Factores ambientales

EFECTO DEL pH SOBRE LOS MICROORGANISMOS Acidófilos:intervalos de 2-5 Acidófilas obligadas Thiobacillus y Archaea que incluyen Sulfolobus y Thermoplasma Alcalófilos intervalos de 10-11 género Bacillus Neutrófilos intervalos de 6-8

Existen tres tipos de aditivos ácidos: 1. Acidos fuertes (e.g., ácidos clorhídrico y fosfórico) aumenta la concentración externa de protones, acidificando el pH interno. 2. Acidos débiles acidifican el pH interno inhibiendo el transporte de nutrientes, además el transporte de aniones afecta el metabolismo de m.o. 3. Iones potenciados por ácido como sulfito y nitrito son más inhibitorias a pH bajos.

H+ HA H++A- H++A- HA H+ H+ H+ H+ H+ HA H++A- H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ HA H++A- H+ H+ H+ HA H++A- HA H++A-

H+ HA H++A- H++A- HA H+ H+ H+ HA H+ A- A- H+ H+ HA H++A- H+ H+ H+ H+ HA H++ A- HA H++A-

Influencia del tipo de ácido, pH del medio de cultivo y pH interno de las levaduras pH del pH interno Buffer medio 1 min 10 min Acetato 6.2 6.1 6.2 Fosfato 6.2 6.2 6.3 Acetato 4.2 4.9 5.1 Fosfato 4.1 5.7 5.8 Acetato 3.0 4.3 4.3 Fosfato 3.0 6.5 5.5-6.5

Mecanismos Desnaturalizar o al menos inhibir la actividad de enzimas y moléculas ácido-lábiles como el ATP y DNA. Las concentraciones de hidrógenos afectan el estado iónico del m.o. Las enzimas ligadas a membrana regulan el tamaño y variación del flujo de protones para proveer nutrientes y energía.

Mecanismos Bajo condiciones adversas, a pH ácidos, los procesos productores de energía situados en la membrana celular pueden revertir y bombear protones del interior de la célula, de tal forma que las reacciones enzimáticas puedan llevarse a cabo a condiciones neutras. Se distinguen dos factores a ser regulados: El flujo de protones entre el interior de la célula y el ambiente y, La concentración interna de H+. El balanceo de esos 2 factores juega un papel en determinar la economía de la célula (Brown, M.H. y Mayes, T. 1980 The Growth of microbes at low pH values. En: Microbial growth and survival in extremes of environment. Gould, G.W. y Corry, J.E.L. (eds.) Ed. Academic Press. Estados Unidos. 71-98 pp.)

EFECTO DE LA CONCENTRACION DE SOLUTOS SOBRE LOS MICROORGANISMOS Mecanismos de transporte Osmoregulación: mantienen las concentraciones de solutos a valores óptimos para la actividad microbiana.

Presión osmótica

¿Qué le pasa a la célula en altas concentraciones de solutos ¿Qué le pasa a la célula en altas concentraciones de solutos? ¿Qué le pasa a la célula en bajas concentraciones de solutos?

Osmófilos m.o. que crecen en una elevada osmolaridad Halófilos altas concentraciones de sales no halófilos moderados extremos Sacarófilos

Tolerancia osmótica 1. Acumulación intracelular de potasio 2. Presencia de aminoacidos: prolina 3. Eliminación de putrescina bajo altas presiones osmóticas

Requerimientos de sodio Halófilo extremo 100 Actividad enzimática (%) No halófilo Concentración de sodio

EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS MICROORGANISMOS Termófilos:por arriba de 55°C Mesófilos: intervalos de 20-45°C Psicrófilos: crecen a 0°C Psicrotrofos: pueden crecer a 0°C

Ecuación de Arrhenius Log10n = -DH* + C 2.303 RT donde: n representa la velocidad de la reacción, DH* la energia de activación de la reacción, R la constante de los gases y T la temperatura en grados Kelvin. De ahi que la representación gráfica de la velocidad de una reacción química en función de T-1 es una línea recta con pendiente negativa.

Ecuación de Arrhenius Log10n 1/°K

Representación de Arrhenius de la velocidad de crecimiento de E. coli

Velocidad de crecimiento Temperatura

Temperatura máxima Temperatura óptima Temperatura mínima

Estabilidad de las proteínas citoplasmiticas de bacterias mesofilas y termófilas a 60° C

Efecto de la temperatura de crecimiento sobre la cantidad de los principales ácidos grasos de E. coli (expresada como porcentaje de ácidos grasos totales) Temperatura de crecimiento Ácido graso 10°C 43°C ÁCIDOS GRASOS SATURADOS Miristico 3,9 7,7 Palmitico 18,2 48,0 ÁCIDOS GRASOS INSATURADOS Palmitoleico 26,0 9,2 Oleico 37,9 12,2 Procedencia: Datos de A. G. Marr y J. L. Ingranar4 <<Effect el Temperature on the Composition of Fatty Acids in E. coii». J. Bac

RELACIONES DE LOS MICROORGANISMOS CON EL OXIGENO La atmósfera actual de la Tierra contiene alrededor de un 20% (v/v) de oxígeno, un gas muy reactivo. Con excepción de muchas bacterias y unos pocos protozoos, gusanos y moluscos. todos los restantes organismos dependen de la disponibilidad del oxígeno molecular como nutriente.

