Crecimiento microbiano PDF

GONZÁLEZ CABEZA 1
GONZÁLEZ CABEZA / MICROBIOLOGÍA / GONZÁLEZ CABEZA / M
ZÁLEZ CABEZA / MICROBIOLOGÍA / GONZÁLEZ CABEZA / MICRO
CABEZA / MICROBIOLOGÍA / GONZÁLEZ CABEZA / MICROBIOLO
A / MICROBIOLOGÍA / GONZÁLEZ CABEZA / MICROBIOLOGÍA / G
CROBIOLOGÍA / GONZÁLEZ CABEZA / MICROBIOLOGÍA / GONZÁ
IOLOGÍA / GONZÁLEZ CABEZA / MICROBIOLOGÍA / GONZÁLEZ C
NZÁLEZ CABEZA / MICROBIOLOGÍA / GONZÁLEZ CABEZA / MICR
EZ CABEZA / MICROBIOLOGÍA / GONZÁLEZ CABEZA / MICROBIO
ABEZA / MICROBIOLOGÍA / GONZÁLEZ CABEZA / MICROBIOLOGÍ
UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO
FACULTAD DE MEDICINA / CIENCIAS
CÁTEDRA DE MICROBIOLOGÍA
TEMA:
CRECIMIENTO
MICROBIANO
Dr. José González Cabeza

GONZÁLEZ CABEZA 2
CRECIMIENTO MICROBIANO
El crecimiento de células, microorganismos, células vegetales y
animales, puede tener dos acepciones, una referida al incremento de
la masa celular y la otra al incremento del número de células; esta
última es la válida desde el puinto de vista microbiológico. A la vez, ello
puede mirarse bajo dos aspectos o tipos de crecimiento
reproductivo.
a.- Células individuales o población de células en crecimiento
sincronizado para estudio del ciclo de vida celular. Procesos en
laboratorio.
b.- División estocástica de la población, o división al azar.
Por tanto, la división celular se efectúa luego de un aumento en el
tamaño de la célula, duplicación del núcleo, división celular, división
citoplasmática (salva los organismos cenóticos) y de ésta manera
una célula genera a dos células de tamaño similar, conteniendo los
mismos elementos estructurales y potencialidades.

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DIVISIÓN
CELULAR
El proceso general de
fisión binaria en
procariotas de forma
bacilar. Por simplicidad
el nucleoide esta
representado como un
simple círculo verde.

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DIVISIÓN CELULAR
El anillo FtsZ y la
división celular. (a)
Cut-away view of a
rod-shaped cell
showing the ring
of FtsZ molecules
around the
division plane

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DIVISIÓN CELULAR
Síntesis de Pared Celular de una bacteria gram positiva. (a)
localización de la síntesis de la nueva pared celular durante la dición
celular. En cocos, la nueva síntesis de pared celular (mostrado en
verde) esta localizada con un sólo punto. El anillo FtsZ define el
plano de la divisón celular.

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DIVISIÓN CELULAR
– Crecimiento de Pared –
Bactoprenol (undecaprenolphosphate), the lipid carrier
of the cell wall peptidoglycan building blocks.

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Peptidoglycan synthesis. (a) Transport of peptidoglycan precursors
across the cytoplasmic membrane to the growing point of the cell
wall.

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Peptidoglycan synthesis. (b) The transpeptidation reaction that leads to
the final cross-linking of two peptidoglycan chains. Penicillin inhibits
this reaction.

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CURVA DE CRECIMIENTO
MICROBIANO

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CURVAS DE CRECIMIENTO
Es la representación gráfica del logaritmo del número de células frente al
tiempo.
La curva teórica sería una recta pues los microorganismos estarían
creciendo constantemente pero en la práctica la curva presenta distintas
fases:
Fase de Latencia (lag).- Período de adaptación de un microorganismo a las
nuevas condiciones medio ambientales nuevas en un nuevo medio de
cultivo.
Fase de Aceleración.- Periodo donde las células mejor adaptadas empiezan a
dividirse, por tanto poblacionalmente lo hacen gradualmente.
Fase exponencial o logarítmica (log).- La población se incrementa de modo
regular, duplicándose a intervalos regulares de tiempo. Se considera que las
células son fisiológicamente iguales y el tiempo de generación es constante.

