[2016.07.04] GTI - pH [grupo 1]

Gran Trabajo de Investigación Microbiología
Potencial de hidrógeno y potencial de óxido reducción.

1. Escuela Superior Politécnica
del Litoral
Facultad de Ingeniería
Mecánica y Ciencias de la Producción


Fecha de entrega:
04 de Julio del 2016
Integrantes:
Lenin Espinoza
Diego Guzmán
Valery Martínez
Lindsay Núñez
Nadia Ramírez

Profesora:
MSc. María Fernanda Morales

Termino I
2016-2017
Gran Trabajo de Investigación
Tema: Potencial de hidrógeno y potencial de óxido
reducción.

2. CONTENIDO

Introducción ………………………………………………………………………………………………………………………………1
Marco Teórico……………………………………………………………………………………………………..……….…………….2
Factores que afectan el crecimiento microbiano .........................................................................2
Factores extrínsecos ...............................................................................................................2
Factores intrínsecos ...............................................................................................................2
Potencial de Hidrógeno ............................................................................................................3
Importancia del pH ...................................................................................................................3
pH óptimos ...............................................................................................................................3
Potencial redox ............................................................................................................................5
Importancia de potencial de redox ..........................................................................................5
Potencial de redox óptimo .......................................................................................................5
Clasificación de Microorganismos por pH ................................................................................6
Ejemplos de microorganismos que crecen a diferentes rangos de pH .................................7
Ejemplos de microorganismos que crecen a diferentes rangos de óxido reducción ............9
Microorganismos Acidúricos ......................................................................................................10
Adaptaciones ..........................................................................................................................10
¿Por qué estos organismos pueden resistir a pH extremos? ..................................................11
Desnaturalización de Proteínas ..............................................................................................11
Estructuras de las proteínas ...................................................................................................12
Estabilidad de la estructura proteínica ...................................................................................16
Niveles de organización de proteínas .....................................................................................17
Agentes desnaturalizantes .....................................................................................................17
Ejemplos de microorganismos aciduricos ..........................................................................18
Lactobacillus spp ................................................................................................................18
Conformación proteica de microorganismos acidúricos. .......................................................19
Relación de potencial de óxido-reducción con oxígeno molecular ............................................20
Potencial redox ......................................................................................................................20
Respiración celular .................................................................................................................21
Fermentación .........................................................................................................................24
Microorganismos anaeróbicos en presencia de oxígeno molecular ...........................................28
Ejemplos de microorganismos anaeróbicos. ..........................................................................30

3. Bacilos grampositivos no esporulados................................................................................30
Lactobacillus ...................................................................................................................30
Cocos grampositivos ...........................................................................................................31
Peptostreptococcus ........................................................................................................31
Bacilos grampositivos esporulados.....................................................................................31
Clostridium .....................................................................................................................31
Clostridios histotóxicos ...................................................................................................32
Clostridium perfringens ..................................................................................................32
Intoxicación alimentaria .....................................................................................................33
Clostridium botulinum....................................................................................................33
Prevención .............................................................................................................................34
Bacilos gramnegativos ........................................................................................................34
Género bacteroides ........................................................................................................34
B. fragilis .........................................................................................................................35
Géneros Prevotella y Porphyromonas ............................................................................36
Género fusobacterium ...................................................................................................37
Cocos gramnegativos .........................................................................................................37
Veillonella parvula ..........................................................................................................37
Ejemplos de productos alimenticios que presentan condiciones extremas para el
crecimiento microbiano. ........................................................................................................38
Valores de pH aproximados de algunas hortalizas y frutas ................................................38
Valores mínimos de pH que permiten el crecimiento de algunas bacterias patógenas .....39
Valores de pH aproximados de algunos productos lácteos, cárnicos y derivados de la
pesca ..................................................................................................................................40
Conclusiones…………………………………………………… ………………………………………………………………………..43
Conclusiones del Paper……………………………………………………………………………………………………………..47
Bibliografía………………………………………………………………………………………………………………………………..49
Anexos………………………………………………………………………………………………………………………………………51

4. 1


INTRODUCCIÓN


Todos los microorganismos son estructuras organizadas formadas por cuatro
componentes químicos: proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y polisacáridos que
representan casi el 95% en seco de una célula. Por lo tanto, todas las células
poseen mucho en común, pero su composición química exacta y la distribución
de las macromoléculas es lo que diferencia una célula de otra.
Existen factores extrínsecos como la temperatura, oxígeno y luz; factores
intrínsecos como actividad de agua, pH, nutrientes y potencial redox, los cuales
pueden afectar al desempeño de los microorganismos, sus funciones o dañar
sus estructuras celulares. En ciertos casos, las variaciones de estos factores
producen efectos adversos que algunos microorganismos pueden restablecerlos
por ellos mismos. Su supervivencia depende de la capacidad que poseen para
restablecer dichos cambios.
El potencial de Hidrógeno (pH) está relacionado con la concentración de iones
Hidrógenos, por otro lado, el potencial óxido-reducción está relacionado con el
intercambio de electrones en reacciones de oxidación y reducción. Estos
factores a nivel celular, pueden definir la presencia de microorganismos y a la
vez, estas deducciones ayudan a ingenieros en alimentos a identificar los tipos
de microorganismos que pueden proliferar en un medio determinado.
En este trabajo nos enfocaremos en los dos factores ya mencionados, pH y
potencial redox. Abordaremos la importancia de estos factores en el
comportamiento de los microorganismos, especialmente de las bacterias.
Además, la reacción de ellos a cambios bruscos en estos factores y su
clasificación según los rangos óptimos de crecimiento establecidos.

5. 2

MARCO TEÓRICO
Factores que afectan el crecimiento microbiano
El conocimiento de los efectos ambientales nos permite explicar la distribución
de los microorganismos en la naturaleza y hace posible diseñar métodos que
controlen o potencien las actividades microbianas ya que los microorganismos
necesitan de ciertos factores para crecer y multiplicarse tales como una
temperatura adecuada; nutrientes, agua y tiempo. Si las condiciones son
óptimas, una sola bacteria podría reproducirse en millones de bacterias en pocas
horas.
Estos factores que afectan o alteran al crecimiento bacteriano pueden ser:
Factores extrínsecos
Son las características macroscópicas y microscópicas, físicas y químicas
que afectan al ambiente que rodea a la bacteria como son:
o La temperatura
o Oxigeno
o Luz
Factores intrínsecos
Son los que afectan a las propiedades físicas y químicas del alimento, las
propiedades que al ser determinantes de la velocidad de las reacciones
enzimáticas metabólicas, afectan la intensidad de reproducción de las células
microbianas, como puede ser:
o La actividad de agua (Aw)
o El Potencial de Hidrógeno (pH)
o El Potencial de óxido-reducción (Eh)
o Nutrientes.

6. 3

Potencial de Hidrógeno
El pH o potencial de Hidrógeno es una medida de actividad de los iones del
hidrógeno (H+) el cual nos determinará la acidez o basicidad de una solución
siendo así las menores a 7 una solución ácida, si es mayor a 7 una solución
básica y si es 7 no es ni ácido di básica sino neutra; siendo la medida más baja
cero y la más alta 14.
Importancia del pH
Es importante conocer la concentración de hidrogeniones que es la base del pH
sobre los microorganismos porque esta determinará que clases de bacterias que
crecerán y que cambios generarán en el medio en que se encuentran, ya que
cada microorganismo tiene afinidad en algún rango de pH mínimo y máximo.
El pH también determinará si una especie va a donar o recibir electrones por
ejemplo un ácido va a ser una especie la cual va a aceptar electrones mientras
que las bases van ser aquellas que donen electrones.
pH óptimos
Los microorganismos tienden a cambios ambientales de pH para sobrevivir. La
capacidad de muchos microrganismos de que tenga un alto rango de pH supone
que la célula tiene mecanismos que permiten estabilizar su pH interno. No
obstante se ha comprobado que el pH interior puede verse afectado por el pH
del medio exterior.
Bajo condiciones óptimas de crecimiento la acción del pH puede verse influida
por otros factores como la presencia de especies competidoras, tensión de
oxígeno, actividad de agua reducida o temperaturas poco favorables, que
reducen la amplitud del pH al que es posible el crecimiento.
El pH afecta intensamente el crecimiento de microorganismos. Todos los
microorganismos se comportan de manera diferente y de la misma forma habrá
microorganismos que nos soporten una misma escala de pH por ello para el caso
de pH tendremos microorganismos acidófilos, neutrófilos y alcalófilos.
Cada especie tiene un rango definido de pH para su crecimiento y un pH óptimo.
Los acidófilos tienen un valor de pH óptimo de crecimiento entre 0 y 5.5; los
neutrófilos, entre 5.5 y 8.0; y los alcalófilos prefieren un rango de pH entre 8.5 y
11 .5. Los alcalófilos extremos tienen un valor de pH óptimo de crecimiento de
10 o más.

7. 4


Escala de pH. Ejemplo de algunas sustancias con diferente y microrganismo a pH óptimo
indicado.


Niveles mínimos de pH que permiten el crecimiento de los microorganismos bajo condiciones
óptimas de crecimiento.

8. 5

Potencial redox
Este es otro factor determinante del crecimiento microbiano. El potencial redox
del medio nos indica su capacidad para aceptar o donar electrones, esto es: sus
características oxidantes o reductoras. Uno de los factores que intervienen en el
potencial redox, aunque no el único, es la concentración de oxígeno O2.
Este potencial se mide eléctricamente en voltios con relación al potencial de una
sustancia estándar que es el H2
Importancia de potencial de redox
Algunos microorganismos son sensibles a diferentes grados de potencial de
óxido reducción ya que este es un factor importante en todos los ambientes,
este potencial influirá a aquellos microorganismos que se encuentre en el medio
y también a su metabolismo.
Este potencial indica relación de oxígeno y es importante saber sobre el
potencial de óxido reducción debido a que éste puede ser utilizado para que un
organismo pueda producir energía y sintetizar nuevas células sin requerir del
oxígeno.
Es importante conocer sobre el potencial de óxido reducción ya que este
determinará el crecimiento de microorganismos aeróbicos y anaeróbicos.
Potencial de redox óptimo
Hay microorganismos que requieren ambientes oxidantes para crecer, mientras
que otros necesitan ambientes reductores.
En el curso de ciertas reacciones metabólicas redox se forman compuestos
altamente reactivos (radicales libres, formas superóxido) que pueden dañar las
proteínas, membranas y ácidos nucleicos produciendo la muerte de las células.
Las células se defienden de estos compuestos reactivos mediante las enzimas
siguientes:
Superóxido dismutasa (SOD) y catalasa. Los anaerobios estrictos carecen de
SOD y de catalasa o tienen niveles muy bajos de estas enzimas de forma que
no pueden sobrevivir en presencia de oxígeno.
El potencial de óxido reducción es un requerimiento físico del medio para los
microorganismos. Éste es un factor crítico para determinar si se desarrollará o
no el inoculo sembrado en dicho medio. Para la mayoría de los medios de cultivo
en contacto con el aire, el potencial de oxidación reducción es de +0,2 a +0,4V,

