FisiologíA Microbiana

1. FISIOLOGÍA FISIOLOGÍA
MICROBIANAMICROBIANA
DOCENTEDOCENTE
T.M. Claudia Castillo K.T.M. Claudia Castillo K.

2. ObjetivosObjetivos
Conocer los requerimientos Conocer los requerimientos
nutricionales de las bacterias. nutricionales de las bacterias.
Captación de los nutrientes. Captación de los nutrientes.
Conocer el crecimiento bacteriano.Conocer el crecimiento bacteriano.
Cultivo de los microorganismos.Cultivo de los microorganismos.

3. FISIOLOGÍA BACTERIANAFISIOLOGÍA BACTERIANA
La fisiología bacteriana comprende el estudio de La fisiología bacteriana comprende el estudio de
las funciones realizadas por estas.las funciones realizadas por estas.
Las bacterias son muy eficientes Las bacterias son muy eficientes
fisiológicamente, sintetizan en forma muy rápida fisiológicamente, sintetizan en forma muy rápida
sus componentes celulares, siendo la mayoría sus componentes celulares, siendo la mayoría
autosuficientes, a pesar de su simpleza autosuficientes, a pesar de su simpleza
estructural.estructural.
En la bacteria se desencadenan una serie de En la bacteria se desencadenan una serie de
procesos químicos, que en conjunto constituyenprocesos químicos, que en conjunto constituyen
METABOLISMO BACTERIANOMETABOLISMO BACTERIANO

4. NUTRICIÓN MICROBIANANUTRICIÓN MICROBIANA
Nutrientes: sustancias que se emplean en Nutrientes: sustancias que se emplean en
la biosíntesis y producción de energía, la biosíntesis y producción de energía,
necesarios para el crecimiento microbiano.necesarios para el crecimiento microbiano.

5. MacronutrientesMacronutrientes
En forma de cationes:En forma de cationes:
–Potasio (K+)Potasio (K+)
actividad enzimática.actividad enzimática.
Síntesis de proteínas.Síntesis de proteínas.
–Calcio (Ca++)Calcio (Ca++)
Termorresistencia de las endosporas.Termorresistencia de las endosporas.

6. MacronutrientesMacronutrientes
–Hierro (Fe++ y Fe+++)Hierro (Fe++ y Fe+++)
Forma parte de los citocromos.Forma parte de los citocromos.
Cofactor de enzimas y proteínas transportadoras Cofactor de enzimas y proteínas transportadoras
de electrones.de electrones.
–Magnesio (Mg++)Magnesio (Mg++)
Cofactor enzimático.Cofactor enzimático.
Forma complejos con el ATP.Forma complejos con el ATP.
Estabiliza los ribosomas y las membranas Estabiliza los ribosomas y las membranas
celulares.celulares.

7. MacronutrientesMacronutrientes
Macro elementos que son componentes de Macro elementos que son componentes de
hidratos de carbono, lípidos, proteínas y hidratos de carbono, lípidos, proteínas y
ácidos nucleicos. ácidos nucleicos.
–Carbono (C)Carbono (C)
–Oxígeno (O)Oxígeno (O)
–Hidrógeno (H)Hidrógeno (H)
–Nitrógeno (N)Nitrógeno (N)
–Azufre (S)Azufre (S)
–Fósforo (P)Fósforo (P)

8. MacronutrientesMacronutrientes
Carbono (C)Carbono (C)
–Necesario para la construcción de moléculas Necesario para la construcción de moléculas
orgánicas.orgánicas.
–Las moléculas que contienen carbono, Las moléculas que contienen carbono,
aportan a su vez hidrógeno y oxígeno.aportan a su vez hidrógeno y oxígeno.
–Utilizadas como fuente de energía (reacciones Utilizadas como fuente de energía (reacciones
de óxido-reducción).de óxido-reducción).

9. MacronutrientesMacronutrientes
Nitrógeno (N)Nitrógeno (N)
–Necesario para sintetizar aminoácidos, purinas, Necesario para sintetizar aminoácidos, purinas,
pirimidinas, algunos hidratos de carbono y pirimidinas, algunos hidratos de carbono y
lípidos, cofactores de enzimas y otras lípidos, cofactores de enzimas y otras
sustancias. sustancias.
Fósforo (P)Fósforo (P)
–Presente en los ácidos nucleicos, fosfolípidos, Presente en los ácidos nucleicos, fosfolípidos,
nucleótidos como el ATP, varios cofactores, nucleótidos como el ATP, varios cofactores,
algunas proteínas y otros componentes algunas proteínas y otros componentes
celulares.celulares.
–Fuente es el fosfato inorgánico.Fuente es el fosfato inorgánico.

