Nutricion microbiana77
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Composición Composición química microbiana química microbiana y diseño de medios y diseño de medios
de cultivode cultivo
Composición química de la biomasa microbiana
•BACTERIAS, HONGOS, LEVADURAS
Carbono C 50%Oxígeno O 20 %Nitrógeno N 8 %Hidrogeno H 8 %Fósforo P 5 %Azufre S 3 %
Masa secaEl hidrógeno y el oxígeno se encuentran en el agua
Compuesto Bacteria (% base seca)
Levaduras (% base seca)
Hongos (% base seca)
Promedio Promedio Promedio Carbono 48 46-52 48 46-52 48 45-55 Nitrógeno 12.5 10-14 7.5 6-8.5 6 4-7 Proteínas 55 50-60 40 35-45 32 25-40 Carbohidratos 9 6-15 38 30-45 49 40-55 Lípidos 7 5-10 8 5-10 8 5-10 Acidos nucleicos 23 15-25 8 5-10 5 2-8 Cenizas 6 4-10 6 4-10 6 4-10
Composición típica de Composición típica de compuestos orgánicos e compuestos orgánicos e
inorgánicos de m.o. inorgánicos de m.o.
g/100 g en peso seco Elemento Bacteria Hongos Levaduras Fósforo 2-3 0.4-4.5 0.8-2.6 Azufre 0.2-1.0 0.1-0.5 0.01-0.24 Potasio 1-4.5 0.2-2.5 1-4 Magnesio 0.1-0.5 0.1-0.3 0.1-0.5 Sodio 0.5-1 0.02-0.5 0.01-0.1 Calcio 0.01-1.1 0.1-1.4 0.1-0.3 Fierro 0.02-0.2 0.1-0.2 0.01-0.5 Cobre 0.01-0.02 --------- 0.002-0.01 Manganeso 0.001-0.01 --------- 0.0005-0.007 Molibdeno -------- --------- 0.0001-0.0002 Total Cenizas 7-12 2-8 5-10
Composición típica de compuestos Composición típica de compuestos orgánicos e inorgánicos de m.o.orgánicos e inorgánicos de m.o.Constituyentes inorgánicos Constituyentes inorgánicos
Funciones en los microorganismos
Cultivo de microorganismos
Caja PetriCultivo superficial Biorreactor
Medio Líquido
Medio cultivo definidoMedio de cultivo complejo
CRECIMIENTO
Sustancias utilizadas por los microorganismospara crecer
•Catabolismo (ruptura de biomoléculas, ATP)•Anabolismo (síntesis de biomoléculas)
NutrientesNutrientes
Clasificación de Clasificación de NutrientesNutrientes
• Macroelementos ó macronutrientes
• Microelementos ó Micronutrientes u Ologoelementos ó Elementos traza
• Factores de crecimiento
Macronutrientes ó macroelementos
• Están en el medio de cultivo en gran cantidad >5 g/L
• Son C, O, H, N, S, P, Ca, Mg K
• Conforman el 95% en peso seco de una célula microbiana
Macronutrientes o Macronutrientes o macroelementosmacroelementos
• Carbono.– Principal fuente de energía para las células– Sustrato o nutriente limitante junto con el N
Fuentes: Glucosa, sacarosa, ácidos grasos, maltosa, lactosa, celulosa, xilano, aceites, almidón etc.
• Nitrógeno, azufre, fósforo.Fuentes de N: Nitratos, Cloruro de amonio,
urea peptonas y extracto de levaduraFuentes de S: Aminoácidos como cisteína y
metionina, SulfatosFuentes de P: Fosfatos
• Fuentes
– K+: Cloruros (KCl, KClO3 Clorato de potasio), KHCO3
– Ca2+: CaCl2, CaCO3
– Mg2+: Mg SO4
– Fe2+ y Fe3+: Fe SO4; Fe2 (SO4)3
Otros MacronutrientesOtros Macronutrientes
Micronutrientes u Micronutrientes u oligoelementosoligoelementos
Se requieren en µg ó <0.5g/L
Usualmente, son elemetos traza en el agua y componentes de medios de cultivo.
Mn, Zn, Co, Mo, Ni y Cu deben estar disponibles en cantidades de g.
• Zn2+: se localiza en el centro activo de algunas enzimas.
• Mn2+: facilita a muchas enzimas la catálisis de la transferencia de los grupos fosfato.
• Mo2+: necesario para fijar nitrógeno.
• Co2+: componente de la vitamina B12.• Cu2+: tiene funciones en algunas
enzimas de óxido-reducción.