9. 6

a pH 7. Las bacterias anaerobias obligadas son incapaces de crecer a menos
que el potencial sea tan bajo como -0,2V. Para establecer dichas condiciones en
un medio de cultivo se puede eliminar el oxígeno, recurriendo a sistemas de
cultivo anaerobio o agregando al propio medio compuestos que contengan
sulfidrilo, por ejemplo el tioglicolato de sodio.
Los microorganismos tienen diferentes rangos de pH dentro de los cuales se
pueden desarrollar y generalmente éstos tienen un pH óptimo definido.
En caso de que se perturbe el ambiente en el cual se encuentran, éstos se ven
en la necesidad de mantener su pH intracelular en un estado neutro, sin
embargo, no todos pueden sobrevivir a los mismos medios y usan distintos
mecanismos para hacerlo.
Microorganismos extremófilos que crecen mejor en pH bajo se denominan
acidófilos (el ph relativamente elevado se mantiene por una traslocación neta de
protones hacia el exterior/ puede ocurrir gracias a lípidos de membrana, a
eliminación de iones hidrógeno durante la reducción de oxígeno a agua, o por
las características dependientes del pH de las enzimas ligadas a la membrana)
Los alacalófilos mantienen una traslocación neta de protones hacia el interior,
crecen en pH óptimos de 9 o más.
Clasificación de Microorganismos por pH
o Acidófilos
Requieren un pH bajo. Pueden soportar valores de pH externo entre 1 y
5.

o Neutrófilos
Requieren un pH neutro. Pueden vivir en medios cuyo pH varíe entre
intervalos de 5,5 y 7,5.

o Basófilos o Alcalófilos
Necesitan un pH elevado para poder vivir. Intervalos de 7,5 a 11,5

10. 7















Ejemplos de microorganismos que crecen a diferentes rangos de pH






Las condiciones atmosféricas para un microorganismo están dadas por el
potencial del óxido-reducción. Lo que se conoce como respiración bacteriana

Microorganismo
pH
mínimo
pH
máximo
Bacterias
Gram (-)
Pseudomonas aeruginosa 5,6 8,0
Salmonella paratyphi 4,5 7,8
Bacterias
Gram (+)
Bacillus suntillis 4,5 8,5
Streptococcus lactis 4,3 9,2
Staphylococcus aureus 4,0 9,8
Clostridium botulinum 4,7 8,5
Levaduras
Saccharomecy cerevisiae 2,35
Candida krusei 1,5
Hongos
Aspergillus oryzar 1,6 9,3
Fusarium oxysporum 1,8 11,1
Penicillium italicum 1,9 9,3
Figura : Rango de pH

11. 8

consiste en reacciones de óxido-reducción, que son reacciones en cadena en
las que varía el aceptor final de electrones o de hidrógeno. Considerando este
factor, los microorganismos pueden ser clasificados de la siguiente manera:

 Aerobios: son especies capaces de crecer a tensiones normales de
oxígeno (el 21 % del aire es O2) y respiran oxígeno en su metabolismo.
Muchos aerobios pueden incluso tolerar concentraciones más elevadas
de oxígeno (oxígeno hiperbárico). Esta especie requiere de oxígeno
porque es el aceptor final de hidrógeno, con el que forman agua y CO2 y
se caracteriza por producir la enzima catalasa que desdobla peróxido de
hidrógeno en agua y oxígeno naciente.

 Obligados: son los organismos que requieren de oxígeno para
sobrevivir. Este grupo se encuentra en desventaja porque el oxígeno
es poco soluble en el agua de su ambiente.

 Microaerófilos: son aerobios que pueden usar el O2 sólo cuando está
presente a niveles más bajos que en el aire (condiciones microóxicas),
normalmente a causa de su limitada capacidad para respirar o porque
contienen alguna molécula sensible al oxígeno como enzimas que son
lábiles en su presencia.

 Facultativos: lo que significa que bajo las apropiadas condiciones
nutritivas y de cultivo pueden crecer tanto en condiciones óxicas como
anóxicas.

 Anaerobios: son los que viven en ausencia de oxígeno molecular. En
este caso el aceptor final de hidrógeno es un compuesto inorgánico que
puede reducirse como los nitratos y los sulfatos.
 Aerotolerantes: pueden tolerar el oxígeno y crecer en su presencia,
aunque no pueden usarlo.
 Obligados o estrictos: son inhibidos o incluso mueren en presencia
de oxígeno. La razón por la que los anaerobios obligados mueren en
presencia de oxígeno es desconocida, pero puede deberse a que son
incapaces de eliminar algunos productos tóxicos que se originan en el
metabolismo del oxígeno. No obstante, entre los anaerobios obligados
la sensibilidad al oxígeno varía ampliamente, pues algunos

12. 9

organismos son capaces de tolerar trazas de oxígeno mientras que
otros no lo hacen.














Ejemplos de microorganismos que crecen a diferentes rangos de óxido
reducción

Microorganismo Rango [mV]
Aerobios
Bacillus subtilis +135 a -100
Pseudomonas fluorescens +500 a +100
Anaerobios
Facultativos
Staphylococcus aureus +180 a -230
Proteus vulgaris +150 a -600
Anaerobios
Clostridium paraputrificum -300 a -550
Clostridium perfringens +216 a -230

13. 10

Microorganismos Acidúricos
Los microorganismos acidúricos son aquellos que se desarrollan y necesitan de
un medio acido para crecer es decir un pH menor a 5,5.
Existen microorganismos acidúricos que pueden vivir a pH=1.0
Hasta ahora se conocen muy pocos organismos capaces de vivir en medios con
pH cercano a cero, sin embargo cuando los valores son más moderados hay una
gran proliferación de microorganismos.
Los microorganismos acidúricos provocan alteración en jugos de frutas,
principalmente jugos de frutas no sometidos a tratamiento térmico, y la técnica
que comúnmente se utiliza para este propósito, es la cuenta en placa en agar
suero de naranja, incubado durante 48 h a 30°C. En realidad, esta técnica no
pretende poner en evidencia todos los microorganismos que deterioran los
alimentos, sino que únicamente proporciona una estimación de la cifra realmente
presente y refleja la vida de anaquel esperada del jugo.
• La membrana celular de estos Microorganismos es impermeable a los
protones, que se encuentran en el medio de cultivo. (pH 1.6)
• pH al interior del citoplasma es alrededor de 7
• Bacterias acidúricas requieren una diferencia de pH entre el medio y el
citoplasma, para generar energía ATP por fosforilación oxidativa.
• La oxidación de S o sulfuros genera ácido, por lo que el pH del medio
ambiente puede ser más alto.
Adaptaciones
Para soportar el pH bajo, los Microorganismos acidúricos emplean una gama de
mecanismos, por ejemplo:
 Una superficie de membrana cargada positivamente.
 Una alta capacidad reguladora interna.
 Sistemas únicos del transporte.

14. 11



¿Por qué estos organismos pueden resistir a pH extremos?
La mayoría de estos microorganismos son capaces de crecer en condiciones de
aerobiosis, aunque algunos son anaerobios estrictos.
La tolerancia a estos pH tan bajos puede ser considerada como una tolerancia a
los productos finales del metabolismo ya que habitualmente ciertos ácidos
orgánicos son producidos en muchas formas de metabolismo anaerobio para
generar ATP de forma adicional.
¿Explique la calidad monomérica que conforman las proteínas celulares para
evitar su desnaturalización a estos pH?
Desnaturalización de Proteínas
Se entiende por desnaturalización de una proteína la pérdida de la conformación
tridimensional nativa de la misma, Durante el proceso de desnaturalización se
rompen las interacciones débiles que mantienen estable la conformación pero
se mantienen los enlaces covalentes del esqueleto polipeptídico, es decir, se
pierden las estructuras secundaria, terciaria y, en su caso, cuaternaria, pero
permanece intacta la secuencia de aminoácidos.
Una proteína adopta una estructura en el espacio específica que es esencial
para el desarrollo de su función biológica. Esta estructura tridimensional es
conocida con el nombre de conformación espacial y se caracteriza por un
plegamiento determinado de su estructura. La desnaturalización de las
proteínas ocurre cuándo se pierde esta conformación espacial específica.
La desnaturalización puede ser provocada por diferentes causas o agentes
desnaturalizantes de tipo físico o químico. Destacaremos uno químico: alteración
del pH.

15. 12


 Alteración del pH.- Estas alteraciones causan variación en el grado de
ionización de distintos grupos funcionales carboxilo, amino, hidroxilo, etc.
implicados en interacciones débiles que estabilizan la conformación.
Estas variaciones provocan la rotura de dichas interacciones sobre todo
enlaces iónicos y también puentes de hidrógeno y por lo tanto en la
desnaturalización son tan importantes los tampones que mantienen
estable el pH de los fluidos biológicos. El proceso de desnaturalización, si
se lleva a cabo en condiciones suaves es decir variaciones moderadas y
graduales de temperatura o pH, es reversible: la proteína puede recuperar
su conformación tridimensional nativa si se restituyen las condiciones
iniciales. Este proceso recibe el nombre de renaturalización.
Una desnaturalización alcalina implica la neutralización de la carga
positiva de cadenas laterales de Lys, His y Arg, una desnaturalización
ácida implica la protonación de cargas de Asp, Glu; ambos casos impiden
la formación de una interacción electrostática.
La desnaturalización es irreversible, cuando se rompen los enlaces disúlfuros
que contribuyen a la conformación de las proteínas. La secuencia de
aminoácidos, que es lo único que permanece al final del proceso de
desnaturalización, contiene la información suficiente para que se recupere la
conformación tridimensional, y con ella la función biológica, en el proceso de
renaturalización.
Estructuras de las proteínas
 Estructura primaria: La estructura primaria de una proteína es su
secuencia de aminoácidos, es decir, vendría especificada por los
aminoácidos que la forman y el orden de colocación de los mismos a lo
largo de la cadena polipeptídica. dado que el enlace peptídico implica a
los grupos amino y carboxilo de cada aminoácido, y que éstos están
unidos a su vez al mismo átomo de carbono (Cα), el esqueleto de la

16. 13

cadena polipeptídica es una sucesión monótona de estos tres tipos de
enlace: C α ------- C carboxílico
C carbox --- N amino (enlace peptídico)
N amino ---- C α
También observamos que las cadenas laterales o grupos R de los
distintos restos aminoácidos, que no están implicadas en el enlace
peptídico, surgen lateralmente a uno y otro lado de este esqueleto
monótono.



 Estructura secundaria: La estructura secundaria de una proteína es el
modo característico de plegarse la misma a lo largo de un eje. Es el primer
nivel de plegamiento, en el que los distintos restos de aminoácidos se
disponen de un modo ordenado y repetitivo siguiendo una determinada
dirección. En las proteínas fibrosas aquéllas cuyas cadenas polipeptídicas
están ordenadas formando largos filamentos u hojas planas las
estructuras primaria y secundaria especifican completamente la
conformación tridimensional; se estabilizan por diversas fuerzas, de las
cuales las electrostáticas, los puentes de hidrógeno, las interacciones
hidrofóbicas y las interacciones dipolo-dipolo son las más importantes.

 En la hélice-α: el esqueleto de la cadena polipeptídica se encuentra
arrollado de manera compacta alrededor del eje longitudinal de la
molécula, y los grupos R de los distintos restos aminoácidos
sobresalen de esta estructura helicoidal, que tiene forma de escalera
de caracol. se estabiliza a través de puentes de hidrógenoque se
forman entre el grupo mayor de C=O de un enlace peptídico y el grupo
mayor de NH de otro.

17. 14


 En la conformación β: también llamada hoja plegada, el esqueleto de
la cadena polipeptídica se dispone en zig-zag con los grupos R de los
distintos aminoácidos. se estabilizan por puentes de H entre los grupos
mayores de C=O y mayores de NH de enlaces peptídicos de cadenas
diferentes.


