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Metabolismo y Fisiología

Biología Celular

Nutrientes1- Fuente de energía luz

química2- Macronutrientes

H KO MgC NaN 95% CaS FeP

3- Micronutrientes (elementos traza)Co, Zn, Mo, Cu, Mn, Ni, Se, W

4- Factores de crecimiento•Vitaminas•Purinas y pirimidinas•Aminoácidos

Fuente de carbono

- CO2 - Compuestos

orgánicos

Carbohidratos, azúcares, proteínas, aminoácidos, lípidos, ácidos grasos, glicerol

Fuente de nitrógeno

- Inorgánica - Orgánica

NH4, NO3-, N2

Proteínas, peptonas, aa, bases púricas y pirimídicas, urea

Fuente de fósforo


Fosfatos Esteres del ácido fosfórico

Fuente de azufre


Sulfuros y sulfatos Aminoácidos sulfurados, vitaminas

Macronutrientes

Tipos nutricionales Fuente deenergía

Fuente deC

Ejemplos

Fotoautótrofos Luz CO2

Cianobacterias,bacteriaspúrpuras yverdes

Fotoheterótrofos LuzCompuestosorgánicos

Algunasbacteriaspúrpuras yverdes

Quimioautótrofos olitótrofos

Compuestosinorgánicosej.: H2, NH3,NO2

-, H2S

CO2

AlgunasEubacterias ymuchas Archaea

Quimioheterótrofoso heterótrofos

Compuestosorgánicos

Compuestosorgánicos

La mayoríaEubacterias,algunas Archaea

Condiciones para el crecimiento microbiano

Nutrientes

agua

fuente de energía

fuentes de C, N, otros elementos

micronutrientes, factores de crecimiento

Condiciones de cultivo

temperatura

pH

luz

aireación

actividad de agua

potencial redox

Crecimiento

Medios de cultivo

Factores de crecimiento

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

* bases púricas y pirimídicas ADN, ARN

* aminoácidos esenciales síntesis proteica

* vitaminas coenzimas

Aislar: Es separar un tipo de microorganismo a partir de una población mixta. En habitats naturales, raramente encontramos a los microorganismos en cultivo puro

Aislamiento directo:se logra directamente a partir de una muestra cuando el o los microorganismos están en una proporción adecuada., se realiza por estrías (agotamiento) con o sin dilución previa de la muestra (suelo, alimentos), en medio sólido

Aislamiento por enriquecimiento:Cuando el microorganismo que se desea aislar e identificar se encuentra en baja proporción en la muestra, se incluye una primera etapa que consiste en sembrar la muestra en medio líquido. Luego de varios pasajes se aisla por el método de estrías.

Aislamiento

Clasificación de los medios de cultivo

Según su naturaleza física

* líquidos

* sólidos - solidificante: agar-agar, silico-gel

* semi-sólidos

Según su composición * definidos o sintéticos: composición química conocida

* no definidos o complejos: composición química no definida, enriquecidos con peptonas, extracto de

carne, de levadura, de suelo, sangre

Según su uso en el laboratorio

* selectivos o inhibitorios: medios que contienen, además de los nutrientes, ciertas sustancias que inhiben el desarrollo de algunos microorganismos permitiendo el crecimiento de otros o cuya composición permite el desarrollo de un grupo determinado

Ej.agar-antibióticos; agua, sales, luz, para algas, medios con NaCl superior a la concentración fisiológica

* diferenciales: medios que contienen indicadores para diferenciar los distintos tipos de microorganismos que puedan crecer en él.

Ej. azúcar fermentecible: lactosa, indicador:rojo neutro

Cultivo en medio líquido

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

Cultivo en medio sólido

• Puede ser en tubos o placas

a) Tubos con agar inclinado. Para sembrarlos, se mueve el ansa o la punta suavemente sobre la superficie del agar con un movimiento en zigzag desde el fondo hasta la parte superior, cuidando de no dañar el agar.

b) Tubos sin inclinar. Se siembran introduciendo una punta en el centro del agar. También se llama siembra por picadura.

c) Siembra en placas. Puede ser en superficie (por estrías o bañado) o incorporada (mezclando el inóculo con el agar semifundido)

Aislar: Es separar un tipo de microorganismo a partir de una población mixta. En habitats naturales, raramente encontramos a los microorganismos en cultivo puro

Aislamiento directo:se logra directamente a partir de una muestra cuando el o los microorganismos están en una proporción adecuada., se realiza por estrías (agotamiento) con o sin dilución previa de la muestra (suelo, alimentos), en medio sólido

Aislamiento por enriquecimiento:Cuando el microorganismo que se desea aislar e identificar se encuentra en baja proporción en la muestra, se incluye una primera etapa que consiste en sembrar la muestra en medio líquido. Luego de varios pasajes se aisla por el método de estrías.

