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Fisiología microbiana
Nutrición
Blgo. Héctor E. Garay Montañez
Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia
Fundamentos de la nutrición
Para crecer, los microorganismos deben tomar del
ambiente todas las sustancias para la generación de
energía. Estas sustancias se denominan nutrientes.
Sin
embargo,
los
microorganismos
son
extraordinariamente diversos en cuanto a sus
propiedades fisiológicas específicas y, por consiguiente,
en cuanto a sus requerimientos de nutrientes
específicos.
La composición química de las células, bastante
constante en todo el mundo vivo, da indicios de los
principales materiales requeridos para el crecimiento:
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El agua supone entre el 80 y 90% del peso seco total de
las células y por lo tanto, en términos cuantitativos es
siempre el principal nutriente esencial.
La materia sólida de las células contiene además de
hidrógeno y oxígeno (que pueden derivarse
metabolicamente del agua), carbono, nitrógeno, fósforo
y azufre. Estos seis elementos suponen alrededor del
95% del peso seco de la célula, en la fracción restante
se incluyen muchos otros elementos.
Los estudios de nutrición demuestran que el potasio,
magnesio, calcio, hierro, manganeso, cobalto, cobre,
molibdeno y zinc, son requeridos por casi todos los
organismos.
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Elemento
% del peso seco
Carbono
50
Oxígeno
20
Nitrógeno
14
Hidrógeno
8
Fósforo
3
Azufre
1
Potasio
1
Sodio
1
Calcio
0,5
Magnesio
0,5
Cloro
0,5
Hierro
0,2
Todos los demás
Aprox. 0,3
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Elemento
Funciones fisiológicas
Hidrógeno
Constituyente del agua celular, materiales celulares orgánicos
Oxígeno
Constituyente del agua celular, materiales celulares orgánicos. Como O2
aceptor de electrones en la respiración de los aerobios.
Carbono
Constituyente del agua celular, materiales celulares orgánicos.
Nitrógeno
Constituyente de proteínas, ácidos nucleicos, coenzimas.
Azufre
Constituyente de proteínas (como aminoácidos cisteína y metionina); de
algunos coenzimas (CoA, cocarboxilasa)
Fósforo
Constituyente de ácidos nucleicos, fosfolípidos, coenzimas.
Potasio
Uno de los principales cationes inorgánicos de las células, cofactores de
algunos enzimas.
Magnesio
Importante catión celular, cofactor inorgánico en muchas reacciones
enzimáticas, incluyendo aquellas que requieren ATP; funciona uniendo los
enzimas a los substratos. Constituyente de las clorofilas.
Manganeso
Cofactor inorgánico de varios enzimas, a veces reemplazando al Mg.
Calcio
Importante catión celular, cofactor de algunos enzimas (ej. Proteinasas)
Hierro
Constituyente de citocromos y otras hemo o no hemoproteínas, cofactor
de cierto número de enzimas.
Cobalto
Constituyente de la vitamina B12 y de sus coenzimas derivados
Cobre, zinc, níquel,
molibdeno
Constituyentes inorgánicos de enzimas especiales.
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Vitaminas
Coenzima
Reacciones enzimáticas que
implican la forma de coenzima
Acido nicotínico
(niacina)
Coenzimas de piridín-nucleótido
(NAD+ y NADP+)
Deshidrogenaciones
Riboflavina
(vitamina B2)
Flavina-nucleótido
(FAD y FMN)
Algunas deshidrogenaciones,
transporte de electrones
Tiamina
(vitamina B1)
Pirofosfato de tiamina
(cocarboxilasa)
Descarboxilaciones y algunas
reacciones de transferencia de
grupos
Piridoxina
(vitamina B6)
Piridoxal fosfato
Metabolismo de aminoácidos:
transaminación, desaminación,
descarboxilación
Acido pantoténico
Coenzima A
Oxidación de cetoácidos,
metabolismo de ácidos grasos
Acido fólico
Acido tertahidrofólico
Transferencia de unidades de un
carbono
Biotina
Biotina
Fijación de CO2, transferencia de
carboxilos
Cobalamina
(vitamina B12)
Diversos derivados de la
cobalamina
Reacciones de reordenación
molecular
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Todos los elementos metálicos requeridos pueden
proporcionarse como nutrientes en forma de cationes de
sales inorgánicas.
El potasio, el magnesio, el calcio y el hierro se requieren
en cantidades relativamente grandes y deberían
incluirse siempre como sales, en los medios de cultivo.
