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Metabolismo y FisiologĂ­a BiologĂ­a Celular

Nutrientes 1- Fuente de energía

luz química

2- Macronutrientes H K O Mg C Na N 95% Ca S Fe P 3- Micronutrientes (elementos traza) Co, Zn, Mo, Cu, Mn, Ni, Se, W 4- Factores de crecimiento •Vitaminas •Purinas y pirimidinas •Aminoácidos

Macronutrientes Fuente de carbono

- CO2 - Compuestos orgánicos

Fuente de nitrógeno

- Inorgánica - Orgánica

Fuente de fósforo

- Inorgánica - Orgánica

Fuente de azufre

- Inorgánica - Orgánica

Carbohidratos, azúcares, proteínas, aminoácidos, lípidos, ácidos grasos, glicerol NH4, NO3-, N2 Proteínas, peptonas, aa, bases púricas y pirimídicas, urea Fosfatos Esteres del ácido fosfórico Sulfuros y sulfatos Aminoácidos sulfurados, vitaminas

Tipos nutricionales

Fuente de energía

Fuente de C

Ejemplos

Cianobacterias, Luz CO2 bacterias Fotoautótrofos púrpuras y verdes Compuestos Algunas Luz orgánicos bacterias Fotoheterótrofos púrpuras y verdes Compuestos Algunas Eubacterias y Quimioautótrofos o inorgánicos CO2 ej.: H2, NH3, muchas Archaea litótrofos NO2-, H2S La mayoría Quimioheterótrofos Compuestos Compuestos Eubacterias, orgánicos orgánicos algunas Archaea o heterótrofos

Condiciones para el crecimiento microbiano Medios de cultivo

agua fuente de energ铆a

Nutrientes

Crecimiento

fuentes de C, N, otros elementos micronutrientes, factores de crecimiento

temperatura

Condiciones de cultivo

pH luz aireaci贸n actividad de agua potencial redox

Factores de crecimiento Microorganismos auto o heterotrófos pueden requerir pequeñas cantidades de ciertos compuestos orgánicos que no pueden sintetizar y deben incorporarse en los medios

* bases púricas y pirimídicas

ADN, ARN

* aminoácidos esenciales

síntesis proteica

* vitaminas

coenzimas

Aislamiento Aislar: Es separar un tipo de microorganismo a partir de una población mixta. En habitats naturales, raramente encontramos a los microorganismos en cultivo puro Aislamiento directo:se logra directamente a partir de una muestra cuando el o los microorganismos están en una proporción adecuada., se realiza por estrías (agotamiento) con o sin dilución previa de la muestra (suelo, alimentos), en medio sólido Aislamiento por enriquecimiento:Cuando el microorganismo que se desea aislar e identificar se encuentra en baja proporción en la muestra, se incluye una primera etapa que consiste en sembrar la muestra en medio líquido. Luego de varios pasajes se aisla por el método de estrías.

Clasificación de los medios de cultivo Según su naturaleza física * líquidos * sólidos - solidificante: agar-agar, silico-gel

* semi-sólidos

Según su composición * definidos o sintéticos: composición química conocida * no definidos o complejos: composición química no definida, enriquecidos con peptonas, extracto de carne, de levadura, de suelo, sangre

Según su uso en el laboratorio * selectivos o inhibitorios: medios que contienen, además de los nutrientes, ciertas sustancias que inhiben el desarrollo de algunos microorganismos permitiendo el crecimiento de otros o cuya composición permite el desarrollo de un grupo determinado Ej.agar-antibióticos; agua, sales, luz, para algas, medios con NaCl superior a la concentración fisiológica * diferenciales: medios que contienen indicadores para diferenciar los distintos tipos de microorganismos que puedan crecer en él.

Ej. azúcar fermentecible: lactosa, indicador:rojo neutro

Según su uso en el laboratorio * selectivos o inhibitorios: medios que contienen, además de los nutrientes, ciertas sustancias que inhiben el desarrollo de algunos microorganismos permitiendo el crecimiento de otros o cuya composición permite el desarrollo de un grupo determinado Ej.agar-antibióticos; agua, sales, luz, para algas, medios con NaCl superior a la concentración fisiológica * diferenciales: medios que contienen indicadores para diferenciar los distintos tipos de microorganismos que puedan crecer en él.

Ej. azúcar fermentecible: lactosa, indicador:rojo neutro

Cultivo en medio líquido • Habitualmente se realiza en tubos o en matraces. El crecimiento se puede manifestar por enturbiamiento, por formación de velo o película, o por sedimento.

Cultivo en medio sólido • Puede ser en tubos o placas

a) Tubos con agar inclinado. Para sembrarlos, se mueve el ansa o la punta suavemente sobre la superficie del agar con un movimiento en zigzag desde el fondo hasta la parte superior, cuidando de no dañar el agar. b) Tubos sin inclinar. Se siembran introduciendo una punta en el centro del agar. También se llama siembra por picadura. c) Siembra en placas. Puede ser en superficie (por estrías o bañado) o incorporada (mezclando el inóculo con el agar semifundido)

Aislamiento Aislar: Es separar un tipo de microorganismo a partir de una población mixta. En habitats naturales, raramente encontramos a los microorganismos en cultivo puro Aislamiento directo:se logra directamente a partir de una muestra cuando el o los microorganismos están en una proporción adecuada., se realiza por estrías (agotamiento) con o sin dilución previa de la muestra (suelo, alimentos), en medio sólido Aislamiento por enriquecimiento:Cuando el microorganismo que se desea aislar e identificar se encuentra en baja proporción en la muestra, se incluye una primera etapa que consiste en sembrar la muestra en medio líquido. Luego de varios pasajes se aisla por el método de estrías.

