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FISIOLOGÍA
MICROBIANA
      DOCENTE
  Dra. Estela Tango
Objetivos

Conocer los requerimientos nutricionales de
 las bacterias.
Captación de los nutrientes.
Cultivo de los microorganismos.
Conocer el crecimiento bacteriano.
Fases de crecimiento bacteriano.
Factores ambientales para el crecimiento.
Sustancias antimicrobianas.
Metabolismo microbiano.
FISIOLOGÍA BACTERIANA
 La fisiología bacteriana comprende el estudio de
  las funciones realizadas por estas.
 Las bacterias son muy eficientes fisiológicamente,
  sintetizan en forma muy rápida sus componentes
  celulares, siendo la mayoría autosuficientes, a
  pesar de su simpleza estructural.
 En la bacteria se desencadenan una serie de
  procesos químicos, que en conjunto constituyen



         METABOLISMO BACTERIANO
Exigencias nutritivas de las
   bacterias
 Bacterias que viven exclusivamente en el hombre
   Bacterias exigentes
   Han perdido rutas metabólicas y dependen del
   huésped para su aporte, “autótrofas”

  Bacterias que pueden crecer en el hombre ó en el
    ambiente
   Bacterias poco exigentes
   Pueden sintetizar todos sus macromoléculas
Nutrientes que se emplean en la
biosíntesis y producción de Energía
     H2O
     Macroelementos
     Microelementos
     Hierro
     Factores de crecimiento
Macroelementos
 Constituyen > 95% del peso seco celular
 C, H, O, N, P, S, Ca++, Mg++, K+, Fe++
 C, H, O, N, P, S son componentes de CH, proteínas,
  lípidos, ácidos nucleicos
 K+ : actividad de algunas enzimas
 Ca++: termorresistencia esporas
 Mg++: Cofactor de enzimas, forma complejos con el
  ATP, estabiliza ribosomas y membrana plasmática
 Fe++ y Fe+++: forma parte de los citocromos y es
  cofactor de enzimas y proteínas transportadoras de
  electrones
Microelementos
 Se denominan también micronutrientes
 Mn, Zn, Co, Cu, Mo, Ni
 Se obtienen como contaminantes del H2O,
  matraces, componentes del medio de cultivo
 Forman parte de enzimas y cofactores y facilitan
  la catálisis de las reacciones y el
  mantenimiento de la estructura de las
  proteínas, Ej
    Zn: centro activo de algunas enzimas
    Mn: facilita la transferencia de grupos fosfato
    Co: componente de la vitamina B12
Fuentes de Carbono
 Dióxido de Carbono (CO2)
   No aporta Hidrógeno ni energía.
   Los organismos pueden agruparse dependiendo de la
   fuente de carbono en:

                      Usan el CO2 como       ORGANISMOS
AUTÓTROFOS
  :                  fuente de energía    FOTOSINTÉTICOS.



                       Usan nutrientes
                       Orgánicos como
HETERÓTROFOS          Fuente de carbono
                          y energía
Clasificación de las Bacterias
    según fuentes de carbono
                      Carbono


Autótrofas
Obtienen C de
substratos simples.
• CO2                     Heterótrofas
• CH4                   Obtienen C de compuestos
                        más complejos.
                        • Aminoácidos
                        • H de Carbono
                        • Lípidos
Tipos nutricionales
 Los microorganismos pueden clasificarse dependiendo
 de la fuente de Hidrógeno o electrones:


                             Obtienen electrones
     LITÓTROFOS               O hidrógeno de
                           Compuestos inorgánicos.



                              Utilizan sustancias
                               orgánicas como
    ORGANÓTROFOS
                                    Fuente de
                                   Electrones.
Tipos nutricionales
 El metabolismo es realizado mediante la utilización de
 dos fuentes de energía: energía libre de las
 oxidaciones químicas y radiación.


  Obtienen energía a partir
       de la oxidación de
    compuestos orgánicos
         o inorgánicos.
                                         Emplean la luz
                                           como fuente
                                            de energía.

