Nutricion de los microorganismos

1. Factores Ambientales NUTRIENTES. Vázquez Sánchez Jorge.

2. Metabolismo Conjunto de reacciones catabólicas y anabólicas Catabolismo: Conjunto de procesos que participan en la degradación de compuestos en productos más pequeños ; las reacciones enzimáticas que toman parte de denominan reacciones catabólicas. Anabolismo: Reacciones mediante las cuales los m.o. construyen o sintetizan sustancias químicas complejas a partir de moléculas simples ; las reacciones enzimáticas que toman parte se denominan reacciones biosintéticas y requieren energía. El ATP formado en las reacciones catabólicas es empleado en el anabolismo.

3. Catabolismo y anabolismo: papel de la obtención de energía en vincular estos procesos

4. Nutrición A las sustancias en el medio ambiente utilizadas por los organismos para el catabolismo y el anabolismo, se les llama nutrientes . Dicho de otro modo, para obtener energía y elaborar nuevos componentes celulares, los organismos tienen que disponer de materias primas o nutrientes . Nutrientes: Son sustancias que se emplean en la biosíntesis y producción de energía. Son necesarios para el crecimiento microbiano

5. Conceptos básicos (I) Los nutrientes se necesitan para Fines energéticos (en quimiotrofos)  mantenimiento Fines biosinteticos (anabolismo, reacciones plásticas)

6. Quimiorganotrofos respiradores: fuente de C suministra los electrones y es origen del material celular

7. Quimiolitotrofos: fuente de electrones inorgánica. El C celular viene del CO2 (autotrofía)

8. El agua El agua es: el principal constituyente del protoplasto bacteriano; el medio universal donde ocurren las reacciones biológicas; un reactante en exceso (es decir, un producto resultante de algunas reacciones bioquímicas).  Fuentes de agua: endógena (procedente de oxido-reducciones) exógena (la mayoría) procedente del medio, y que difunde a través de las membranas. 

9. El Carbono El C es necesario para construir el esqueleto de todas las moléculas orgánicas Autótrofos: pueden usar CO 2 como única fuente de C Heterótrofos: emplean moléculas orgánicas preformadas y reducidas como fuente de C Los microorganismos tienen gran flexibilidad con respecto a la fuente de C

10. El CO 2 El CO 2 es requerido por todo tipo de bacterias. Los autotrofos lo requieren como fuente de C, y lo reducen usando como fuente de energía sustancias químicas : quimioautotrofos la luz: fotoautotrofos Las arqueas metanogénicas lo pueden usar como aceptor final de electrones en la respiración, produciendo CH 4 . Además, algunas lo usan también como fuente de C Los heterotrofos necesitan pequeñas cantidades de CO 2 para sus carboxilaciones en rutas metabólicas

11. El CO 2 El origen del CO 2 puede ser: Endógeno: procedente de descarboxilaciones que ocurren al degradar la fuente orgánica de carbono Exógeno: el CO 2 de la atmósfera o disuelto en las soluciones acuosas Normalmente, las bacterias crecen a la concentración de CO 2 atmosférico (0.03%), pero algunas bacterias ( Neisseria , Brucella ), cuando se aislan por primera vez, requieren atmósferas enriquecidas, con 5-10% de CO 2 . ( capnofilia o microaerofilia )

12. Fijación del CO2 La reducción o incorporación del CO2 requiere una gran cantidad de energía. Casi todos los autótrofos microbianos incorporan CO 2 mediante el Ciclo de Calvin. Tiene lugar en los cloroplastos (eucariotas) o carboxisomas (procariotas). La formación de glucosa a partir de CO 2 puede resumirse: 6CO 2 + 18 ATP +12NADPH + 12H + + 12H 2 O  glucosa + 18( ADP+P i ) + 12NADP + Los azúcares formados pueden usarse para sintetizar otras moléculas esenciales

13. Conceptos básicos (II) Punto de vista de los fines de aprovisionamiento de energía: Litotrofía: solo requieren sustancias inorgánicas sencillas donantes de electrones : SH 2 , S , NH 3 , NO 2 - , Fe 2+ Organotrofía: requieren compuestos orgánicos (hidratos de C, hidrocarburos, lípidos, proteínas, alcoholes, etc ) Punto de vista biosintético (fuente de C): autotrofía: fijación del CO 2 heterotrofía: fuente orgánica de carbono Otros conceptos: autotrofía estricta: no pueden crecer usando materia orgánica mixotrofía: metabolismo energético litotrofo, pero usan fuente orgánica de C para su metabolismo biosintético

14. Diversidad metabólica de los microorganismos El mundo microbiano es de una sorprendente diversidad metabólica. Algunos metabolismos solo han evolucionado en procariotas. Ejemplos: En heterótrofos: desde metilotrofos (usan metano o metanol) hasta los versátiles Pseudomonas , que usan más de 100 tipos de C orgánico, incluyendo hidrocarburos alifáticos y cíclicos Los quimiolitoautotrofos crecen en oscuridad en medios a base solamente de sales minerales La fijación de N 2 solo ha evolucionado en procariotas

15. Requerimiento de nutrientes comunes Todas las bacterias necesitan captar elementos químicos, que según las cantidades en que son requeridos se clasifican en: En la naturaleza, estos elementos se encuentran combinados, formando parte de sustancias orgánicas o inorgánicas. Algunos serán incorporados para construir macromoléculas y estructuras celulares; otros solo sirven para la producción de energía; finalmente, otros pueden ejercer ambos papeles. Macro nutrientes : C, H, O, N, P, S, K, Mg, Ca, Fe Micronutrientes (trazas): Mn, Co, Cu, Zn, Mo, Ni, etc.

