Metabolismo microbiano · Metabolismo microbiano Conjunto de reacciones bioquímicas y procesos ... Oxidación incompleta de la glucosa por glucólisis ... Fuentes de carbohidratos

Metabolismo microbiano

Conjunto de reacciones bioquímicas y procesos fisicoquímicos estrechamente

interrelacionados, que ocurren en una célula, y son la base para que ésta pueda realizar

todas sus actividades: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos,

etc.

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Definición de metabolismo:


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N Tiene aplicación el estudio de esta temática?

Inoculantes para agricultura Agroalimentos fermentados

Biorremediación

Bioenergía


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1) Introducción: Catabolismo Vs Anabolismo:

Oxidación Vs Reducción

Principios de termodinámica

3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos:

2) Composición química de los microorganismos

Según fuente de energía, fuente de carbono, tipo de

metabolismo energético intermedio, etc.

Según condiciones de crecimiento: características culturales

Enzimas

4) Medios de cultivo microbianos:

Clasificaciones según diferentes criterios

Condiciones que deben reunir

Catabolismo:

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Catabolismo Vs Anabolismo:

Reacciones

exotérmicas,

liberan

energía, el

sustrato tiene

mayor energía

interna que el

producto

resultante de la

reacción.

Desde la

perspectiva

termodinámica

se trata de

reacciones

exotérmicas

Anabolismo:

Reacciones

endotérmicas,

consumen

energía, el

sustrato tiene

menor energía

interna que el

producto

resultante de

la reacción.

Desde la

perspectiva

termodinámica

se trata de

reacciones

endotérmicas

1) Introducción:

Catabolismo y anabolismo ocurren sincrónicamente, respetando las leyes de la termodinámica


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Enzimas: Cual es su función?

1) Introducción:

Facilitar la realización de una reacción metabólica

Disminuyen la energía de activación necesaria para que ocurra una reacción bioquímica

Disminuyen el tiempo necesario para que una reacción bioquímica se produzca

Enzimas: Nomenclatura según su actividad

Oxidoreductasas: catalizan reacciones de oxidorreducción (redox). Utilizan coenzimas y cofactores (NAD, NADP) que transporten los electrones (hidrogeniones) desde el dador hasta el aceptor final de electrones. Estas coenzimas quedan modificadas en su grado de oxidación al participar de una reacción, y no se sintetizan de nuevo sino que se reciclan participando en reacciones inversas, alternando oxidación con reducción. Ejemplos: deshidrogenasa, peroxidasa. Transferasas: transfieren grupos activos, obtenidos de la ruptura de ciertas moléculas, a otras sustancias receptoras. Suelen actuar en procesos de interconversión de monosacáridos, aminoácidos, etc. Ejemplos: transaminasas Hisrolasas: catalizan reacciones de hidrólisis: ruptura de enlaces con liberación de elementos y sustitución por moléculas provenientes del agua, como ocurre por ejemplo en la obtención de monómeros a partir de polímeros. Actúan típicamente en el catabolismo. Ejemplos: glucosidasas, lipasas, estearasas. Liasas: catalizan reacciones en las que se eliminan grupos H2O, CO2 y NH3 para formar un doble enlace o añadirse a un doble enlace. Ejemplos: decarboxilasas Isomerasas: actúan sobre determinadas moléculas obteniendo o cambiando de ellas su estado en relación a su isómero, catalizando cambios de posición de un grupo en determinada molécula obteniendo formas isoméricas. Suelen actuar en procesos de interconversión. Ejemplo: isomerasas Ligasas: catalizan la unión de elementos que generan un producto de mayor energía interna (anabolismo), como por ejemplo la síntesis de los enlaces denominados "fuertes" mediante el acoplamiento a moléculas de alto valor energético (fosfatos) al ADP formando ATP Ejemplos: sintetasas

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Metabolismo microbiano 1) Introducción:

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Reacción mediante la cual un sustrato recibe electrones (hidrogeniones) pasando

de un estado de menor energía interna a uno de mayor energía interna

Oxidación Vs Reducción:

Reducción:

Reacción mediante la cual un sustrato cede electrones (hidrogeniones), pasando

de un estado de mayor energía interna a otro de menor energía interna

Oxidación:

1) Introducción:

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Intermediarios co-enzimáticos: NAD, FAD

1) Introducción:


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Que hacen los intermediarios

co-enzimáticos: NAD, FAD?

1) Introducción:


De que están hechas las células, procariotas y eucariotas?