 Estructura terciaria: Son las llamadas proteínas globulares cuyas
cadenas polipeptídicas se hallan plegadas de un modo complejo
formando arrollamientos globulares compactos que tienden a adoptar una
forma aproximadamente esférica. La proteínas globulares son
generalmente solubles en agua y desempeñan un gran número de
funciones biológicas (por ejemplo los enzimas son proteínas globulares).
Se conoce como estructura terciaria el modo característico de plegarse
una cadena polipeptídica para formar un arrollamiento globular compacto.
Las fuerzas que estabilizan la estructura terciaria de una proteína se
establecen entre las distintas cadenas laterales de los Aminoácidos que
la componen. Los enlaces propios de la estructura terciaria pueden ser de
dos tipos: covalentes y no covalentes.
Los enlaces covalentes pueden deberse a:
1) La formación de un puente disulfuro entre dos cadenas laterales de
Cys.
2) la formación de un enlace amida (-CO-NH-) entre las cadenas
laterales de la Lys y un aminoácido dicarboxílico (Glu o Asp).

18. 15

Los enlaces no covalentes pueden ser de cuatro tipos:
 fuerzas electrostáticas entre cadenas laterales ionizadas, con
cargas de signo opuesto
 puentes de hidrógeno, entre las cadenas laterales de AA polares
 interacciones hidrofóbicas entre cadenas laterales apolares y
 fuerzas de polaridad debidas a interacciones dipolo-dipolo
No todas estas interacciones contribuyen por igual al mantenimiento de
la estructura terciaria. Obviamente, el enlace que aporta más
estabilidad es el de tipo covalente, y entre los no covalentes, las
interacciones más importantes son las de tipo hidrofóbico, ya que
exigen una gran proximidad entre los grupo apolares de los AA.


 Estructura cuaternaria: Existen proteínas que están formadas por varias
cadenas polipeptídicas: son las llamadas proteínas oligoméricas. En ellas,
la proteína completa oligómero está formada por un número variable de
subunidades o protómeros.
La estructura cuaternaria modula la actividad biológica de la proteína y la
separación de las subunidades a menudo conduce a la pérdida de
funcionalidad. Las fuerzas que mantienen unidas las distintas cadenas
polipeptídicas son, en líneas generales, las mismas que estabilizan la
estructura terciaria. Las más abundantes son las
interacciones débiles (hidrofóbicas, polares, electrostáticas y puentes de
hidrógeno), aunque en algunos casos, como en las inmunoglobulinas, la
estructura cuaternaria se mantiene mediante puentes disulfuro.

19. 16


Estabilidad de la estructura proteínica
Los cuatro niveles de estructuración se encuentran estabilizados por los
diferentes tipos de uniones. Los enlaces covalentes son responsables del enlace
peptídico. Los puentes salinos o iónicos, son llamados interacciones
electrostáticas son las uniones polares más fuertes que existen. Los puentes de
hidrógeno siendo los más débiles cumplen un papel primordial en la
conformación 3D de una proteína por su abundancia. Las fuerzas de Van der
Waals se establecen por la inducción de un momento dipolo entre grupos
eléctricamente apolares. De las uniones covalentes el enlace peptídico C-N es
el más fuerte, comparado con el enlace disulfuro S-S que requiere de menor
energía para su hidrólisis. Este último puede romperse sin causar
necesariamente una pérdida de la conformación del polímero, y por lo tanto, de
su funcionalidad.

20. 17

Niveles de organización de proteínas


Agentes desnaturalizantes
Los agentes desnaturalizantes son aquellos factores químicos o físicos que
producen la desnaturalización de las proteínas. Entre los más comunes podemos
citar:
 Los ácidos y las bases: la mayoría de las proteínas están estables para una
determinada parte de pH y que muy frecuentemente se desnaturalizan al ser
sometidas a valores de ph muy bajos o muy altos, en muy pocos casos la
proteína puede recuperar el ph natural que tenía en un inicio.
 Los metales: Aquellos iones metálicos alcalinos como lo son el sodio y el
potasio, solo pueden reaccionar de una forma muy limitada.
 Los disolventes orgánicos: Estos modifican la constante dieléctrica en
donde las fuerzas electrostáticas contribuyen a la estabilidad de las proteínas.

21. 18


Ejemplos de microorganismos acidúricos

Lactobacillus spp

Es un bacilo perteneciente a las bacterias Gram positivas, posee un poder
acidúrico, se encuentra presente en los
procesos de fermentación alimentaria,
principalmente en productos lácteos, pero a
su vez utilizado también en productos
cárnicos, bebidas alcohólicas y en
panadería, son de gran beneficio en la
salud poseen capacidad antagónica por
sustancias que poseen efecto antibiótico.
Se los puede encontrar en parejas,
cadenas, empalizadas o frecuentemente aislados, ayudan en la producción de
nutrientes ya sea de ácidos grasos y aminoácidos como cisteína, arginina y
glutamina
Los lactobacilos crecen bien en medios ligeramente ácidos, con pH inicial de
6,4 - 4,5 y con uno óptimo de desarrollo entre 5,5 y 6,2. Su crecimiento cesa
cuando el pH alcanza valores desde 4 hasta 3,6 en dependencia de especies y
cepas y disminuye notablemente en medios neutros o ligeramente alcalinos. Los
lactobacilos son capaces de disminuir el pH del sustrato donde se encuentran
por debajo del valor 4,0 mediante la formación de ácido láctico. De esta forma
evitan o al menos disminuyen considerablemente el crecimiento de casi todos
los otros microorganismos competidores, exceptuando el de otras bacterias
lácticas y el de las levaduras.

22. 19

Conformación proteica de microorganismos acidúricos.
Están formados por aquellos aminoácidos que tengan la propiedad de efecto
tampón o también conocido como Buffer ya que tienden a impedir la variación
del pH cuando se añaden pequeñas cantidades de iones H
+
o OH
-
y es necesario
que sean básicos, es decir, en ellos, el grupo R (generalmente -NH) está cargado
positivamente:
 Lisina (Lys)
 Histidina (Hys)
 Arginina (Arg)
Otra cosa importante que hay que notar es que la solución tampón no mantiene
el pH fijo, es decir no cancela por completo el efecto de los ácidos y bases fuertes
agregados y solo reduce su influencia, por eso se dice que la solución resiste al
cambio y no que lo impide por completo.

23. 20

Relación de potencial de óxido-reducción con oxígeno molecular
La producción de energía en los organismos vivos, es obtenida de una variedad
de reacciones químicas en las que implica mayormente reacciones de óxido
reducción o reacciones redox. La definición de una oxidación es la pérdida de
electrones de un compuesto. Una reducción, por otro lado, es la ganancia de
electrones en un compuesto. Ambas reacciones vienen de la mano, es decir, si
existe oxidación, debe existir una reducción. O dicho de otro modo, si hay un
donador de electrones, existe también un aceptor de electrones.

Potencial redox
El potencial de óxido-reducción (representado como E0’) es una forma de
estudiar independientemente los pares redox en una reacción de óxido
reducción. Es un valor que muestra la tendencia de una sustancia a oxidarse o
reducirse. La medición de este potencial es eléctrica y su medida es en voltios.
Este par redox se lo representa de este modo:
Forma oxidada + e
-
 Forma reducida
O también:
Forma oxidada / Forma reducida
Los potenciales negativos son los compuestos que tienden a oxidarse, es decir
que pierden electrones. Los potenciales positivos son los que tienden a reducirse
o a ganar electrones. Es decir, que durante una reacción química, los pares
redox con potenciales negativos pueden reaccionar con otro par redox con
potenciales menos negativos o hasta pueden ser positivos. Mientras más
diferencia de estos valores de potenciales óxido-reducción haya, más energía se
liberará durante la reacción. Dicho de otra forma, si tenemos un par redox que
tienden a oxidarse fácilmente y éstos reaccionan con otro par redox que tienden
a reducirse fácilmente, ésta reacción tendrá un potencial óxido-reducción mucho
mayor y liberará una buena cantidad de energía. Esta energía liberada en las
reacciones químicas, será almacenada en otros compuestos y es la que está
envuelta en los sistemas vivos como fuente de energía para su metabolismo.
El potencial redox también nos indica la presencia de los posibles
microorganismos en un medio ya que este potencial influye en el metabolismo
de ellos. Los microorganismos aerobios, necesitan de un potencial redox
positivos, mientras que los microorganismos anaerobios necesitan uno negativo.
El potencial redox del medio de cultivo nos indica su capacidad para aceptar o
donar electrones, esto es: sus características oxidantes o reductoras. Uno de los

24. 21

factores que intervienen en el potencial redox, aunque no el único, es la
concentración de oxígeno.
Hay microorganismos que requieren ambientes oxidantes para crecer, mientras
que otros necesitan ambientes reductores. El metabolismo de ambos tipos de
microorganismos presenta diferencias notables como veremos más adelante. El
requerimiento de condiciones oxidantes o reductoras no debe confundirse con la
necesidad de presencia o ausencia de oxígeno para que se produzca el
crecimiento.
En general, cuando un microorganismo requiere un ambiente oxidante se dice
que desarrolla un metabolismo oxidativo y realizan la respiración celular,
mientras que los microorganismos que requieren ambientes reductores realizan
un metabolismo fermentativo.
Hay microorganismos que viven en ambientes carentes de oxígeno son
anaerobios. Llevan a cabo un metabolismo oxidativo porque usan otro aceptor
final de electrones que actúa como oxidante ambiental. Por ejemplo, las
bacterias que "respiran" nitratos, sulfatos u otros compuestos orgánicos
oxidados.
Respiración celular
La energía en la célula puede ser almacenada en las moléculas de ATP (Adenín
trifosfato) la cual es la molécula más importante para los organismos como fuente
de energía. En caso de que la célula necesite energía, va a degradar ésta
molécula obteniendo la energía almacenada en sus enlaces.
La producción del ATP y en la extracción de ésta energía para el uso de la célula,
hay una serie de reacciones en las que están involucradas reacciones óxido
reducción. Hay dos mecanismos usados por los microorganismos para la síntesis
del ATP: la respiración celular y la fermentación. Ambos mecanismos comienzan
con la generación de energía a partir de la degradación de carbohidratos,
generalmente la glucosa pero se diferencian a medida que transcurren ambos
procesos.
La respiración celular está constituida por una variedad de reacciones
bioquímicas de las cuales están constituidas en tres etapas principales: la
glucólisis, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa. En cada etapa se sintetiza
ATP pero a diferente eficacia. En primer lugar, la glucólisis consiste en la
oxidación de la glucosa, la cual forma ácido pirúvico sin la necesidad de oxígeno.
Para llevar a cabo esta reacción, se consume dos moléculas de ATP y se
produce cuatro y como ganancia neta, se tiene dos moléculas de ATP.