16. Requerimientos nutricionales Macro nutrientes Tipo I Fuentes C ( Fuente de C y energía) Hidratos de Carbono (glucosa o dextrosa, sacarosa, lactosa) Lípidos hidrocarburos (alcanos: hexadecano, octadecano) Alcoholes (glicerol y manitol) Melaza Harina de arroz Almidón Suero de quesos

17. Requerimientos nutricionales Fuentes N El nitrógeno es utilizado para la biosíntesis de proteínas, ácidos nucleicos y polímeros de la pared celular. Puede ser de naturaleza inorgánica u orgánica NH4 (NH42SO4). Acidificación durante el crecimiento Urea, NO3, N2 Aminoácidos dan mayores rendimientos Peptonas. Son hidrolizados parciales de proteínas ( H o OH) Carne, pescado, gelatina, caseína. Extracto de levadura, en forma de pasta o polvo, y puede ser obtenida mediante autolisis de la levadura Extracto de malta, que es el extracto soluble en H2O de la malta de la cebada

18. Requerimientos nutricionales Macro nutrientes Tipo II P y el S son suministrados en forma de P04H y S04 (o aminoácidos azufrados) El P se incorpora en ácidos nucleicos, y polímeros celulares. El S es asimilado para la síntesis de aminoácidos azufrados, y además se necesita para la biotina y otros componentes.

19. Requerimientos nutricionales Macro nutrientes Tipo II K y el Mg son suministrados en forma de P04 y S04 (o aminoácidos azufrados) El K es un componente intracelular importante, principal catión inorgánico. El Mg asociado a la función ribosómica, cofactor de enzimas y componente de pared celular.

20. Requerimientos nutricionales Micronutrientes (Tipo III) Esenciales para el crecimiento Fe, Mn, y Zn Esenciales en condiciones particulares Co, Cu, Mo, Ca Raramente esenciales B, Na, Al, Si, Cl, V, Cr, Ni, As, Se generalmente están presente en suficiente cantidad como impureza de los componentes principales. Se agregan como sales solubles de Cl-, SO4=, NO3, MoO4

21. Requerimientos nutricionales Factores de crecimiento (Micronutrientes Tipo IV) Se agregan en el orden de 10 -6 a 10 -12 M Coenzimas: colina Acido oleico ( lactobacilos ) Ácidos grasos Biotina Vitaminas B1,2,3,5,6 LOS MICROORGANISMOS NO CRECEN SIN ELLOS Aminoácidos Precursores de ácidos nucleicos u otros intermediarios INCREMENTAN LA VELOCIDAD DE CRECIMIENTO DISMINUYEN LA FASE LAG

22. Captación celular de nutrientes Los microorganismos utilizan varios sistemas de transporte diferentes. Los más importantes son: Difusión simple Difusión facilitada Transporte activo Traslocación de grupo

23. Difusión simple Depende de la diferencia de gradiente de concentración entre el exterior y el interior de la célula, y de la permeabilidad de la membrana La concentración externa del nutriente debe ser alta Solo moléculas pequeñas pueden atravesar la membrana: H 2 O, O 2 , CO 2 , glicerol.

24. Difusión facilitada Intervienen proteínas transportadoras, integradas a la membrana: permeasas Las permeasas tienen afinidad específica por la sustancia que transportan. El movimiento depende del gradiente de concentración sin gasto de energía El proceso es reversible

25. Transporte activo Permite el transporte de moléculas en contra de un gradiente de concentración, con gasto de energía El complejo proteico de membrana tiene varias subunidades: poro La fuente de energía puede ser: ATP, compuestos de fosfato de alta energía, fuerza protón motriz.

26. Traslocación de grupo Una molécula es transportada al interior celular después de alterarse químicamente Ej. Sistema Fosfoenolpiruvato- Fosfotransferasa de azúcares PEP + azúcar (exterior) / piruvato + azúcar-P (interior)

27. Captación de Fe La captación de Fe es difícil debido a la insolubilidad del ion Fe 3+ Los sideróforos son moléculas de bajo PM capaces de formar complejos de Fe 3+ y aportarlos a la célula Los mo secretan sideróforos cuando hay poco Fe disponible. E complejo Fe- siderof se une a la prot receptora del sideróforo . Dentro de la célula el Fe se reduce a Fe 2+

28. Oxigeno y Crecimiento Microbiano Aerobios: requieren oxigeno para vivir. Anaerobio Obligados: el oxigeno les resulta toxico. Facultativos: viven en presencia o ausencia de oxigeno Anaerobios Aerotolerantes: toleran el oxigeno y crecen en su presencia aun cuando no pueden usarlo. Microaerofilicos: aerobios que necesitan cantidades mínimas de oxigeno

29. Formas toxicas de Oxigeno.

30. Formas toxicas de Oxigeno y enzimas que la destruyen