INSTITUTO TECNOLOGICO DE CD.ALTAMIRANO

ASIGNATURA: MICROBIOLOGIA

UNIDAD 4: FISIOLOGIA Y METABOLISMO MICROBIANO

INGENIERÍA EN AGRONOMÍA GRUPO: 3A1 ALUMNO: JOSE LUIS SOTELO LEYVA

FACILITADOR:ERIKA OROPEZA BRUNO09 de diciembre de 2013

4.1 Estructura y función celular

Estructura.La célula se compone de tres partes fundamentales: membrana celular, citoplasma y núcleo.

1. MEMBRANA CELULAR.-Es una capa viva y semipermeable con propiedades físicas y químicas especiales y es a la vez una cubierta elástica y finísima.Funciona regulando el paso de materiales hacia el interior o el exterior de la célula.

2. EL CITOPLASMA.- es la parte del protoplasma, que se encuentra entre la membrana plasmática y el núcleo. Es el medio interno complejo y heterogéneo más importante de la célula y donde se producen la mayoría de las funciones metabólicas y de biosíntesis.

En el citoplasma encontramos a:O Mitocondrias O El retículo endoplasmáticoO Los lisosomasO Los centrosomas O  los RibosomasO El aparato de GolgiO VacuolasO Plastidios

3. El Núcleo.- Es un corpúsculo en medio del citoplasma, bien visible y perfectamente limitado. El núcleo es el “centro de información” de la célula y desempeña funciones muy importantes en el metabolismo y reproducción celular.

En el núcleo encontramos:a) La membrana nuclear o carioteca.b)  El nucléolo.c) Jugo nuclear o cariolinfa.d) Los cromosomas.

Función.O Los organelos rodeados por membranas de las

células eucarióticas permiten que haya una división de trabajo dentro de la célula.

O Cada organelo está especializado para llevar a cabo una actividad en particular.

4.1 Metabolismo central

El metabolismo central se encarga de procesar azúcares y convertirlas en compuestos que luego son redirigidos al resto del metabolismo y, en última instancia, a todas las funciones celulares.

El metabolismo central se compone de la glucolisis, el ciclo de Kreps (o ciclo de ácidos tricarboxílicos, TCA) y proceso terminal respiratorio.

4.1.1 Glicólisis

Es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula.Consiste en 10 reacciones enzimáticas consecutivas que convierten a la glucosa en dos moléculas de piruvato, el cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar entregando energía al organismo.

Vías del piruvato>Anaerobia > AerobiaFermentación Descaboxilación

oxidativa-Ocurre en el citosol -ocurre en la

matriz mitocondrial *Hay dos clases *se forma Acetyl CoALáctica y alcohólica

La glucólisis es la etapa inicial en la degradación de glucosa. Es la conversión de 1 glucosa a 2 piruvatos. Se efectúa en el citosol, parte acuosa del citoplasma de las células.

4.1.2 Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs es una vía metabólica presente en todas las células aerobias, es decir, las que utilizan oxígeno como aceptor final de electrones en la respiración celular. En los organismos aerobios las rutas metabólicas responsables de la degradación de los glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos convergen en el ciclo de Krebs.

El ciclo de Krebs forma parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas. En células eucariotas se realiza en la mitocondria y en las procariotas se realiza en el citoplasma, especialmente en el citosol.

El acetil-CoA es el principal precursor del ciclo. El citrato se fusiona en cada ciclo por condensación de un acetil-CoA con una molécula de oxaloacetato. El citrato produce en cada ciclo una molécula de oxaloacetato y dos CO2.

4.1.3 Cadena transportadora de electrones

Es una serie de transportadores de electrones que se encuentra en la membrana plasmática de bacterias, en la membrana interna mitocondrial o en las membranas tilacoidales, que median reacciones bioquímicas que producen adenosin trifosfato (ATP)

Cadena transportadora de electrones

 Estos electrones sufren una serie de transferencias entre compuestos que son portadores de electrones y que se encuentran en las crestas de las mitocondrias.

La cadena de transporte de electrones produce 32 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa que se degrada.

 La mayor parte del ATP que se forma durante la respiración celular se produce durante la etapa aeróbica. En la cadena de transporte de electrones, el aceptador final es el oxígeno.

4.1.4 Fosforilación oxidativa

La fosforilación oxidativa es una serie de eventos químicos que llevan a la síntesis de ATP:  ADP + Pi                              síntesis del ATP fosforilación del ADPSe lleva a cabo en la membrana plasmática bacteriana, en la membrana interna mitocondrial y en los tilacoides de los cloroplastos.

Este proceso metabólico está formado por un conjunto de enzimas complejas, ubicadas en la membrana interna de las mitocondrias, que catalizan varias reacciones de óxido-reducción, donde el oxígeno es el aceptor final de electrones y donde se forma finalmente agua.