    QUIMIÓTROFOS               FOTÓTROFOS
TIPOS NUTRICIONALES
               QUIMIÓTROFOS
                                             FOTÓTROFOS
ORGANÓTROFOS
                   HETERÓTROFOS      LITÓTROFOS
                                                    AUTÓTROFOS
     Protozoos, hongos,
 Bacterias no fotosintéticas           Algas, bacterias púrpuras
(mayoría de microorganismos              Y verdes del azufre,
         Patógenos)                         Cianobacterias.



              QUIMIÓTROFOS                      FOTÓTROFOS

     LITÓTROFOS                     ORGANÓTROFOS
                     AUTÓTROFOS                 HETERÓTROFOS

  Bacterias oxidantes del azufre,        Bacterias púrpuras y
     Hidrógeno, nitrificantes,            verdes no sulfúreas
       Oxidantes del hierro.
Requerimientos de N, P, S
 Pueden ser obtenidos a partir de fuentes
  orgánicas e inorgánicas
 N: purinas y pirimidinas, aminoácidos, etc.
   Aminoácidos
   Reducción asimilatoria del nitrato (NO3-NH4)
 P: ácidos nucleicos, fosfolípidos, proteínas, etc.
   Fuente inorgánica en la forma de fosfato
 S: cisteína, metionina, biotina, tiamina, etc.
    La mayoría efectúa reducción asimilatoria de
     sulfato
    Algunos requieren cisteína
Factores de crecimiento
 Compuestos orgánicos que la bacteria no puede
 sintetizar por pérdida de enzimas de rutas
 metabólicas
   Aminoácidos: Síntesis de proteínas. Ej. Cisteína
    en N.gonorrhoeae
   Purinas y pirimidinas: Síntesis de ácidos
    nucleicos.
   Ej. Mycoplasmas
   Vitaminas: Cofactores enzimáticos
   Ej. Vitamina K en bacilos Gram(-) anaerobios
   Otros: Haemophilus
     NAD
     Heme
Captación de Nutrientes
 Sistemas de transporte
 Difusión pasiva
     De mayor a menor concentración.
     Ej.. H2O, O2 y CO2
 Difusión facilitada
     De mayor a menor concentración
     Proteínas transportadoras de la
      membrana (permeasas)
     Poco empleada en procariotes
       Ej.glicerol
   Transporte activo
   Translocación de grupo
Transporte activo
 Permite concentrar nutrientes en contra de una
  gradiente de concentración
 Requiere energía metabólica Ej ATP, ó fuerza
  motriz de protones
 Emplea proteínas transportadoras de gran
  especificidad
 Sistemas de transporte de proteínas ligadoras
  del espacio periplásmico transportan azúcares y
  aminoácidos
Transporte activo
 Gradiente de protones generado durante el
  transporte de electrones para facilitar el
  transporte activo.
 Sistema de transporte de una sustancia en un
  sentido      uniporte.
 Sistema de transporte combinado de dos
  sustancias      simporte.
 Sistema de transporte combinado en que las
  sustancias se desplazan en direcciones
  opuestas        antiporte.
Translocación de grupo
 Hay modificación química de la sustancia a ser
  transportada
 Transporte de azúcares
 Hay fosforilación del azúcar a cargo del
  fosfoenolpiruvato
   PEP+azúcar(exterior)/piruvato+azúcar-P(interior)
 Presente en bacterias anaerobias facultativas
Transporte de hierro