25. 22


Luego, la siguiente etapa es el ciclo de Krebs, donde el ácido pirúvico, resultado
de la glucólisis, pierde una molécula de CO2, la cual se libera, y el resto de la
molécula se fija en otra llamada acetil coenzima A (acetil CoA). Ésta coenzima
conserva la energía la cual la libera gradualmente en forma de electrones por
medio de otras coenzimas y moléculas transportadoras como el NAD
+
/NADH y
FAD/FADH2. La función de estas moléculas es de transportar electrones como
veremos en la siguiente etapa.
La tercera etapa, es la fosforilación oxidativa o también llamada, cadena
transportadoras de electrones. Es la etapa donde mayor será la síntesis del ATP.
Esta etapa consiste en la oxidación y reducción constante de las coenzimas

26. 23

como el NAD
+
y como está implícito, habrá un intercambio secuencial de
electrones los cuales terminarán finalmente en un oxígeno molecular. Este
oxígeno molecular con carga negativa, se unirá con un ión hidrógeno del medio
y formará agua. En resumen, la respiración celular es la degradación de la
glucosa para la formación de CO2 y H2O.
En la fosforilación oxidativa, dado a que las coenzimas pierden y ganan
electrones constantemente, pero los iones hidrógeno son el residuo de éste
proceso, éstos se desplazan hacia afuera de la membrana fosfolipídica. Ya que
la membrana es impermeable a los iones hidrógenos, éstos no pueden ingresar,
provocando un gradiente de protones mayor en el exterior de la célula. Dado este
gradiente, los iones hidrógeno se desplazan hacia dentro de la célula por medio
de la enzima ATP sintasa. El desplazamiento es dado con una fuerza proto-
motriz que liberará energía y será utilizada por ésta enzima para sintetizar el ATP
a partir de ADP y un fósforo (P).


En total, para un organismo procariota, la respiración celular aerobia genera 38
moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.
C6H12O6 + 6O2 + 38 ADP + 38 P  6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP

27. 24

Etapa

Número de moléculas de
ATP NADH ácidos
pirúvicos
CO2 FADH
Glucólisis 2 ATP 2 NADH 2 ác. pirúv.
Paso de
transición
2 NADH 2 CO2
Ciclo de Krebs 2 ATP 6 NADH 4 CO2 2 FADH
Fosforilación
oxidativa
34 ATP
TOTAL 38 ATP 10 NADH 2 ac. pirúv. 8 CO2 2 FADH

En caso de la respiración anaerobia, el aceptador final de la cadena de
electrones, no es el oxígeno molecular, sino alguna otra sustancia inorgánica.
En esta respiración anaerobia, la generación del ATP varía de acuerdo al
microorganismo pero va de un rango mayor a 2 y menor a 38 moléculas. En todo
caso, la síntesis del ATP es menor que en la respiración aerobia y su desarrollo
es mucho más lento.
Fermentación
El sustrato energético es oxidado y degradado sin que exista la participación de
un aceptor externo de electrones. La fermentación se produce habitualmente en
condiciones anaerobias, aunque algunas veces puede estar presente el oxígeno.
En la respiración aerobia, el aceptor final es el oxígeno mientras que en la
respiración anaerobia frecuentemente es un compuesto inorgánico (NO3
-
, SO4
2-
, CO2, Fe
3+
, SeO4
2-
, y otros) aunque también puede usar un aceptor de electrones
orgánico, como lo es el fumarato.
En ausencia de respiración aerobia o anaerobia, el NADH no es oxidado por la
cadena transportadora de electrones debido a que no se dispone de ningún
aceptor externo de electrones.

Mecanismos de conservación de energía según aceptores de electrones.

28. 25

De hecho, el NADH producido en la vía glucolítica durante la oxidación de
gliceraldehído 3-fosfato a 1,3- bisfosfoglicerato todavía debe ser oxidado de
nuevo a NAD
+
. Si no se regenera, la oxidación de

gliceraldelhído 3-fosfato cesará
y la glucólisis se detendrá.

Muchos microorganismos resuelven este problema lentificando o deteniendo la
actividad de la piruvato desltidrogenasa y utilizando el piruvato o uno de sus
derivados como aceptor de electrones y de hidrógeno en la reoxidación del
NADH. Esto puede dar lugar a la producción de más ATP.












Reoxidación de NADH en la fermentación.

La fermentación y la respiración son procesos distintos en cuanto al mecanismo
por el que se sintetiza ATP.
En la fermentación el ATP se produce mediante un proceso llamado fosforilación
a nivel de sustrato, en el que el ATP se forma directamente de un intermediario
rico en energía durante los pasos del catabolismo de un compuesto orgánico.
Esto contrasta con la fosforilación oxidativa, que produce ATP a expensas de la
fuerza motriz de protones.

29. 26












Fosforilación a nivel de sustrato/ Fosforilación Oxidativa















Contraste de la respiración con la fermentación

30. 27

En una fermentación, la sustancia fermentada actúa tanto de donador de
electrones como de aceptor de electrones. No todas las sustancias pueden
fermentar; por ejemplo, los ácidos grasos están demasiado reducidos para ser
fermentables. Sin embargo, muchos compuestos pueden ser fermentados, y un
excelente ejemplo son los azúcares, especialmente las hexosas como la
glucosa.
Una ruta bioquímica muy usada para la fermentación es la glucólisis de igual
forma que se da en la respiración. En la fermentación el piruvato se reduce y se
convierte en productos fermentativos que después se excretan, durante la
respiración el piruvato se oxida por completo a C02.
En la glucólisis hay consumo de glucosa, síntesis neta de dos ATP y formación
de productos de fermentación. La cantidad de energía libre derivada de la
respiración es mayor que en la fermentación, esto es debido a que el aceptar de
electrones en la fermentación se encuentra en el mismo estado de oxidación que
el nutriente original, por lo que no hay una oxidación neta del nutriente. En
cambio, en la respiración el aceptor tiene un potencial de reducción mucho más
positivo que el sustrato lo original, y por ello se libera mucha más energía.
Para el organismo, el producto importante es el ATP, que usa en multitud de
reacciones que requieren energía, y los otros productos de fermentación son
meros productos de desecho. Sin embargo, estos últimos no son considerados
como tales por los destiladores, cerveceros, productores de derivados lácteos o
panaderos.
Por todo ello, la fermentación no es sólo un proceso que produce energía, sino
un medio de obtener productos naturales que son de utilidad para el consumo
humano.
La glucosa, un monosacárido puede ser oxidado aeróbicamente a dióxido de
carbono y agua o puede pasar por una descomposición anaeróbica, y esto da
lugar a los seis tipos de fermentación:
1. Fermentación alcohólica: este tipo de fermentación es realizada por
levaduras, lo que da como resultado etanol y dióxido de carbono.
2. Fermentación láctica sencilla: esta es realizada por las bacterias
lácticas homofermentativas, y da como resultado ácido láctico.
3. Fermentación láctica mixta: este tipo de fermentación a diferencia de la
fermentación láctica sencilla la llevan a cabo bacterias lácticas
heterofermentativas, dando como resultado ácido láctico, acético, etanol,
glicerina y dióxido de carbono.
4. Fermentación tipo coliforme: este tipo de fermentación da como
resultado ácido láctico, ácido acético, ácido fórmico etanol, dióxido de
carbono, hidrogeno y en ocasiones acetoína y butandiol.

31. 28

5. Fermentación propiónica: este se encuentra realizada por las bacterias
del ácido propiónico y da como resultado ácido propiónico, ácido acético,
ácido succínico y dióxido de carbono.
6. Fermentaciones butíricos-butil-isopropilicas: este tipo de
fermentación es realizado por bacterias anaerobias y da como resultado
la formación de ácido butírico, ácido acético, dióxido de carbono,
hidrógeno y en ciertas ocasiones acetona, butilenlicol, butanal y 2 –
propanol.
Organismos y sus productos finales de fermentación.

Microorganismos anaeróbicos en presencia de oxígeno molecular
Si bien el oxígeno es potencialmente tóxico para cualquier forma de vida, los
anaerobios son intolerantes al mismo, aunque en diferentes grados. Existe un
espectro que va desde los extremadamente intolerantes (aerointolerantes) hasta
los aerotolerantes moderados los cuales pueden sobrevivir a la presencia de O2
durante breves períodos. Esta diferente relación con el oxígeno parece deberse
a varios factores. En primer lugar, el oxígeno es un poderoso agente oxidante,
es decir, un ávido receptor de electrones, por lo tanto, su presencia en solución
es incompatible con potenciales redox bajos. En esta situación el flujo de
electrones se ve interferido por un receptor extraño al usual de los gérmenes
provocando shunts letales. En segundo lugar, el oxígeno puede interactuar
directamente con enzimas o cofactores, a través de la oxidación de grupos
químicos sensibles (por ej.: sulfhidrilos), causando inactivaciones irreversibles.
En tercer lugar y aparentemente, la causa más importante de la oxígeno-
toxicidad, se atribuye a la producción de sustancias tóxicas derivadas de la
reducción parcial de la molécula de O2.

32. 29

Estos productos son el radical superóxido, peróxido de hidrógeno y radical
hidroxilo:


Estos productos son extremadamente tóxicos porque son agentes oxidantes
poderosos y provocan destrucción de constituyentes celulares rápidamente. Los
neutrófilos y macrófagos utilizan estos productos tóxicos del O2 para destruir los
patógenos invasores. Muchos microorganismos poseen enzimas que los
protegen de estos productos tóxicos del oxígeno.
Las bacterias aerobias y las facultativas poseen las enzimas superóxido
dismutasa (SOD) y catalasa, que catalizan las siguientes reacciones
respectivamente:



Los microorganismos aerotolerantes pueden carecer de catalasa, pero la
mayoría tiene SOD; más aún, las SOD han sido postuladas como factores de
virulencia en los anaerobios, ya que estas enzimas permitirían la sobrevida de
las bacterias en tejidos oxigenados hasta que el consumo de oxígeno determina
el ambiente adecuado para la multiplicación y desarrollo.
Los anaerobios estrictos carecen de ambas enzimas o las tienen en bajas
concentraciones y por eso no toleran el oxígeno.

33. 30

Ejemplos de microorganismos anaeróbicos.



Bacilos grampositivos no esporulados
Lactobacillus
Se trata de bacilos grampositivos largos, de bordes paralelos y extremos
rectangulares, facultativos, microaerófilos o anaerobios estrictos. No producen la
enzima catalasa ni citocromos. Producen ácido láctico como principal producto
de fermentación y tienen requerimientos nutricionales complejos. Llevan a cabo
la fermentación homoláctica a través de la vía de Embden-Meyerhof o la
fermentación heteroláctica a través de la vía de las pentosas fosfato.
Su crecimiento es óptimo en condiciones ácidas (pH entre 4.5 a 6.4). Se
encuentran en la superficie de las plantas, así como en la carne, el agua, frutas
y otros productos alimenticios. Son indispensables para la industria del alimento
donde se utilizan para la fermentación de alimentos y bebidas, como pickles,
cerveza, vino, jugos, quesos y yogurt.

En el hombre se encuentran formando parte de la flora normal de la boca,
estómago, intestino y tracto genitourinario (constituyen la flora vaginal
predominante en mujeres en edad reproductiva). Son los microorganismos más
frecuentes en la uretra, por lo tanto, su recuperación en los urocultivos procede
invariablemente de la contaminación de la muestra.

La razón por la cual los lactobacilos rara vez producen infecciones del tracto
urinario es su incapacidad para crecer en la orina. Generalmente no son
patógenos. Por el contrario, su efecto beneficioso ha sido demostrado cuando

34. 31

se administran en forma de probióticos (suplemento alimentario que contiene
microorganismos vivos con efectos beneficiosos en el huésped al mejorar el
balance microbiano intestinal) en la prevención y el tratamiento de algunas
enfermedades como la diarrea aguda infantil, diarrea asociada a antibióticos,
diarrea del viajero, colitis alérgicas y probablemente otras como la candidiasis
vaginal, etc. De todas maneras, pueden invadir el torrente circulatorio
ocasionando bacteriemias transitorias de origen genitourinario (por ej: después
del parto o de un procedimiento ginecológico), endocarditis y sepsis en pacientes
inmunodeprimidos. Son uniformemente resistentes a la vancomicina. Se obtiene
actividad antimicrobiana sinérgica mediante la combinación de penicilina más un
aminoglucósido.

