AREA DE CONTROL DE CALIDAD Y SEGURIDAD ALIMENTARIA                            MÓDULO 5EL SISTEMA DE AUTOCONTROL ENLA INDUS...
ÍNDICEPARTE I:      1    INTRODUCCIÓN A LA MICROBIOLOGÍA.      2    CRECIMIENTO MICROBIOLÓGICO.      3    TÉCNICAS MICROBI...
1         INTRODUCCIÓN A LA MICROBIOLOGÍA                                   Bacterias    Microorganismos Celulares:     Ho...
Peptidoglicano
Bacterias Gram +                                  ácidos        ácido                       proteína teicoicos   lipoprote...
Bacterias Gram -                             Polisacárido-O                       polisacárido                        Núcl...
Estructura del Lipopolisacárido (LPS)          Lípido-A    KDO (cetodesoxioctanato) C8            glucosamina        Núcle...
Tinción de Gram.           COLORANTE              G(+)                    G(-)          Violeta cristal           +       ...
Postulados de Koch:
Comparación entre una célula Eucariota y una Procariota.     Estructura      Procariota            Eucariota
Estructura del Flagelo.
Diferencias entre Endosporas y Células Vegetativas.
Diferencias entre el ARN ribosómico de Archaea/Bacteria/Eukarya.
2             CRECIMIENTO MICROBIOLÓGICO    Tiempo de Generación (TG) = Tiempo de Duplicación.            Tiempo en pasar ...
Curva de Crecimiento típica para una población microbiana:                                                           FASES...
Medidas directas del Crecimiento Microbiológico:   A) Recuento de células totales.                                        ...
Las Industrias Agrarias y Alimentarias usan los “Sistemas de      Cultivo Continuos”:                                  S  ...
Factores que afectan al crecimiento microbiológico:  Temperatura:        A mayor Tª las reacciones químicas y enzimáticas ...
Organismos PSICRÓFILOS:               Tª óptima < 15 ºC               PSICRÓFILOS ESTRICTOS: por encima de 15-20 ºC mueren...
“Thermus Aquaticus”:                         En centrales eléctricas y calentadores.                         Tª optima 150...
pH:      Para que exista crecimiento: 2 < pH < 10.      También hay pH óptimos.        Organismos ACIDÓFILOS:             ...
Oxígeno:    Organismos AEROBIOS:                Crecen a tensiones de O2 normales: 21% de O2 en aire.            MICROAERÓ...
Los AEROBIOS / ANAEROBIOS TOLERANTES tienen enzimas capaces dedestruir las formas tóxicas del O2:Formas tóxicas del O2:   ...
Disponibilidad de Agua:      Es necesaria para la célula.      Se crea una presión de turgencia importante para crecer.   ...
Organismos HALÓFILOS:      Requieren NaCl para crecer.      Microorganismos marinos.         H. DISCRETOS: Bajo requerimie...
Medición del Crecimiento Microbiológico:
3              TÉCNICAS MICROBIOLÓGICASTÉCNICAS de OBSERVACIÓN    MICROSCOPÍA ÓPTICA: Microscopio óptico o de campo brilla...
Microscopio óptico:        simple                                           x 10                                  ocular  ...
Microscopio Electrónico de Transmisión:                                M.O.                         M.E.T.           HAZ  ...
Microscopio óptico:       De campo brillante.       De campo oscuro.       Por contraste de fases:            Basada en la...
Microscopio Electrónico de Transmisión:            Recogemos los electrones secundarios que emiten la muestra al          ...
TÉCNICAS DE ESTERILIZACIÓN:    ESTERILIZACIÓN AL CALOR:          Calor Húmedo:               Autoclave (1 atm).           ...
Tipos de filtros:            De profundidad (de celulosa).            De membrana ( 0,2-0,4 micras de tamaño de poros).   ...
Fenoles y Alcoholes:   Desestabilizan los lípidos de membrana.   Desinfectante (piel) y antiséptico.Halógenos y H2O2:   Pa...
2 técnicas de aislamiento de m.o.:    Método de siembra en estría o placa. CULTIVOS AEROBIOS    Método de diluciones suces...
FUENTE DE ENERGÍA:              Luminosa (luz):                     autótrofo    FOTOAUTÓTROFO                    heterótr...
Microscopía Electrónica
4        ACTIVIDAD DE LOS MICROORGANISMOS    VISIÓN DEL METABOLISMO:         Reacciones químicas que tienen lugar en el in...
PRINCIPALES RUTAS CATABÓLICAS:     Metabolitos precursores:          Son 12 compuestos esenciales.          Ninguna ruta p...
Energía:    Enlaces ricos en energía:     Enlaces tipo fosfato (ATP es el más alto)                                  No to...
GLUCOLISIS:         1 glucosa  2 piruvato + 2ATP + 2NADH              ATP                                 ATP    GLUCOSA ...
PENTOSAS FOSFATO:              1 glucosa  2 piruvato + 1ATP + 3NADH                            ATP                  NADH ...
CICLO DE KREBS:                                            oxidaciones                                                    ...
NADH Deshidrogenasa           e-             H+  FLAVOPROTEÍNA            e-                      Energía                 ...
EJEMPLO 1: “Fermentación Homoláctica”           2 Hlac + 2 ATP             Fermentación de ácido láctico de la leche para ...