   La captación de Fe+3 es difícil por la
    insolubilidad del compuesto
   Muchas bacterias secretan sideróforos, los que
    forman complejo con el hierro
   Receptores de la superficie bacteriana captan el
    complejo Fe-sideróforo
   Liberación y reducción del hierro como
    Fe+2(ferroso)
Medios de cultivo
 Preparados estériles que contienen los nutrientes
  necesarios para el crecimiento microbiano
 Medios definidos
    Se conocen todos los componentes (glucosa como
     fuente da carbono y sal de NH4 como fuente de N)
    Utiles en investigación de la capacidad metabólica
     de un organismo.
 Medios complejos
    Composición química desconocida
    Satisfacen las necesidades de la mayoría de las
     bacterias
Medios de cultivo
Componentes
            Peptonas
              Hidrolizados
                enzimáticos de carne,
                caseína, soya
               Sirven como fuente de
                Energía, C y N
            Extractos: carne, levadura
               Fuente de aminoácidos,
                péptidos, nucleótidos,
                vitaminas
Tipos de medios de cultivo
 Medios enriquecidos
   Se usan en el aislamiento microbiano
 Medios selectivos
   Se usan para aislamiento de sitios no estériles
   Favorecen el crecimiento de bacterias específicas
   Contiene sustancias inhibitorias Ej CV y sales
    biliares
 Medios diferenciales
   Permiten diferenciar entre bacterias por sus
    características fisiológicas
Medios de cultivo



Medios enriquecidos            Medio selectivo




                      Medio diferencial
Crecimiento microbiano
Adaptación bacteriana para:    Aumento de
                              número y masa




                                    30 minutos
  30 años
Crecimiento bacteriano
               División binaria
                 Replicación del
                  cromosoma bacteriano
                 Se pega cada copia en
                  diferentes partes de la
                  membrana
                 Formación de tabique
                  celular
               Tiempo de generación
                (duplicación)
Crecimiento Microbiano:

Cambio en el número de células
por una unidad de tiempo
determinada.


Tiempo de generación
(duplicación):

Tiempo requerido para que una
célula se divida en dos.
El tiempo puede ser minutos,
hora o días.
 Otra forma de duplicación en procariontes es la
  gemación.
 sistema de duplicación de organismos unicelulares,
  por evaginación se forma una yema que recibe uno de
  los núcleos mitóticos y una porción de citoplasma.
 Uno de los organismos formados es de menor tamaño
 que el otro
FASES DEL CRECIMIENTO
 CUANDO   INTRODUCIMOS  UNA   POBLACION    DE
 MICROORGANISMOS DENTRO DE UN MEDIO DE CULTIVO
 LIQUIDO, CADA ORGANISMO PRESENTA CUATRO FASES
 DE CRECIMIENTO TIPICAS:

           FASE LAG(latencia)
           FASE LOGARITMICA (LOG)
           FASE ESTACIONARIA
           FASE DE MUERTE.

 ESTAS CUATRO FASES FORMAN LA CURVA ESTANDAR DEL
  CRECIMIENTO BACTERIANO
 CRECIEMIENTO EXPONENCIAL
 N° CELULAS : 1  2    3        4    8
 EXPONENTE 20    21   22       23   24
Fase estacionaria: cese del
•Fase exponencial o logarítmica              crecimiento por agotamiento de
(log): aumento regular de la                 nutrientes, por acumulación de   Fase de declinación o muerte: el
población que se duplica a                   productos tóxicos, etc.          número de células que mueren es
intervalos regulares de tiempo (G).          N|°cel.nuevas=n°cel.que mueren   mayor que el número de células
•Los Bllactamicos actuan en esta fase
                                                                              que se dividen.↓cel. viables




•Fase de latencia: período de adaptación ,
gran actividad metabólica, células no se
dividen (min-horas )

    Las propiedades de un microorganismo dependerán de la fase de la curva en que se
    encuentren (la producción de antibióticos se lleva a cabo en la fase estacionaria).
Medición del crecimiento bacteriano
 Medición del número celular
   Recuento directo (Cámara de Petroff-Hauser)
 Recuento del Nº de colonias en cultivo
   Ej. Un ml de una dilución de 1x10-6 produce 150 colonias,
    la muestra original contiene 1.5x108 ufc/ml
 Crecimiento en filtro
 Medición de la masa celular
   Mide la capacidad de dispersar la luz, que es
    proporcional al Nº
   Un aumento del Nº, aumenta la turbidez y disminuye la
    luz transmitida
DILUCIONES
FACTORES AMBIENTALES Y CRECIMIENTO
           MICROBIANO
Temperatura                  Nutrientes




pH
                               Tiempo




Disponibilidad
de agua
                   Oxígeno
Temperatura
                  mínima      óptima        máxima
Psicrófilos       0º C        15º C         20º C          Bacterias
                                                           oceánicas


