Fisiología microbiana Nutrición Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia

Fundamentos de la nutrición Para crecer, los microorganismos deben tomar del ambiente todas las sustancias para la generación de energía. Estas sustancias se denominan nutrientes. Sin embargo, los microorganismos son extraordinariamente diversos en cuanto a sus propiedades fisiológicas específicas y, por consiguiente, en cuanto a sus requerimientos de nutrientes específicos. La composición química de las células, bastante constante en todo el mundo vivo, da indicios de los principales materiales requeridos para el crecimiento: Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia

Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia El agua supone entre el 80 y 90% del peso seco total de las células y por lo tanto, en términos cuantitativos es siempre el principal nutriente esencial. La materia sólida de las células contiene además de hidrógeno y oxígeno (que pueden derivarse metabolicamente del agua), carbono, nitrógeno, fósforo y azufre. Estos seis elementos suponen alrededor del 95% del peso seco de la célula, en la fracción restante se incluyen muchos otros elementos. Los estudios de nutrición demuestran que el potasio, magnesio, calcio, hierro, manganeso, cobalto, cobre, molibdeno y zinc, son requeridos por casi todos los organismos. Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia

Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia Elemento % del peso seco Carbono 50 Oxígeno 20 Nitrógeno 14 Hidrógeno 8 Fósforo 3 Azufre 1 Potasio Sodio Calcio 0,5 Magnesio Cloro Hierro 0,2 Todos los demás Aprox. 0,3 Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia

Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia Elemento Funciones fisiológicas Hidrógeno Constituyente del agua celular, materiales celulares orgánicos Oxígeno Constituyente del agua celular, materiales celulares orgánicos. Como O2 aceptor de electrones en la respiración de los aerobios. Carbono Constituyente del agua celular, materiales celulares orgánicos. Nitrógeno Constituyente de proteínas, ácidos nucleicos, coenzimas. Azufre Constituyente de proteínas (como aminoácidos cisteína y metionina); de algunos coenzimas (CoA, cocarboxilasa) Fósforo Constituyente de ácidos nucleicos, fosfolípidos, coenzimas. Potasio Uno de los principales cationes inorgánicos de las células, cofactores de algunos enzimas. Magnesio Importante catión celular, cofactor inorgánico en muchas reacciones enzimáticas, incluyendo aquellas que requieren ATP; funciona uniendo los enzimas a los substratos. Constituyente de las clorofilas. Manganeso Cofactor inorgánico de varios enzimas, a veces reemplazando al Mg. Calcio Importante catión celular, cofactor de algunos enzimas (ej. Proteinasas) Hierro Constituyente de citocromos y otras hemo o no hemoproteínas, cofactor de cierto número de enzimas. Cobalto Constituyente de la vitamina B12 y de sus coenzimas derivados Cobre, zinc, níquel, molibdeno Constituyentes inorgánicos de enzimas especiales. Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia

Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia Vitaminas Coenzima Reacciones enzimáticas que implican la forma de coenzima Acido nicotínico (niacina) Coenzimas de piridín-nucleótido (NAD+ y NADP+) Deshidrogenaciones Riboflavina (vitamina B2) Flavina-nucleótido (FAD y FMN) Algunas deshidrogenaciones, transporte de electrones Tiamina (vitamina B1) Pirofosfato de tiamina (cocarboxilasa) Descarboxilaciones y algunas reacciones de transferencia de grupos Piridoxina (vitamina B6) Piridoxal fosfato Metabolismo de aminoácidos: transaminación, desaminación, descarboxilación Acido pantoténico Coenzima A Oxidación de cetoácidos, metabolismo de ácidos grasos Acido fólico Acido tertahidrofólico Transferencia de unidades de un carbono Biotina Fijación de CO2, transferencia de carboxilos Cobalamina (vitamina B12) Diversos derivados de la cobalamina Reacciones de reordenación molecular Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia

Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia Todos los elementos metálicos requeridos pueden proporcionarse como nutrientes en forma de cationes de sales inorgánicas. El potasio, el magnesio, el calcio y el hierro se requieren en cantidades relativamente grandes y deberían incluirse siempre como sales, en los medios de cultivo. Los requerimientos cuantitativos de manganeso, cobalto, cobre, molibdeno y zinc son muy pequeños, con frecuencia se hace referencia a ellos como elementos traza o micronutrientes. Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia

Categorías de nutrición entre los microorganismos Autótrofos Usan nutrientes completamente inorgánicos Heterótrofos requieren necesariamente nutrientes orgánicos Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia

Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia Fotoautótrofos Utilizan la luz como fuente de energía y el CO2 como fuente principal de carbono. Esta categoría incluye la mayoría de los organismos fotosintéticos. Fotoheterótrofos Utilizan la luz como fuente de energía y compuestos orgánicos como fuente principal de carbono. Están incluidas algunas de las bacterias rojas y verdes. Quimioautótrofos Utilizan una fuente de energía química y CO2 como fuente principal de carbono. Obtienen energía por oxidación de compuestos inorgánicos reducidos tales como NH4, NO2, H2, de formas reducidas del azufre H2S, S, S2O3 o el ión ferroso. Como resultado de su capacidad distintiva en medios estrictamente minerales, en ausencia de luz, estos organismos son denominados a veces quimiolitótrofos. Quimioheterótrofos Usan una fuente química de energía y un substrato orgánico como principal fuente de carbono. En este caso tanto la energía como el carbono pueden obtenerse usualmente del metabolismo de un único compuesto orgánico. Están incluidos los animales metazoos, los protozoos, los hongos y la gran mayoría de las bacterias. Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia

Requerimientos para el crecimiento microbiano Los requerimientos para el crecimiento microbiano pueden dividirse en dos categorías: físicos y químicos. Los aspectos físicos incluyen la temperatura, el pH y la presión osmótica. Los requerimientos químicos el agua, as fuentes de carbono y nitrógeno, las sustancias minerales, el oxígeno y los factores orgánicos de crecimiento. Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia

Requerimientos físicos Temperatura Los microorganismos crecen bien a las temperaturas normalmente adecuadas para los animales superiores. Sin embargo, ciertas bacterias son capaces de crecer a temperaturas extremas tanto de frío como de calor, que en muchos casos no permitirían la supervivencia de la mayoría de los organismos superiores. Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia

Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia Sicrófilos: microorganismos adaptados a bajas temperaturas (menos de 20ºC) Mesófilos: adaptados a temperaturas moderadas (25 y 40ºC) Termófilos: adaptados a altas temperaturas (50 y 60 ºC) Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia

Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia pH La mayoría de bacterias crecen mejor en un estrecho margen de pH cercano a la neutralidad entre 6,5 y 7,5. Muy pocas bacterias crecen a pH inferiores a 4,0 Los mohos y las levaduras crecen crecen dentro de un intervalo de pH menor que las bacterias habitualmente entre 5 y 6 Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia

Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia Presión osmótica Los microbios obtienen casi todos los nutrientes disueltos en el agua que los rodea. Por lo tanto necesitan agua para su crecimiento ya que, de hecho, están formados por 80 a 90% de agua. Las presiones osmóticas elevadas producen un efecto de eliminación del agua necesaria para la célula. Cuando una célula microbiana está en una solución cuya concentración de solutos es mayor que la de la célula (es hipertónica), el agua intracelular sale a través de la membrana citoplasmática hacia la zona de mayor concentración salina. La pérdida osmótica de agua produce plasmólisis. Las bacterias adaptadas a altas concentraciones salinas son conocidas como halófilas. Si la presión osmótica es baja (hipotónica), el agua tiende a entrar en la célula. Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia

Requerimientos químicos Carbono Fuente importante de la materia viva Nitrógeno, azufre y fósforo Importantes para la síntesis de material celular (aminoácidos, proteínas, ADN, ARN, ATP, vitaminas) Oligoelementos Los microorganismos requieren cantidades pequeñas de otros elementos minerales como hierro, cobre, molibdeno, zinc, magnesio, etc). La mayoría son esenciales para la actividad de algunas enzimas actuando normalmente como cofactores. Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia

Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia Oxígeno Muchos microorganismos utilizan oxígeno molecular. Aerobios obligados Necesitan oxígeno para vivir Anaerobios facultativos Pueden crecer en ausencia o presencia de oxígeno Anaerobios obligados El oxígeno es mortal para ellos. Blgo. Héctor E. Garay Montañez Q.F. Jéssica N. Bardales Valdivia