EJEMPLO 2: “Fermentación Heteroláctica”                      ATP    NADH     NADH            GLUCOSA                      ...
ATP-sintetasa:   mete los H+ que han salido.                 actúa como un canal de H+.                 une un Pi a un ADP...
FERMENTACIÓN:                    “Catabolismo anaeróbico en el que un compuesto orgánico sirve al                    mismo...
FUENTE DE                 FUENTE DE                                                         SERES    ENERGÍA              ...
5                    DIVERSIDAD MICROBIANA                              BACTERIAS      Origen de la vida       ARCHEOBACTE...
BACTERIAS                                clasificación: dominio   +                                                       ...
“fotosíntesis cíclica” (no donador ext. de e-)                      Sólo se forma ATP (luz ATP)                           ...
Microorganismos Quimiolitotrofos:             Bacterias del Azufre.                 HS- dona los e- a la Quinolona y se c...
“Pseudomona         syringae”:      patógenos               vegetales. Presentes en hojas y no actúan si               no ...
Ingeniería Genética:                                          Agrobacterium: “Tumefaciens”: Nos quedamos con las “oparinas...
   Bacterias Anerobias.               Bacterias Bacilos no esporulados.              Entéricas: Anaerobios y facultativos...
Género Yersinia: Gram -, aerobios y anaerobios facultativos.            FERMENTACIÓN BUTANO-DIÓLICA:               Se acum...
Incapaces de sintetizar grupos tipo “hemo” (son“fermentativos obligados”).Son capaces de tolerar O2.        Catalasa: no l...
Heterofermentativo:    No tienen la “aldolasa” (enzima básico de la    glucolisis); no pueden romper la F-6-P.      GLUCOS...
LEUCONOSTOC:                      Son fermentativos.                      Forman coco-bacilar..                      “leuc...
Otras especies importantes para la       intoxicación alimentaria (B. cocus).       Otras son patógenas de animales.      ...
   Alto contenido en G+C:       Bacterias del ácido propiónico:                Crece a partir del azúcar y la leche.     ...
Glucolisis.
El Ciclo de Kalvin.
ÁREA DE CONTROL DE CALIDAD Y DE SEGURIDAD ALIMENTARIA            JAIME FISAC PONGILIONI                    Ingeniero Agrón...
MÓDULO 5: Microbiología de los Alimentos (Parte 1)
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MÓDULO 5: Microbiología de los Alimentos (Parte 1)

  1. 1. AREA DE CONTROL DE CALIDAD Y SEGURIDAD ALIMENTARIA MÓDULO 5EL SISTEMA DE AUTOCONTROL ENLA INDUSTRIA AGROALIMENTARIA “MICROBIOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS” (Parte I) JAIME FISAC PONGILIONI Ingeniero AgrónomoMadrid, Noviembre de 2012 Col. Nº 4578 COIACC Col. Nº 3199 COIAL
  2. 2. ÍNDICEPARTE I: 1 INTRODUCCIÓN A LA MICROBIOLOGÍA. 2 CRECIMIENTO MICROBIOLÓGICO. 3 TÉCNICAS MICROBIOLÓGICAS. 4 ACTIVIDADES DE LOS MICROORGANISMOS. 5 DIVERSIDAD MICROBIOLÓGICA.
  3. 3. 1 INTRODUCCIÓN A LA MICROBIOLOGÍA Bacterias Microorganismos Celulares: Hongos Protozoos Viroides Microorganismos Acelulares: Priones Virus Organizacíón Procariota (archaea/bacterias) Organismos Celulares: Organización Eucariota (eucaria/algas, hongos, protozoos)PROCARIOTAS Peptidoglicano: N-acetilglucosamina Polisacáridos: Ácido acetil-murámico Unidos por aa Péptidos cortos Endosporas; resistencia a cosas (Tª conservación de alimentos).
  4. 4. Peptidoglicano
  5. 5. Bacterias Gram + ácidos ácido proteína teicoicos lipoproteicopeptidoglicano Espacio periplasmático Relacionado con la síntesis de peptidoglicano membrana plasmática (8nm) fosfolípido proteína integrada
  6. 6. Bacterias Gram - Polisacárido-O polisacárido Núcleo del Lípido-A Porteína Membrana Porina Externa Fosfolípido 8 nmPeriplásmico lapoproteína Espacio peptidoglicano membrana plasmática (8nm)
  7. 7. Estructura del Lipopolisacárido (LPS) Lípido-A KDO (cetodesoxioctanato) C8 glucosamina Núcleo del Polisacárido “O” polisacárido (específico)  el lipopolisacárido es tóxico en animales superiores; la toxicidad está en el Lipido-A (endotoxina).  es permeable a moléculas pequeñas; PORINAS (canal que se satura de agua y hay moléculas pequeñas que la atraviesan). Hay porinas especificas y no especificas.  es impermeable a moléculas grandes. Crea un espacio periplasmático entre la membrana plasmática y el peptidoglicano. Está relacionado con la síntesis de peptidoglicanos.