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Fase Estacionaria o de Equilibrio.- Existe una merma en el crecimiento
poblacional, esencialmente por agotamiento de nutrientes y acumulación
de productos tóxicos. Se considera teóricamente como constantes las
tasas de proliferación y la de muerte.
Fase de Declinación o Muerte.- El número de células que mueren es mayor
que el número de células que se dividen. Se considera teóricamente que la
tasa de muerte es mucho mayor que la de proliferación.
”Las propiedades de un microorganismo dependerán de la
fase de la curva de crecimiento en que se encuentren”

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La tasa de
crecimiento de un
cultivo microbiano

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Método para estimar el tiempo de
generación (g) del crecimiento poblacional
exponencial, con tiempos de generación
de (a) 6 h y (b) 2 h de datos ploteados
sobre un gráfico semilogarítmico. La
pendiente de cada línea es igual a 0.301/g
and n igual al número de generaciones
que han ocurrido en este tiempo, t. Todos
los números son expresados en notación
científica; esto es, 10´000,000 is 1 x 107,
60´000,000 is 6 x 107.
CRECIMIENTO
MICROBIANO

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Aceleración
Lag
Curva típica de Crecimeinto de una Población Bacteriana.

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CRECIMIENTO SINCRONICOCRECIMIENTO SINCRONICO
Informa sobre el tipo deInforma sobre el tipo de
crecimiento de las distintascrecimiento de las distintas
bacterias.bacterias.
Cultivos en los que todos losCultivos en los que todos los
individuos de una poblaciindividuos de una poblacióónn
estestáán en la misma etapa deln en la misma etapa del
ciclo celular.ciclo celular.
Para obtenerlo se puedePara obtenerlo se puede
utilizar el mutilizar el méétodo detodo de
HelmstetterHelmstetter--CummingsCummings..
Ciertas membranas seCiertas membranas se
adhieren a las membranas deadhieren a las membranas de
filtros de nitrato de celulosafiltros de nitrato de celulosa
con un tamacon un tamañño de poro inferioro de poro inferior
a la de ellas.a la de ellas.

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CRECIMIENTO MICROBIANO – Estimaciones –

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CULTIVO CONTINUOCULTIVO CONTINUO
PoblaciPoblacióón microbianan microbiana ⇒⇒ fase exponencial.fase exponencial.
Fermentaciones industrialesFermentaciones industriales ⇒⇒ actividad metabactividad metabóólica mlica mááxima.xima.
Pueden hacerse funcionar comoPueden hacerse funcionar como quimiostatosquimiostatos o comoo como
turbidostatosturbidostatos..
QuimiostatoQuimiostato: velocidad de flujo de entrada y salida de: velocidad de flujo de entrada y salida de
nutrientes se mantiene.nutrientes se mantiene.
Velocidad de crecimiento del cultivo queda ajustada a esaVelocidad de crecimiento del cultivo queda ajustada a esa
velocidad de flujo.velocidad de flujo.

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Schematic for a
continuous culture
device (chemostat). In
such a device, the
population density is
controlled by the
concentration of
limiting nutrient in the
reservoir, and the
growth rate is
controlled by the flow
rate. Both parameters
can be set by the
experimenter.

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Relationship between nutrient concentration, growth rate (green curve), and
growth yield (red curve) in a batch culture (closed system). At low nutrient
concentrations both growth rate and growth yield are affected.

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Steady-state relationships in the chemostat. The dilution rate
is determined from the flow rate and the volume of the culture
vessel. Thus, with a vessel of 1000 ml and a flow rate through
the vessel of 500 ml/h, the dilution rate would be 0.5 h-1. Note
that at high dilution rates, growth cannot balance dilution, and
the population washes out. Note also that although the
population density remains constant during steady state, the
growth rate (doubling time) can vary over a wide range. Thus,
the experimenter can obtain populations with widely varying
growth rates without affecting population density.

