1. -METABOLISMO BACTERIANO
Una característica clave de un sistema vivo es la capacidad de dirigir las reacciones
químicas y organizar las moléculas en estructuras específicas. La expresión última de
esta organización es la propia replicación (crecimiento). El término metabolismo se
refiere a todos los procesos químicos que tienen lugar dentro de una célula.
Las células microbianas están construidas de sustancias químicas de una amplia
diversidad de tipos y, cuando una célula crece, todos sus constituyentes químicos
aumentan en cantidad apropiada. Los elementos químicos básicos de una célula vienen
del exterior, pero estos elementos químicos son transformados por la propia célula en
los constituyentes característicos. Los productos químicos exteriores a partir de los
cuales se construye una célula se denominan nutrientes. Los nutrientes son tomados
por la célula y transformados en constituyentes celulares. El proceso por el que una
célula se construye a partir de nutrientes simples tomados del medio exterior se
denomina anabolismo. Debido a que el anabolismo da como resultados la biosíntesis
bioquímica de nuevo material celular, también se le conoce como biosíntesis.
La biosíntesis es un proceso que requiere energía y, cada célula, debe poseer los
medios de generar energía. Las células también necesitan energía para otras funciones
tales como movimiento celular (motilidad) y transporte de nutrientes. Como otros
nutrientes, la fuente de energía se obtiene también del medio exterior celular, de tal
manera que se pueden usar dos fuentes de energía: luz y compuestos químicos. Aunque
es cierto que un determinado número de microorganismos obtienen su energía de la luz,
la mayor parte lo hacen por oxidación de compuestos químicos. Los productos químicos
utilizados como fuentes de energía son rotos en constituyentes más simples y si esto
ocurre es cuando se libera la energía. A este proceso se le denomina catabolismos. Las
reacciones catabólicas son la parte central de este apartado.
Las enzimas son los biocatalizadores de las células y las reacciones bioquímicas que una célula
puede llevar a cabo están en función de su juego de enzimas. En la imagen se muestra un modelo
molecular de la lisozima, que cataliza la ruptura de los enlaces glucosídicos en el peptidoglicano y
puede por tanto destruir las bacterias.
Generalidades del metabolismo.
El la imagen inferior se muestra una visión simplificada del rnetabolismo celular; en
ella se indican cómo las reacciones degradativas suministran la energía necesaria para
las funciones celulares y cómo las reacciones anabólicas llevan a cabo la síntesis de
componentes celulares a partir de los nutrientes. Nótese que en el anabolismo, los
nutrientes del medio exterior son convertidos en componentes celulares, mientras que en
el catabolismo, las fuentes de energía del medio son convertidas en productos de
desecho.

2. Clasificación de los microorganismos según el modo de obtención de energía. Es
tradicional agrupar a los microorganismos en clases metabólicas dependiendo de la
fuente de energía que utilicen. Todos los términos utilizados para describir estas clases
emplean la terminación trofo que deriva del griego y significa "alimentarse". Así, los
organismos que utilizan luz corno fuente de energía se llaman fototrofos (foto es luz en
griego) y los organismos que utilizan productos químicos como fuente de energía se
denominan quimiotrofos. La mayor parte de los organismos que estudia la
microbiología utilizan compuestos orgánicos como fuente de energía; pertenecen por
tanto a los quimiotrofos y se denominan quimiorganotrofos. Los organismos capaces
de utilizar compuestos inorgánicos como fuente de energía se denominan
quimiolitotrofos.
El conocimiento del metabolismo celular es esencial para entender la bioquímica del
crecimiento microbiano. El conocimiento del metabolismo representa una gran ayuda
para el desarrollo de procedimientos de laboratorio para el cultivo de microorganismos,
así corno para la obtención de procedimientos útiles que impidan el crecimiento de
microorganismos indeseables. Debido a que muchas de las consecuencias prácticas
importantes derivadas del crecimiento microbiano, tales como las enfermedades
infecciosas o la producción de compuestos útiles, están indudablemente ligados al
metabolismo microbiano, un conocimiento de la nutrición y metabolismo microbianos
son de gran utilidad en la microbiología médica e industrial.
Nutrición microbiana
Composición química de una célula. Las células contienen grandes cantidades de
pequeñas moléculas así como de macromoléculas. La célula, puede obtener la mayoría
de las pequeñas moléculas que necesita del exterior o sintetizarlas a partir de moléculas