Cocos grampositivos

Peptostreptococcus
A pesar del nombre del género la morfología de estos gérmenes incluye formas
en pares, tétradas, racimos, y cadenas. Un estudio microscópico cuidadoso
muestra a estos cocos con tamaño irregular y alguna decoloración parcial, lo que
permite diferenciarlos de sus similares aerobios. Forman parte de la flora de la
boca, intestino y genitales. Se encuentran involucrados en infecciones
pleuropulmonares, abscesos, infecciones ginecológicas, sinusitis. Casi
constantemente son sensibles a los betalactámicos.


Bacilos grampositivos esporulados

Clostridium
Los clostridios son bacilos anaerobios formadores de esporas y en general Gram
positivos. Casi todas las especies son anaerobias obligadas, pero unas pocas
especies son aerotolerantes. Las especies patógenas producen toxinas solubles,
algunas de las cuales son extremadamente potentes. Los clostridios están
ampliamente distribuidos en la naturaleza y se encuentran en los suelos y en el
tracto gastrointestinal de los seres humanos y los animales. Los clostridios
patógenos pueden dividirse para su estudio en cuatro grandes grupos de
acuerdo al tipo de enfermedad que producen:

1. Los clostridios histotóxicos típicamente causan una variedad de
infecciones tisulares, en general luego de heridas abiertas y otras
lesiones traumáticas.
2. Los clostridios enterotoxigénicos producen intoxicación alimentaria y
formas más severas de enfermedad gastrointestinal.

35. 32

3. Clostridium tetani, agente causal del tétanos, produce la enfermedad
por medio de una potente exotoxina que es elaborada durante la
proliferación limitada en los tejidos.
4. Clostridium botulinum es el agente etiológico del botulismo,
enfermedad que resulta de la ingestión de una poderosa exotoxina
formada previamente por los microorganismos en Alimentos
contaminados.

Clostridios histotóxicos
Pueden ocasionar una severa infección a nivel muscular deno minada
mionecrosis por clostridios (antes conocida como gangrena gaseosa o miositis
por clostridios).
Clostridium perfringens es la especie más importante responsable del 80-90%
de los casos de mionecrosis. C. novyi, C. septicum, C. histolyticum, C. sordellii,
C. fallas también ocasionan estas infecciones. Todos ellos producen una
variedad de toxinas con potencias diferentes; para cada especie las toxinas se
designan con letras griegas.
Ninguno de ellos se comporta como un patógeno altamente invasivo, sino que
cada un juega un papel oportunista que requiere un conjunto de condiciones en
los tejidos para que se inicie la infección. Determinan un espectro de compromiso
clínico en infecciones de heridas que va desde la simple contaminación hasta la
mionecrosis. Dada su amplia distribución en la naturaleza, la contaminación de
heridas es muy común (39%). Sin embargo, una pequeña proporción de heridas
contaminadas evoluciona a la verdadera mionecrosis. Por lo tanto, el aislamiento
de clostridios histotóxicos a partir de heridas o material de drenaje no indica por
sí mismo la presencia de mionecrosis: el diagnóstico de dicha afección es clínico.

Clostridium perfringens
Existen cinco tipos diferentes: A, B, C, D y E, que se diferencian por la producción
de cuatro toxinas letales principales: alfa, beta, epsilon y theta. C. perfringens
tipo A es el principal responsable de enfermedad humana; produce alfa toxina y
otras de menor poder (omega, kappa, micrón); habita suelos e integra la flora
normal del tracto gastrointestinal de hombre y animales.
Los tipos B, C, D y E existen en el tracto gastrointestinal de animales y sólo de
forma ocasional en el hombre. Producen una variedad de enfermedades en
animales domésticos; no habitan de forma permanente los suelos como lo hace
el tipo A.

Es un bacilo netamente grampositivo, corto y grueso, de bordes redondeados,
con formas hasta cocoides. En los frotis directos de muestras clínicas no se
observan esporos y es característica la ausencia de células eucariotas debido a
la intensa citólisis tóxica; pueden observarse cápsulas. En los frotis realizados a

36. 33

partir de cultivos pueden observarse esporos medianos o subterminales que no
deforman el soma vegetativo.
Es anaerobio aerotolerante, algunas cepas producen la enzima superóxido
dismutasa.
Desarrolla a un pH variable (5.5 a 8) y en un rango de temperatura que va de 20
ºC a 50 ºC. Es el único inmóvil de los clostridios patógenos. Crece rápido en agar
sangre, pudiendo observarse colonias a las 24-48 hs de incubación. C.
perfringens produce por lo menos 12 exotoxinas diferentes, de naturaleza
proteica y antigénicas.

De los cuatro antígenos letales principales, alfa es la más importante y es
producida por los cinco tipos de C. perfringens. Los antígenos menores son
enzimas y no son letales: antígeno K es una colagenasa, antígeno V es una
desoxirribonucleasa, antígeno u tiene actividad hialuronidasa. La serotipificación
de acuerdo a antígenos somáticos ha tenido aplicación en estudios
epidemiológicos de brotes de intoxicación alimentaria, donde existe una
correlación entre los serotipos de C. perfringens de tipo A aislado en heces de
pacientes y los serotipos recuperados de alimentos contaminados.

Intoxicación alimentaria
C. perfringens es la tercera causa de toxiinfección alimentaria bacteriana
después de Salmonella spp. y Staphylococcus aureus. Es causada por C.
perfringens, usualmente cepas tipo A, productoras de enterotoxina. Dicha toxina
es una proteína que se comporta como un superantígeno promoviendo la
liberación de mediadores de la inflamación en forma masiva.

La enfermedad se produce cuando el individuo ingiere alimento contaminado con
un elevado número de microorganismos productores de enterotoxina (100
millones). Los alimentos que pueden estar contaminados son carnes vacuna,
suina, pollo, salsas cocinadas y no refrigeradas. Cuando los alimentos llegan al
intestino delgado se produce la esporulación y la liberación de enterotoxinas. No
son comunes los brotes familiares pero sí los producidos a través de alimentos
preparados comercialmente destinados a restaurantes o instituciones. En
Uruguay según datos recogidos por el Sistema de Información Regional para la
Vigilancia Epidemiológica de Enfermedades Transmitidas por Alimentos (ETA)
se han declarado 3 brotes en el período 1993-2001, con 37 individuos afectados,
no registrándose muertes. Los alimentos implicados fueron carnes rojas y carnes
de aves. Dos ocurrieron en comedores y uno en una vivienda.

Clostridium botulinum
C. botulinum produce la exotoxina más potente que se conoce, que es una
neurotoxina causante del botulismo, una severa enfermedad neuroparalítica
caracterizada por comienzo súbito y evolución rápida que culmina en una

37. 34

parálisis marcada y un paro respiratorio. La enfermedad es rara en el ser
humano, muy común en los animales. A diferencia de la toxina tetánica, hay ocho
toxinas botulínicas serológicamente diferentes, denominadas A, B, C1, C2, D, E,
F, G. La forma más común de botulismo es el transmitido por los alimentos, una
intoxicación causada por la ingestión de la toxina botulínica preformada en los
alimentos contaminados. El empleo de la autoclave con temperaturas lo bastante
elevadas como para destruir las esporas en la industria del enlatado ha reducido
la importancia relativa de los alimentos comercialmente enlatados como fuente
de la enfermedad, excepto cuando se producen errores en el procedimiento.
Dado que la toxina es destruida por el calor, la cocción de rutina de los alimentos
enlatados en el hogar limita la frecuencia de éste tipo de intoxicación.
Además del botulismo transmitido por los alimentos la enfermedad también
ocurre cuando
la toxina es producida por miembros de la especie C. botulinum que contaminan
heridas traumáticas (botulismo de las heridas) y cuando se elabora la toxina en
el tracto gastrointestinal de los lactantes (botulismo infantil o de los lactantes).

La especie C. botulinum son bacilos grampositivos largos, rectos a levemente
curvos, con extremos redondeados. Forman esporas ovales y subterminales que
distienden los bacilos. Poseen flagelos peritricos que le confieren movilidad. Son
anaerobios estrictos, con requerimientos nutricionales complejos. Existen siete
tipos de toxina botulínica (A a G). Es posible dividir a los microorganismos en
cuatro tipos (I a IV) según la toxina que producen y su actividad proteolítica. La
enfermedad humana está vinculada a los tipos I y II y a la toxina A principalmente.
La resistencia al calor de la espora es mayor que la de cualquier otro
microorganismo anaerobio (sobreviven varias horas a 100 ºC y hasta 10min a
110 ºC). Las esporas son también resistentes a las radiaciones y pueden
sobrevivir a –190 ºC. C. botulinum ha sido dividido en ocho tipos serológicamente
diferentes sobre la base del tipo de toxina producida.

Prevención
La profilaxis consiste en evitar la germinación de esporas en los alimentos
manteniéndolos a pH ácido o a 4 ºC o menos. El calentamiento de los alimentos
a 80 ºC durante 20 minutos puede destruir la toxina preformada. En el caso del
botulismo del lactante la prevención está orientada al no consumo de miel antes
del primer año de vida.

Bacilos gramnegativos
Género bacteroides
Los bacteroides son bacilos gramnegativos anaerobios obligados que están
presentes en gran cantidad en el intestino grueso del ser humano y otros

38. 35

vertebrados. Llegan a 1011 o más por gramo de materia fecal y son los moo
predominantes, junto con los estreptococos anaerobios (E. coli está presente en
una proporción 108). El género incluye muchas especies de las cuales B. fragilis
y B. thetaiotamicron son los patógenos más prominentes (otras especies: B.
vulgatus, B. ovatus, B. distasonis, B. ureolyticus y B. gracilis). Entre los
bacteroides intestinales B. fragilis es un componente menor, que en general se
halla en concentraciones de 108 o 109 por gramos de materia fecal, sin embargo
es por lejos el moo aislado con más frecuencia de las infecciones. Esto puede
explicarse por algunos factores de virulencia adicionales que posee esta
especie. Los bacteroides se asocian a infecciones anaerobias subdiafragmáticas
y genitales (porsu vecindad con la porción final del aparato digestivo y región
perineal) y sepsis a punto de partida de estas infecciones. Todos los miembros
del género son resistentes a penicilinas (por producción de betalactamasas) y
cefalosporinas, con alguna excepción.

B. fragilis
Cocobacilos pequeños gramnegativos, pleomórficos con vacuolas evidentes.
Las colonias son pequeñas, bajas, convexas, de color blanco a gris, semiopacas
y brillantes, y algunas pueden ser hemolíticas. B. fragilis aislado de muestras
clínicas posee una cápsula polisacárida que puede perderse o disminuir con los
cultivos sucesivos en el laboratorio.