Cada molécula de NADH contribuye suficientemente a generar la fuerza motriz de un protón que produzca 2,5 moléculas de ATP. Cada molécula de FADH2 produce 1,5 moléculas de ATP. Todas juntas, las 10 moléculas de NADH y las 2 FADH2 provenientes de la oxidación de la glucosa a formar 28 de las 36 moléculas totales de ATP transportadoras de energía.

4.2.5 Metabolitos primarios

Se producen en el curso de las reacciones metabólicas anabólicas o catabólicas que tiene lugar durante las fases decrecimiento y que contribuyen a la producción de biomasa o energía por las células. Se producen principalmente en la trofofase o fase de crecimiento.

Los metabolitos primarios son compuestos biológicos necesarios para el crecimiento, desarrollo y reproducción de los organismos vivos. Ellos incluyen hidratos de carbono, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. Aunque las discusiones de metabolitos primarios suelen centrarse en la biología de las plantas, todos los organismos vivos contienen estos compuestos.

Un metabolito principal está directamente implicada en el crecimiento normal, el desarrollo y la reproducción. El alcohol es un ejemplo de un metabolito primario producido en gran escala por parte de la microbiología industrial.

Características:O Son necesarios para el crecimiento del m.o que los

produce.O Se producen como productos únicosO Estos son producidos por los m.o

4.2.6 Metabolitos secundarios

Se producen por rutas anabólicas especializadas cuando no hay crecimiento. Significado evolutivo controvertido por ser imprescindibles. Pueden ser una estrategia para mantener en funcionamiento los sistemas metabólisis cuando no hay crecimiento; también sirven como indicativos de diferenciación y se producen durante la idiofase de los cultivos.

normalmente en una fase tardía de su ciclo de crecimiento, cuyas características son:O No son necesarios para el crecimiento del

microorganismo que los produce.

O Generalmente se producen como mezclas de productos muy relacionados químicamente entre sí. Por ejemplo, una única cepa de una especie del género Streptomyces produce 32 antraciclinas diferentes.

O Cada uno de estos productos es producido por un grupo muy reducido de organismos.

O La producción puede perderse fácilmente por mutación espontánea (degeneración de la raza), por lo que son muy importantes las técnicas de conservación de estos microorganismos.

Los metabolitos secundarios pertenecen al grupo de los antibióticos, las toxinas, los alcaloides y las giberelinas. Cuadro comparativo entre los metabolitos primarios y secundarios.

4.3 Nutrición microbiana

Los requerimientos nutricionales de cada grupo microbiano están dados por la composición química de las células que los constituyen y por sus características genéticas las que determinan sus propiedades fisiológicas y su capacidad para utilizar y transformar los compuestos que se encuentran en el ambiente en que se desarrollan.

• MICRO– Cromo– Cobalto– Cobre– Manganeso– Molibdeno– Níquel– Selenio– Vanadio– Zinc

• MACRO– Carbono– Nitrógeno– Fósforo– Azufre– Potasio– Magnesio– Sodio– Calcio– Hierro

Nutrientes

• Vitaminas y hormonas

La nutrición es el proceso por el que los microorganismos toman del medio donde habitan las sustancias químicas que necesitan para crecer

Los nutrientes se pueden clasificar (según las cantidades en que son requeridos) como:

O macronutrientesO micronutrientes

4.3.1 macro y micronutrientesMacroLos macronutrientes son nutrientes que aportan calorías (energía). Los nutrientes son sustancias necesarias para el crecimiento, el metabolismo y otras funciones.Hay tres categorías de macronutrientes:O CarbohidratosO ProteínasO Grasas

MicroEl término "micronutrientes" se refiere a las vitaminas y minerales cuyo requerimiento diario es relativamente pequeño pero indispensable para los diferentes procesos bioquímicos y metabólicos del organismo y en consecuencia para el buen funcionamiento del cuerpo humano.

Unos de los más importantes micronutrientes son el yodo, el hierro y la vitamina A.

O En los macronutrientes encontramos al Carbono, Nitrógeno, Fósforo, Azufre, Potasio, Magnesio, Sodio, Calcio, Hierro.

O En los micronutrientes encontramos al Cromo, Cobalto, Cobre, Manganeso, Molibdeno, Níquel, Selenio, Vanadio, Zinc.

4.3.2 Temperatura

Todos los microorganismos tienen una temperatura óptima de crecimiento. Además presentan una temperatura mínima y máxima de crecimiento.Hay que tener en cuenta que no todos los microorganismos crecen en el mismo rango de temperaturas:

 

Clasificación Rango Optima 

Termófilos 25 - 80 °C 50 - 60 °C 

Mesófilos 10 - 45 °C 20 - 40 °C 

Psicrófilo -5 - 30 °C 

La temperatura afecta la estabilidad de las proteínas celulares porque induce cambios conformacionales que alteran la actividad biológica de estos compuestos, especialmente la de enzimas. 

