Licenciatura en LaboratorioClínicoProf. Adj. Lic. Natasha Soca

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Es el estudio de las funciones de los Es el estudio de las funciones de los organismos teniendo en cuenta que:organismos teniendo en cuenta que:los procesos de la vida estlos procesos de la vida estáán mediadosn mediadospor sus estructuras, relacipor sus estructuras, relacióón estructuran estructura--funcifuncióón.n.

Fisiología

� La función fundamental de todo ser vivo es el crecimiento.

� Crecimiento consiste en aumentar en forma ordenada el número y la masa de todos sus componentes celulares.

Fisiología

Componentes celulares:

� pared celular

� membrana citoplasmática

� ácidos nucleicos (ADN y ARN)

� flagelos

� fimbrias

FisiologíaLa composición de las estructuras celulares comprende macromoléculas de:

proteínas

polisacáridos

lípidos

ácidos nucleicos

FisiologíaEs el estudio de las funciones de las bacterias.

Es el proceso por el que los seres vivos toman

del medio donde habitan las sustancias químicas que necesitan para crecer

(nutrientes).

Nutrientes que se requieren para:

� Fines energéticos

� Fines biosintéticos

Las bacterias son muy eficientes fisiológicamente.

Sintetizan en forma muy rápida sus componentes celulares, siendo la mayoría autosuficientes a pesar de su simpleza estructural .

Para que esto ocurra se desencadenan una serie de procesos químicos que constituyen el metabolismo bacteriano

De acuerdo a sus requerimientos y el tipo de nutrición los podemos clasificar

Existen condiciones apropiadas para el crecimiento bacteriano :

Humedad

Oxígeno

PH

Temperatura

NUTRIENTESLos nutrientes son la fuente de energía necesaria para la vida de los microorganismos.

Temperatura

Influye en la velocidad de crecimiento.

NUTRICIÓN

Agua

Más del 80% de la composición celular bacteriana es agua.

Es el solvente universal

Cumple una función tampón

Actúa como coenzima de enzimas

hidrolazas.

Fuente de Carbono:Todos los compuestos orgánicos poseen carbono.

Fuentes más simples de carbono:

� CO2

� CH4

Fuentes más complejas:

• aminoácido

• hidratos de carbono

• lípidos

NUTRICIÓN

NUTRICIÓN

De acuerdo a la fuente de carbono utilizada las bacterias seclasificadas como :

Autótrofas

Heterótrofas

NUTRICIÓN

� Bacterias autótrofas son aquellas bacterias que utilizan como fuente de carbono sustancias simples como CO2 y CH4.

� Bacterias heterótrofas son aquellas que

requieren macromoléculas orgánicas como fuente de carbono tales como los

hidratos de carbono

NUTRIENTESClasificación :

�1-Macronutrientes: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

�2.-Micronutrientes: fósforo, potasio, azufre, magnesio.

�3.-Vitaminas y hormonas

�4.-Elementos traza: zinc, cobre, manganeso, molibdeno, cobalto.

Nitrógeno.� Todos los organismos requieren N2.

� Es metabolizado y entra a formar parte de las proteínas, ácidos nucleicos y polímeros de la pared celular.

� Fuentes de nitrógeno � N2atmosférico

� Compuestos inorgánicos como nitratos, nitritos o sales de amonio

� Compuestos nitrogenados orgánicos como son los aminoácidos o péptidos.

NUTRICIÓN

NUTRCIÓN NITRÓGENO

� Elemento fundamental.

� Componente principal de proteínas y ácidos nucleicos.

� Constituye el 10% del peso seco de la bacteria.

� El N2 en el interior de la célula se encuentra como grupo amino (R-NH2)

� Las bacterias lo pueden adquirir en forma de NO3, NO2, N2, NH4, RNH2.

NUTRCIÓN

NITRÓGENO

� La urea es el principal producto de excreción

del metabolismo proteico en mamíferos.

Es inestable.