Psicrótofos       0º C        20 – 30º C    35º C          Bacterias
                                                           deterioro de
                                                           alim. Refrig.

Mesófilos         15 -20º C   20 – 45º C    45º C          Mayoría de
                                                           bacterias
                                                           patógenas

Termófilos        45º C       55 – 65º C    sup. a 65º C   Bacterias,
                                                           hongos y algas


Hipertermófilos   55º C       80 – 113º C   113º C         Bacterias
                                                           aisladas del
                                                           suelo marino
Temperatura
pH

pH neutro
   6.5-7.5

Acidófilo
Lactobacillus sp.:
pH<5
Presión
 No afecta a microorganismos de la superficie
  terrestre.
 Presión de 1 atmósfera.
 En el océano puede alcanzar 600 – 110 atm, y Tº es
  de 2 – 3º C.
 Barotolerantes        un aumento de la presión les
  afecta negativamente.
 Barófilos       crecen a presiones elevadas.
Presión osmótica
DISPONIBLIDAD DE AGUA
 Todos los organismos requieren
  H2O para vivir.
 Halófilos: microorganismos que
  viven en altas concentraciones de
  sales.algunas bacterias se han
  adaptado muy bien a ambientes
  con altas concentraciones de sal
  (nacl):
    halotolarentes,(toleran
      conentraciones de nacl) y los
    halófilas ( requieren nacl para
      su crecimiento, moderados(6-
      15%) y extremos(15-30% nacl).
 Osmófilos: microorganismos que
  viven en altas concentraciones de
  azúcares.
  Xerófilos: microorganismos que
  viven en ambientes secos.
Concentración de oxígeno
 Aerobios            organismo que necesita O2 para crecer.
 Anaerobio           organismo que puede crecer en
    ausencia de O2.
   Anaerobio facultativo            no requieren O2 para
    crecer, pero lo hacen mejor en su presencia.
   Anaerobio aerotolerante            pueden crecer con
    presencia o ausencia de O2.
   Anaerobio estricto           no crecen en presencia de O2
   Microaerófilos            necesitan niveles de O2 bajos (2-
    10%)
Presencia de O2




Aerobios                                    Anaerobios       Microaerofilos
                                           (ausenciaO2)     Requiere(1-15%)



             Facultativos
              No requieren
               crecen mejor
            en presencia de O2
                                   Aerotolerantes
                                                          Extrictos, obligados
Obligados                          No requieren
                                                                O%, letal
 O2(21%)                         crecen peor en O2
Concentración de oxígeno




             Anaerobio   Anaerobio     Microaerófilo   Anaerobio
   Aerobio
             estricto    facultativo                   aerotolerante
•Toxicidad radicales
libres:
• Sobre DNA
• Sobre la membrana
celular
•¿ Donde hay
•anaerobios?
SUSTANCIAS ANTIMICROBIANAS
 AGENTE ANTIMICROBIANO: SUSTANCIA
  QUIMICA QUE DESTRUYE O INHIBE LA
  PROLIFERANCION      DE       LOS
  MICROORGANISMOS
  PRODUCTO NATURAL
  SINTESIS QUIMICA