4.3.3 Humedad

El agua influye en el desarrollo de microorganismos, puesto que necesitan

del agua para crecer y multiplicarse. Así, los alimentos secos son relativamente

duraderos porque dificultan el crecimiento de microorganismos.

También lo son los alimentos a los que se les adiciona sal (jamón), azúcar (mermeladas), desecación (jamones embutidos, uvas pasas, higos secos) o evaporación (leche en polvo, copos de patata), ya que estas sustancias retendrán el agua y los microorganismos no podrán disponer de ella para su desarrollo. Por todo esto, clasificaremos los alimentos según su contenido en agua, en perecederos y no perecederos.

La humedad relativa del ambiente es importante desde el punto de vista de la actividad acuosa dentro de los alimentos y del crecimiento de microorganismos en las superficies. Este factor extrínseco afecta el crecimiento microbiano y puede ser influenciado por la temperatura. Todos los microorganismos tienen un alto requerimiento por agua, necesaria para su crecimiento y actividad.

4.3.4 Requerimiento de oxígeno

En los organismos superiores, el oxígeno es un componente universal de las células y gran parte de este elemento lo proporciona el agua. No obstante, los organismos superiores y muchos microorganismos necesitan además oxígeno molecular, ya que dependen de la respiración aerobia como mecanismo generador de energía, donde el oxígeno actúa como oxidante terminal.

las bacterias se pueden dividir en 5 grupos: O Aerobios obligadosO Anaerobios obligadosO Anaerobios facultativosO Anaerobios aerotolerantesO Microaerófilos

Otros microorganismos pueden crecer tanto en ausencia como en presencia de oxígeno molecular, alternando la respiración con la fermentación, a estos se les denomina anaerobios facultativos. Un caso particular son las bacterias del ácido láctico, que no son sensibles al oxígeno molecular y en presencia de éste, continúan la fermentación.

4.3.5 PH

La mayoría de los microorganismos crecen en pH cercanos a la neutralidad, entre 5 y 9, cosa que no excluye que existan microorganismos que puedan soportar pH extremos y se desarrollen. 

Según el rango de pH del medio en el cual se desarrollan pueden dividirse en: 

Clasificación 

pH externo pH interno 

Acidófilos 1.0 - 5.0 

6.5 

Neutrófilos 5.5 - 8.5 

7.5 

Alcalófilos 9.0 - 10.0 

9.5 

Los microorganismos regulan su pH interno mediante un sistema de transporte de protones que se encuentra en la membrana citoplasmática, que incluye una bomba de protones ATP dependiente.

Cuando los microorganismos se ven en un ambiente por debajo o por arriba del nivel de neutralidad, su habilidad para proliferar depende de su habilidad para cambiar el pH ambiental a un rango más apropiado para ello, pues compuestos clave como DNA o ATP requieren de un medio neutro.

4.3.6 Presión osmótica

La mayoría de las bacterias pueden tolerar un rango amplio de concentraciones de sustancias disueltas. Su membrana celular contiene un sistema enzimático llamado permeasas que regulan el movimiento de las sustancias disueltas a través de las membranas.

Ciertas bacterias llamadas halofílicas requieren de una moderada a gran cantidad de sal y se hallan en el océano donde la concentración de sal (3,5%) es óptima para su crecimiento.

El agua es el solvente en donde ocurren las reacciones químicas y enzimáticas de la célula y es indispensable para el desarrollo de los microorganismos. 

El valor mínimo de agua en el cual las bacterias pueden crecer varía ampliamente, pero el valor óptimo para muchas especies es mayor a 0.99. Algunas bacterias halófilas (bacterias que se desarrollan en altas concentraciones de sal) crecen mejor con agua = 0.80. Variaciones en la actividad de agua puede afectar la tasa de crecimiento, la composición celular y la actividad metabólica de la bacteria

4.3.7 Luz

La formación en muchos microorganismos es dependiente de la presencia de la luz, composición del sustrato y la temperatura de incubación. Son metabolitos secundarios, algunos tienen propiedades antibióticas y, muchos microorganismos pigmentados producen antibióticos

El mecanismo por el cual la luz visible afecta a los microorganismos se basa en el fenómeno de fotooxidación, en presencia de oxígeno atmosférico algunos pigmentos celulares (flavinas, citocromos) actúan como fotosensibilizadores. Es posible explotar este fenómeno para eliminar bacterias patógenas utilizando colorantes vitales (p.ej. azul de metileno).

En las bacterias fotosintetizadoras los pigmentos absorben luz con fines fotosintéticos, los carotenoides se localizan junto a las bacterioclorofilas en las membranas fotosintéticamente activas de los tilacoides o cromatóforos