TEMA 4. DIVERSIDAD DEL METABOLISMO PROCARIOTE

1. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Ciclo Escolar 12-13B TEMA 4.DIVERSIDAD DEL METABOLISMO PROCARIOTE Mónica Marcela Galicia Jiménez

2. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS CRECIMIENTO MICROBIANO Es el aumento ordenado de todos los componentes químicos que llevan a un incremento de los constituyentes y estructuras celulares, a la división celular y al crecimiento de la población es necesario la disponibilidad de:

3. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Agua: Más del 80% de la composición celular bacteriana es agua. Es el solventeuniversal, cumple una función tampón y actúa como coenzima de enzimashidrolasas.

4. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Fuente de Carbono: Todos los compuestos orgánicos poseen carbono. Las fuentes mássimples de carbono son el CO2 y el CH4. Fuentes más complejas son aminoácidos,hidratos de carbono y lípidos. De acuerdo a la fuente de carbono utilizada, las bacterias pueden serclasificadas como autótrofas y heterótrofas. Es importante señalar que noexiste un límite preciso de separación entre ambos grupos. .

5. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Bacteriasautótrofas son aquellas bacterias que utilizan como fuente de carbonosustancias simples, como CO2 y CH4. En cambio, las bacterias heterótrofasrequieren macromoléculas orgánicas como fuente de carbono, tales como loshidratos de carbono. La mayoría de las bacterias patógenas para el hombre sonheterotrófas

6. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS

7. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Nitrógeno (N2): El nitrógeno, es otro elemento fundamental, ya que es el componenteprincipal de proteínas y ácidos nucleicos, constituyendo el 10% del peso secode una bacteria. El N2 en el interior de la célula se encuentra como grupoamino (R-NH2), sin embargo, las bacterias lo pueden adquirir en forma deNO3, NO2, N2, NH4, RNH2.

8. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Las bacterias cumplen un rol fundamental en elciclo geoquímico del N2, porque la urea, que es el principal producto deexcreción del metabolismo de las proteínas en los mamíferos, es inestable y sedescompone rápidamente a amoniaco (NH3), compuesto volátil que seperdería sí no existieran las bacterias nitrificantes del suelo, las que poroxidación lo llevan a NO3 no volátil. Este NO3 puede ser captado por lasplantas y transformado a compuestos orgánicos. También existen las bacteriasdenitrificantes que reducen el NH3 a N2, en regiones anaeróbicas del suelo,liberándolo a la biosfera.

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10. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Azufre (S): Este elemento es utilizado por la bacteria para sintetizar aminoácidosazufrados, tales como cisteína y metionina. También, forma parte de vitaminas,como biotina y tiamina. La mayoría de las bacterias son capaces deobtener S a partir de SO4 y lo reducen a H2S, el que generalmente estransportado por una molécula de O acetil serina.

11. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Dadores de H2 y receptores de H2: Las bacterias patógenas para la especie humana, realizansu metabolismo en base a reacciones químicas, obteniendo energíafundamentalmente por óxido-reducción. De tal manera que necesitan sustratosoxidables y aceptores finales de electrones. Ej.: glucosa, como dador deelectrones y O2, como receptor de éstos.

12. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Iones inorgánicos (P, K, Mg): El fósforo es esencial en estructuras como ácidos nucleicos,ATP, fosfolípidos de membrana y algunas coenzimas, como NAD y FAD. ElP puede ser captado como fosfato o P libre (Pi).

13. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Elementos traza u oligoelementos: Son aquellos elementos que las bacterias requieren encantidades muy pequeñas, como Fe, Cu, Mo, Zn. Generalmente, basta con lacantidad que contiene el H2O u otros elementos del medio.

14. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Respecto al Fe, seha determinando que existen en las bacterias moléculas transportadoras de Fedenominadas sideróforos, que compiten con la lactoferrina y transferrina delhospedero. Por ejemplo, E. coli tiene un operón que codifica para elsideróforo entero-quelina y para una proteína de membrana que actúa comoun receptor que capta las deficiencias de Fe del ambiente.

15. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS MEDIOS DE CULTIVOS

16. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS MEDIOS DE CULTIVOS Son ambientes artificiales diseñados por el hombre para proporcionar todas las sustancias necesarias para el crecimiento microbiano

17. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS La nutrición microbiana consiste en aportar a las células los ingredientes químicos que necesitan para la síntesis de monómeros, que son los componentes de las macromoléculas, que a su vez construyen las estructuras celulares.