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DETERMINACIÓN DEL CRECIMIENTO
BACTERIANO

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METODOSMETODOS
MÉTODOS DIRECTOS
Recuento en placa
Técnica del nª mas probable
Método de filtración
Recuento en cámara
Clitómetro de flujo
MÉTODOS INDIRECTOS
MediciMedicióón de peson de peso
MMéétodo analtodo analííticotico
TurbidimetriaTurbidimetria
Estudio de la actividad metabEstudio de la actividad metabóólicalica

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METODOS DIRECTOSMETODOS DIRECTOS
RECUENTRO EN PLACA.- Consiste en el plaqueo de un volúmen
conocido procedente de la muestra que se analiza. El resultado
es función de una serie de factores (como son el método de
muestreo) y los cultivos pueden hacerse tanto en superficie
como en profundidad. Los pasos a seguir son los siguientes:
Estima el número de células viables.
Se emplea placas Petri que contengan el medio de cultivo idóneo para el
crecimiento bacteriano.
Se siembra un volúmen conocido de muestra.
Se procede a contar el número de colonias.
Si la cantidad de bacterias es elevada se preparan diluciones.
Se siembra un determinado volumen en la placa Petri, para luego calcular el
número de bacterias por mililitro (expresado como UFC).

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VENTAJA:
• La ventaja del método de recuento en placa es su gran
sensibilidad. si se utiliza un medio y unas condiciones de
incubación adecuadas, puede detectarse incluso una única
célula viva.
• El recuento en placa no requiere un equipo complicado.
DESVENTAJA:
• No mide el número total de células si no únicamente las
viables.
• Un inconveniente es que el recuento en placa es lento y
tedioso y no es preciso, porque la precisión depende del
recuento de un número elevado de colonia

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Two methods of performing a viable count (plate count). In either
case the sample must usually be diluted before plating.

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CRECIMIENTO
MICROBIANO
– Estimaciones –
Procedure for viable counting
using serial dilutions of the
sample and the pour plate
method. The sterile liquid used
for making dilutions can simply
be water, but a balanced salt
solution or growth medium may
yield a higher recovery. The
dilution factor is the reciprocal
of the dilution. For spread
plating, further dilutions may be
necessary in order to spread
samples of 0.1 ml.

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TTÉÉCNICA DEL NCNICA DEL NÚÚMERO MMERO MÁÁS PROBABLES PROBABLE
Es un método estdístico basado en series de diluciones y
cálculo estadístico del número de bacterias `presentes en las
disoluciones mas altas.
Cuando mayor es la dilución necesaria
Reducir a 0 el número de bacterias en una muestra
Mayor será el número de bacterias en la misma.
Ventajas Técnica fácil. / Idea general de la población bacteriana. / También se
usa para determinar el número de células de un cultivo mixto que pueden crecer
en un medio líquido. / Proporciona un 95% de posibilidades de que la población
bacteriana este dentro de un determinado margen.
Desventajas Método popular pero poco exacto.

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MMÉÉTODO DE FILTACITODO DE FILTACIÓÓN.N.
Utilizados cuando el número de bacterias es bajo, son filtros con
un poro de 0,45um que retiene las bacterias, se filtra un volumen
dado y se coloca el filtro sobre una placa de medio de cultivo
apropiado, donde crecerán tantas colonias como bacteria hayan
quedado adheridas al filtro.
Cuando la concentración es baja y El volumen de la muestra es
grande La muestra se hace pasar por un filtro cuyo poro
retenga a la bacteria. Estas son transferidas a un medio de
cultivo donde serán contadas las colonias.
VENTAJAS:
Nos permite poder separar las bacterias del medio acuoso.
DESVENTAJAS:
Hay la posibilidad de que no todas las bacterias se queden en el
filtro o sean transferidas.

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MMÉÉTODO DE FILTACITODO DE FILTACIÓÓN.N.