 PRODUCTO NATURAL: ANTIBIOTICOS LOS
  CUALES  EN    SU   MAYORIA     SON
  PRODUCIDOS POR MICROORGANISMOS.
EFECTO BACTERIOSTATICO
•   SE OBSERVA CUANDO SE INHIBE
    LA PROLIFERACION PERO NO
    TIENE LUGAR LA MUERTE
    CELULAR.
•   UN AGENTE BACTERIOSTATICO:
     – INHIBE LA SINTESIS DE
       PROTEINAS
     – ACTUA UNIENDOSE A LOS
       RIBOSOMAS
     – PUEDE ACTUAR EL EFECTO
       DILUCION
     – EJEMPLO:
     – Streptomicina, Tetraciclina,
       Cloramfenicol
     – Tetraciclinas y estreptomicinas
       (30S)
     – Cloramfenicol (50S)
AGENTES BACTERICIDAS
•   EVITAN LA PROLIFERACION E
    INDUCEN LA MUERTE, PERO NO
    TIENE LUGAR LA LISIS O RUPTURA
    CELULAR.
•   SE UNEN MUY INTIMAMENTE CON
    SUS BLANCOS CELULARES Y NO
    PUEDEN ELIMINARSE POR
    DILUCIÓN.
•   SON EJEMPLO DE ESTOS AGENTES
    LOS METALES PESADOS.
•   Ejemplos:
•   Ácido Nalidíxico, Rifampicina
AGENTES :
       quimioterapeúticos
• TOXICIDAD SELECTIVA: el agente es mas efectivo
  contra el microbio que contra el huesped animal o
  vegetal.
• El efecto de un agente antimicrobiano se puede
  estudiar con la ayuda de:
   – CONCENTRACION MINIMA INHIBITORIA CMI
   – ANTIBIOGRAMA
   – ESPECTRO DE ACCION
CMI
ANTIBIOGRAMA
Zona de Inhibición      Sensibilidad de la cepa

 0 a 10mm de diámetro           Resistente
10 a 15mm de diámetro    Medianamente resistente
15 a 25mm de diámetro            Sensible
25mm o más de diámetro        Muy sensible
SITIOS DE ACCION DE ANTIMICROBIANOS
• Resistencia Antibiótica        Mecanismo de Resistencia:
    •Natural o Adquirida        .Trastornos de la Permeabilidad
    •Cromosómica o Plasmídica   . Alteraciones del Sitio Blanco
    •(Transposones)             . Hidrólisis Enzimática
• Principios generales
• Obtención de Energía en
las bacterias
•Catabolismo de los
Hidratos de carbono
   –   Glicolisis
   –   Fermentaciones
   –   Respiración
• Catabolismo de los lípidos
y aminoácidos
Metabolismo
 Conjunto de reacciones químicas que tienen
  lugar en la célula
   Anabolismo: similitud célula procariótica y
    eucariótica
   Utilidad de las reacciones catabólicas de las
    bacterias para diagnóstico
   Las vías catabólicas de Glicolisis y TCA son
    anfibólicas
Catabolismo de los compuestos
 orgánicos
Polisacáridos               Proteínas               Lípidos
                       Hidrólisis extracelular


Azúcares                   Aminoácidos              Acidos grasos
(Mono y disacáridos)                                Glicerol
                  Transporte al interior de la célula


Glicólisis              Desaminación                Glicolisis (glicerol)
(Vías Entner-Doudoroff, Decarboxilación             Oxidación
Fosfogluconato)
METABOLISMO
etapas del metabolismo                  METABOLISMO                           REQUERIMIENTOS
                                         Actividades                         materiales(nutrientes)
                              relación, nutrición y reproducción    fuerza conductora(ATP y poder reductor)
                                                                              plan (organización)

1.mecanismos de entrada     ANABOLISMO               CATABOLISMO                     ATP
                              síntesis                degradación           fosforila. n. sustrato
                                                                               quimiosmosis


                                                                              Poder reductor
2.reacciones catabólicas
                                                                                rxn redox
                                                                                  NAD
     3.biosíntesis                                                                NADP

   4. polimerización

     5.ensamblaje
METABOLISMO
                                       METABOLISMO


                 METABOLISMO                                       METABOLISMO
                  ANAEROBIO                                          AEROBIO