Los requerimientos cuantitativos de manganeso,
cobalto, cobre, molibdeno y zinc son muy pequeños, con
frecuencia se hace referencia a ellos como elementos
traza o micronutrientes.
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Categorías de nutrición entre los
microorganismos
Autótrofos
Usan nutrientes completamente
inorgánicos
Heterótrofos
requieren necesariamente nutrientes
orgánicos
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Fotoautótrofos
Utilizan la luz como fuente de energía y el CO2 como fuente principal de
carbono. Esta categoría incluye la mayoría de los organismos
fotosintéticos.
Fotoheterótrofos
Utilizan la luz como fuente de energía y compuestos orgánicos como fuente
principal de carbono. Están incluidas algunas de las bacterias rojas y
verdes.
Quimioautótrofos
Utilizan una fuente de energía química y CO2 como fuente principal de
carbono. Obtienen energía por oxidación de compuestos inorgánicos
reducidos tales como NH4, NO2, H2, de formas reducidas del azufre H2S,
S, S2O3 o el ión ferroso. Como resultado de su capacidad distintiva en
medios estrictamente minerales, en ausencia de luz, estos organismos son
denominados a veces quimiolitótrofos.
Quimioheterótrofos
Usan una fuente química de energía y un substrato orgánico como principal
fuente de carbono. En este caso tanto la energía como el carbono pueden
obtenerse usualmente del metabolismo de un único compuesto orgánico.
Están incluidos los animales metazoos, los protozoos, los hongos y la gran
mayoría de las bacterias. Blgo. Héctor E. Garay Montañez
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Requerimientos para el crecimiento
microbiano
Los requerimientos para el crecimiento
microbiano pueden dividirse en dos categorías:
físicos y químicos.
Los aspectos físicos incluyen la temperatura, el
pH y la presión osmótica.
Los requerimientos químicos el agua, as fuentes
de carbono y nitrógeno, las sustancias
minerales, el oxígeno y los factores orgánicos
de crecimiento.
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Requerimientos físicos
Temperatura
Los microorganismos crecen bien a las temperaturas
normalmente adecuadas para los animales superiores.
Sin embargo, ciertas bacterias son capaces de crecer a
temperaturas extremas tanto de frío como de calor, que
en muchos casos no permitirían la supervivencia de la
mayoría de los organismos superiores.
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Sicrófilos: microorganismos adaptados a
bajas temperaturas (menos de 20ºC)
Mesófilos: adaptados
moderadas (25 y 40ºC)
a
Termófilos:
adaptados
temperaturas (50 y 60 ºC)
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temperaturas
a
altas
pH
La mayoría de bacterias crecen mejor en
un estrecho margen de pH cercano a la
neutralidad entre 6,5 y 7,5. Muy pocas
bacterias crecen a pH inferiores a 4,0
Los mohos y las levaduras crecen crecen
dentro de un intervalo de pH menor que
las bacterias habitualmente entre 5 y 6
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Presión osmótica
Los microbios obtienen casi todos los nutrientes disueltos en el
agua que los rodea. Por lo tanto necesitan agua para su crecimiento
ya que, de hecho, están formados por 80 a 90% de agua.
Las presiones osmóticas elevadas producen un efecto de
eliminación del agua necesaria para la célula.
Cuando una célula microbiana está en una solución cuya
concentración de solutos es mayor que la de la célula (es
hipertónica), el agua intracelular sale a través de la membrana
citoplasmática hacia la zona de mayor concentración salina. La
pérdida osmótica de agua produce plasmólisis.
Las bacterias adaptadas a altas concentraciones salinas son
conocidas como halófilas.
Si la presión osmótica es baja (hipotónica), el agua tiende a entrar
en la célula.
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Requerimientos químicos
Carbono
Fuente importante de la materia viva
Nitrógeno, azufre y fósforo
Importantes para la síntesis de material celular
(aminoácidos, proteínas, ADN, ARN, ATP, vitaminas)
Oligoelementos
Los microorganismos requieren cantidades pequeñas de
otros elementos minerales como hierro, cobre,
molibdeno, zinc, magnesio, etc).
La mayoría son esenciales para la actividad de algunas
enzimas actuando normalmente como cofactores.
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Oxígeno
Muchos microorganismos utilizan oxígeno molecular.
Aerobios obligados
Necesitan oxígeno para vivir
Anaerobios facultativos
Pueden crecer en ausencia o presencia de oxígeno
Anaerobios obligados
El oxígeno es mortal para ellos.
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