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RECUENTO EN CRECUENTO EN CÁÁMARAMARA
Se puede utilizar diversos tipos de cámaras. En general se conoce
el volumen exacto del liquido que queda atrapado en el lugar
donde se realiza el recuento, que se cuenta un número variable de
estos cuadrados y se extrapola la media al número de
microorganismo por mililitro.
VENTAJAS:
Cuando se cuenta por cuadrados evitaremos confundirnos.
DESVENTAJAS:
No puede medir bacterias móviles.
No distingue las células vivas de las muertas.
Es impreciso.

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Direct microscopic counting procedure using the Petroff-Hausser counting
chamber

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CITOMETRO DE FLUJO.CITOMETRO DE FLUJO.
Método basado en hacer pasar una a una las células de una
suspensión por un sistema de detección, este sistema puede
contener un detector capaza de medir diferentes parámetros lo
que permite identificar las bacterias durante su paso por el
detector.
VENTAJA.- Es un sistema automatizado y rápido.
DESVENTAJA.- Esta técnica sigue sin distinguir entre bacteria
viables y no viables.
Mediante un contador automático de bacterias CONTADOR
COUNTER Mide la diferencia de conductividad al pasar una
bacteria por un orificio estrecho conectado a dos electrodos.

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METODOS INDIRECTOSMETODOS INDIRECTOS
MEDICIÓN DE PESO
PESO HÚMEDO ⇒⇒ UUtiliza una altiliza una alíícuota del mediocuota del medio
CentrifugCentrifugáándolondolo Pesando el sedimento. MPesando el sedimento. Méétodo inexacto.todo inexacto. Es
fácil de maniobrar.
PESO SECO ⇒⇒ LiofilizaciLiofilizacióón. Sen. Se deben emplear balanzas muy
exactas; un miligramo supone una desviación en el número de
bacterias
MÉTODOS ANALÍTICOS
Componentes de la bacteriaComponentes de la bacteria ⇒⇒ NitrNitróógeno total, protegeno total, proteíínas totalesnas totales
o ADN.o ADN. Se consiguen medidas muy precisas. Desventaja:
Algunas bacterias presentan deficiencia en la conformación las
moléculas de ADN.

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TURBIDIMETRIA
Estima la turbidez de una suspensión bacteriana mediante:
A) Fotómetro o Espectrofotómetro: Mide la luz transmitida = “La
disminución de esta luz es proporcional a la concentración de
microorganismos”.
B) Nefelómetro: Mide la luz dispersa. = “A mayor dispersión mayor
concentración microbiana”.
VENTAJAS.- Es más exacta y precisa, ya que se basa de aspectos
físicos y químicos de las bacterias. / Es un método de recuento
automatizado que da resultados con cálculos matemáticos.
DESVENTAJAS:
La presencia de precipitados u otras sustancias producidas por las
bacterias puede aumentar la turbidez. / El método presenta el
problema de que no puede medir bacterias móviles. / No distingue
células vivas de muertas. / Es impreciso si el número de
microorganismo es escaso. / Es lento y subjetivo.

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Turbidity measurements of microbial growth. (b) Typical
growth curve data obtained in Klett units or optical density
(OD) for two organisms growing at different growth rates.
For practice, calculate the generation time (g) of the two
cultures using the formula n = 3.3 (log N – log N0) where N
and N0 are two different Klett values taken between a time
interval t. Which organism is growing faster, A or B? (c)
Relationship between cell number or dry weight and
turbidity readings. Note that the one-to-one
correspondence between these relationships breaks down
at high turbidities.

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Turbidity measurements of microbial growth. (a) Measurements of turbidity
are made in a spectrophotometer or photometer. The photocell measures
incident light unscattered by cells in suspension and gives readings in
optical density or photometer units.

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ESTUDIO DE LA ACTIVIDAD METABÓLICA
Puede realizarse de diversas formas, entre las que destacan:
• Determinación de un proceso metabólico natural.
• Evaluación de una sustancia catabólica radioactiva a partir de
un sustrato marcado.
• Detección de la perdida de un compuesto persistente.
• Asimilación de un producto que por la acción de enzimas
bacterianas determina la aparición de un compuesto cromógeno
o fluorescente.
VENTAJA
• También se emplea para estudiar propiedades bioquímicas
bacterianas.