B. fragilis es un microorganismo anaerobio moderado que prolifera de forma
máxima con una presión de oxígeno de menos del 3% pero que es capaz de
sobrevivir a exposiciones prolongadas al O2. El microorganismo produce
superóxido dismutasa y catalasa (en presencia de hemina). Proliferan más
rápidamente que la mayor parte de las bacterias anaerobias no formadoras de
esporas, y la proliferación es estimulada por bilis. Su estructura antigénica posee
dos antígenos, el proteico termolábil y el lipopolisacárido termoestable han
proporcionado la base para la clasificación serológica de los Bacteroides. Se ha
demostrado un antígeno polisacárido capsular específico de especie en las
cepas de B. fragilis.

La cápsula polisacárida de B. fragilis confiere mayor virulencia a esta especie
por iguales mecanismos que en otras bacterias: interferencia en la quimiotaxis,
en la fagocitosis y la destrucción opsonofagocítica por los neutrófilos y
posiblemente también en la depuración de los microorganismos por la mayor
adherencia de los moo encapsulados al mesotelio peritoneal. Otras especies del
género Bacteroides también presentan cápsula. El lipopolisacárido de la
membrana externa de los bacteroides tiene una estructura química alterada en
comparación con las endotoxinas clásicas de las bacterias Gram negativas
aerobias y facultativas, y tiene menos actividad biológica. Aún así el
lipopolisacárido del B. fragilis parece promover la formación de abscesos en

39. 36

animales de experimentación (aunque la cápsula es más activa en este aspecto
que el lipopolisacárido). Además, se ha demostrado el aumento de la
coagulación (disminución del tiempo de coagulación) en los ratones inyectados
con lipopolisacárido. Estos microorganisos producen muchas enzimas
periplasmáticas, como las lipasas, las proteasas y una neuraminidasa, aunque
su papel en la patogenia todavía no ha sido bien documentado. Las enzimas
protectoras contra el oxígeno como la superóxido dismutasa, la peroxidasa y la
catalasa pueden considerarse factores de virulencia porque aumentan la
supervivencia de los anaerobios en los tejidos ante el establecimiento de una
tensión de oxígeno y un potencial de oxidorreducción bajos.

El succinato, un ácido graso de cadena corta elaborado como producto final
metabólico, es producido por todas las especies del género Bacteroides. El ácido
succínico en las concentraciones que corresponden a las medidas en los
abscesos reduce de manera significativa la destrucción fagocítica de E. coli por
los leucocitos polimorfonucleares humanos y disminuye su migración
quimiotáctica. Se han descrito cepas de B. fragilis que producen una
enterotoxina. Estas cepas enterotoxigénicas se asocian de manera significativa
con enfermedades diarreicas en el ser humano y en el ganado que no presentan
otros patógenos entéricos conocidos.

Géneros Prevotella y Porphyromonas
Todos los bacilos productores de un pigmento negro en las colonias en la sangre
que previamente se clasificaban como subespecies de Bacteroides
melaninogenicus se han reclasificado en estos dos nuevos géneros
Porphyromonas y Prevotella. Este último también incluye algunas especies no
pigmentadas.

Forman parte de la flora normal de boca, tracto genital e intestinal, y son
patógenos importantes en boca, cabeza, cuello e infecciones pleuropulmonares.
Prevotella melaninogenica, Prevotella denticola, Prevotella loescheii, Prevotella
intermedia y Prevotella corporis son miembros de la flora normal de la boca, vías
respiratorias superiores y partes blandas subyacentes. Prevotella bivia prevalece
en la flora vaginal y produce vaginosis e infecciones de origen obstétrico.

Porphyromonas endodontalis y Porphyromonas gingivalis forman parte de la
flora normal de la boca y las encías, mientras que Porphyromonas
asaccharolytica se halla en la flora intestinal. La morfología celular depende del
origen de los microorganismos: a partir de medio sólido son cocobacilos
pequeños, pero a partir de caldo son bacilos más largos y con marcado
pleomorfismo. Las colonias en agar sangre por lo común son convexas, lisas,
circulares, algunas veces betahemolíticas y habitualmente pigmentadas,
adquieren un color tostado a negro en 2 a 21 días. La vitamina K y la hemina son

40. 37

necesarias para la proliferación de la mayor parte de las cepas, o la estimulan
mucho.

Se ha visto que producen polisacárido capsular que es inmunogénico y
específico de especie. El lipopolisacárido de estos microorganismos al igual que
en Bacteroides es diferente de aquel de los microorganismos Gram negativos
anaerobios facultativos, y su potencia biológica es variable. La producción de
enzimas como la colagenasa y otras enzimas proteolíticas, así como el
polisacárido capsular son los principales factores de virulencia en las cepas que
los producen. Los aislamientos clínicos pueden producir betalactamasa y
algunas cepas son resistentes a las penicilinas y a ciertas cefalosporinas.
Estos moo son agentes causales importantes de infecciones orales, pulmonares,
pelvianas, intraabdominales y de partes blandas.

Género fusobacterium
Existen seis especies causantes de infecciones en humanos. El más
frecuentemente aislado es Fusobacterium nucleatum, flora normal de la boca,
tracto respiratorio superior, tracto genital y gastrointestinal. Es un agente causal
de infecciones orales, abscesos de pulmón, otras infecciones pleuropulmonares
e infecciones del líquido amniótico.

Fusobacterium necrophorum es un anaerobio muy virulento que puede causar
infección ampliamente diseminadas. Es el agente etiológico principal de la
Angina de Vincent (asociado a Borrelia), infección necrótica de amígdalas y
faringe, que presenta un exudado purulento membranoso, acompañada de mal
olor. Además se halla en una variedad de infecciones subdiafragmáticas. Su
hábitat normal es el tracto gastrointestinal.

Típicamente son bacilos largos con extremos acintados o filamentos delgados.
Algunos como F. necrophorum son más abultados en su sector medio. Producen
alfa y beta hemólisis en los cultivos en agar sangre, y las colonias son
translúcidas, de formas varias y a veces irregulares. La mayor parte de las
fusobacterias son susceptibles a la penicilina G y las cefalosporinas más
antiguas, además de los agentes anaerobios más activos (clindamicina,
metronidazol).


Cocos gramnegativos

Veillonella parvula
Pequeños cocos gramnegativos en diplococos o cadenas cortas y racimos,
miembros de flora bucal, intestinal y genital, se aísla de materiales clínicos, pero
es dudoso y desconocido su poder patógeno.

41. 38

Ejemplos de productos alimenticios que presentan condiciones extremas
para el crecimiento microbiano.
Los microorganismos, incluyendo unos cuantos que son patógenos para el
hombre, colonizan y viven en los alimentos más corrientes. La mayoría de los
alimentos proporciona un medio adecuado para el crecimiento de varios
microorganismos, y el crecimiento microbiano generalmente reduce la calidad y
la disponibilidad del alimento.
Uno de los factores que afectan al crecimiento microbiano sobre los alimentos
es el pH. El pH de los alimentos es algo variable, pero la mayoría de ellos son
neutros o ácidos.
Los microorganismos difieren en su capacidad para crecer en condiciones
ácidas, aunque un pH de 5 o inferior inhibe el crecimiento de la mayoría de los
organismos que actúan en el deterioro. Por esta razón, se utilizan a menudo
ácidos débiles en la conservación de alimentos mediante el proceso llamado
encurtido. El vinagre, que es ácido acético diluido, y a su vez un producto de la
fermentación de las bacterias acéticas, se añade en el método de encurtido. En
este proceso se mezcla normalmente el vinagre con grandes cantidades de sal
o de azúcar para disminuir la disponibilidad de agua e inhibir aún más el
crecimiento microbiano. Alimentos encurtidos típicos son los realizados con
pepinillos (dulces y amargos), pimientos, carnes, pescados y frutas.

Valores de pH aproximados de algunas hortalizas y frutas

Producto pH
Hortalizas
Espárragos 5,7-6,1
Judías 4,6-6,5
Caña de azúcar 4,2-4,4
Brócoli 6,5
Coles de Bruselas 6,3
Repollo (verde) 5,4-6.0
Zanahorias 4,9-5,2; 6,0
Coliflor 5,6
Apio 5,7-6,0
Maíz (dulce) 7,3
Pepinos 3,8
Berenjena 4,5
Lechuga 6,0
Aceitunas 3,6-3,8
Cebollas (rojas) 5,3-5,8
Perejil 5,7-6,0

42. 39

Chirivía 5,3
Patatas (tuberculosas y dulces) 5,3-5,6
Calabaza 4,8-5,2
Ruibarbo 3,1-3,4
Rutabaga 6,3
Espinacas 5,5-6,0
Calabaza squash 5,0-5,4
Tomates (enteros) 4,2-4,3
Nabos 5,2-5.5
Frutas
Manzanas 2,9-3,3
Sidra de Manzana 3,6-3,8
Zumo de manzana 3,3-4,1
Plátanos 4,5-4,7
Higos 4,6
Pomelo (zumo) 3,0
Uvas 3,4.4,5
Limas 1,8-2,0
Melón Galia 6,3-6,7
Naranjas (zumo) 3,6-4,3
Ciruelas 2,8-4,6
Sandías 5,2-5,6


Valores mínimos de pH que permiten el crecimiento de algunas bacterias
patógenas
Aeromonas hydrophila Aprox. 6,0
Asaia siamensis 3,0
Alicyclobacillus acidocaldarius 2,0
Bacillus Cereus 4,9
Botrytis cinérea 2,0
Clostridium botulinum, Grupo I 4,6
Clostridium botulinum, Grupo II 5,0
C. perfringens 5,0
Escherichia Coli 4,5
Gluconobacter spp. 3,6
Lactobacillus brevis 3,16
Salmonella spp. 4,05
Zygosaccharomyces bailii 1,8
Pseudomonas fragi Aprox. 5,0
Shewanella putrefaciens Aprox. 5,4
Lactococcus lactis 4,3

43. 40

Gluconobacter spp. 3,6
Penicillium roqueforti 3,0
Sthaphylococcus aureus 4,0


Es notorio que la mayor parte de los microorganismos crecen mejor a pHs
cercanos a la neutralidad (desde 6,6 hasta 7,5). Aunque unos cuantos pueden
desarrollarse a pHs por debajo de 4,0. Las bacterias tienden a ser más exigentes
que mohos y levaduras en relación con el pH al que pueden desarrollarse y, entre
ellas, las que se llevan la palma de la exigencia son las patógenas.

Se ha constatado que el pH mínimo de crecimiento de algunos lactobacilos
depende del tipo de ácido que se utilice para lograr la acidificación del medio. De
los alimentos presentados, puede verse que las frutas, las bebidas refrescantes,
el vinagre y os vinos se caracterizan por unos valores de pH que caen por debajo
del límite al que pueden crecer normalmente las bacterias. La facilidad con la
que se conservan estos productos se debe en gran parte a su pH. Las frutas, por
lo general, solo se alteran por mohos y levaduras como consecuencia de la
capacidad de estos microorganismos de desarrollarse a valores de pH inferiores
a 3,5, una cifra que queda bastante por debajo del mínimo exigido por casi todas
las bacterias, tanto alterantes como patógenas.