Se descompone rápidamente a amoniaco (NH3), compuesto volátil .

NUTRCIÓN

NITRÓGENO

Las bacterias nitrificantes del suelo son las que por oxidación lo llevan a NO3 no volátil.

Este NO3 puede ser captado por las plantas y transformado a compuestos orgánicos.

Las bacterias desnitrificantes reducen el NH3 a N2, en regiones anaeróbicas del suelo liberándolo a la biosfera

NUTRCIÓN

AZUFRE - S

� Es utilizado por la bacteria para sintetizar aminoácidos cisteína, cistina y metionina.

� También, forma parte de vitaminas

como biotina y tiamina.

� La mayoría de las bacterias son capaces de

obtener S a partir de SO4 y lo reducen a H2S.

Generalmente es transportado por una molécula de O acetil serina.

Iones inorgánicos (P, K, Mg)

� Fósforo es esencial en estructuras como ácidos nucleicos, ATP, fosfolípidos de membrana y algunas coenzimas, como NAD y FAD.

� Se utiliza como cofactor de reacciones enzimáticas donde actúa el ATP.

� P puede ser captado como fosfato o P libre (Pi).

� Se puede utilizar fosfato orgánico como son los glicerofosfatos y fosfolípidos.

Iones inorgánicos (P, K, Mg)

� Potasio. K

El ión K actúa como coenzima y probablemente como catión en la estructura de RNA y otras estructuras aniónicas celulares.

� Magnesio. Mg

Se utiliza como cofactor de reacciones

Enzimáticas donde actúa el ATP.

Elementos traza u oligoelementos Fe, Cu, Mo, Zn

� Son elementos que las bacterias requieren en cantidades muy pequeñas

� Generalmente, basta con la cantidad que contiene el H2O u otros elementos del medio.

� Fe - existen en las bacterias moléculas transportadoras de Fe denominadas sideróforos, que compiten con la lactoferrina y transferrina del hospedero.

� Ejemplo- E. coli tiene un operón que codifica para el sideróforo entero-quelina y para una proteína de membrana actuando como un receptor que capta las deficiencias de Fe del ambiente.

Factores de crecimiento� Son moléculas orgánicas específicas

indispensables para la vida de la bacteria pero que esta es incapaz de sintetizarlas orgánicas.

� Ej : coenzimas o sus precursores, bases nitrogenadas, aminoácidos.

� Ej: precursores, aminoácidos, vitaminas, colesterol.

� Estos compuestos hay que aportarlos

al medio, puesto que su carencia no es compatible con la vida bacteriana

ENZIMAS� Como los catalizadores sintéticos, las

enzimas, aceleran las reacciones químicas sin alterarse.

� Las enzimas normales dejan de trabajar cuando se exponen al calor o a otras circunstancias extremas.

� Permaneciendo activas cuando otras fallan.

� Como es un catalizador la enzima no se consume, acelerando la velocidad de reacción sin modificar la posición de equilibrio.

� Propiedades

1-Capaces de acelerar las reacciones en las condiciones suaves de la célula.

2-Alto poder catalítico por su gran actividad molecular, aceleran las reacciones más de 1000 veces.

ENZIMAS -extremoenzimas� Son catalizadores biológicos que ayudan a los

extremófilos a funcionar en las circunstancias de su entorno (se las llama "extremozimas").

� Las enzimas de los extremófilos aumentan la eficacia y reducen el costo.

� Pueden ser la base de procesos nuevos basados en enzimas.

VITAMINASClasificación � Hidrosolubles

Excepto el ácido ascórbico son necesarias para el crecimiento de las bacterias.

La mayor parte son componentes de coenzimas.

� Liposolubles

Son necesarias excepto A , D y E

CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMASDe acuerdo al lugar de acción:

. Endoenzimas-son aquellas enzimas que actúan en el interior de la célula

Ej. oxidasas, reductasas.