10. MacronutrientesMacronutrientes
Azufre (S)Azufre (S)
–Necesario para la síntesis de sustancias como Necesario para la síntesis de sustancias como
los aminoácidos cisteína y metionina, algunos los aminoácidos cisteína y metionina, algunos
hidratos de carbono, biotina y tiamina. hidratos de carbono, biotina y tiamina.
–Fuente de azufre es el sulfato.Fuente de azufre es el sulfato.

11. MacronutrientesMacronutrientes
Dióxido de Carbono (CO2)Dióxido de Carbono (CO2)
–No aporta Hidrógeno ni energía. No aporta Hidrógeno ni energía.
–Los organismos pueden agruparse Los organismos pueden agruparse
dependiendo de la fuente de carbono en:dependiendo de la fuente de carbono en:
: :
Usan el CO2 como
fuente de energía
ORGANISMOS
FOTOSINTÉTICOS.
AUTÓTROFOS
Usan nutrientes
Orgánicos como
Fuente de carbono
y energía
HETERÓTROFOS

12. MacronutrientesMacronutrientes
Tipos nutricionalesTipos nutricionales
–Los microorganismos pueden clasificarse Los microorganismos pueden clasificarse
dependiendo de la fuente de Hidrógeno o dependiendo de la fuente de Hidrógeno o
electrones:electrones:
Obtienen electrones
O hidrógeno de
Compuestos inorgánicos.
LITÓTROFOS
Utilizan sustancias
orgánicas como
Fuente de
Electrones.
ORGANÓTROFOS

13. MacronutrientesMacronutrientes
Tipos nutricionalesTipos nutricionales
–El metabolismo es realizado mediante la El metabolismo es realizado mediante la
utilización de dos fuentes de energía: energía utilización de dos fuentes de energía: energía
libre de las oxidaciones químicas y radiación.libre de las oxidaciones químicas y radiación.
FOTÓTROFOSQUIMIÓTROFOS
Emplean la luz Emplean la luz
como fuente como fuente
de energía.de energía.
Obtienen energía a partir Obtienen energía a partir
de la oxidación de de la oxidación de
compuestos orgánicos compuestos orgánicos
o inorgánicos.o inorgánicos.

14. Protozoos, hongos,
Bacterias no fotosintéticas
(mayoría de microorganismos
Patógenos)
Bacterias púrpuras y
verdes no sulfúreas
Algas, bacterias púrpuras
Y verdes del azufre,
Cianobacterias.
TIPOS NUTRICIONALESTIPOS NUTRICIONALES
ORGANÓTROFOS
LITÓTROFOS
ORGANÓTROFOS
HETERÓTROFOS
AUTÓTROFOS
HETERÓTROFOS
FOTÓTROFOS
QUIMIÓTROFOS
FOTÓTROFOS
Bacterias oxidantes del azufre,
Hidrógeno, nitrificantes,
Oxidantes del hierro.
LITÓTROFOS
AUTÓTROFOS
QUIMIÓTROFOS

15. MicronutrientesMicronutrientes
Elementos traza:Elementos traza:
–Manganeso, cinc, cobalto, molibdeno, níquel y Manganeso, cinc, cobalto, molibdeno, níquel y
cobre.cobre.
Necesarios en muy pequeñas cantidades.Necesarios en muy pequeñas cantidades.
Son parte de enzimas y cofactores.Son parte de enzimas y cofactores.
Facilitan la catálisis de reacciones.Facilitan la catálisis de reacciones.
Ayudan a mantener la estructura de la membrana.Ayudan a mantener la estructura de la membrana.

16. Factores de crecimientoFactores de crecimiento
Son compuestos orgánicos Son compuestos orgánicos
necesarios para los componentes necesarios para los componentes
celulares, que no pueden ser celulares, que no pueden ser
sintetizados por los sintetizados por los
microorganismos.microorganismos.
–AminoácidosAminoácidos
Síntesis de proteínas.Síntesis de proteínas.
–Purinas y pirimidinasPurinas y pirimidinas
Síntesis de ácidos nucleicos.Síntesis de ácidos nucleicos.
–VitaminasVitaminas
Cofactores enzimáticos.Cofactores enzimáticos.

17. CAPTACIÓN DE NUTRIENTESCAPTACIÓN DE NUTRIENTES
Funciones de la membrana citoplasmática

18. CAPTACIÓN DE NUTRIENTESCAPTACIÓN DE NUTRIENTES
Son mecanismos Son mecanismos
específicos.específicos.
Transporte de Transporte de
nutrientes en contra de nutrientes en contra de
un gradiente de un gradiente de
concentración.concentración.
Los nutrientes tienen Los nutrientes tienen
que atravesar la que atravesar la
membrana plasmática.membrana plasmática.