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Químicamente, y a grandes rasgos, procariotas y eucariotas somos CHONPS

2) Composición química de los microorganismos

Carbono: 50 % del peso seco celular. Función en metabolismo energético y elementos estructurales


Nitrógeno: 12 % del peso seco celular. Función en constitución de proteínas estructurales y enzimáticas

Hidrógeno

Oxígeno:

Fosforo: Función en formación de ADN, en fosfolípidos de membrana citoplasmática, y en moléculas que almacenan energía en enlaces fosfóricos

Azufre: En aminoácidos y vitaminas, aporta posibilidad de uniones internas dando estructura tridimensional y funcionabilidad

AN

ATP

Constituyen biomoléculas, estabilizando átomos (C y N) de manera individual o como OH ó H20

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N 2) Composición química de los microorganismos Mayoritarios

Metabolismo microbiano 2) Composición química de los microorganismos

NO CONFUNDIR !!!!!!!!!!!!!

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cobalto, cobre, zinc, manganeso, molibdeno, selenio…. Participan como co-factores enzimáticos, y se encuentran en muy bajas concentraciones

Magnesio (Mg): Función como estabilizador de proteínas enzimáticas, ribosomas, membranas

Calcio (Ca): Función en estabilización de pared celular y espora bacteriana en aquellos que la sintetizan

Potasio (K): Principal catión inorgánico, participa en el potencial de membrana y por ello en la transmisión e interpretación de algunos mensajes, es un cofactor enzimático

Socio (Na): Participa en el potencial de membrana y transmisión de mensajes

Hierro (Fe): Funciona en el sistema de citocromo oxidasa (conjunto de enzimas responsables del transporte de electrones durante el proceso de oxidación por respiración celular)

Cloro (Cl): Principal anión inorgánico que participa en la polarización de la membrana citoplasmática, el potencial de acción y la transmisión de mensajes por despolarización

2) Composición química de los microorganismos Minoritarios


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N 2) Composición química de los microorganismos

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Según atmósfera de crecimiento

Según temperatura de crecimiento

Según fuente de obtención de energía

Según la fuente de elementos básicos para estructura de biomoléculas

Metabolismo microbiano 3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos:

C inorgánico

Vs

C orgánico

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Según su fuente de energía

Obtienen energía a partir de la

ruptura de enlaces químicos

Quimiótrofos:

Fototrofos:

Obtienen energía al excitarse

por energía lumínica

Rhodopseudomonas

(Bradyrhuzobiaceace):

bacteria purpura

Importancia: Biodeegradacion,

formacion de H

Arthrospira

Cianobacterias

Importancia: Liberacion de O2

Produccion de Spirulina

Actinomycetes

Importancia: Compostaje

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Según su fuente de carbono

Obtienen carbono a partir del

catabolismo de moléculas

orgánicas, son incapaces de

usar formas inorgánicas de C

Heterótrofos:

Litotrofos:

Son capaces de usar el carbono

inorgánico (ej: CO2), e incluirlo

en propias biomoléculas durante

procesos de biosíntesis Metanobacterias (Archea)

Bacterias lácticas

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Según el aceptor final de electrones en procesos catabólicos

Obtienen energía eficientemente mediante

el catabolismo de biomoléculas, debido a

que pueden llegar a oxidar completamente

las mismas mediante procesos de

respiración (aerobios o anaerobios)

Metabolismo respiratorio:

Metabolismo fermentativo:

Mediante el catabolismo de biomoléculas

obtienen energía deficientemente (queda

mucha energía residual en el producto

metabólico), debido a que oxidan de manera

incompleta dichos sustratos. Solo

fermentan, son incapaces de respiración

Fotosintesis

anoxigénica


Al integrar los criterios metabólicos anteriores, obtenemos la siguiente clasificación

Según la

fuente de

energía

usada

Quimiotrofos Fototrofos

Según la

fuente de

carbono

usada

Quimio-

heterotrofos Foto-

heterotrofos

Foto-

autotrofos

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Según

aceptor

final de

electrones

durante

oxidación

Respiración Fermentación

Aerobia Anaerobia Diferentes

fermentaciones

O2 NO3 –

SO4 2 –

Fe(III)

Etanol

Ac. láctico

Ac. acético

Ac.propiónico

Ac.butírico

Bacterias

púrpuras

del S

Bacterias

purpuras

no del S

Reducen CO2

usando H2O

Fotosintesis

oxigénica

Quimio-

autotrofos

Bacterias que

oxidan elementos

inorgánicos

S

Fe

CO

NO Reducen CO2

usando H2O


Interacción de los diferentes tipos de microorganismos según su metabolismo

Aerobios estrictos

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Capnófilos

Anaerobios facultativos

Anaerobios aerotolerantes

Anaerobios estrictos

Microaerófilos


Según características culturales: necesidades o limitaciones gaseosas

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Según características culturales: Temperatura de cultivo

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Nutrientes con energía interna CAATABOLISMO

Productos

finales: baja

energía interna

H2O

ATP

NADH

NADPH

FADH2

Transportadores de e -

y enlaces de energía

ANABOLISMO

NH3

CO2

Productos

intermedios: baja

energía interna

?