Valores de pH aproximados de algunos productos lácteos, cárnicos y
derivados de la pesca

Productos pH
Productos lácteos
Mantequilla 6,1-6,4
Mazada 4,5
Leche 6,3-6,5
Nata 6,5
Queso (americano suave y
cheddar)
4,9-5,9
Carnes
Vacuno (picada) 5,1-6,2
Jamón cocido 5,9-6,1
Ternera 6,0
Pollo 6,2-6,4
Hígado 6,0-6,4
Pescados y mariscos
Pescado (la mayoría de las
especies)
6,6.6,8
Almejas 6,0

44. 41

Cangrejos 7,0
Ostras 4,8-6,3
Atún 5,2-6,1
Gambas 6,8-7,0
Salmón 6,1-6,3
Pescado blanco 5,5

Se puede notar que el pH final de la mayoría de las carnes y pescados es mayor
de 5,6. Esto hace que sean muy susceptibles de alterarse por el crecimiento de
bacterias y también levaduras y mohos. La mayor parte de las hortalizas
presentan pHs mayores que los de las frutas y, en consecuencia, las primeras
son fácilmente alterables por bacterias que las frutas.

Respecto a la capacidad de conservación de las carnes, se sabe perfectamente
que la procedente de animales fatigados se altera más rápidamente que la de
los animales sacrificados en un estado más reposado. Esto es una consecuencia
del pH final alcanzando tras la resolución del rigor mortis. Los músculos de los
animales bien descansados suelen contener 1% de glucógeno. Tras la muerte
del animal, el glucógeno se transforma en ácido láctico, lo que provoca un
descenso de pH desde un valor inicial de aproximadamente 7,4 hasta alrededor
de 5,6, dependiendo de la especie animal. El pH menor de la carne de vacuno,
tras el rigor mortis, es de 5,1 y el mayor de 6,2, y el valor medio de este parámetro
es de 5,6. Siempre con resultados de Callow, los pHs mínimo y máximo de la
carne de cordero son 5,4 y 6,7, mientras que los límites de la carne de cerdo se
sitúan en 5,3 y 6.9. Según investigaciones se ha publicado que el pH final de la
carne de cerdo puede ser más bajo, en torno a 5,0 en ciertas circunstancias.

Por lo que respecta al pescado, se sabe que el pH de la carne de halibut es de
5,6 lo que explica la mejor capacidad de conservación de este pescado en
comparación con la de otras especies, que se caracteriza por un pH final de 6,2-
6,6.

Algunos alimentos se caracterizan por una inerte acidez, mientras que otros
deben la suya a la actividad de ciertos microorganismos, Esta última acidez se
la conoce como acidez biológica y caracteriza a algunos alimentos como leches
fermentadas, el sauerkraut y los encurtidos. El efecto de la acidez en la
capacidad de conservación del alimento es idéntico, independientemente de su
origen.

Algunos alimentos soportan mejor los cambios de pH que otros. A los que
tienden a resistir estas modificaciones se les suele denominar tamponados. Por
regla general, las carnes están más taponadas que las hortalizas. Las diversas
proteínas de la carne contribuyen a este efecto buffer. Las hortalizas suelen

45. 42

contener una menor proporción de proteínas, lo que las inhabilita para soportar
bien los cambios de pH durante el crecimiento de los microorganismos.

La acidez natural e los alimentos, sobre todo la de las frutas, puede ser un arma
evolutiva, cuya finalidad sería proteger a sus tejidos del ataque microbiano. Es
interesante resaltar que algunas frutas tienen valores de pH muy por debajo de
los necesarios para que pudieran multiplicarse muchos microorganismos
alternantes. La función biológica de las frutas es proteger al cuerpo reproductor
de la planta, la semilla.
La acidez se utiliza bastante más en la conservación de alimentos que la
alcalinidad. Se sabe que pHs de 12 a 13 destruyen microorganismos, al menos
a algunas bacterias. Por ejemplo, se ha observado que la utilización de CaOH2
para alcanzar tales valores de pH resulta destructiva para Listeria
monocytogenes y otros patógenos en alimentos frescos.

46. 43

CONCLUSIONES

El estudio de factores como el pH y potencial de óxido reducción nos permiten
predecir el comportamiento de los microorganismos según las condiciones en
las que se encuentren presentes en el medio. Dichos factores pueden contribuir
al crecimiento o a al deceso del microorganismo, dependiendo de su respectivo
rango óptimo.

El pH muestra la concentración de iones de hidrógeno en una escala de 0 a 14,
que determina la supervivencia de microorganismos, según sea su medio
favorable. Los alcalófilos habitan medios básicos, es decir un pH mayor a 8, los
neutrófilos medios cercanos a la neutralidad, siendo su pH alrededor de 5.5 a 8,
y los acidófilos, medios ácidos, con un pH menor a 5.5.

Los microorganismos acidúricos resisten y se adaptan a medios muy ácidos, por
debajo de 5,5 en la escala de pH, dichos microorganismos se encuentran
formados por aminoácidos tales como Histidina, Lisina y Arginina que poseen
efecto tampón, logrando equilibrar el pH dentro de la bacteria e inhibir los iones
de H
+
que entran y así no afectar a otras proteínas que no poseen dicho efecto.

Para que el pH sea considerado una barrera en el crecimiento microbiano de un
alimento, su pH debe ser menor a 4.6. Por lo tanto, si un microorganismo crece
en un medio mayor a 6 o cercano a la neutralidad se lo debe acidificar, a estos
alimentos se lo denomina productos o alimentos acidificados.

El pH puede provocar una desnaturalización, afectando la estabilidad de las
membranas celulares, ya que las proteínas están involucradas en el transporte
de materiales, por lo tanto, es un efecto nocivo para algunos nutrientes, además,
inhibe el transporte pasivo donde proteínas y ácidos nucleicos se verán
afectados.

Las proteínas se desnaturalizan por diversos factores o agentes, que provocan
la pérdida de su estructura tridimensional y perdiendo a su vez su función. Este
fenómeno se denomina desnaturalización de la proteína y puede originarse por

47. 44

cambios bruscos de pH, logrando desnaturalizar la estructura secundaria,
terciaria y cuaternaria, permaneciendo intacta la estructura primaria que es la
secuencia de aminoácidos que conforman la proteína. Se produce una
desnaturalización irreversible cuando existe una ruptura en los enlaces
polipeptídicos o cuando la proteína tiene un despliegue total en su estructura, la
proteína se puede renaturalizar solamente cuando el despliegue es parcial con
la ayuda de chaperonas.

Las chaperonas son proteínas colaboradoras sintetizadas por los ribosomas
cuando el pH del medio disminuye a un valor inferior a 4.5, logrando evitar la
desnaturalización de proteínas o ayudando a su renaturalización corrigiendo
algún plegamiento erróneo que haya tenido la proteína.

La funcionalidad de ciertas enzimas y el transporte de nutrientes al interior de la
célula se ven afectadas a rangos de pH desfavorables, por lo que los
microorganismos intentan modificar el medio hasta convertirlos en rangos
favorables para ellos y así poder desarrollarse. Esta capacidad depende de cada
microorganismo de modificar el pH de su medio.

La mayoría de los microorganismos poseen un pH interno entre el rango de la
neutralidad. El metabolismo microbiano al estar en un medio ácido, provoca el
aumento ligero del pH, y en un medio alcalino impulsa la disminución ligera del
pH. En medios ácidos, impiden el paso de iones de Hidrógeno o expulsando a
gran velocidad los iones que penetran. La modificación del pH también se debe
a la activación de enzimas en pH desfavorables para la bacteria. Para la
modificación de pH ácidos se activa la enzima descarboxilasas que remueven el
grupo carboxilo provocando el aumento del pH interno. Por el contrario, en la
disminución de pH alcalinos, se activan las enzimas desamidas en pH
aproximado a 8,0 y provocan su baja de pH en menor cantidad.

El potencial redox nos indica la capacidad que tiene un microorganismo de
aceptar o donar electrones, es decir, sus características oxidantes y reductoras.
Dicho potencial se mide en voltios; mientras más negativo sea, su efecto es
reductor; y mientras más positivo sea, es más oxidante. El oxígeno se considera

48. 45

el mayor agente oxidante, aunque no sea de carácter exclusivo para las
reacciones redox.

Los microorganismos según sus exigencias de oxígeno molecular se los clasifica
en aerobios, siendo los que necesitan oxígeno en diferentes proporciones para
su crecimiento. Los aerobios estrictos dependen totalmente del Oxígeno para
existir. Los aerobios microaerófilos necesitan de oxígeno, pero a niveles más
bajos que el aire. Por el contrario, los aerobios facultativos no dependen
totalmente del oxígeno, ya que pueden sobrevivir en su ausencia, pero crecen
mejor en su presencia.
Los microorganismos anaerobios no necesitan de oxígeno para su
supervivencia, algunos no toleran la presencia del oxígeno y mueren en su
presencia, siendo el caso de los anaerobios estrictos. En cambio, los anaerobios
aerotolerantes puede tolerar el oxígeno en su medio, aunque no lo necesite.

Los microorganismos aerobios se desarrollan en un medio oxidativo con un
potencial redox positivo. Mientras que los anaerobios necesitan medios
reductores con potencial redox negativo. Ambos microorganismos producen
energía a partir de la respiración celular por la acción de una fuerza proto-motriz.
La respiración celular está conformada por tres etapas consecutivas donde la
tercera es la fosforilación oxidativa, en la cual se produce la oxidación y la
reducción de coenzimas NADH Y FADH, que cederán sus electrones a la cadena
transportadora de electrones la cual finaliza cuando el oxígeno los acepta
quedando con carga negativa. En ausencia de oxígeno molecular, ocurre la
respiración anaerobia, en la cual el aceptor de electrones ya no es el oxígeno,
sino una molécula inorgánica o, poco común, una orgánica.





La célula procariota tiene una carga exterior positiva por el paso de iones
Hidrógeno del interior de la célula al exterior, dado al ocurrir la oxidación y
reducción de las coenzimas en el transporte de cadena de electrones. Los iones
Hidrógeno pasan a través de los complejos proteicos que están situados en la

49. 46

membrana citoplasmática de la célula, que a la vez es impermeable a ellos e
impiden que vuelvan a ingresar, cargando a la célula positivamente en el exterior
de ella y creará un gradiente electroquímico que luego será utilizado para la
síntesis del ATP

En los microorganismos aerobios, la cadena de transporte de electrones finaliza
cediéndole el par de electrones a un oxígeno dentro de la molécula, dejándolo
con una carga negativa. Luego, este oxígeno se junta con dos hidrógenos del
medio y forma agua.

El oxígeno molecular siendo un agente oxidante, al reducirse produce
compuestos derivados muy tóxicos para los componentes celulares. Es por eso,
que ciertos microorganismos han desarrollado métodos de defensa ante estos
compuestos, usando enzimas como la catalasa o el Superóxido Dismutasa
(SOD) que desdoblan los compuestos tóxicos del O2. Estas dos enzimas
trabajan en conjunto para atacar a los derivados tóxicos del oxígeno más
frecuentes: radical superóxido y el peróxido de hidrógeno. Al interactuar el radical
superóxido con el microorganismo, activa al SOD que cataliza la reacción para
transformar el superóxido en una molécula de Oxígeno molecular y Peróxido de
Hidrógeno. A su vez, el Peróxido de Hidrógeno siendo sustrato de la catalasa,
activa a la enzima produciendo moléculas de Agua y Oxígeno molecular
Las enzimas catalasa y SOD se encuentran en los microorganismos aerobios,
por lo que pueden tolerar a las formas tóxicas del Oxígeno. Por el contrario, la
intolerancia del oxígeno en los anaerobios se debe a que no poseen estas
enzimas y causa la muerte de los aerobios estrictos. En cambio, los anaerobios
aerotolerantes pueden soportar la presencia del Oxígeno, ya que, poseen
complejos no proteicos del ion manganeso libre para la desproporción de las
formas tóxicas del oxígeno.