19. CAPTACIÓN DE NUTRIENTESCAPTACIÓN DE NUTRIENTES

20. Desplazamiento de las moléculas de Desplazamiento de las moléculas de
un lugar de mayor concentración a un lugar de mayor concentración a
uno de menor concentración.uno de menor concentración.
–Necesario un gradiente de concentración Necesario un gradiente de concentración
elevado.elevado.
–H2O, O2, CO2, atraviesan fácilmente.H2O, O2, CO2, atraviesan fácilmente.

21. Realizada gracias a proteínas de Realizada gracias a proteínas de
membrana “permeasas”.membrana “permeasas”.
–Concentraciones inferiores de la Concentraciones inferiores de la
molécula que difunde.molécula que difunde.
–La velocidad aumenta con el gradiente.La velocidad aumenta con el gradiente.

22. CAPTACIÓN DE NUTRIENTESCAPTACIÓN DE NUTRIENTES

23. Necesario cuando en el exterior es Necesario cuando en el exterior es
menor la concentración, en contra de menor la concentración, en contra de
un gradiente de concentración.un gradiente de concentración.
Utiliza proteínas transportadoras.Utiliza proteínas transportadoras.
Usa energía metabólica y es capaz Usa energía metabólica y es capaz
de concentrar sustancias.de concentrar sustancias.
Presentes en bacteriasPresentes en bacterias

25. Gradiente de protones generado durante Gradiente de protones generado durante
el transporte de electrones para facilitar el el transporte de electrones para facilitar el
transporte activo.transporte activo.
Sistema de transporte de una sustancia en Sistema de transporte de una sustancia en
un sentido un sentido uniporteuniporte..
Sistema de transporte combinado de dos Sistema de transporte combinado de dos
sustancias sustancias simportesimporte..
Sistema de transporte combinado en que Sistema de transporte combinado en que
las sustancias se desplazan en direcciones las sustancias se desplazan en direcciones
opuestas opuestas antiporteantiporte..

28. Transporte de moléculas al interior Transporte de moléculas al interior
de la célula después de modificarse de la célula después de modificarse
químicamente.químicamente.
Transporte de azúcares como Transporte de azúcares como
glucosa, manosa y fructosa, que son glucosa, manosa y fructosa, que son
fosforilados durante el proceso de fosforilados durante el proceso de
transporte por el sistema transporte por el sistema
fosfotransferasa.fosfotransferasa.

29. Sistema fosfotransferasa en Escherichia coli

30. Crecimiento bacterianoCrecimiento bacteriano
Es el incremento de todos los Es el incremento de todos los
constituyentes en un constituyentes en un
microorganismo.microorganismo.
Es el cambio en la población Es el cambio en la población
bacteriana que ocurre a través de la bacteriana que ocurre a través de la
multiplicación de las células.multiplicación de las células.

31. La curva de crecimiento se basa en:La curva de crecimiento se basa en:
– un cultivo microbiano.un cultivo microbiano.
– en un medio líquido.en un medio líquido.
– sistema cerrado.sistema cerrado.
– nutrientes entregados en la fase inicial nutrientes entregados en la fase inicial
es mayor que los residuos de la fase es mayor que los residuos de la fase
final. final.
Crecimiento bacterianoCrecimiento bacteriano

32. Crecimiento bacterianoCrecimiento bacteriano
Fase de
latencia
Fase
exponencial
Fase
estacionaria
Fase de
muerte

33. Fase de latencia (lag):Fase de latencia (lag):
–Introducción de microorganismos a un medio Introducción de microorganismos a un medio
de cultivo.de cultivo.
–No hay división celular inmediata.No hay división celular inmediata.
–Están replicando su DNA.Están replicando su DNA.
–No hay incremento de la población.No hay incremento de la población.
–La célula está sintetizando nuevos La célula está sintetizando nuevos
componentes.componentes.
–Depende de la juventud de las células, del Depende de la juventud de las células, del
medio en que se cultivan o traspasan, etc.medio en que se cultivan o traspasan, etc.
–Aproximadamente 4 horas.Aproximadamente 4 horas.
Crecimiento bacterianoCrecimiento bacteriano

34. Fase exponencial o logarítmica:Fase exponencial o logarítmica:
–Los microorganismos crecen y se Los microorganismos crecen y se
dividen hasta su nivel máximo.dividen hasta su nivel máximo.
–Después de 6 horas.Después de 6 horas.
–La población es uniforme, química y La población es uniforme, química y
fisiológicamente.fisiológicamente.
–En esta fase se realizan los estudios En esta fase se realizan los estudios
bioquímicos y fisiológicos de las bioquímicos y fisiológicos de las
colonias.colonias.
Crecimiento bacterianoCrecimiento bacteriano