Liberación de

energía interna

INSUMOS

PARA

BIOSINTESIS

aminoácidos

ácidos grasos

carbohidratos

bases nitrogenadas BIOMOLECULAS CELULARES

Proteínas (estructurales, enzimas)

Polisacáridos (pared celular)

Lípidos (membrana celular)

Ácidos nucleicos (ADN, ARNr, ARNm, ARNt)

ATP +

HPO4 2-

NAD+

NADP+

FAD


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Microorganismos autotrofos

Metabolismo energético: Oxidación incompleta de la glucosa por glucólisis Etapa I: reacciones preparatorias generan 2 G3P a partir de 1 glucosa No hay ni oxidación ni reducción Etapa II: se forman 2 piruvatos y se sintetiza ATP por proceso redox Etapa III: generación de producto final y ATP por proceso redox

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Metabolismo energético: Oxidación completa de la glucosa por glucólisis

Genera como subproducto radicales libres oxidantes altamente reactivos

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Metabolismo energético: Oxidación completa de varios sustratos

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¿Qué es un medio de cultivo?

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N 4) Medios de cultivo microbianos:

¿Qué condiciones debe reunir un medio de cultivo ideal?

¿Qué se debe considerar antes de elegir un medio de cultivo para inocular una

muestra de nuestro interés?

¿En qué condiciones debe presentarse un medio de cultivo cualquiera, para ser

usado en microbiología?

¿Qué se entiende por «nutriente microbiano»? Como podrían clasificarse los

nutrientes?

¿Cómo se clasifican los medios de cultivo?

¿Qué condiciones ajenas al medio de cultivo, pueden condicionar el éxito de un

medio para obtener el desarrollo del microorganismo deseado?

Deberíamos ser capaces de responder las siguientes preguntas


Macronutrientes:

Agua

Fuentes de carbohidratos

Fuentes de aminoácidos y proteínas

Minerales y vitaminas

Micronutrientes:

Elementos traza: minerales

Reguladores:

Estabilizadores osmóticos

Estabilizadores pH Ve

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N 4) Medios de cultivo microbianos:

Nutrientes de Medios de cultivo: Definición

Medio de cultivo: Definición


Como debería ser un medio de cultivo ideal?

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Económico

Inocuo para el operario y para el ambiente

Debería inhibir a los microorganismos no deseados sin perjudicar a cualquier cepa

perteneciente al taxón microbiano de interés para nuestro estudio o análisis

De fácil disponibilidad en cualquier lugar del mundo (accesible para fabricarse en

cualquier país), para garantizar la reproducibilidad de cualquier ensayo o análisis

(criterio básico del método científico)

Debería garantizar el crecimiento de la totalidad de microorganismos

pertenecientes al taxón microbiano que se encuentra en estudio, sin discriminar en

función de cepas (algunas cepas si, otras no)

Debería garantizar el crecimiento independientemente del estado metabólico en

que se encuentre el microorganismo de interés: evitar falsos negativos por falta de

desarrollo de microorganismos que se encuentran en estado viable pero no

cultivable



Que se debe considerar antes de elegir un medio de cultivo, para hacer crecer un microorganismo de nuestro interés?

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Metabolismo microbiano 4) Medios de cultivo microbianos:

¿Cuál es nuestra necesidad? ¿Necesitamos saber si «un microorganismo

específico» está presente o ausente en una muestra, o necesitamos saber

«cual/es» microorganismos están presentes en la muestra?

¿La muestra es naturalmente muy contaminada con microorganismos

acompañantes del microorganismo que deseamos estudiar, o es una muestra con

escasa contaminación?

¿Necesitamos aislar el microorganismo, o solo determinar su presencia o

ausencia?

¿Los microorganismos podrían encontrarse sometidos a un estrés fisicoquímico,

producto de la manipulación o composición de la muestra, pudiendo alcanzar el

estado de viable-no cultivable?

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¿En qué condiciones debe presentarse un medio de cultivo cualquiera, para

ser usado en microbiología?

Estéril

Con su potencial nutritivo inalterado por el proceso de esterilización

Libre de inhibidores microbianos (restos de detergente de limpieza de material de

vidrio, sustancias químicas ambientales, desinfectantes, etc.)

pH

Osmolaridad

Temperatura

Gases-atmósfera de crecimiento

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Condiciones ambientales que pueden limitar el desarrollo de un cultivo,

aunque se cuente con el medio de cultivo adecuado

Clasificación Según su estado físico (presencia y concentración de agar)

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Líquidos (caldos) Semisólidos Sólidos

Simples

Enriquecidos

De enriquecimiento selectivo

Selectivos

Diferenciales

Selectivo-diferenciales

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Clasificación

Según su uso


Según su origen:

Naturales o artificiales

Animales, vegetales, mixtos

Según el conocimiento sobre la composición:

Naturales

Químicamente definidos

Según su condición Medios inertes

Medios vivos

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Clasificación

Clasificación de Medios de cultivo microbianos Según su uso:

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