de enzimas y cofactores. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Facilitan la catálisis de reacciones. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ayudan a mantener la estructura de la membrana. </li></ul></ul></ul>
  16. 16. Factores de crecimiento <ul><li>Son compuestos orgánicos necesarios para los componentes celulares, que no pueden ser sintetizados por los microorganismos. </li></ul><ul><ul><li>Aminoácidos </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Síntesis de proteínas. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Purinas y pirimidinas </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Síntesis de ácidos nucleicos. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Vitaminas </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Cofactores enzimáticos. </li></ul></ul></ul>
  17. 17. CAPTACIÓN DE NUTRIENTES Funciones de la membrana citoplasmática
  18. 18. CAPTACIÓN DE NUTRIENTES <ul><li>Son mecanismos específicos. </li></ul><ul><li>Transporte de nutrientes en contra de un gradiente de concentración. </li></ul><ul><li>Los nutrientes tienen que atravesar la membrana plasmática. </li></ul>Difusión facilitada Transporte activo Traslocación de grupo
  19. 19. CAPTACIÓN DE NUTRIENTES
  20. 20. <ul><li>Desplazamiento de las moléculas de un lugar de mayor concentración a uno de menor concentración. </li></ul><ul><ul><li>Necesario un gradiente de concentración elevado. </li></ul></ul><ul><ul><li>H2O, O2, CO2, atraviesan fácilmente. </li></ul></ul>Difusión pasiva
  21. 21. <ul><li>Realizada gracias a proteínas de membrana “permeasas”. </li></ul><ul><ul><li>Concentraciones inferiores de la molécula que difunde. </li></ul></ul><ul><ul><li>La velocidad aumenta con el gradiente. </li></ul></ul>Difusión facilitada
  22. 22. CAPTACIÓN DE NUTRIENTES
  23. 23. <ul><li>Necesario cuando en el exterior es menor la concentración, en contra de un gradiente de concentración. </li></ul><ul><li>Utiliza proteínas transportadoras. </li></ul><ul><li>Usa energía metabólica y es capaz de concentrar sustancias. </li></ul><ul><li>Presentes en bacterias </li></ul>Transporte activo
  24. 24. Transporte activo
  25. 25. <ul><li>Gradiente de protones generado durante el transporte de electrones para facilitar el transporte activo. </li></ul><ul><li>Sistema de transporte de una sustancia en un sentido uniporte . </li></ul><ul><li>Sistema de transporte combinado de dos sustancias simporte . </li></ul><ul><li>Sistema de transporte combinado en que las sustancias se desplazan en direcciones opuestas antiporte . </li></ul>Transporte activo
  26. 26. Transporte activo
  27. 27. Transporte activo
  28. 28. <ul><li>Transporte de moléculas al interior de la célula después de modificarse químicamente. </li></ul><ul><li>Transporte de azúcares como glucosa, manosa y fructosa, que son fosforilados durante el proceso de transporte por el sistema fosfotransferasa. </li></ul>Translocación de grupo
  29. 29. Translocación de grupo Sistema fosfotransferasa en Escherichia coli
  30. 30. Crecimiento bacteriano <ul><li>Es el incremento de todos los constituyentes en un microorganismo. </li></ul><ul><li>Es el cambio en la población bacteriana que ocurre a través de la multiplicación de las células. </li></ul>
  31. 31. <ul><li>La curva de crecimiento se basa en: </li></ul><ul><ul><li>un cultivo microbiano. </li></ul></ul><ul><ul><li>en un medio líquido. </li></ul></ul><ul><ul><li>sistema cerrado. </li></ul></ul><ul><ul><li>nutrientes entregados en la fase inicial es mayor que los residuos de la fase final. </li></ul></ul>Crecimiento bacteriano
  32. 32. Crecimiento bacteriano Fase de latencia Fase exponencial Fase estacionaria Fase de muerte