  8. 8. Tinción de Gram. COLORANTE G(+) G(-) Violeta cristal + + Iodo Cristal Cristal Alcohol Sigue violeta Decolora la célula (decolorante) (cierre de poros) (disuelve los cristales) Zafranina Sigue violeta Color rojo (colorante rojo)
  9. 9. Postulados de Koch:
  10. 10. Comparación entre una célula Eucariota y una Procariota. Estructura Procariota Eucariota
  11. 11. Estructura del Flagelo.
  12. 12. Diferencias entre Endosporas y Células Vegetativas.
  13. 13. Diferencias entre el ARN ribosómico de Archaea/Bacteria/Eukarya.
  14. 14. 2 CRECIMIENTO MICROBIOLÓGICO Tiempo de Generación (TG) = Tiempo de Duplicación. Tiempo en pasar de n a 2n. Es siempre el mismo para una misma especie bajo las mismas condiciones. Crecimiento Exponencial: N0 log N = N0 * 2n logN = logN0 + n*log2 n= N0 log 2 dx nº de células o de cosas que yo quiero ver = µ*x dt constante de crecimiento específico (h-1) define el crecimiento óptimo crecimiento Ln x x0 x = x0 * e µ(t–t0) Ln x – Ln x0 = µ * (t-t0) µ= t-t0 Si (t-t0) = TG : x = 2 * x0 Ln 2 2* x = x0 * e µ(t–t0) TG = µ x = x0 * e µ(t–t0)
  15. 15. Curva de Crecimiento típica para una población microbiana: FASES DE CRECIMIENTO LATENCIA EXPONENCIAL ESTACIONARIA MUERTE 9.0 1.0 turbidez óptica 0.75Log organismos viables/ml (densidad óptica) 8.0 viables densidad óptica 0.50 7.0 0.25 6.0 5.0 tiempo
  16. 16. Medidas directas del Crecimiento Microbiológico: A) Recuento de células totales. sólidos  Método del recuento directo en líquidos B) Recuento de células viables: células vivas  Método de siembra por extensión en placa.  Método de siembra por vertido en placa. 1 ml 1 ml 1 ml 1 ml 9 ml 9 ml 9 ml 9 ml (1/10) (1/100) (1/1000) (1/10000) : diluciones 159 colonias Factor de dilución 102 159 x 1000 = 1,59 * 105 (células / ml muestra original)
  17. 17. Las Industrias Agrarias y Alimentarias usan los “Sistemas de Cultivo Continuos”: S Flujo constante de sustratoMEDIO FRESCO DEL RESERVORIO REGULADOR DE FLUJO GAS/ AIRE ESTÉRIL ESPACIO DE CABEZA GASEOSA X S y X constantes: controlando S controlo X CULTIVO S EFLUENTE DE CÉLULAS MICROBIOLÓGICAS
  18. 18. Factores que afectan al crecimiento microbiológico: Temperatura: A mayor Tª las reacciones químicas y enzimáticas son más rápidas, pero llega a un punto donde se inhibe el crecimiento. Cada organismo tiene sus temperaturas cardinales: Tª mínima: Por debajo de ésta no existe crecimiento. Tª óptima: Crecimiento rápido (+ cerca de Tªmáx que de Tªmin). Tª máxima: Por encima de la cuál no existe crecimiento. GELIFICACIÓN DE LA MEMBRANA (transporte lento: existe crecimiento) Tª Tª min Tª opt Tª max DESNATURALIZACIÓN PROTEICA
  19. 19. Organismos PSICRÓFILOS: Tª óptima < 15 ºC PSICRÓFILOS ESTRICTOS: por encima de 15-20 ºC mueren. PSICRÓFILOS TOLERANTES: toleran bajadas bruscas de Tª. crecen a 0ºC. Tª óptima 20 – 40 ºC. Organismos MESÓFILOS: Tª óptima 30 - 37 ºC E. coli.E. coli Escherichia coli Organismos TERMÓFILOS: Tª óptima > 50ºC TERMÓFILOS TOLERANTES: Tª óptima 50 ºC. HIPERTERMÓFILOS: Tª óptima > 80 ºC. No en Eucariotas. Asociadas a procesos volcánicos. Casi todas Arqueobacterias.
  20. 20. “Thermus Aquaticus”: En centrales eléctricas y calentadores. Tª optima 150 ºC. “Thermus Aquaticus polimerasa”: Técnica del PCR (medicina forense)TERMÓFILOS e HIPERTERMÓFILOS se usan enbiotecnología, pues son muy estables y catalizanreacciones a altas temperaturas. Thermophilus Aquaticus
  21. 21. pH: Para que exista crecimiento: 2 < pH < 10. También hay pH óptimos. Organismos ACIDÓFILOS: pH 2 – 5. Hongos. Zumo de limón pH = 2 Organismos NEUTRÓFILOS: pH 7. Agua Pura. pH citoplasmático es neutro. Organismos ALCALÓFILOS: pH > 7 (7 – 10). Bacillus (Gram +). Alcalófilos Extremos: Archaea
  22. 22. Oxígeno: Organismos AEROBIOS: Crecen a tensiones de O2 normales: 21% de O2 en aire. MICROAERÓFILOS: Utilizan el O2 cuando está a niveles mas bajos que en el aire. A. FACULTATIVOS: Bajo ciertas condiciones nutritivas crecen tanto en condiciones aerobias como anaerobias. Organismos ANEROBIOS: Los que no respiran O2. A. AEROTOLERANTES: Toleran el O2. Crecen en presencia de O2 pero no pueden usarlo. A. ESTRICTOS: Inhibidos o mueren en presencia de O2. Bacterias: Clostridium (Bacilos Gram +) Sulfato-reductoras. Homoacetogénica.