Aerobios:requieren del oxígeno para desarrollarse CLASIFICACION DE LOS MICROORGANISMOS DE ACUERDO A SUS REQUERIMIENTOS DE OXIGENO. Aerobios:requieren del oxígeno para desarrollarse Microaerófilos: se desarrollan a concentraciones de oxígeno menores al atmósferico. Anaerobios Estrictos Facultativos

Toxicidad del oxigeno: mecanismos químicos Las oxidaciones de flavoproteinas por O2 conducen inevitablemente a la formación de un compuesto tóxico, H2O2, como producto principal. Estas oxidaciones (y probablemente otras oxidaciones u oxigenaciones catalizadas por enzimas) producen además pequeñas cantidades de un radical libre (superoxido lleva una carga negativa) mucho más tóxico. En los aerobios y anaerobios aerotolerantes, el enzima superóxido dismutasa impide la acumulación potencialmente letal de superóxido (O2°) al catalizar su conversión en oxigeno y peróxido de hidrógeno:

Tolerancia al oxigeno En los aerobios y anaerobios aerotolerantes, el enzima superóxido dismutasa impide la acumulación potencialmente letal de superóxido (O2°) al catalizar su conversión en oxigeno y peróxido de hidrógeno. Casi todos estos organismos contienen también el enzima catalasa, que descompone el peróxido de hidrógeno en oxígeno y agua. Existe un grupo bacteriano capaz de crecer en presencia de aire que no contiene catalasa (las bacterias del ácido láctico). Sin embargo, la mayoría de estos organismos no acumulan cantidades significativas de H2O2, puesto que lo descomponen por medio de peroxidasas. Otros emplean una reacción similar a la de la catalasa que depende de altas concentraciones intracelulares de Mn2+.

O2+e- O2-(radical superóxido) O2+e-+2H+ H2O2(peróxido de hidrógeno) H2O2+e-+H+ H2O + OH (radical hidroxilo)

2 O2- +2H+ superóxido dismutasa O2 + H2O2 2H2O2 catalasa 2 H2O + O2

Dlstribución de la superoxido dismutasa y de la catalasa en bacterias con diferente respuesta fisiológica al O2 Contiene Bacteria Superóxido dismutasa Catalasa Aerobios o anaerobios facultativos Escherichia coli + + Pseudomonas spp. + + Deinecoccus radiodurans + + Bacterias aerotolerantes Butyribacterium rettgeri + - Streptococcus faecalis + - Streptococcus lactis + - Anaerobios estrictos Clostridiam pasteurianum - - Clostridiam acetobutylicum - -

Efecto fotooxidante La toxicidad del O2 para los organismos vivos se intensifica enormemente si se exponen las células a la luz en presencia de aire y de unos pigmentos conocidos como fotosensibilizadores. La luz convierte el fotosensibilizador (F) en una forma muy reactiva conocida como estado de triplete (F*): Una reacción secundaria entre F* y O2 produce oxígeno en estado de sínglete (102). Al igual que el radical superóxido, el oxígeno en estado de sínglete (102) es un poderosa oxidante y su formación dentro de la célula es rápidamente letal.

Los carotenoides actuan como atenuadores del oxigeno en estado de síngulete, protegiendo así a la célula de la muerte fotodinámica. Esta función es de particular importancia en los fototrofos, ya que las clorofilas son poderosos fotosensibilizadores; el aparato fotosintético contiene invariablemente pigmentos carotenoideos. Su función para impedir las fotooxidaciones letales mediadas por las clorofilas fue demostrada por primera vez en la bacteria roja Rhodobacter sphaeroides, la cual crece fotosintéticamente bajo condiciones estrictamente anaeróbicas y puede crecer también aeróbicamente, a la luz o en la obscuridad.

Muchos microorganismos aeróbicos no fotosinteticos sintetizan también pigmentos carotenoideos, que son incorporados a la membrana celular y funcionan como atenuadores del oxígeno en estado de sínglete producido por pigmentos celulares fotosensibilizadores, como los citocromos.

Enzimas sensibles al oxígeno Muchas enzimas, especialmente las de anaerobios estrictos, son rápida e irreversiblemente desnaturalizadas por exposición al O2. Un ejemplo notable es la nitrogenasa. el enzima responsable de la fijación de nitrógeno.

Función de las oxigenasas en los microorganismos aeróbicos Aunque la función metabólica primaria del O2 en los aerobios estrictos es la de servir de aceptor terminal de electrones, funciona también como cosubstrato de enzimas que catalizan algunos pasos en la asimilación de compuestos aromáticos y alcanos. Estos enzimas se denominan oxigenasas e intervienen en la adición directa de uno o dos átomos de oxígeno al substrato orgánico. Un ejemplo es la rotura del anillo del catecol mediante oxigeno, un intermediario en la asimilación de muchos compuestos aromáticos.