  33. 33. <ul><li>Fase de latencia (lag): </li></ul><ul><ul><li>Introducción de microorganismos a un medio de cultivo. </li></ul></ul><ul><ul><li>No hay división celular inmediata. </li></ul></ul><ul><ul><li>Están replicando su DNA. </li></ul></ul><ul><ul><li>No hay incremento de la población. </li></ul></ul><ul><ul><li>La célula está sintetizando nuevos componentes. </li></ul></ul><ul><ul><li>Depende de la juventud de las células, del medio en que se cultivan o traspasan, etc. </li></ul></ul><ul><ul><li>Aproximadamente 4 horas. </li></ul></ul>Crecimiento bacteriano
  34. 34. <ul><li>Fase exponencial o logarítmica: </li></ul><ul><ul><li>Los microorganismos crecen y se dividen hasta su nivel máximo. </li></ul></ul><ul><ul><li>Después de 6 horas. </li></ul></ul><ul><ul><li>La población es uniforme, química y fisiológicamente. </li></ul></ul><ul><ul><li>En esta fase se realizan los estudios bioquímicos y fisiológicos de las colonias. </li></ul></ul>Crecimiento bacteriano
  35. 35. <ul><li>Fase estacionaria: </li></ul><ul><ul><li>Se llega a una concentración de 10 9 células por mL. </li></ul></ul><ul><ul><li>El número total de microorganismos viables permanece constante. </li></ul></ul><ul><ul><li>Existe una limitación de los nutrientes. </li></ul></ul><ul><ul><li>Algunas bacterias responden con cambios como: formación de endosporas, reducción de tamaño. </li></ul></ul><ul><ul><li>Las bacterias se vuelven más resistentes. </li></ul></ul>Crecimiento bacteriano
  36. 36. <ul><li>Fase de muerte: </li></ul><ul><ul><li>Disminución del número de células viables. </li></ul></ul><ul><ul><li>Producto de que no existe multiplicación celular. </li></ul></ul><ul><ul><li>Esta fase es logarítmica, producida en condiciones de laboratorio. </li></ul></ul>Crecimiento bacteriano
  37. 37. Factores ambientales sobre el crecimiento bacteriano <ul><li>El crecimiento está influenciado por factores físicos y químicos del ambiente en que se encuentran. </li></ul><ul><li>Factores como: efecto de solutos y la actividad del agua, pH, temperatura, nivel de oxígeno, presión y radiación. </li></ul>
  38. 38. Solutos y actividad del agua <ul><li>Cuando la osmolaridad del entorno se vuelve más baja que la del citoplasma. </li></ul><ul><ul><li>Reducción por cuerpos de inclusión. </li></ul></ul><ul><ul><li>Apertura de canales sensibles a la presión osmótica. </li></ul></ul><ul><ul><li>Osmotolerantes pueden crecer en una amplia concentración osmótica. </li></ul></ul><ul><ul><li>Halófilas necesitan niveles elevados de cloruro de sodio, condiciones hipertónicas. </li></ul></ul>
  39. 39. pH <ul><li>Medida de la actividad de los iones de hidrógeno de una solución. </li></ul><ul><ul><li>Acidófilos pH entre 0 – 5,5. </li></ul></ul><ul><ul><li>Neutrófilos pH entre 5,5 – 8,0. </li></ul></ul><ul><ul><li>Alcalófilos pH entre 8,0 – 11,5 </li></ul></ul><ul><ul><li>Se utilizan buffer para amortiguar el pH de algunas sustancias. </li></ul></ul>
  40. 40. Temperatura <ul><li>Al ser microorganismos unicelulares, están dependiendo de la Tº ambiental. </li></ul><ul><li>Al aumentar la Tº, aumenta el metabolismo y a su vez el crecimiento bacteriano Tº óptima </li></ul><ul><li>Desnaturalización de proteínas, deterioro de membranas citoplasmáticas, inhibición de crecimiento Tº altas </li></ul><ul><li>La función se afecta, pero la estructura ni composición química Tº bajas </li></ul>
  41. 41. Temperatura Reacciones enzimáticas En aumento constante Reacciones enzimáticas A máx. velocidad Desnaturalización proteica, Colapso de membrana, Lisis térmica. Gelificación de membrana, Transporte lento, No hay crecimiento.