35. Fase estacionaria:Fase estacionaria:
–Se llega a una concentración de 10 9 células Se llega a una concentración de 10 9 células
por mL.por mL.
–El número total de microorganismos viables El número total de microorganismos viables
permanece constante.permanece constante.
–Existe una limitación de los nutrientes.Existe una limitación de los nutrientes.
–Algunas bacterias responden con cambios Algunas bacterias responden con cambios
como: formación de endosporas, reducción de como: formación de endosporas, reducción de
tamaño.tamaño.
–Las bacterias se vuelven más resistentes.Las bacterias se vuelven más resistentes.
Crecimiento bacterianoCrecimiento bacteriano

36. Fase de muerte:Fase de muerte:
–Disminución del número de células Disminución del número de células
viables.viables.
–Producto de que no existe multiplicación Producto de que no existe multiplicación
celular.celular.
–Esta fase es logarítmica, producida en Esta fase es logarítmica, producida en
condiciones de laboratorio.condiciones de laboratorio.
Crecimiento bacterianoCrecimiento bacteriano

37. Factores ambientales sobre el Factores ambientales sobre el
crecimiento bacterianocrecimiento bacteriano
El crecimiento está influenciado por El crecimiento está influenciado por
factores físicos y químicos del factores físicos y químicos del
ambiente en que se encuentran.ambiente en que se encuentran.
Factores como: efecto de solutos y la Factores como: efecto de solutos y la
actividad del agua, pH, temperatura, actividad del agua, pH, temperatura,
nivel de oxígeno, presión y radiación.nivel de oxígeno, presión y radiación.

38. Solutos y actividad del aguaSolutos y actividad del agua
Cuando la osmolaridad del entorno se Cuando la osmolaridad del entorno se
vuelve más baja que la del citoplasma.vuelve más baja que la del citoplasma.
–Reducción por cuerpos de inclusión.Reducción por cuerpos de inclusión.
–Apertura de canales sensibles a la presión Apertura de canales sensibles a la presión
osmótica.osmótica.
–OsmotolerantesOsmotolerantes pueden crecer en una pueden crecer en una
amplia concentración osmótica.amplia concentración osmótica.
–HalófilasHalófilas necesitan niveles elevados de necesitan niveles elevados de
cloruro de sodio, condiciones hipertónicas.cloruro de sodio, condiciones hipertónicas.

39. pHpH
Medida de la actividad de los iones Medida de la actividad de los iones
de hidrógeno de una solución.de hidrógeno de una solución.
–AcidófilosAcidófilos pH entre 0 – 5,5.pH entre 0 – 5,5.
–NeutrófilosNeutrófilos pH entre 5,5 – 8,0.pH entre 5,5 – 8,0.
–AlcalófilosAlcalófilos pH entre 8,0 – 11,5pH entre 8,0 – 11,5
–Se utilizan buffer para amortiguar el pH Se utilizan buffer para amortiguar el pH
de algunas sustancias. de algunas sustancias.

40. TemperaturaTemperatura
Al ser microorganismos unicelulares, están Al ser microorganismos unicelulares, están
dependiendo de la Tº ambiental.dependiendo de la Tº ambiental.
Al aumentar la Tº, aumenta el Al aumentar la Tº, aumenta el
metabolismo y a su vez el crecimiento metabolismo y a su vez el crecimiento
bacterianobacteriano Tº óptimaTº óptima
Desnaturalización de proteínas, deterioro Desnaturalización de proteínas, deterioro
de membranas citoplasmáticas, inhibición de membranas citoplasmáticas, inhibición
de crecimientode crecimiento Tº altasTº altas
La función se afecta, pero la estructura ni La función se afecta, pero la estructura ni
composición químicacomposición química Tº bajasTº bajas

41. TemperaturaTemperatura
Reacciones enzimáticas
En aumento constante
Reacciones enzimáticas
A máx. velocidad
Desnaturalización proteica,
Colapso de membrana,
Lisis térmica.
Gelificación de membrana,
Transporte lento,
No hay crecimiento.