Respiración anaerobia             Fermentación                   Respiración aerobia
                                                                       glicolisis
                                                                      ciclo Krebs
                                                                 ruta pentosa fosfato


                        láctica                  alcoholica   12 metabolitos precursores
                                                                         ATP
                                                                   Poder reductor
Usos de la Energía en las bacterias

 Capacidad de realizar trabajo
   Biosíntesis de moléculas biológicas a partir de
    precursores simples
   Transporte activo a través de la
    membrana plasmática
   Trabajo mecánico: Movilidad
Obtención de Energía en las bacterias
de interés médico
 Reacciones de óxido-reducción
 Transferencia de e desde un dador (agente
  reductor) a un aceptor (oxidante) con liberación
  de Eº libre
 La Eº liberada se almacena como:
   ATP
   NADH
 Los transportadores de e son:
   NAD y NADP Aceptan 2 e y un protón y ceden un
    protón
   FAD         Transportan 2 e y 2 protones
   FMN
Generación de ATP


                • 1.- Fosforilación a
                  nivel de sustrato
                • 2.- Fosforilación
                  oxidativa
                  (Transporte de
                  electrones):




ADP + Pi + E     ATP + H2O
FLUJO ENERGETICO Y DE CARBONO
             ALTERNATIVAS DE GENERACION DE LA ENERGÍA


 1. Respiración aeróbica
            Comp. orgánico                     CO2
          ATP                      Flujo de C
                  Flujo de e-
                                           Biosíntesis
                     O2

2. Respiración anaeróbica
           Comp. orgánico                                    CO2
                 Flujo de e-            Flujo de C
    ATP                                                  Biosíntesis

          NO3-      S0          SO4-2      aceptores orgánicos de e-
Respiración aeróbica
Vía final común para la
oxidación completa de
aminoácidos, ácidos grasos y
carbohidratos

Suministra productos
intermedios clave ( -
cetoglutarato, succinil coA,
oxaloacetato) para biosíntesis
de aa, lípidos, purinas y
pirimidinas
Respiración
               Transferencia de e desde
                el NADH y FADH2 a
                aceptores como el O2
               Los e fluyen desde los
                transportadores con
                potenciales de reducción
                más negativos a los más
                positivos
               El acepto final de los e es
                el O2
               Acoplamiento con la
                fosforilación oxidativa
Vía glicolítica
 Presente en todos los organismos
 Es la principal vía para el catabolismo de la
  glucosa
 Actúa en presencia ó ausencia de O2
 Etapas
   Transformación de la G6P en dos triosas fosfato (Etapa
    preparativa)
   Transformación de las triosas fosfato en ácido pirúvico
   Obtención de ATP por fosforilación a nivel de sustrato
Vía glicolítica
Vía de las pentosas
 Proporciona precursores como pentosas
 Produce Gliceraldehido 3-P que puede ser
 convertido en piruvato
 Se produce NADPH para las reacciones de
  biosíntesis ó se convierte en NADH siendo
  utilizado para obtener energía
Balancear el potencial
redox
Regenerar el NAD+
Fermentaciones




 Fermentación alcohólica
         (levaduras)
                           Fermentación homoláctica
                           (Lactobacillus spp.)
FERMENTACION
a) Utiliza una fuente de energía en ausencia de un aceptor externo de electrones
b) El donador de e se oxida por completo y después de algunos intermedios queda reducido