18. Macronutrientes C Elemento más abundante en las macromoléculas. Constituye el 50% del peso seco de las células. Muchos procariotas son heterótrofos. Necesitan algún tipo de compuesto orgánico como fuente de carbono para hacer nuevo material celular. Los aminoácidos, los ácidos grasos, los ácidos orgánicos, los azúcares, las bases nitrogenadas, los compuestos aromáticos y un sinfín de compuestos orgánicos de otro tipo pueden ser utilizados por las bacterias. Algunos procariotas son autótrofos, capaces de construir todas sus estructuras orgánicas a partir del CO2 con la energía obtenida de la luz o de compuestos inorgánicos. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS

19. N • En una bacteria típica, alrededor del 12% de su peso seco es N. • Forma parte de las proteínas, ácidos nucleicos y otros constituyentes celulares. • En la naturaleza, se encuentra en forma orgánica e inorgánica. Pero la mayor parte del N natural se encuentra en forma inorgánica( NH3, NO3- o N2). • La mayoría de las bacterias son capaces de utilizarNH3 como única fuente de N, y otras muchas pueden utilizar NO3-. • El N2 puede ser usado como fuente de nitrógeno por algunas bacterias, las bacterias fijadoras de nitrógeno. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS

20. P S K Mg Ca Na El P se presenta en la naturaleza en forma de fosfatos orgánicos e inorgánicos. La célula necesita P para la síntesis de ácidos nucleicos y fosfolípidos. El S es un componente de los aminoácidos cisy met y se encuentra en algunas vitaminas, como tiamina, biotina, ácido lipoico y Coenzima A. La mayoría delScelular procede de fuentes inorgánicas, ya sean sulfatos o sulfuros. El Kes necesario para todos los organismos. Es cofactor de muchas enzimas. El Mgfunciona como estabilizador de los ribosomas, las membranas celulares y los ácidos nucleicos. También se necesita para la actividad de muchas enzimas. El Caayuda a estabilizar la pared celular bacteriana y tiene una función importante en la termorresistencia de las endoesporas. El Na es requerido por algunos microorganismos (halófilos), BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS

21. El Fees fundamental en la respiración celular. Forma parte de los citocromos y de proteínas que contienen Fe y S implicados en el transporte de electrones. En condiciones anaeróbicas, el Fe se encuentra en el estado de oxidación +2 (Fe+2) y es soluble. En condiciones aeróbicas suele estar en el estado de oxidación +3 ( Fe+3) y forma varios minerales insolubles. Para obtener el Fe de tales minerales, las células producen agentes quelantes llamados sideróforos que solubilizan el Fe y lo introducen en la célula. Es necesario en mayores cantidades que otros metales y no se considera un elemento traza. Fe BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS

22. Micronutrientes (elementos traza) Co, Cu, Mn, Mo, Ni, Se, W, V, Zn Se requieren en muy pequeñas cantidades. Son tan importantes para el funcionamiento celular como los macronutrientes. Muchos son metales que actúan como cofactores de enzimas. A menudo no es necesario añadirlos a los medios de cultivo. Si el agua utilizada para elaborar el medio es ultrapurase añade al medio una pequeña cantidad de una solución de metales traza. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS

23. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Los factores de crecimiento son compuestos orgánicos que se necesitan en muy pequeñas cantidades y sólo por algunas células. Los factores de crecimiento son vitaminas, aminoácidos, purinas y pirimidinas. La mayoría de los microorganismos son capaces de sintetizar estos compuestos, pero en algunos casos es necesario añadirlos al medio. Las vitaminas son los factores de crecimiento que se necesitan con mayor frecuencia, funcionan formando partede coenzimas. Las principales vitaminas requeridas por los microorganismos son: tiamina (vitamina B1) biotina, piridoxina (vitamina B6) y covalamina (vitamina B12)

24. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS El medio de cultivo químicamente definido se prepara añadiendo cantidades precisas de compuestos orgánicos e inorgánicos puros a un volumen conocido de agua destilada. Se conoce su composición exacta. Medio definido para Escherichiacoli K2HPO4 7 g KH2PO4 2 g (NH4)2SO4 1 g MgSO4 0,1 g CaCl2 0,02 g Glucosa 4-10 g Elementos traza 2-10 g (Fe, Co, Mn, Zn, Cu, Ni, Mo) Agua destilada 1000 ml pH7