  23. 23. Los AEROBIOS / ANAEROBIOS TOLERANTES tienen enzimas capaces dedestruir las formas tóxicas del O2:Formas tóxicas del O2: (ion muy tóxico) O2 + e- O2- Superóxido O2- + e- + 2H+ H2O2 Peróxido de H - H2O2 + e- + H+ H2O + OH Ión hidróxilo (Se forma debido a radiaciones)Enzimas que destruyen las 3 formas tóxicas: CATALASA: Elimina el H2O2 H2O2 + H2O2 2H2O + O2 ( ) PEROXIDASA: Elimina el H2O2 H2O2 + NADH 2H2O + NAD+ SUPEROXIDOSISMUTASA: Catalasa en combinación (SOD) O2 + O2 + 2H+ H2O2 + O2 ( ) Si tiene SOD tiene catalasa o peroxidasa
  24. 24. Disponibilidad de Agua: Es necesaria para la célula. Se crea una presión de turgencia importante para crecer. Medio HIPOTÓNICO: La [ ] exterior < [ ] citoplasma La célula explota Medio HIPERTÓNICO: La [ ] exterior > [ ] citoplasma La célula se arruga Actividad de Agua: aw Presión de vapor del aire en equilibrio con una solución aw = Presión del agua pura a esa temperatura 0 < aw < 1 Ps aw = PH O 2
  25. 25. Organismos HALÓFILOS: Requieren NaCl para crecer. Microorganismos marinos. H. DISCRETOS: Bajo requerimiento de NaCl (1- 6 %). H. HIPERTÓNICOS: Moderado requerimiento de NaCl (6 - 15%). H. EXTREMOS: Crecen en ambientes muy salinos 15 – 30 % para crecimiento óptimo Organismos OSMÓFILOS: Los microorganismos crecen en [ azúcares ]. Crecen en frutas. Organismos XERÓFILOS: Los microorganismos crecen en ambientes muy secos.Solutos Compatibles: Para no arrugarse, el microorganismo sintetiza solutos para aumentar la tensión osmótica en su interior.
  26. 26. Medición del Crecimiento Microbiológico:
  27. 27. 3 TÉCNICAS MICROBIOLÓGICASTÉCNICAS de OBSERVACIÓN MICROSCOPÍA ÓPTICA: Microscopio óptico o de campo brillante. AUMENTO: Con lentes convexas (a + convexa + aumento). CONTRASTE: Consiste en diferenciar la imagen del fondo. Depende de la absorción. Añadimos colorante a la muestra. RESOLUCIÓN: Capacidad para ver 2 puntos como 2 puntos y no como 1. “Poder de resolución”: distancia mínima para ver 2 (t) puntos como 2 puntos. longitud de onda λ 150 t = 200 t = Índice de refracción 2 * AN Tamaño de la lente ¡¡ no lo veo !! Apertura Numérica = n * senϴ
  28. 28. Microscopio óptico: simple x 10 ocular 2 lentes x 20 Compuesto (2 lentes) x 10 objetivo 3 lentes x 40 para x 100 inmersiónMicroscopio óptico de campo oscuro: aumenta el contraste Podemos ver muestras frescas (sin teñir); células vivas.Tinciones: Simples: compuestos ácidos/básicos cargados. matamos a las células (desventaja). fijación a la llama. Diferenciales: tinción de Gram. tinción ácido-alcohol resistencia (para cepas de mycobacterium). Específicas: de esporas. de flagelos. negativa (cápsula).
  29. 29. Microscopio Electrónico de Transmisión: M.O. M.E.T. HAZ Luz Electrones MUESTRA En pletina de cristal En pletina de metal (al vacío) ENFOQUE Sistema de lentes Sistema de lentes electromagnéticas IMAGEN FINAL Imagen real Microfotografía de fluorescencia AUMENTO Hasta 1.000 aumentos Hasta 200.000 aumentos RESOLUCIÓN Hasta 200 nm Hasta 1nm Muestra: al vacío. Corte en la parafina con una cuchilla (microtomo). Tinción con metales pesados. Técnica empleada: Criofractura. Criograbado. Sombreado metálico (para los Virus).
  30. 30. Microscopio óptico: De campo brillante. De campo oscuro. Por contraste de fases: Basada en la diferencia de índice de refracción de los ≠ componentes de la muestra (imagen tridimensional). Fluorescente: Técnicas con fluorocromos o marcación con sonda. Con focal: Microscopía antigua.MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA: Con esto la λ. Calentamos hilos de tulsteno a 3.000 ºC y creamos un chorro de e- con una ddp altísima. λ d= 2*AN 1,5 1,5 0,055 λ= V (voltaje) = 300 = 0,055 nm d= 2*300
  31. 31. Microscopio Electrónico de Transmisión: Recogemos los electrones secundarios que emiten la muestra al ser bombardeado por electrones primarios. Para observar células enteras. Tienen baja capacidad de resolución (1.000 aumentos; 20nm). Cubrimos con metales para acentuar las diferencias. virus m. electrónico. bacterias m. óptico. membrana externa de una Gram (-) m. e. de transmisión.TÉCNICAS de CULTIVO Cultivo axénico cultivo puro (1 sola especie de 1 sola célula). Condiciones estériles no contaminación cond. asépticas. Medio de cultivo Para hacer crecer los microorganismos. Condiciones óptimas de cultivo especie.
