NUTRICION Y METABOLISMO BACTERIANO Licda. Marina Lilian Mena Zablah CICLO I-2013 Licda. Marina Lilian Mena Zablah

Objetivos específicos : Que al finalizar la clase los estudiantes tengan la capacidad de : Explicar las características generales de las bacterias, hongos y parásitos Describir las diferentes vías metabólicas para obtener energía Describir los tipos de nutrientes y su función en el crecimiento bacteriano Explicar la influencia de los factores que intervienen en el crecimiento y desarrollo de los microorganismos Definir en qué consiste un medio de cultivo y la clasificación general Describir la curva de crecimiento bacteriano y los eventos que acontecen en cada fase Establecer diferencias en los tiempos de generación de las bacterias Explicar las características metabólicas generales de las bacterias en la biosíntesis y el crecimiento de las mismas Vías biosintéticas de cápsula, LPS, péptidoglicán Describirn

Composición bioquímica de los parásitos Los parásitos tienen la misma constitución que las células eucariotas, pero se destacan por su alto contenido de hidratos de carbono . El principal de estos en los helmintos y protozoos es el glucógeno, que será utilizado para los procesos energéticos cuando aquellos viven en un hábitat pobre de oxígeno.

Metabolismo energético y respiración La actividad metabólica en los protozoos se efectúa mediante las formas vegetativas, denominadas trofozoitos. En muchos casos éstos dan lugar a quistes que son formas de resistencia y multiplicación, y se caracterizan por su inmovilidad y metabolismo bajo.

Bacterias, levaduras, algas, otros protozoos, sustancias disueltas en su medio. se alimenta de sustancia animal muerta. autótrofos Heterótrofa por ingestión (a nivel celular, por fagocitosis y pinocitosis Metabolismo aerobio

Los helmintos poseen una envoltura cutaneomucosa, pueden tener aparato digestivo o no, y ser hermafroditas o mostrar sexos separados. Muchos de ellos tienen órganos especializados para succionar o atacar al huésped

Hongos : heterótrofos Estructura de una bacteria

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. Monómeros Macromoléculas Estructuras celulares Monosacáridos Aminoácidos Ácidos grasos Bases nitrogenadas Polisacáridos Proteínas Lípidos Ácidos nucleicos Pared celular Glicocàlix Membrana Ribosomas Flagelo Pelos y fimbrias Enzimas Membranas Cromosoma Plásmidos

Nutrición microbiana macronutriente :Carbono 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 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.

Nitrògeno 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 utilizar NH3 como única fuente de N, y otras muchas pueden utilizar NO3- .  

El P se presenta en la naturaleza en forma de fosfatos orgánicos e inorgánicos, ATP La célula necesita P para la síntesis de ácidos nucleicos y fosfolípidos. El S es un componente de los aminoácidos cis y met y se encuentra en algunas vitaminas, como tiamina, biotina, ácido lipoico y Coenzima A. La mayoría del S celular procede de fuentes inorgánicas, ya sean sulfatos o sulfuros. . El Mg funciona como estabilizador de los ribosomas, las membranas celulares y los ácidos nucleicos. También se necesita para la actividad de muchas enzimas.

El K es necesario para todos los organismos El K es necesario para todos los organismos. Es cofactor de muchas enzimas El Ca ayuda 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), El Fe es fundamental en la respiración celular forma parte de los citocromos y de proteínas que contienen Fe y S ( azufre ) implicados en el transporte de electrones. Para obtener el Fe de tales minerales, las células producen agentes quelantes llamados sideróforos que solubilizan el Fe y lo introducen en la célula.

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 ultrapura se añade al medio una pequeña cantidad de una solución de metales traza.  

Factores de crecimiento 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 incapaces 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 parte de coenzimas. Las principales vitaminas requeridas por los microorganismos son: tiamina (vitamina B1) biotina, ( vitamina B8 ) piridoxina (vitamina B6) y cianocobalamina (vitamina B12)  

FACTORES AMBIENTALES Ph : acidófilos 3.0 6.5 neutralófilos 6 – 8 7.5 alcalófilos 10.5 9.6 Regulación del pH interno Regulación del sistema de protones ( bomba ) Intercambiador de Na+ / H+

Temperatura Psicrófilas < 20 ºC Mesófilas 30 – 37 º C Termófilas 50 – 60 º C Estenotermófilas >60ºC Reacciones químicas : crecimiento Proteínas de choque por calor Calor : destrucción de m.o Choque por frío: enfriamiento rápido

2: Anaerobio facultativo atmósfera Aerobios obligados : Mycobacterium tuberculosis Anaerobios facultativos: Escherichia coli Microaerofílicos : Campylobacter Anaerobios estrictos :Clostridium perfringens 1: Aerobio obligado 2: Anaerobio facultativo 3: microaerofílico 4: anaerobio estricto

Enfermedades producidas por aerobios facultativos Anaerobios y microaerófilos requieren de condiciones especiales Técnicas para demostrar su presencia

concentración osmótica Osmófilos requieren presiones osmóticas altas halófilos

MEDIOS DE CULTIVO Soluciones de nutrientes utilizados para propagar microorganismos en el laboratorio

Medios de cultivo 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 Escherichia coli 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

Glucosa 15 g Extracto de levadura 5 g Peptona 5 g KH2PO4 2 g Medio complejo para Escherichia coli Glucosa 15 g Extracto de levadura 5 g Peptona 5 g KH2PO4 2 g Agua destilada 1000 ml pH7 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.