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FACTORES QUE AFECTAN EL

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TEMPERATURA
Effect of
temperature on
growth rate and
the molecular
consequences for
the cell. The three
cardinal
temperatures
vary by organism.

GONZÁLEZ CABEZA 44
TEMPERATURA. Influye m. Influye máás en el crecimiento de loss en el crecimiento de los
microorganismos. Cada microorganismo tiene unamicroorganismos. Cada microorganismo tiene una
temperatura mtemperatura míínima,nima, óóptima (+ cerca de la temperaturaptima (+ cerca de la temperatura
mmááxima) y mxima) y mááxima de crecimiento.xima de crecimiento.
PsicrPsicróófilosfilos: Temperatura: Temperatura óóptima baja (ptima baja (PseudomonasPseudomonas,,
FlavobacteriumFlavobacterium,, AlcaligenesAlcaligenes).).
MesMesóófilosfilos: Temperatura: Temperatura óóptima normal (la mayor parte deptima normal (la mayor parte de
los organismos).los organismos).
TermTermóófilosfilos: Temperatura: Temperatura óóptima alta (microorganismosptima alta (microorganismos
aislados deaislados de ááreas volcreas volcáánicas).nicas).
TermTermóófilosfilos extremosextremos: Temperatura: Temperatura óóptima muy altaptima muy alta
((ThermococcusThermococcus celerceler 103103°° C)C)

GONZÁLEZ CABEZA 45
Relation of temperature to growth rates of a typical psychrophile, a
typical mesophile, a typical thermophile, and two different
hyperthermophiles. The temperature optima of the example organisms
are shown on the graph.

GONZÁLEZ CABEZA 46
TEMPERATURA
Growth of
hyperthermophiles in
boiling water. (a)
Boulder Spring, a
small boiling spring in
Yellowstone National
Park. This spring is
superheated, having a
temperature 1–2˚C
above the boiling
point. The mineral
deposits around the
spring consists mainly
of silica and sulfur.

GONZÁLEZ CABEZA 47
Growth of hyperthermophiles in boiling water. (b) Photomicrograph of
a microcolony of prokaryotes that developed on a microscope slide
immersed in a boiling spring such as that shown in (a).

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pH
Microorganismos cambian elMicroorganismos cambian el pHpH ⇒⇒ al crecer se debeal crecer se debe
aaññadir un tampadir un tampóón en el medio para mantener eln en el medio para mantener el pHpH
constante.constante.
ParaPara pHpH neutros se utiliza el tampneutros se utiliza el tampóón fosfato.n fosfato. pHpH dede
ambientes naturales oscilaambientes naturales oscila ÷÷ 5 y 9.5 y 9.
AcidAcidóófilosfilos ⇒⇒ crecen acrecen a pHpH inferiores a 5 (inferiores a 5 (ThiobacillusThiobacillus
pHpH: 0,5).: 0,5).
AlcalinAlcalinóófilosfilos ⇒⇒ crecen acrecen a pHpH superiores a 9 (superiores a 9 (BacillusBacillus
pHpH: 11).: 11).

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CRECIMIENTO
MICROBIANO
– Factores –
The pH scale. Note
that although some
microorganisms can
live at very low or
very high pH, the
cell’s internal pH
remains near
neutrality

GONZÁLEZ CABEZA 50
HALÓFILOS::
Microorganismos que viven en altas concentraciones deMicroorganismos que viven en altas concentraciones de
sales.sales.
OSMÓFILOS::
Microorganismos que viven en altas concentraciones deMicroorganismos que viven en altas concentraciones de
azazúúcares.cares.
XERÓFILOS::
Microorganismos que viven en ambientes secos.Microorganismos que viven en ambientes secos.