3. más simples. Las macromoléculas, por el contrario, son siempre sintetizadas en la
célula. Aunque hay muchos elementos en la naturaleza, prácticamente la totalidad de la
masa celular está formada por sustancias con cuatro tipos de átomos: carbono, oxígeno,
hidrógeno y nitrógeno. Estos cuatro elementos constituyen el esqueleto de las
macromoléculas así como las moléculas orgánicas pequeñas. Otros elementos son
menos abundantes que el C, 0, H y N, pero son igualmente importantes para el conjunto
del metabolismo. Éstos incluyen al fósforo, potasio, calcio, magnesio, azufre, hierro,
zinc, manganeso, cobre, rnolibdeno, cobalto y otros pocos elementos, dependiendo del
organismo.
El agua representa el 90% del peso húmedo de una célula y las macromoléculas la
masa global del peso seco. Ahora consideraremos cómo los nutrientes son obtenidos por
la célula a partir del medio exterior.
Carbono y nitrógeno. Los nutrientes pueden ser divididos en dos clases: (1)
macronutrientes, los que son requeridos en grandes cantidades y (2) micronutrientes,
que lo son solamente en pequeñas cantidades. Empezamos por los macronutrientes
mayoritarios: carbono y nitrógeno.
La mayoría, de los procariotas requieren un compuesto orgánico de algún tipo como
fuente de carbono. Estudios nutricionales han demostrado que muchas bacterias pueden
asimilar varios compuestos de carbono orgánico y utilizarlos para fabricar material
celular. Un incontable número de compuestos tales como aminoácidos, ácidos grasos y
compuestos aromáticos pueden ser usados por una bacteria u otra. En peso seco, una
célula típica consta de aproximadamente 50% de carbono y a su vez éste es el elemento
mayoritario de las macromoléculas.

4. Después del carbono, el siguiente elemento más abundante en la célula es el
nitrógeno. Una bacteria típica contiene aproximadamente el 12% de nitrógeno (peso
seco) y a su vez el Nitrógeno es un componente mayoritario de proteínas, ácidos
nucleicos y otros constituyentes celulares. El nitrógeno se encuentra en la naturaleza
tanto en forma orgánica como inorgánica. Sin embargo, la globalidad del nitrógeno
utilizable está en forma inorgánico, bien como amoníaco (NH3), nitrato (NO-3) o N2. La
mayoría de las bacterias pueden utilizar amoníaco y muchas además nitrato. El
nitrógeno molecular (gas), sin embargo, puede ser fuente de nitrógeno para un reducido
grupo de bacterias (bacterias fijadoras de nitrógeno).
Otros macronutrientes: P, S, K, Mg, Ca, Na, Fe. El fósforo acontece en la
naturaleza en forma de fosfatos orgánicos o inorgánicos y es requerido por la célula
para la síntesis de ácidos nucleicos y fosfolípidos. El azufre es fundamental por ser un
elemento estructural en los aminoácidos cisteína y metionina y porque está presente en
vitaminas tales como la tiamina, biotina, ácido lipoico así como coenzima A. El azufre
sufre una serie de transformaciones químicas en la naturaleza, llevadas a cabo
exclusivamente por microorganismos y es utilizable por ellos bajo una gran diversidad
de formas químicas. La mayoría del azufre celular procede de fuentes inorgánicas, ya
sean sulfatos o sulfuros.
El potasio es necesario en todos los organismos. Una gran diversidad de enzimas,
incluyendo varias implicadas en la síntesis de proteínas, lo requieren específicamente.
El magnesio estabiliza los ribosomas, las membranas celulares, los ácidos nucleicos y
se requiere también para la actividad de muchas enzimas. El calcio (que no es un
nutriente esencial para el crecimiento de muchos microorganismos), ayuda a estabilizar
la pared celular bacteriana y juega un papel fundamental en la termorresistencia de la
endospora bacteriana. El sodio es requerido por algunos, pero no todos,
microorganismos y cuando lo es, es debido a la naturaleza química de su hábitat. Por
ejemplo, el agua de mar tiene un elevado contenido de sodio, de modo que los
microorganismos marinos lo requieren para su crecimiento; mientras que especies muy
relacionadas pero de aguas dulces, pueden normalmente crecer en ausencia de sodio.