42. Las temperaturas cardinales Las temperaturas cardinales
dependen de:dependen de:
–Cada microorganismoCada microorganismo
–Factores ambientales como pH y Factores ambientales como pH y
nutrientes.nutrientes.
–Tº óptima puede variar de 0 – 75º CTº óptima puede variar de 0 – 75º C
–Tº crecimiento de -20 – 100º C, con una Tº crecimiento de -20 – 100º C, con una
variación de 30ºvariación de 30º
TemperaturaTemperatura

43. TemperaturaTemperatura
mínimamínima óptimaóptima máximamáxima
PsicrófilosPsicrófilos 0º C0º C 15º C15º C 20º C20º C
Bacterias Bacterias
oceánicasoceánicas
PsicrótofosPsicrótofos 0º C0º C 20 – 30º C20 – 30º C 35º C35º C
Bacterias Bacterias
deterioro de deterioro de
alim. Refrig.alim. Refrig.
MesófilosMesófilos 15 -20º C15 -20º C20 – 45º C20 – 45º C 45º C45º C
Mayoría de Mayoría de
bacterias bacterias
patógenaspatógenas
TermófilosTermófilos 45º C45º C 55 – 65º C55 – 65º C sup. a 65º Csup. a 65º C
Bacterias, Bacterias,
hongos y algashongos y algas
HipertermófilosHipertermófilos55º C55º C 80 – 113º C80 – 113º C 113º C113º C
Bacterias Bacterias
aisladas del aisladas del
suelo marinosuelo marino

44. TemperaturaTemperatura

45. Concentración de oxígenoConcentración de oxígeno
AerobiosAerobios organismo que necesita O2 para organismo que necesita O2 para
crecer.crecer.
AnaerobioAnaerobio organismo que puede crecer en organismo que puede crecer en
ausencia de O2.ausencia de O2.
Anaerobio facultativoAnaerobio facultativo no requieren O2 para no requieren O2 para
crecer, pero lo hacen mejor en su presencia.crecer, pero lo hacen mejor en su presencia.
Anaerobio aerotoleranteAnaerobio aerotolerante pueden crecer con pueden crecer con
presencia o ausencia de O2.presencia o ausencia de O2.
Anaerobio estrictoAnaerobio estrictono crecen en presencia de no crecen en presencia de
O2O2
MicroaerófilosMicroaerófilos necesitan niveles de O2 necesitan niveles de O2
bajos (2-10%) bajos (2-10%)

46. ConcentraciónConcentración de oxígenode oxígeno
AerobioAerobio
Anaerobio Anaerobio
facultativofacultativo
Anaerobio Anaerobio
estrictoestricto
MicroaerófiloMicroaerófilo
Anaerobio Anaerobio
aerotoleranteaerotolerante

47. PresiónPresión
No afecta a microorganismos de la No afecta a microorganismos de la
superficie terrestre.superficie terrestre.
Presión de 1 atmósfera.Presión de 1 atmósfera.
En el océano puede alcanzar 600 – En el océano puede alcanzar 600 –
110 atm, y Tº es de 2 – 3º C.110 atm, y Tº es de 2 – 3º C.
BarotolerantesBarotolerantes un aumento de un aumento de
la presión les afecta negativamente.la presión les afecta negativamente.
BarófilosBarófilos crecen a presiones crecen a presiones
elevadas.elevadas.

48. Factores ambientales sobre el Factores ambientales sobre el
crecimiento bacterianocrecimiento bacteriano

49. Medios de cultivoMedios de cultivo
Preparación líquida o sólida utilizada Preparación líquida o sólida utilizada
para el crecimiento, transporte o para el crecimiento, transporte o
mantenimiento de microorganismos.mantenimiento de microorganismos.
–Debe poseer nutrientes esenciales Debe poseer nutrientes esenciales
según la especie que se quiere cultivar.según la especie que se quiere cultivar.
–Los requerimientos reflejan el ambiente Los requerimientos reflejan el ambiente
natural en que se encuentran.natural en que se encuentran.

50. Medios sintéticos Medios sintéticos
–componentes conocidos.componentes conocidos.
–Utilizados en investigación.Utilizados en investigación.
Medios complejosMedios complejos
–Para bacterias exigentes.Para bacterias exigentes.
–Composición química exacta se desconoce.Composición química exacta se desconoce.
–Contienen peptonas, extracto de carne y de levadura.Contienen peptonas, extracto de carne y de levadura.
–ej.: caldo nutritivo, agar Mac -conkey, etc.ej.: caldo nutritivo, agar Mac -conkey, etc.
Medios selectivosMedios selectivos
–Favorecen el crecimiento de microorganismos Favorecen el crecimiento de microorganismos
particulares.particulares.
Medios diferencialesMedios diferenciales
–Permite identificación tentativa de bacterias.Permite identificación tentativa de bacterias.
–Ej.: agar sangreEj.: agar sangre
Medios de cultivoMedios de cultivo