Aislamiento

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

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

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

Cultivo puro

División celular: fisión binaria

Gemación, ej. levaduras

Crecimiento de un microorganismo en medio de cultivo líquido

1- Fase de latencia2- Fase exponencial3- Fase estacionaria4- Fase de muerte

Crecimiento en un volumen fijo de medio o cultivo cerrado (batch)

• Fase lag - las células se adaptan al nuevo ambiente, aun no se dividen

• Fase exponencial (log) - velocidad máxima de crecimiento bajo condiciones particulares, tiempo de generación mínimo

• Fase estacionaria - sin crecimiento neto, vc=0 ó estadísticamente = 0

cuando: vc=vm (vel. crecimiento es igual a la de muerte)

– nutrientes limitantes, pero suficientes para mantener actividad

– acumulación de desechos, inhibición del crecimiento

• Fase de muerte - velocidad de muerte celular > velocidad de división celular

Luego de la adición de bacterias al medio líquido fresco se observa la siguiente cinética de crecimiento

Factores del ambiente

• físicos: temperatura, gases, pH, presión osmótica

•químicos: nutrientes, sustancias antimicrobianas

•biológicos: otros microorganismos, micro y mesofauna, vegetación, afectan las actividades microbianas

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

• Sicrófilos - rango: < 0-20°C, óptimo < 15oC– organismos marinos, algas: Chlamydomonas nivalis (nieve rosada),

bacterias: Pseudomonas, Flavobacterium

– membrana contiene alto % de ácidos grasos insaturados

• Sicrótrofos o Sicrófilos facultativos

- rango: 0-35°C, óptimo 20-30oC– Pseudomonas - crecen en el refrigerador

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

• Termófilos - rango: 40-70°C, óptimo de 55-65oC – membrana contiene alto % de ácidos grasos saturados

– enzimas estables al calor

– Bacillus stearothermophilus, organismos de compostaje

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

OxígenoClasificación de los microorganismos según

el efecto del oxígeno:

Aerobios

obligados: requieren oxígeno (21% o más)

Ej. Bacillus, hongos, etc.

microaerofílicos: lo requieren pero a niveles menores que el atmosférico (5-10%)

Ej. Azospirillum

Anaerobios

facultativos: no requieren oxígeno, pero el desarrollo es mejor con oxígeno.

Ej. Levaduras, E. coli

aerotolerantes: no son sensibles al oxígeno (crecen en ausencia o presencia de oxígeno).

Ej. Enterococcus faecalis, Sreptococcus spp.

obligados: no toleran el oxígeno, muere en su presencia

Ej. Methanobacterium, Clostridium

.

•tubos con medio de cultivo llenos por completo.•medios con sustancias que reaccionan con el oxígeno y lo excluyen.•dispositivo especial (cámara anaeróbica)•cajas o tubos incubados en recipientes con granos germinados (cebada, centeno)

Cultivos en anaerobiosis

Otros gases

N2 componente principal de de la atmósfera (78%). Gas inerte: no es usado

por la mayoría de los organismos, los que pueden reducir el triple enlace del N2 con la enzima nitrogenasa se denominan diazotrofos o fijadores de N2 y pueden desarrollarse en ambientes sin N-combinado

CO tóxico para la mayoría de los organismos (cadena respiratoria)

puede ser oxidado a CO2 por algunos microorganismos

CH4 liberado a la atmósfera por microorganismos metanogénicos, gas con

efecto invernadero, puede ser oxidado a CO2 por bacterias metanotróficas

CO2 importante gas, fuente de carbono para los autotrofos, aerobios y

anaerobios, fotosintéticos o quimiosintéticos. Muchos hongos lo requieren a niveles superiores a los atmósfericos, para ciertas síntesis

H2 poco usado, tóxico para la mayoría de los microorganismos, brinda

energía a bacterias Hydrogenomonas: H2+O2 = H20 + ATP

pH

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

Clasificación de los microorganismos según su pH óptimo

Neutrófilo: pH óptimo 7 - Ej.: bacterias patógenas humanas.

Acidófilo: pH óptimo 7 - Ej.: muchas de las archeobacterias y hongos.

Basófilo: pH óptimo 7 - Suelos y aguas ricas en carbonatos

Medios de cultivo

Colonia Lactosa negativa

Colonia Lactosa positiva

MEDIO SELECTIVO YDIFERENCIAL

Agar sangreS. epidermidis en agar sangre

Agar sangre

HEMOLISIS EN AGAR SANGRE

HEMÓLISIS COMPLETA HEMÓLISIS PARCIAL

Pseudomonas aeruginosa

Siembra en medio OF

Metabolismo oxidativo

Prueba de la catalasa

+ -