  42. 42. <ul><li>Las temperaturas cardinales dependen de: </li></ul><ul><ul><li>Cada microorganismo </li></ul></ul><ul><ul><li>Factores ambientales como pH y nutrientes. </li></ul></ul><ul><ul><li>Tº óptima puede variar de 0 – 75º C </li></ul></ul><ul><ul><li>Tº crecimiento de -20 – 100º C, con una variación de 30º </li></ul></ul>Temperatura
  43. 43. Temperatura mínima óptima máxima Psicrófilos 0º C 15º C 20º C Bacterias oceánicas Psicrótofos 0º C 20 – 30º C 35º C Bacterias deterioro de alim. Refrig. Mesófilos 15 -20º C 20 – 45º C 45º C Mayoría de bacterias patógenas Termófilos 45º C 55 – 65º C sup. a 65º C Bacterias, hongos y algas Hipertermófilos 55º C 80 – 113º C 113º C Bacterias aisladas del suelo marino
  44. 44. Temperatura
  45. 45. Concentración de oxígeno <ul><li>Aerobios organismo que necesita O2 para crecer. </li></ul><ul><li>Anaerobio organismo que puede crecer en ausencia de O2. </li></ul><ul><li>Anaerobio facultativo no requieren O2 para crecer, pero lo hacen mejor en su presencia. </li></ul><ul><li>Anaerobio aerotolerante pueden crecer con presencia o ausencia de O2. </li></ul><ul><li>Anaerobio estricto no crecen en presencia de O2 </li></ul><ul><li>Microaerófilos necesitan niveles de O2 bajos (2-10%) </li></ul>
  46. 46. Concentración de oxígeno Aerobio Anaerobio facultativo Anaerobio estricto Microaerófilo Anaerobio aerotolerante
  47. 47. Presión <ul><li>No afecta a microorganismos de la superficie terrestre. </li></ul><ul><li>Presión de 1 atmósfera. </li></ul><ul><li>En el océano puede alcanzar 600 – 110 atm, y Tº es de 2 – 3º C. </li></ul><ul><li>Barotolerantes un aumento de la presión les afecta negativamente. </li></ul><ul><li>Barófilos crecen a presiones elevadas. </li></ul>
  48. 48. Factores ambientales sobre el crecimiento bacteriano
  49. 49. Medios de cultivo <ul><li>Preparación líquida o sólida utilizada para el crecimiento, transporte o mantenimiento de microorganismos. </li></ul><ul><ul><li>Debe poseer nutrientes esenciales según la especie que se quiere cultivar. </li></ul></ul><ul><ul><li>Los requerimientos reflejan el ambiente natural en que se encuentran. </li></ul></ul>
  50. 50. <ul><li>Medios sintéticos </li></ul><ul><ul><li>componentes conocidos. </li></ul></ul><ul><ul><li>Utilizados en investigación. </li></ul></ul><ul><li>Medios complejos </li></ul><ul><ul><li>Para bacterias exigentes. </li></ul></ul><ul><ul><li>Composición química exacta se desconoce. </li></ul></ul><ul><ul><li>Contienen peptonas, extracto de carne y de levadura. </li></ul></ul><ul><ul><li>ej.: caldo nutritivo, agar Mac -conkey, etc. </li></ul></ul><ul><li>Medios selectivos </li></ul><ul><ul><li>Favorecen el crecimiento de microorganismos particulares. </li></ul></ul><ul><li>Medios diferenciales </li></ul><ul><ul><li>Permite identificación tentativa de bacterias. </li></ul></ul><ul><ul><li>Ej.: agar sangre </li></ul></ul>Medios de cultivo

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