Cultivo puro • Las colonias se describen por examen macroscópico en función del tamaño, la forma, el borde, la elevación, la transparencia y el color. Esto resulta a veces muy útil en la identificación

• A partir de colonias aisladas en medio de cultivo se realiza un examen microscópico que debe mostrar células razonablemente semejantes respecto al Gram y a la morfología.

• Las colonias aisladas deben aislarse nuevamente en medio no selectivo por el método de estrías. Esto se conoce como reaislamiento.

Divisi贸n celular: fisi贸n binaria

Gemaci贸n, ej. levaduras

Crecimiento de un microorganismo en medio de cultivo lĂ­quido

1- Fase de latencia 2- Fase exponencial 3- Fase estacionaria 4- Fase de muerte

Crecimiento en un volumen fijo de medio o cultivo cerrado (batch) Luego de la adición de bacterias al medio líquido fresco se observa la siguiente cinética de crecimiento • Fase lag - las células se adaptan al nuevo ambiente, aun no se dividen • Fase exponencial (log) - velocidad máxima de crecimiento bajo condiciones particulares, tiempo de generación mínimo • Fase estacionaria - sin crecimiento neto, vc=0 ó estadísticamente = 0 cuando: vc=vm (vel. crecimiento es igual a la de muerte) – nutrientes limitantes, pero suficientes para mantener actividad – acumulación de desechos, inhibición del crecimiento • Fase de muerte - velocidad de muerte celular > velocidad de división celular

Factores del ambiente • físicos: temperatura, gases, pH, presión osmótica •químicos: nutrientes, sustancias antimicrobianas •biológicos: otros microorganismos, micro y mesofauna, vegetación, afectan las actividades microbianas

Los distintos factores actúan simultáneamente y resulta difícil el análisis integrado de los efectos.

• Sicrófilos - rango: < 0-20°C, óptimo < 15oC – organismos marinos, algas: Chlamydomonas nivalis (nieve rosada), bacterias: Pseudomonas, Flavobacterium – membrana contiene alto % de ácidos grasos insaturados

• Sicrótrofos o Sicrófilos facultativos - rango: 0-35°C, óptimo 20-30oC – Pseudomonas - crecen en el refrigerador

• Mesófilos - rango: 15-45° C, óptimo: 30-40°C – la mayoría de los microorganismos (del suelo, aguas, patógenos)

• Termófilos - rango: 40-70°C, óptimo de 55-65oC – membrana contiene alto % de ácidos grasos saturados – enzimas estables al calor – Bacillus stearothermophilus, organismos de compostaje

• Hipertermófilos - rango: 80-113°C, óptimo > 90oC – Pyrococcus, Pyrodictium (aguas termales)

Oxígeno Clasificación de los microorganismos según

el efecto del oxígeno: Aerobios obligados: requieren oxígeno (21% o más) Ej. Bacillus, hongos, etc. microaerofílicos: lo requieren pero a niveles menores que el atmosférico (5-10%) Ej. Azospirillum Anaerobios facultativos: no requieren oxígeno, pero el desarrollo es mejor con oxígeno.

Ej. Levaduras, E. coli aerotolerantes: no son sensibles al oxígeno (crecen en ausencia o presencia de oxígeno).

Ej. Enterococcus faecalis, Sreptococcus spp. . obligados: no toleran el oxígeno, muere en su presencia Ej. Methanobacterium, Clostridium

Cultivos en anaerobiosis •tubos con medio de cultivo llenos por completo.

•medios con sustancias que reaccionan con el oxígeno y lo excluyen.

•dispositivo especial (cámara anaeróbica) •cajas o tubos incubados en recipientes con granos germinados (cebada, centeno)

Otros gases N2

componente principal de de la atmósfera (78%). Gas inerte: no es usado por la mayoría de los organismos, los que pueden reducir el triple enlace del N2 con la enzima nitrogenasa se denominan diazotrofos o fijadores de N2 y pueden desarrollarse en ambientes sin N-combinado

CO tóxico para la mayoría de los organismos (cadena respiratoria) puede ser oxidado a CO2 por algunos microorganismos

CH4

liberado a la atmósfera por microorganismos metanogénicos, gas con efecto invernadero, puede ser oxidado a CO2 por bacterias metanotróficas

CO2

importante gas, fuente de carbono para los autotrofos, aerobios y anaerobios, fotosintéticos o quimiosintéticos. Muchos hongos lo requieren a niveles superiores a los atmósfericos, para ciertas síntesis

H2 poco usado, tóxico para la mayoría de los microorganismos, brinda energía a bacterias Hydrogenomonas: H2+O2 = H20 + ATP

pH El pH es la acidez o alcalinidad de una solución, medida por el log 1/(H+)

Clasificación de los microorganismos según su pH óptimo Neutrófilo: pH óptimo 7 - Ej.: bacterias

patógenas humanas. Acidófilo: pH óptimo  7 - Ej.: muchas de las archeobacterias y hongos. Basófilo: pH óptimo  7 - Suelos y aguas ricas en carbonatos

Medios de cultivo MEDIO SELECTIVO Y DIFERENCIAL Colonia Lactosa negativa

Colonia Lactosa positiva

Agar sangre S. epidermidis en agar sangre

Agar sangre HEMOLISIS EN AGAR SANGRE

HEMÓLISIS COMPLETA

HEMÓLISIS PARCIAL

Pseudomonas aeruginosa Siembra en medio OF Metabolismo oxidativo

Prueba de la catalasa

+

-