  32. 32. TÉCNICAS DE ESTERILIZACIÓN: ESTERILIZACIÓN AL CALOR: Calor Húmedo: Autoclave (1 atm). Vapor de agua 120 ºC sin hervir. 20 min en esterilizar. Cualquier cosa miscible con el agua se autoclava. Calor Seco: En horno: 180 ºC / 2-3 horas. Materiales que aguanten altas temperaturas. A la llama (mechero). FILTRACIÓN: Separamos los m.o. del material a esterilizar. Sustancias termolábiles (aa, proteínas, …)
  33. 33. Tipos de filtros: De profundidad (de celulosa). De membrana ( 0,2-0,4 micras de tamaño de poros). Nucleopore (hechos los poros con radiaciones – sin cont) HEPA (para filtrar el aire - cabina de flujo laminar).ESTERILIZACIÓN CON COMPUESTOS QUÍMICOS: en frio. Matamos al m.o. con: Germicida. Microbicida ( bactericida, viricida, fungicida, …) Microbioestáticos: No los mata pero inhibe su crecimiento. Toxicidad selectiva: Dependiendo de la t.s. tenemos: Desinfectante: superficies inanimadas. Ej:alcohol. Antiséptico: superficies de tejido como uso tópico. Ej. alcohol Quimioterapéutico: no tóxico para nosotros.
  34. 34. Fenoles y Alcoholes: Desestabilizan los lípidos de membrana. Desinfectante (piel) y antiséptico.Halógenos y H2O2: Para agentes oxidantes.Metales pesados: Son muy tóxicos. Mercurio de cromo.Detergentes: Agente surfactante.Gases: Matan a las esporas. Óxido de etileno y Formaldehido. Son muy tóxicos. Esterilizamos con bajas dosis.
  35. 35. 2 técnicas de aislamiento de m.o.: Método de siembra en estría o placa. CULTIVOS AEROBIOS Método de diluciones sucesivas. CULTIVOS ANEROBIOSMedio de Cultivo: Nutrientes. Macronutrientes: C, H, O, N, P, S, K, Mg, Na, Ca, Fe. Micronutrientes: Fe (elementos traza). NUTRIENTES: Síntesis de la estructura celular y crecimiento (Fuente ANABOLISMO de C) Obtención de Energía CATABOLISMO FUENTE DE C: CO2 atmosférico AUTÓTROFO Componentes orgánicos HETERÓTROFO
  36. 36. FUENTE DE ENERGÍA: Luminosa (luz): autótrofo FOTOAUTÓTROFO heterótrofo FOTOHETERÓTROFO Por compuestos químicos: autótrofo QUIMIOAUTÓTROFO heterótrofo QUIMIOHETERÓTROFOMedio de cultivo: Complejo: Ponemos un poco de todo con una fuente de Carbono (azúcar). Definido: Sabemos la composición exacta. Selectivo: Para que crezca un determinado m.o. Diferencial: Para poder distinguir dos microorganismos distintos (Agar, caldo peptonado, LIA, …)
  37. 37. Microscopía Electrónica
  38. 38. 4 ACTIVIDAD DE LOS MICROORGANISMOS VISIÓN DEL METABOLISMO: Reacciones químicas que tienen lugar en el interior de la célula. 1.- Entrada de nutrientes en la célula. 2.- Síntesis. 3.- Ensamblaje. Productos Precursores: Energía para todos los procesos del metabolismo. Reacción ANABÓLICA POLIMERIZACIÓN ESTRUCTURA (biosíntesis) CELULARNUTRIENTE Reacción CATABÓLICA (productor de energía) Metabolitos Precursores Poder Reductor (NADH) Energía (ATP)
  39. 39. PRINCIPALES RUTAS CATABÓLICAS: Metabolitos precursores: Son 12 compuestos esenciales. Ninguna ruta por sí sola da los 12 compuestos. Poder Reductor: Reacciones de Oxido-Reducción (RedOx) Transferencia Oxidación: ceder e- (Lo ceden los átomos de H) de protones Reducción: ganar e- Potencial de reducción: E0´ (mv) E0´ (mv) < 0 capacidad para ceder e- E0´ (mv) > 0 capacidad para ganar e- Glucosa como fuente de energía: funciona bien como dador de e- Proteínas transportadoras del PR: Libres en el citoplasma: NAD+ ó NAP respiración Asociadas a membranas: Forma la cadena de e- fotosíntesis