50. 47

CONCLUSIONES DEL PAPER

Los lactobacilos son anaerobios tolerantes, y en la generación de energía por
fermentación producen ácido láctico, el cual al ser excretado crea un medio ácido
ya que con este mecanismo genera un medio idóneo para habitar y además,
evita el desarrollo de otros microorganismos competidores, a excepción de otras
bacterias lácticas que también pueden desarrollarse en aquel medio. Por esta
razón las cepas de la bacteria Lactobacillus alimentarius se usan para la
conservación de la carne por vía de fermentación láctica; además para la
fermentación se empleó cepas de Staphylococcus carnosus que no solamente
habitan en medios ácidos, sino que logran sobrevivir en ambientes de estrés
como una alta cantidad de sal y bajas temperaturas. Esta bacteria es muy
competitiva entre los compuestos que produce, además del ácido láctico se tiene
ácido acético, piruvato y acetoína.

La población de enterobacterias conlleva a la descomposición de la carne, estas
bacterias fueron afectadas y su crecimiento disminuyó a la temperatura de
refrigeración 4 °C y a la temperatura de 20 °C, esto se debe a que la producción
del ácido láctico de las bacterias redujo el pH y en consecuencia, las
enterobacterias que no se encuentran en su medio óptimo se destruyen.

La concentración de ácido láctico permanece constante al igual que el aumento
de la población de bacterias lácticas y además representa la mayor reducción de
pH. Pasadas las 24 horas se produjo la inhibición de la flora patógena, sin
embargo, la baja de pH trae como consecuencia el cambio de color para la carne
fermentada a 20 °C, mientras que a 4°C no es tan notoria la pérdida de retención,
teniendo así una carne seca.

La fermentación presenta como desventaja crear un ambiente reductor, debido
a la concentración baja de oxígeno y a la disminución de pH, y así al tener gran
cantidad de ácidos grasos libres se genera la acumulación de ácidos linolénico,
oleico, palmítico y linoleico, los cuales aparecieron como resultado de la hidrólisis

51. 48

de los fosfolípidos. Estas reacciones de oxidación de lípidos son favorecidas por
el aumento de ácidos grasos libres.

Los ácidos grasos insaturados se oxidan con mayor facilidad, provocando el
deterioro de la carne. Esta oxidación se ve favorecida a medida que aumentan
la concentración de ácidos grasos libres. La mayor formación de estos ácidos
grasos se evidencia a partir de una temperatura de almacenamiento de 20 °C.

La alteración del color y textura de la carne en la fermentación láctica no es del
todo negativa, ya que en la industria alimentaria las reacciones de oxidación de
lípidos producen el sabor característico de productos cárnicos como los
embutidos; razón por la cual el Staphylococcus carnosus es empleado como
cultivo iniciador.

52. 49

BIBLIOGRAFÍA

Badui, Salvador. Química de los Alimentos. Cuarta edición. Editorial Pearson
Education. Ciudad de México, México, 2006. Páginas: 260

Cornejo, Fabiola; Vásquez, Grace. Estudio del efecto de la reducción de la
actividad de agua, pH y adición de Ácidos orgánicos en el crecimiento de
Eschericha Coli en filetes de res almacenados a temperatura ambiente. 2007.
Tesis consultada de internet.

Frazier, W. Microbiología de los Alimentos. Segunda Edición. Editorial Acribia.
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Madigan, Michael; John, Martinko; y Jack, Parker. Biología de los
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Jay, James; Loessner, Martin; y Golden, David. Microbiologia Moderna de los
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Lodish, Harve; Arnlod, Berk; Paul, Matsuduria; Chris, Káiser; Monty, Krieger;
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Molecular. Quinta Edición. Editorial Médica Panamericana. Buenos Aires,
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Negroni, Marta. Microbiología Estomatológica: Fundamentos y Guía Práctica.
Segunda Edición. Editorial Médica Panamericana. Buenos Aires, Argentina.
2009

53. 50

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Prescott, Lausing; John, Harley; y Donald, Klein. Microbiología. Quinta Edición.
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Toldrá, Fidel. Handbook of Meat Processing. Primera Edición. Editorial John
Wiley & Sons. Iowa. USA. 2010. Páginas 202-204

Tortora, Gerard; Berdell, Funke; y Christine, Case. Introducción a la
Microbiología. Novena Edición. Editorial Médica Panamericana. Buenos Aires,
Argentina. 2007. Páginas: 123 - 137.
Vargas, Cristian. Fosforilación Oxidativa. 16 de Junio del 2016, Guayaquil.
Entrevista Personal.

Vargas, Cristian. Efecto Tampón. 17 de Junio del 2016, Guayaquil. Entrevista
Personal.

Vargas, Cristian. Fermentación. 20 de Junio del 2016, Guayaquil. Entrevista
Personal.

54. ANEXOS

Microbiología
Gran Trabajo de Investigación
Grupo #1 – Potencial de Hidrógeno y Potencial de Óxido-Reducción

Informe #1


El día de hoy, 25 de mayo del 2016, nos reunimos en la biblioteca central para
la planificación de los temas a tratar en el Gran Proyecto de Investigación.
Primero, nos vamos a enfocar en los dos primeros subtemas y luego nos
reuniremos el día lunes 30 de mayo, para opinar e intercambiar ideas. La
próxima reunión seguiremos con los tres subtemas que faltan.



Asistentes:

Espinoza Lenin __________________________

Guzmán Diego __________________________

Martínez Valery __________________________

Núñez Lindsay __________________________

Ramírez Nadia (Líder) __________________________

55. Microbiología
Gran Trabajo de Investigación
Grupo #1 – Potencial de Hidrógeno y Potencial de Óxido-Reducción

Informe #2


El día de hoy, lunes 30 de mayo del 2016, nos reunimos en la biblioteca central
de la universidad a tratar los primeros subtemas de nuestro tema central. Diego
Guzmán y Lenin Espinoza expusieron los temas que se les fueron encargados a
leer. Se trataron los temas respecto al pH del medio y de los microorganismos.
El próximo encuentro será el día jueves en la mañana. Trataremos los siguientes
temas que restan por comprender.

Asistentes:

Espinoza Lenin __________________________

Guzmán Diego __________________________

Martínez Valery __________________________

Núñez Lindsay __________________________

Ramírez Nadia (Líder) __________________________

56. Microbiología
Gran Trabajo de Investigación
Grupo #1 – Potencial de Hidrógeno y Potencial de Óxido-Reducción

Informe #3


El día de hoy, lunes 6 de junio del presente año, llevamos a cabo la reunión con
la finalidad de exponer los subtemas restantes. Hoy expusimos los temas
acordados. Nos enfocamos en explicar los organismos acidúricos, su medio en
el que sobreviven, su respiración celular y su tolerancia al oxígeno.
Todos asistieron. Para la próxima reunión, cada uno seguirá con su marco
teórico y posteriormente nos reuniremos para concluir en conjunto.

Asistentes:

Espinoza Lenin __________________________

Guzmán Diego __________________________

Martínez Valery __________________________

Núñez Lindsay __________________________

Ramírez Nadia (Líder) __________________________

57. Microbiología
Gran Trabajo de Investigación
Grupo #1 – Potencial de Hidrógeno y Potencial de Óxido-Reducción

Informe #4


Hoy 13 de junio, tuvimos un intercambio de ideas, sobre el tema de cada uno.
Nos actualizamos entre nosotros lo que hemos estado investigando y la
información que hemos encontrado. Seguimos avanzando con el marco teórico
y con la investigación de nuestros temas respectivos.
Se asistió con puntualidad en la biblioteca central.


Asistentes:

Espinoza Lenin __________________________

Guzmán Diego __________________________

Martínez Valery __________________________

Núñez Lindsay __________________________

Ramírez Nadia (Líder) __________________________

58. Microbiología
Gran Trabajo de Investigación
Grupo #1 – Potencial de Hidrógeno y Potencial de Óxido-Reducción

Informe #5

Nos reunimos el día sábado 18 de junio en la biblioteca central, de 9 a 13 horas
el día, con el objetivo de intercambiar conocimientos, de mejorar detalles de
nuestro marco teórico y de realizar las conclusiones de nuestro trabajo a partir
de lo ya conocido por medio de nuestra investigación.
Para la próxima reunión tenemos programado ya tener completo el marco teórico
y las conclusiones de lo que hemos leído e investigado. Posteriormente,
realizaremos las diapositivas.
Todos del grupo asistieron.

Asistentes:

Espinoza Lenin __________________________

Guzmán Diego __________________________

Martínez Valery __________________________

Núñez Lindsay __________________________

Ramírez Nadia (Líder) __________________________

59. Microbiología
Gran Trabajo de Investigación
Grupo #1 – Potencial de Hidrógeno y Potencial de Óxido-Reducción

Informe #6


El día lunes 20 de junio del presente año, nos reunimos en la biblioteca de la
facultad para repasar las conclusiones de cada uno y aportar con nuestro punto
de vista. También, despejamos dudas entre nosotros e intercambiamos
conocimientos acerca de nuestros respectivos temas.
Todos asistieron.


Asistentes:

Espinoza Lenin __________________________

Guzmán Diego __________________________

Martínez Valery __________________________

Núñez Lindsay __________________________

Ramírez Nadia (Líder) __________________________

60. Microbiología
Gran Trabajo de Investigación
Grupo #1 – Potencial de Hidrógeno y Potencial de Óxido-Reducción

Informe #7


El 1 de julio nos reunimos a practicar la exposición final con las diapositivas de
cada uno y tomando el tiempo para evitar sobrepasar los cuatro minutos que le
corresponde a cada uno. Mejoramos la estética de las diapositivas para que haya
mejor acorde con los colores, la letra y la didáctica al exponer. También juntamos
el trabajo final escrito y corregimos unos últimos detalles de estética que
aparecieron al unirlo.
Todos asistieron con puntualidad.

Asistentes:

Espinoza Lenin __________________________

Guzmán Diego __________________________

Martínez Valery __________________________

Núñez Lindsay __________________________

Ramírez Nadia (Líder) __________________________

61. Microbiología
Gran Trabajo de Investigación
Grupo #1 – Potencial de Hidrógeno y Potencial de Óxido-Reducción

Informe #8


El sábado 2 de julio nos reunimos en la universidad para practicar la exposición
tomándonos el tiempo, usando las diapositivas y mejorando detalles al momento
de exponer. Además repasamos los temas de cada uno, para verificar que
tengamos claro entre todos nuestro tema en general.
Todos del grupo asistieron como de costumbre.


Asistentes:

Espinoza Lenin __________________________

Guzmán Diego __________________________

Martínez Valery __________________________

Núñez Lindsay __________________________

Ramírez Nadia (Líder) __________________________

62. Microbiología
Gran Trabajo de Investigación
Grupo #1 – Potencial de Hidrógeno y Potencial de Óxido-Reducción

Informe #9


El domingo 3 de julio del presente año, nos reunimos en la casa de nuestra
compañera Valery Martínez con la finalidad de practicar nuestra última
exposición y corregir los últimos detalles como expresiones, vocalización y
postura. Las diapositivas y la carpeta ya están listas.
Todos asistieron.


Asistentes:

Espinoza Lenin __________________________

Guzmán Diego __________________________

Martínez Valery __________________________

Núñez Lindsay __________________________

Ramírez Nadia (Líder) __________________________