. Exoenzimas-son enzimas que siendo sintetizadas en el interior de la célula para ejercer su función deben ser exportadas al medio exterior.

� Las exoenzimas, son exportadas:

� Al medio extracelular (Gram+)

� Al espacio periplásmico (Gram(-).

� La función principal es degradar macromoléculas, las que por su tamaño no atraviesan las capas superficiales de la célula procariótica.

Características de las enzimas� No catalizan en reacciones de naturaleza

distinta.

� No puede unirse con cualquier sustrato.

� Hay más específicas que otros.

� La especificidad puede ser tan alta que se distinga entre estereoisómeros.

� Debido a la especificidad se pueden catalizar muchas reacciones a la vez .

CLASIFICACION DE LAS ENZIMAS

�Pueden ser clasificadas considerando sí su síntesis es o no modificada por el medio ambiente en :

�CONSTITUTIVAS

�INDUCIDAS

� Constitutivas -son aquellas cuya síntesis es independiente del medio externo. Se sintetizan siempre.

� Ej. enzimas que degradan la glucosa.

Enzimas Inducidas� Son aquellas cuya síntesis depende de la

presencia o ausencia del sustrato en el medio

Ej. β-galactosidasa, la cual actúa sobre la lactosa. Sólo es sintetizada cuando existe lactosa en el medio .

Las bacterias son metabólicamente eficientes ya que la mayoría de sus enzimas son inducidas

NUTRICIÓN��Fuente de :Fuente de :

◦◦ energenergíía: luz vs qua: luz vs quíímicamica

◦◦ carbono: orgcarbono: orgáánica vs inorgnica vs inorgáánicanica

Dadores de H2 y receptores de H2

� Las bacterias realizan su metabolismo en base a reacciones químicas, obteniendo energía fundamentalmente por óxido-reducción.

Necesitan sustratos oxidables y aceptores finales de electrones.

Ej.: glucosa, como dador de electrones y O2, como receptor de éstos.

Temperatura

� Las bacterias se pueden clasificar en

3 grandes grupos, según su temperatura óptima de crecimiento:

� Psicrófilas 10 – 20 ºC (15 ºC)

� Mesófilas 20 – 40 ºC (35 ºC)

� Termófilas 50 – 60 ºC (55 ºC)

TEMPERATURA DE CRECIMIENTO

� Presentan un estrecho rango de crecimiento optimo.

� Una temperatura mínima de crecimiento y

una máxima.

Requerimientos de Oxígeno

� Se clasifican en:

� Aeróbicas: Requieren de O2para su desarrollo.

�Anaeróbicas: crecen en ausencia de O2

�Microaerofílicas : crecen mejor con tensiones bajas de O2

Fisiología Requerimientos de O2

• Aerobios Estrictos Son aquellas bacterias en que el aceptor

final de electrones es el O2

• Anaerobios Estrictos Aquellos microorganismos en que el aceptor

final es una molécula inorgánica, como SO4 o NO3.

No utilizan O2 (éste es tóxico) ya que carecen de la capacidad de sintetizar catalasas , superóxido dismutasa

•

Anaerobios Facultativos

.Pueden vivir con O2 y sin O2

� Si están en un medio con O2(aerobio), lo utilizan como aceptor final de electrones, forman ATP

por fosforilación oxidativa y si las condiciones del medio cambian y se termina el O2, son capaces de cambiar todo su patrón enzimático relacionado con la respiración.

� E. coli es capaz de sintetizar 50 enzimas nuevas en pocos minutos para seguir la vía anaeróbica.

Fisiología Requerimientos de O2

� Bacterias microaerófilas

Si bien pueden utilizar el O2, sólo lo toleran cuando su concentración es más baja que la del aire (<21%).

Por su limitada capacidad de respirar o porque contienen alguna molécula o enzima sensible al O2.

Bacterias capnófilas

Para crecer en forma óptima necesitan de elevadas concentraciones de CO2

Ejemplo:

Haemophilus sppNeisseria spp.