25. Para elaborar el medio complejo se utilizan hidrolizados de proteínas y otras sustancias muy nutritivas pero no definidas químicamente que se pesan y se añaden a un volumen conocido de agua. No se conoce la composición exacta del medio complejo. Medio complejo para Escherichia coli y Leuconostoc mesenteroides Glucosa 15 g Extracto de levadura 5 g Peptona 5 g KH2PO4 2 g Agua destilada 1000 ml pH7 BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS

26. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS • Tipos de medios de cultivo

27. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS • Tipos de medios de cultivo Medios sólidos y líquidos Los medios sólidos se preparan como los medios líquidos y se les añade agar (1.5%) como agente gelificante. El agar es un polímero sulfatado compuesto por D-galactosa, 3,6-anhidro-L-galactosa y ácido glucurónico. El agar se funde a 80-90ºC y se puede enfriar hasta una temperatura de 40 a 42 ºC sin endurecerse. La mayoría de los microorganismos no pueden degradarlo. El agar se funde durante el proceso de esterilización, el medio fundido se vierte sobre placas Petri y se deja solidificar antes de su uso. Los medios sólidos inmovilizan a las células, permitiéndolas crecer y formar masas aisladas visibles llamadas colonias. Medios generales Los medios generales mantienen el crecimiento de muchos microorganismos. Ej., el caldo y agar nutritivo

28. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Medios enriquecidos Medios generales a los que se añaden nutrientes especiales para mantener el crecimiento de microorganismos heterótrofos exigentes. Ej., el agar sangre Medios selectivos Favorecen el crecimiento de microorganismos particulares. Ej.,agarLevine (eosina-azul de metileno) y AgarMacConkey se emplean para detectar enterobacterias. Contienen colorantes y sales biliares que inhiben el crecimiento de las bacterias Gram positivas. Otros medios selectivos contienen nutrientes que pueden utilizar algunas bacterias de forma específica. Ej., el agar celulosa se usa para aislar bacterias que digieren la celulosa.

29. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Medios diferenciales Medios que diferencian entre grupos distintos de bacterias e incluso permiten una identificación tentativa de los microorganismos según sus características biológicas. El agarMacConkey es tanto selectivo como diferencial. Como contiene lactosa y colorante rojo neutro, las colonias fermentadoras de lactosa (Escherichiacoli) aparecen de color rosa o rojo y se distinguen fácilmente de las colonias no fermentadoras.

30. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Medio mínimo: Contiene la mínima cantidad de nutrientes posible que permite el crecimiento de una especie; Medio de transporte: Preparado para servir como almacenamiento temporal a especímenes transportados; mantienen su viabilidad y su concentración; simple

31. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS • Siembra

32. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Transferencia aséptica Consiste en una serie de procedimientos que evitan la contaminación durante la manipulación de los cultivos y de los medios de cultivo estériles. Es uno de los primeros métodos que tiene que dominar un microbiólogo. a.Se calienta el asa de siembra hasta incandescencia y se deja enfriar b. El tubo se destapa c. Se pasa el extremo del tubo por la llama d. Se extrae la muestra con el asa esterilizada e. Se vuelve a flamear la boca del tubo y la muestra se deposita en un medio estéril f. Se vuelve a tapar el tubo y se calienta el asa de nuevo al final

33. 2. Siembra en estrías Se esteriliza el asa y luego se toma una muestra del tubo Crecimiento de colonias confluentes al comienzo de la siembra por estría Colonias aisladas al final de la siembra por estría Se realiza una siembra por estría en una placa de agar con medio estéril. Después de una estría inicail Se hacen estrías en ángulo BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS 1. Dilución y siembra por extensión en superficie 3. Dilución y siembra en profundidad

34. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS

35. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS

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37. BIOLOGÍA DE PROCARIOTAS Morfología y crecimiento de las colonias Las colonias son masas visibles de células que se forman por división de una o varias células. El desarrollo de colonias sobre superficies de agar permite al microbiólogo identificar las bacterias porque las especies forman a menudo colonias con una forma y aspecto característico. El tamaño, forma, textura y color de una colonia es propio de cada organismo. La morfología de la colonia de una bacteria puede variar según el medio en que crezca la bacteria.