Funciones de Funciones de Micronutrientes u Micronutrientes u
oligoelementosoligoelementos
Factores de crecimientoSustancias precursoras de constituyentes orgánicos que el m.o. no es capaz de
sintetizar
•Purinas and pirimidinas: síntesis de ácidos nucleicos» Cepas auxotrofas de uracilo,
•Aminoacidos: síntesis de aminoácidos y proteínas» Cepas auxotrofas de uracilo, metionina, lisina, etc
•Vitaminas: como coenzimas en reacciones enzimáticas
Célula
SustratoSustratos o s o
NutrientNutrientesesS1(g/L)
S2Sn
CélulasCélulasBiomasaBiomasa
X (g/L)
ProductosProductosP1 (g/L)P2Pn
Crecimiento y formación de producto
Crecimiento microbiano: Crecimiento microbiano: Descripción químicaDescripción química
CaHbOc + NH3 + O2
CaHbOc Nd+ CO2 +
H2O CFuente Carbonoenergía
Fuente Nitrógeno
Biomasa
Productos del metabolismo
Etanol, Láctico, enzimas etc
Datos de composición Datos de composición celularcelular
• BacteriasC0.53 ; N0.12 ; O0.19 ; H0.07
• LevadurasC0.47 ; N0.075 ; O0.31 ; H0.065
Medios de CultivoMedios de Cultivo
Medio sintético o definidoMedio sintético o definido
• Son medios en que se conocen todos los componentes.
• Los medios definidos se emplean ampliamente en investigación ya que con frecuencia se requiere conocer qué está metabolizando el m.o. en estudio.
Formulación de medios de Formulación de medios de cultivocultivo
• Consiste en calcular cuanta fuente de carbono, nitrógeno, fosfóro requiere un microorganismo para crecer
• El diseño de medios de cultivo es respecto al C, N, P, S, ya que estos macronutrientes controlan la velocidad de crecimiento.
• Biomasa (células)
• Productos
Rendimiento biomasa Rendimiento biomasa sustrato (Ysustrato (YX/SX/S))
YX/S Xs
Biomasa producida (Xf – X0)
Sustrato consumido (S0 – Sf)=
Rendimiento de biomasa producida por fuente de carbono consumida
M.o. aerobio = 0.5 gbiomasa /1g sustrato
M.o. anaerobio = 0.1 biomasa /1g sustrato
Sustrato (S0)
50% Biomasa + 50% producción de metabolitos y mantenimiento celular.
10% Biomasa + 90% producción de metabolitos y mantenimiento celular.
m.o. m.o. anaerobioanaerobio
m.o. m.o. aerobioaerobio
Rendimiento = Yx/s = 0.5 gBM/1gsustrato
Rendimiento = Yx/s = 0.1gBM/1gsustrato
Rendimiento biomasa sustrato Rendimiento biomasa sustrato (Y(YX/SX/S))YX/S X
sBiomasa producida (Xf – X0)
Sustrato consumido (S0 – Sf)
=YX/S Ps
Producto producido (Pf – P0)
Sustrato consumido (S0 – Sf)
Rendimiento producto Rendimiento producto sustrato (Ysustrato (Yp/Sp/S))
Para diseñar medios de Para diseñar medios de cultivocultivo
• Cantidad de C = 50%• Cantidad de N = 8%• Cantidad de P = 5%• Cantidad de S = 3%
El hidrógeno y el oxígeno constituyen el agua
Es necesario conocer la composición celularEs necesario conocer la composición celular
Ejercicio 1Ejercicio 1Diseñar un medio de cultivo para un m.o. heterótrofo simple anaerobio.Fuente de C: glucosaFuente de N: cloruro de amonio, NH4Cl
Fuente de S: sulfato de magnesio, MgSO4
Fuente de P: fosfato ácido de potasio, KH2PO4
La célula bacteriana tiene 50% C, 8% N, 5% P y 3% S.
¿Qué cantidad de cada uno de los compuestos se tiene que añadir a 1 L de agua para producir 20 g/L de biomasa?
SoluciónSoluciónGlucosa20 g biomasa 0.5 g C 180 g Glucosa = 25 g/L L g biomasa 72 g C
NH4Cl20 g biomasa 0.08 g C 53.5 g NH4Cl = 6.1 g/L L g biomasa 14 g N
MgSO420 g biomasa 0.03 g C 120.3 g MgSO4 = 2.25
g/L L g biomasa 32 g S
KH2PO420 g biomasa 0.05 g C 136 g KH2PO4 = 4.42 g/L L g biomasa 30.9 g P
RendimientoRendimientoGlucosa20 g biomasa 0.5 g C 180 g Glucosa
= g biomasa 72 g C
25 g/L
Si el m.o. fuera aerobio, entonces se requieren 50 g Glucosa
Ejercicio 2Ejercicio 2Formular y diseñar un medio de cultivo para una bacteria mesofílica, heterótrofa simple y anaerobia estricta, basado en 100 g/L de fuente de carbono.¿Cuántos g/L de biomasa se producirán en 1 L de medio diseñado?Heterótrofa simple, anaerobia estricta.Fuente de C: glucosaFuente de N: cloruro de amonio, NH4Cl
Fuente de S: sulfato de magnesio, MgSO4
Fuente de P: fosfato de potasio, K2HPO4
mpo de Incubación
Cell / ml
01,3*108
12,4*108
21,2*109
31,4*1010
41,5*1010
51,7*1010
6 1,5*1010
Curva de crecimientoCurva de crecimiento
Crecimiento y formación de Crecimiento y formación de productoproducto
Producto asociado al crecimientoMETABOLITOS PRIMARIOS
Crecimiento y formación de Crecimiento y formación de productoproducto
Producto NO asociado al crecimientoMETABOLITOS SECUNDARIOS