  40. 40. Energía: Enlaces ricos en energía: Enlaces tipo fosfato (ATP es el más alto) No todos los fosfatos son energéticos Síntesis de ATP: Fosforilación a nivel de sustrato PEP Piruvato Compuesto orgánico fosforilado Molécula de Fosfato de alta Energía ADP ATP Fosforilación oxidativa En las membranas: ATPasa ó ATPsitetasa  Introducen H+  Sintetiza ATP para el gradiente de protones
  41. 41. GLUCOLISIS: 1 glucosa  2 piruvato + 2ATP + 2NADH ATP ATP GLUCOSA G-6-P F-6-P F1,6-BP Muy inestable (C6) aldolasa DHAP (C3) ADP ADP NAD Muy inestable PIRUVATO PEP 1,3-BPG G3P (C3) ATP ATP NADH Comienzan las oxidacionesENTNER-DOUDOROFF: 1 glucosa  2 piruvato + 1ATP + 2NADH ATP NADH H2O ÁCIDO 6 FOSFO GLUCOSA G-6-P GLUCÓNICO αKDG aldolasa PIRUVATO GLICERALDEHIDO PIRUVATO FOSFATO
  42. 42. PENTOSAS FOSFATO: 1 glucosa  2 piruvato + 1ATP + 3NADH ATP NADH ÁCIDO 6 FOSFO GLUCOSA G-6-P GLUCÓNICO ADP CO2 NADH RIBULOSA 6 PIRUVATO G-3-P FOSFATODesde PIRUVICO puedo:  Para BIOSÍNTESIS.  Seguir OXIDANDO para obtener energía hasta el final (CO2) respirando, pero hay m.o. que no respiran (el Piruvico de las PF no se oxida más!!!).RESPIRACIÓN: Proceso en el cual un compuesto es oxidado con O2 (o un sustituto de O2), que funciona como aceptor terminal de e- y que normalmente se acompaña de la producción de ATP por Fosforilación Oxidativa. R. ANAERÓBICA: en lugar de O2, el último aceptor de e- es otra sustancia (SO42- ó NO3- )
  43. 43. CICLO DE KREBS: oxidaciones CO2 Fosforilación a nivel de sustrato OXALACETATO GLUCOSA ACETIL-CoA SUCCINATO CO2 piruvico (glucolisis)  2 x [3CO2 + 4NADH + 1FADH + 1GTP] El ciclo completo sólo lo tienen algunos m.o. Los que no lo tienen completo, contienen un enzima para descarboxilar. Aceptores de e- : 1.- FADH – Deshidrogenasa. 2.- Flavoproteína. 3.- Ferredoxina (sólo capta e- , los H+ los echa fuera).
  44. 44. NADH Deshidrogenasa e- H+ FLAVOPROTEÍNA e- Energía + H “Protón-Motriz” FERREDOXINA H+ H+ e- e- QUINONA CITOCROMO
  45. 45. EJEMPLO 1: “Fermentación Homoláctica” 2 Hlac + 2 ATP Fermentación de ácido láctico de la leche para formar yogur. PIRUVICO NADH lactato deshidrogenasa NAD+ ÁCIDO PIRUVICO el pH y precipita la caseínaEJEMPLO 2: “Fermentación Alcohólica” Glucosa  2 Etanol + 2CO2 + 2ATP PIRUVICO NADH NAD+ CO2 ACETALDEHIDO ETANOL alcohol deshidrogenasa La fermentación alcohólica de la ruta de E.D. la produce la bacteria Zymomonas (Gram -, anaerobia facultativa), indeseables en la industria alcohólica y de bebidas.
  46. 46. EJEMPLO 2: “Fermentación Heteroláctica” ATP NADH NADH GLUCOSA RIBULOSA (C5) (C6) (C3) PIRUVICO ACETIL-PIRUVICO NADH + ATP NADH NAD+ ÁCIDO LÁCTICO ETANOL 1Glucosa  1Hlac + 1Etanol + 1CO2
  47. 47. ATP-sintetasa: mete los H+ que han salido. actúa como un canal de H+. une un Pi a un ADP para formar ATP.RESPIRACIÓN: AEROBIA: El último aceptor de e- es el O2. O2/H2O poder reductor muy alto ANAEROBIA: El último aceptor de e- no es el O2. El salto energético es más bajo.Vía de asimilación del NITRATO: Como NITRATO: ruta normal (plantas, hongos, …) Como NITRITO: cede un e- de Nitrato a Nitrito.