El agar se utiliza para dar consistencia a los medios de cultivo y observar la formación de colonias. Los medios generales mantienen el crecimiento de muchos microorganismos. Ej., el caldo y agar nutritivo Medios enriquecidos Se añaden nutrientes especiales para mantener el crecimiento de microorganismos exigentes. Ej., el agar sangre Medios selectivos Favorecen el crecimiento de microorganismos particulares. Ej Agar MacConkey. Contienen colorantes y sales biliares que inhiben el crecimiento de las bacterias Gram positivas. Medios diferenciales Medios que diferencian entre grupos distintos de bacterias e incluso permiten una identificación tentativa de los m.o Tipos de medios de cultivo

CULTIVO DE MICROORGANISMOS

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

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. La morfología de la colonia de una bacteria puede variar según el medio en que crezca la bacteria.

CURVA DE CRECIMIENTO BACTERIANO log. nùmero de cèlulas viables TIEMPO

Reproducción de las bacterias por fisión binaria Tiempo de generación o de duplicación: tiempo requerido para la duplicación Escherichia coli cada 15 minutos Mycobacterium tuberculosis cada 18 horas

METABOLISMO BACTERIANO Crecimiento bacteriano requiere. Materia prima Fuente de energía : ATP Degradación de CHO, lípidos, proteínas Catabolismo anabolismo

METABOLISMO PRODUCTOR DE ENERGIA En los seres vivos, la utilización de la energía potencial contenida en los nutrientes se produce por reacciones de oxido-reducción. Hay sustancias que ceden e- (dadoras) y otras que los aceptan (aceptoras). En las bacterias de interés médico los sistemas de oxido-reducción que transforman la energía química de los nutrientes en una forma biológicamente útil, incluyen la fermentación y la respiración. Bacterias fotosintéticas

Metabolismo productor de energía Fosforilación del sustrato Fuerza motriz protónica La misión de la cadena transportadora de electrones es la de crear un gradiente electroquímico para la síntesis de ATP La fosforilación más importantes para el metabolismo es la fosforilación del ADP ADP + P → ATP + H2O

La cadena respiratoria se realiza en las membranas de las mitocondrias de las células, o en la membrana externa de las bacterias. Cuando los átomos de hidrógeno , electrones que provienen de ellos van hacia el oxígeno liberan una cantidad de energía, para mover hidrogeniones (H+) de un lado al otro de las membranas.

Metabolismo productor de energía Glucosa Respiración ( aerobia, anaerobia ) fermentación Metabolismo de la glucosa Vía glucolítica Emden Meyerhoff Pentosas fosfato

Glucólisis

Rol central del piruvato en las fermentaciones

Respiración CO2 y agua Cadena de electrones Aceptores : oxígeno ( aerobia ) nitratos, sulfatos, CO2 ( anaerobia ) ácido pirúvico : CO2 , agua ( ciclo de Krebs ) CICLO DE KREBS Principal mecanismo en la generación de ATP Oxidación completa de aa, CHO, ácidos grasos Proporciona productos metabólicos para la biosíntesis de aa, lípidos, purinas y pirimidinas

Ciclo de Krebs

Vía de las pentosas fosfato Proporciona precursores NADPH Enzimas transcetolasas y transaldolasas Generan azúcares para biosíntesis o producción de energía

Vía de las pentosas fosfato

Pseudomonas Rhizobium Agrobacterium Muy pocos Gram positivos Vía de Entner-Doudoroff. Desde GAL-3P hasta Piruvato es catalizado por enzimas comunes a la vía Glicolítica.

Biosíntesis Polimerización de elementos bioquímicos Preformados en el medio, síntesis ATP, coenzimas Síntesis del péptidoglucano LPS, gránulos de reserva Ácidos nucléicos inicia con la ribosa -5- fosfato de la ruta de las pentosas

Los azúcares requeridos para la biosíntesis son hexosas (glucosa es la utilizada más comúnmente) y pentosas (ribosa y desoxirribosa son componentes de los ácidos nucleicos). La glucosa‑6‑fosfato es el compuesto clave en la síntesis de polisacáridos, al convertirse en uracilo‑difosfoglucosa (UDPG), a partir del cual se formarán las macromoléculas del peptidoglicano y los polisacáridos de reserva (almidón y glucógeno).

Vías biosintéticas Glucosa-6 fosfato - polisacáridos - ácidos nucléicos - tirosina -cisteína - triptófano - lípidos

Fosfoenolpiruvato Glicina Cisteína Polisacáridos Alanina Lípidos Oxalacetato Asparagina Treonina Pirimidinas ácidos nucléicos Alfa cetoglutarato Lisina Glutamina Arginina prolina

Metabolismo bacteriano y avances en el desarrollo de la Microbiología Clínica cultivo de una bacteria en un tubo con medio líquido (preferentemente caldo con tioglicolato) algunas especies del género Clostridium

La mayoría de las bacterias fermentadoras de la glucosa, desarrollan las denominadas vías ácido‑mixta y/o butilenglicólica (reacción de Voges‑Proskauer). Detección de los enzimas catalasa y citocromooxidasa. Detección de nitrato y nitrito reductasas.

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