5. Aunque algunas veces se le considera un micronutriente, el hierro es requerido por
las células en mayores cantidades que otros metales traza y por ello debe ser
considerado como macronutriente. El hierro juega un papel fundamental en la
respiración celular, siendo un componente clave de los citocromos, y de las proteínas
que contienen hierro y azufre implicadas en el transporte de electrones. Debido a que la
mayor parte de las sales inorgánicas son altamente insolubles, muchos microorganismos
producen agentes que unen hierro de una manera muy específica, denominados
sideróforos, que solubilizan las sales de hierro transportándolo al interior celular. Un
grupo importante de sideróforos son derivados del ácido hidroxámico, el cual quela
fuertemente el ion férrico. Una vez que el complejo hierro-hidroxamato está dentro de
la célula, el hierro es liberado y el hidroxamato sale al exterior para ser reutilizado. En
algunas bacterias los sideróforos no son hidroxamatos sino compuestos fenólicos.
Bacterias entéricas tales como Escherichia coli y Salmonella typhimurium producen
sideróforos fenólicos complejos llamados enterobactinas. Estos sideróforos son
derivados del catecol y presentan una altísima afinidad por el hierro. En la imagen
inferior se muestra la estructura de la enterobactina de E. coli. La disponibilidad de
hierro tiene importantes consecuencias en la capacidad de muchas bacterias patógenas
para crecer en el cuerpo.

6. Micronutrientes (elementos traza). Aunque los micronutrientes son requeridos en
muy pequeñas cantidades son, sim embargo, tan importantes como los macronutrientes
para la función celular. Los micronutrientes son metales, muchos de los cuales forman
parte de enzimas que son los catalizadores celulares. En la tabla que se muestra más
abajo se resume los micronutrientes más importantes de sistemas vivos, ejemplificando
aquellas enzimas en las que desempeña un papel importante.

7. Debido a que el requerimiento de elementos traza es muy pequeño, para el cultivo de
microorganismos en el laboratorio se hace innecesario su adición al medio. Sin
embargo, si un medio contiene compuestos químicos altamente purificados y disueltos
en agua destilada de alta pureza, puede ocurrir una deficiencia de elementos traza. En
tales casos se añade una pequeña cantidad de estos metales al medio para que estén
disponibles los metales necesarios.
Factores de crecimiento. Los factores de crecimiento son compuestos orgánicos que,
como los micronutrientes, son requeridos en muy pequeñas cantidades y solo por
algunas células. Los factores de crecimiento incluyen vitaminas, aminoácidos, purinas y
pirimidinas. Aunque la mayoría de los microorganismos son capaces de sintetizar estos
compuestos, otros requieren tomar uno o más preformados del medio ambiente.
Las vitaminas son los factores de crecimiento más comúnmente necesitados. La
mayor parte de las vitaminas funcionan como parte de coenzimas y se resumen en la
tabla de más abajo. Muchos microorganismos son capaces de sintetizar todos los
componentes de sus coenzimas, pero algunos son incapaces de hacerlo así y deben ser

8. suplementados con ciertas partes de estos coenzimas en forma de vitaminas. Las
bacterias lácticas, que incluyen los géneros Streptococcus, Lactobacillus, Leuconostoc y
otros son reconocidas por su complejo requerimiento de vitaminas, que son incluso
mayores que los de los humanos.