  48. 48. FERMENTACIÓN: “Catabolismo anaeróbico en el que un compuesto orgánico sirve al mismo tiempo como donador y aceptor de e- y en el que el ATP se produce por fosforilación a nivel de sustrato” No existe oxidación total de la fuente de energía. No existe donador final de e- Todas las reacciones están “balanceadas” internamente. Hay que “gastar” el poder reductor (NADH) reduciéndolo. F-6-P F-1,6-B-P G-3-P D-H-A-P 1,3-B-P-G P-E-P PIRUVICO GLUCOLISISGLUCOSA G-6-P αKDG PIRUVATO G-3-P A6PG PIRUVICO ENTNER DOUDOROFF R-6-P G-3-P PIRUVICO PENTOSAS FOSFATO
  49. 49. FUENTE DE FUENTE DE SERES ENERGÍA CERBONO QUIMIOAUTÓTROFOScompuestos orgánicos CO2 (QUIMIOLITOTROFOS) luz CO2 FOTOAUTÓTROFOScompuestos orgánicos compuestos orgánicos QUIMIOHETERÓTROFOSAUTÓTROFOS 18 ATP Fijación de CO2 Ciclo de KALVIN 12 NADPH 6 moléculas de CO2 1 molécula de FructosaFUENTE DE ENERGÍA - Luz ATP NADPH FOTOSÍNTESIS - Compuestos Químicos ATPasa (capta los e- del compuesto químico directamente) (el CQ es el donador de e-)
  50. 50. 5 DIVERSIDAD MICROBIANA BACTERIAS Origen de la vida ARCHEOBACTERIAS PROCARIOTAS ESTROMATOLITOS: Masas microbianas laminadas, construidas por capas de organismos filamentosos y no filamentosos que pueden encontrarse fosilizados. TEORÍA Mitocondria y cloroplastos fueron en su día dos bacterias ENDOSIMBIÓTICA: de vida libre. El microorganismo endosimbionte era fotosintético (da lugar a las plantas)CLASIFICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS Clasificación que nadie acepta: Reino Animal / Plantas / Fungi / Monera / Protista hongo protozoo procariota Cronómetro Molecular: ARNr 16S eucariota 18S procariota
  51. 51. BACTERIAS clasificación: dominio + reino ARCHAEA sección EUCAREA (eucariotas) clase órden familiaBACTERIAS: género especie - Microorganismos Fotosintéticos:  Bacterias Verdes. Tienen clorosomas para acumular la energía.  Bacterias Rojas ó Purpúreas. Acumula en la membrana citoplasmática pigmentos para acumular energía. Las BV y BR: No producen CO2 Fotosíntesis anoxigénica Solo 1 fotosistema Tienen bacterioclorofilas: BV: b, A, C, D, F. BR: b, A, B. El tipo de luz que necesitan determina el hábitat. Carotenos (efecto protector contra ciertas λ.
  52. 52. “fotosíntesis cíclica” (no donador ext. de e-) Sólo se forma ATP (luz ATP) FOTOFOSFORILACIÓN CICLICA El NADPH surge de: H2: dona los e- de NADP a NADPH HS-: no lo dona directamente. La cadena de e- va al revés. - TRANSPORTE INVERSO DE e Viven en lagos, estanques y fuentes termales. Cianobacterias. Ficobiliproteina en cianobacterias (Ficociana da color azul). Tienen tilacoides, Fotosistema I (fotosíntesis oxigénica) y II. Tienen la Clorofila A. Crecen en suelos (fertilizantes en suelos). “Azolla”, “Anabaena” (bacteria): hace la fotosíntesis y fija nitrógeno atmosférico (plantación de arroz). Hacen la misma fotosíntesis que las plantas. La luz: forma el grad de protones y dona e- (NADP NADPH)
  53. 53. Microorganismos Quimiolitotrofos:  Bacterias del Azufre. HS- dona los e- a la Quinolona y se crea el grad en la membrana forma ATP. Para sintetizar NADPH “Transporte inverso de e-” No es necesaria reacción metabólica.  Bacterias del Hierro. H+, H+ ATP Aerobia y pH ácido (acidófilo). Fe2+ O2 Oxida el Fe2+ a Fe3+ . pH 2-3 pH 6 Fe3+ H2O En arroyos de minerías. EXTERIOR INTERIORMicroorganismos Quimioheterótrofos:  Bacterias Aerobias. Pseudomonas: Siempre respiran. Hacen la ruta de E. Doudoroff. Metabolizan gran cantidad de compuestos. Proceso descontaminante: BIORREMEDIACIÓN Proceso de lucha biológica (sideróforos: acompleja todo el Fe para que el patógeno no lo pueda utilizar).
  54. 54. “Pseudomona syringae”: patógenos vegetales. Presentes en hojas y no actúan si no hay condiciones ambientales adversas (frío, heladas, …). Produce clorosis.F. Rizobiaceas: “Rizobium”: Fija N atmosférico (leguminosas). La bacteria está en los nódulos radicales de la raíz: N2 NH3 vegetal La planta es fuente de C y de E. Se protege el O2 y se produce la “leghemoglobina”, que lo sintetiza la planta y se lo da a la bacteria para que atrape el O2. Relación planta – bacteria es específica.
  55. 55. Ingeniería Genética: Agrobacterium: “Tumefaciens”: Nos quedamos con las “oparinas” Produce tumores en el tallo. (productor del tumor) que crea los genes oncogénicos y nos quedamos con “Rhizogenes”: su DNAt y en ésta región inyectamos lo Produce tumores en la raíz. que queremos cultivar. Bacteria del Acumula ácidos orgánicos. Ácido Acético: “gluconobacter”: no es superoxidante. “acetobacter”: es superoxidante (oxida el HAc hasta CO2). Sorbitol: la “sorbosa” produce el “ácido ascórbico” (proceso de BIOCONVERSIÓN) G. Zimomonas: Produce la “fermentación alcohólica” por la ruta de E. Doudoroff. En algunos sitios se una para fermentar en lugar de usar levadura (“pulque” para hacer tequila, sidra, cerveza, miel,…). También produce la fermentación de etanol. G. Vibrio: Algunas especies están asociadas a enfermedades. “Vibrio cholerae” en agua contaminada. “Vibrio parahemoliticus” organismo marino (en marisco).