PH�En el interior de la bacteria el pH es

normalmente neutro debido al eficiente sistema de membrana de las bacterias.

� La mayor mayoría de las bacterias pueden soportar cambios de PH de entre 3 y 4 unidades de PH.

Según su PH se clasifican en :

� Alcalófilas

� Neutrófilas

� Acidófilas

� La mayoría de las bacterias de interesmedico son neutrófilas.

� Excepciones:

� Lactobacillus spp, acidófilo que crece a pH = 4.5

� Vibrio cholerae, alcalófilo que puede vivir a pH 9.

OSMOLARIDAD

� Tienen una tolerancia osmótica importante, lo que les permite soportar grandes cambios de osmolaridad, gracias a la PARED CELULAR que constituye una importante barrera.

� Bacterias halófilas extremas- soportan hasta un 30% de sales.

� Bacterias halófilas corrientes que soportan entre 2 a un 10% de concentración de sal, Ej.: Staphyloccus aureus.

Requisitos para el crecimiento bacteriano

� Agua- ambiente acuoso

� Fuente de energía

� Fuente de carbono –

– luz Fotòtrofo– química Quimiòtrofo

Compuestos orgánicos OrganotrofoCompuestos inorgánicos

Litotrofo

ClasificaciónAutótrofo Fuente de Carbono CO2

Heterótrofo Fuente de Carbono materia orgánica

Fotótrofos Fuente de energía la luz

Quimiótrofos Fuente de energía compuesto orgánico

La mayoría de las bacterias patógenas para el hombre son heterotrófas.

Clasificación

Precursores� Proteínas aminoácidos flagelos, pili,

citoplasma, membrana, enzimas citoplasmáticas y pared celular.

� Polisacáridos azúcares carbohidratos cápsula , pared celular

� Lípidos ácidos grasos – membranas

� Ácidos nucleicos nucleótidos DNA, RNA, plásmidos y citoplasma

� CARBONO Es el esqueleto de los carbohidratos ,lípidos y proteínas.

� NITRÓGENO entra a formar parte de proteínas, Ácidos nucleicos y polímeros de la pared celular, al ser metabolizado.

� La fuente puede ser el N2 atmosférico, nitritos, nitratos, sales de amonio, aminoácidos y péptidos.

CRECIMIENTO

BACTERIANO

Crecimiento bacteriano

• El crecimiento bacteriano es autolimitante

• Multiplicación de 3 a 5 no /hrs , llegando a un numero y tamaño máximo.

• Fases:

Fase de latencia o retraso

Fase logarítmica o exponencial.

Fase estacionaria.

Fase de regresión o muerte

Fase de retraso:

� Aprox. 4 horas.

� Las bacterias tienen una gran actividad

metabólica.

� No hay división, por lo tanto

su n º no aumenta

Fase logarítmica:� Después de 6 h aprox.

� Hay crecimiento exponencial, en donde las bacterias se dividen en forma constante y máxima.

� Las diferente poblaciones bacterianas poseen una tasa de crecimiento característica que depende de la tº y los nutrientes que el medio le esta entregando.

� Liberación de exotoxinas.

Fase estacionaria

� Acumulación de deshechosmetabólicos y disminución de los nutrientes.

� Iguala la tasa de crecimiento con la de muerte.

Fase de muerte:

� Las bacterias dejan de multiplicarse y mueren

con el tiempo.

� Hay terminación de nutrientes, acumulación de material de desecho y disminución del espacio físico.

� Esta curva solo se produce en condiciones de cultivos cerrados.

Bibliografía� Murray P, Kobayasshi G, Pfaller M. and Rosenthal K. 1997

� Brooks GF, Butel JN, Ornston NL, Jawetz E. Melnick J. Adelberg E. 1992.

Microbiología Médica.

� Temas de Bacteriología y Virología Médica -Departamento de Bacteriología y Virología .Instituto de Higiene . Facultad de Medicina. UDELAR-Oficina del Libro