GONZÁLEZ CABEZA 51
Effect of sodium
ion
concentration on
growth of
microorganisms
of different salt
tolerances or
requirements.
The optimum
NaCl
concentration for
marine
microorganisms
such as V.
fischeri is about
3%; for extreme
halophiles, it is
between 15 and
30%, depending
on the organism
– Factores –

GONZÁLEZ CABEZA 52
Structures of some
common compatible
solutes in
microorganisms. The
structures of glutamate
and proline, other
common solutes, were
shown in Figure 3.12. The
formal name of ectoine is
1,4,5,6-tetrahydro-2-
methyl-4-pyrimidine
carboxylate. Note that all
the compounds shown
here are very polar (water
soluble) molecules.

GONZÁLEZ CABEZA 53
Structures of some common compatible solutes in microorganisms. The
structures of glutamate and proline, other common solutes, were shown
in Figure 3.12. Note that all the compounds shown here are very polar
(water soluble) molecules

GONZÁLEZ CABEZA 54
OXIGENO
Aerobic, anaerobic, facultative, microaerophilic, and aerotolerant
anaerobe growth, as revealed by the position of microbial colonies
(depicted here as black dots) within tubes of thioglycolate broth culture
medium. A small amount of agar has been added to keep the liquid from
becoming disturbed and the redox dye, resazurin, which is pink when
oxidized and colorless when reduced, is added as a redox indicator. (a)
Oxygen penetrates only a short distance into the tube, so obligate
aerobes grow only at the surface. (b) Anaerobes, being sensitive to
oxygen, grow only away from the surface. (c) Facultative aerobes are
able to grow in either the presence or the absence of oxygen and thus
grow throughout the tube. However, better growth occurs near the
surface because these organisms can respire. (d) Microaerophiles grow
away from the most oxic zone. (e) Aerotolerant anaerobes grow
throughout the tube. However, growth is no better near the surface
because these organisms can only ferment.

GONZÁLEZ CABEZA 55
(a) AEROBIOS
(b) ANAEROBIOS
(c) AEROBIOS
FACULTATIVOS
(d) MICROAEROFILOS
(e) ANAEROBIOS
AEROTOLERANTES
(Ver leyenda anterior)
OXIGENO

GONZÁLEZ CABEZA 56
OXIGENO
AEROBIOS
Obligados Requieren O2 para crecer (21%).
Facultativos No requieren pero crecen mejor en presencia
de O2.
MICRAERÓFILOS
Requieren pero a niveles más bajos que los atmosféricos (1-
15%).
ANAEROBIOS
Aerotolerantes No requieren y crecen peor cuando el O2
está presente.
Obligados La presencia de O2 es letal.

GONZÁLEZ CABEZA 57
CRECIMIENTO
MICROBIANO
– Factores –
Incubation under anoxic
conditions. (a) Anoxic jar. A
chemical reaction in the
envelope in the jar generates H2
+ CO2. The H2 reacts with O2 in
the jar on the surface of a
palladium catalyst to yield H2O;
the final atmosphere contains N2,
H2, and CO2.

GONZÁLEZ CABEZA 58
POTENCIAL DE AGUA
POTENCIAL DE AGUA (aw) Requerimientos deRequerimientos de
agua para realizar actividades metabagua para realizar actividades metabóólicas.licas.
•• Valores de 0 a 1.Valores de 0 a 1.
•• ElEl awaw del Hdel H22O pura es 1.O pura es 1.
•• ElEl awaw de los frutos secos es 0,7.de los frutos secos es 0,7.
•• ElEl awaw de los campos de cultivo se sitde los campos de cultivo se sitúúa entre 0,9 y 1,0a entre 0,9 y 1,0

GONZÁLEZ CABEZA 59
Four-electron reduction of O2 to water by stepwise addition
of electrons. All the intermediates formed are reactive and
toxic to cells except for water, of course.

GONZÁLEZ CABEZA 60
Enzymes that destroy toxic
oxygen species. (a)
Catalases and (b)
peroxidases are porphyrin-
containing proteins,
although some flavoproteins
may consume toxic oxygen
species as well. (c)
Superoxide dismutases are
metal-containing proteins,
the metals being copper and
zinc, manganese, or iron. (d)
Combined reaction of
superoxide dismutase and
catalase. (e) Superoxide
reductase catalyzes the one
electron reduction of O2
- to
H2O2 using reduced
cytochrome c as the
electron donor.

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