  56. 56.  Bacterias Anerobias. Bacterias Bacilos no esporulados. Entéricas: Anaerobios y facultativos. Grupo homogéneo de bacterias. Fermenta muchos azúcares y forma gases. Hay mezcla de muchos compuestos a la vez. FERMENTACIÓN ÁCIDO-MIXTA. FERMENTACIÓN BUTANO-DIÓLICA.FERMENTACIÓN ÁCIDO-MIXTA. Se forma: ácido acético, ácido láctico, ácido succinico, etanol, CO2 , H2. Grupo Escherichia: Anaerobio facultativo. Vive en el intestino grueso (si está en el i. delgado produce enfermedades endéricas (diarreas). Nos proporciona Vitamina-K. Se usa como grupo indicador de contaminación. Género Shigella: Fuertes alteraciones (toxinas muy fuertes). Parecidas a E. coli. Género Salmonella: Produce cepas patógenas. Existen muchas variedades. Clasificación: S.K, S.O, S.H
  57. 57. Género Yersinia: Gram -, aerobios y anaerobios facultativos. FERMENTACIÓN BUTANO-DIÓLICA: Se acumula y se produce “butano-diol”. Enterobacter: Gram -, anaerobia facultativa. Ifecciosas o descomponedoras. Klebsiella:Gram -, anaerobia facultativa.BACTERIAS GRAM (+):  Bajo contenido en G+C: Cocos Gram +: Aerobios. Capaz de tolerar gran cantidad de NaCl. De bajo contenido en agua (desecación). Género “Staphylococus”: S. Aureus: tóxico en alimentos. S. Epidermis: en nuestra flora de la piel. Género “Sarcina”: acumula pigmentos (carotenos). B. Lácticas: Anaerobios. Formadas por cocos y bacilos.
  58. 58. Incapaces de sintetizar grupos tipo “hemo” (son“fermentativos obligados”).Son capaces de tolerar O2. Catalasa: no lo tienen. SOD: no lo tienen.Tienen una oxidasa (FLAVOPROTEÍNA) NADH NAD+ O2 H2O NADH-oxidasa NADH NAD+ H2O Mn O2 H2O2 pseudicatalasa O2El producto final de la fermentación es el “ácidoláctico”. Homofermentativo: NADH NAD+ GLUCOLISIS GLUCOSA PIRUVICO LÁCTICO LACTATO DESHIDROGENASA
  59. 59. Heterofermentativo: No tienen la “aldolasa” (enzima básico de la glucolisis); no pueden romper la F-6-P. GLUCOSA GLUCONATO-6-FOSFATO CO2 RIBOSA-5-FOSFATO PENTOSAS FOSFATO G-3-P ACETIL FOSFATO A. LÁCTICO PIRUVATO ETANOLLACTOBACILUS: Bacilos. Especies homofermentativas / heteroferment. Asociadas a productos lácteos: Delbrukii supbulgaris / acidofilus.
  60. 60. LEUCONOSTOC: Son fermentativos. Forman coco-bacilar.. “leuconostoc mesenteroides”: Vegetales: pepinillos, …. Tolera alta [azúcares]. STREPTOCOCUS: Lactococos: en productos lácteos. Enterococos: en flora intestinal. Streptococos: producen enfermedades. S. mutans (producen caries) S. Neumoniae (causa neumonia) S. thermophilus (en el yogur).B. Endosporas: La >ia son bacterias del suelo (ventaja ecológica). Género bacilus: Aerobios (catalasa + SOD). Formador de endosporas. Son los + abundantes del suelo. Existen importantes especies para la producción de antibióticos.
  61. 61. Otras especies importantes para la intoxicación alimentaria (B. cocus). Otras son patógenas de animales. (B.antracis). Otras son patógenas de insectos (B. thuringiensis); insecticidas biológicos.Género clostridium: Anaerobios estrictos. Metabolismo fermentativo. Algunas sintentizan catalasa, pero poco. Funciones industriales (fermentar alcohol) Algunas fermentan la celulosa (mezcla con combustible y etanol para biocombustible) Algunas fermentan grasa, proteínas cárnicas (c. cadaveris),… c. perfringens: intoxicación alimentaria c. botulinum: produce neurotoxina, vive en el suelo y es mortal. c. tetanii: vive en el suelo.
  62. 62.  Alto contenido en G+C: Bacterias del ácido propiónico: Crece a partir del azúcar y la leche. Se aisló por primera vez del queso (emental suizo) A PROPIÓNICO LACTOSA A. LÁCTICO A ACÉTICO b. lacticus Propioni CO2 bacterium Bacterias Streptomyces: Se clasifican según las ramificaciones de las esporas. Son filamentosas y del suelo. Son productores de antibióticos. Bifidobacterias: Género bifidobacterium: Produce ácido láctico. Viven en el tracto intestinal de los lactantes (bebés) No se implanta en el intestino pero beneficia la flora. Anaerobio. Ruta fermentación láctica ≠ al de bacterias lácticas.
  63. 63. Glucolisis.
  64. 64. El Ciclo de Kalvin.
  65. 65. ÁREA DE CONTROL DE CALIDAD Y DE SEGURIDAD ALIMENTARIA JAIME FISAC PONGILIONI Ingeniero Agrónomo Col. Nº 4578 COIACC Col. Nº 3199 COIAL

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