TIPOS DE FERMENTACIONES
a) F. Alcohólica        hexosa            CO2 + etanol           Levaduras Zymomonas
b) F. Homolactica      hexosa               ac. Láctico          Streptococcus Lactobacillus
c) F. Heterolactica     hexosa              ac. láctico               Leuconostoc
                                            etanol, CO2
d) F. Propiónica       lactato              Propionato               Propionibacterium
                                           (acetato, CO2)            Clostridium propionicum
e) F. Ac. mixta        hexosa              Butanol                    Enterobacterias
                                        2,3 butanodiol                 E. Coli, Shigella
                                 acetato, formato,    lactato, succinato         Salmonella
         f) F. Ac. butírica             hexosa            Butirato         lostridium butiricum
                                   Acetato, H2 + CO2
         g) F. Butanólica                  hexosas          butanol      Clostridium butiricum
                                      Acetato, acetona, etanol
Catabolismo de los lípidos
               Importante fuente de
                energía para bacterias
               Triglicéridos y ácidos
                grasos     lipasas



                      glicerol y ác.grasos
               Dihidroxiacetona-P
                                    -oxidación
               vía glicolitica
Catabolismo de los aminoácidos

                 alanina




               Ac.pirúvico



                      Transaminación

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  • 1. FISIOLOGÍA MICROBIANA DOCENTE Dra. Estela Tango
  • 2. Objetivos Conocer los requerimientos nutricionales de las bacterias. Captación de los nutrientes. Cultivo de los microorganismos. Conocer el crecimiento bacteriano. Fases de crecimiento bacteriano. Factores ambientales para el crecimiento. Sustancias antimicrobianas. Metabolismo microbiano.
  • 3. FISIOLOGÍA BACTERIANA  La fisiología bacteriana comprende el estudio de las funciones realizadas por estas.  Las bacterias son muy eficientes fisiológicamente, sintetizan en forma muy rápida sus componentes celulares, siendo la mayoría autosuficientes, a pesar de su simpleza estructural.  En la bacteria se desencadenan una serie de procesos químicos, que en conjunto constituyen METABOLISMO BACTERIANO
  • 4. Exigencias nutritivas de las bacterias  Bacterias que viven exclusivamente en el hombre  Bacterias exigentes  Han perdido rutas metabólicas y dependen del huésped para su aporte, “autótrofas” Bacterias que pueden crecer en el hombre ó en el ambiente  Bacterias poco exigentes  Pueden sintetizar todos sus macromoléculas
  • 5. Nutrientes que se emplean en la biosíntesis y producción de Energía  H2O  Macroelementos  Microelementos  Hierro  Factores de crecimiento
  • 6. Macroelementos  Constituyen > 95% del peso seco celular  C, H, O, N, P, S, Ca++, Mg++, K+, Fe++  C, H, O, N, P, S son componentes de CH, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos  K+ : actividad de algunas enzimas  Ca++: termorresistencia esporas  Mg++: Cofactor de enzimas, forma complejos con el ATP, estabiliza ribosomas y membrana plasmática  Fe++ y Fe+++: forma parte de los citocromos y es cofactor de enzimas y proteínas transportadoras de electrones
  • 7. Microelementos  Se denominan también micronutrientes  Mn, Zn, Co, Cu, Mo, Ni  Se obtienen como contaminantes del H2O, matraces, componentes del medio de cultivo  Forman parte de enzimas y cofactores y facilitan la catálisis de las reacciones y el mantenimiento de la estructura de las proteínas, Ej  Zn: centro activo de algunas enzimas  Mn: facilita la transferencia de grupos fosfato  Co: componente de la vitamina B12
  • 8. Fuentes de Carbono  Dióxido de Carbono (CO2)  No aporta Hidrógeno ni energía.  Los organismos pueden agruparse dependiendo de la fuente de carbono en: Usan el CO2 como ORGANISMOS AUTÓTROFOS : fuente de energía FOTOSINTÉTICOS. Usan nutrientes Orgánicos como HETERÓTROFOS Fuente de carbono y energía
  • 9. Clasificación de las Bacterias según fuentes de carbono Carbono Autótrofas Obtienen C de substratos simples. • CO2 Heterótrofas • CH4 Obtienen C de compuestos más complejos. • Aminoácidos • H de Carbono • Lípidos
  • 10. Tipos nutricionales  Los microorganismos pueden clasificarse dependiendo de la fuente de Hidrógeno o electrones: Obtienen electrones LITÓTROFOS O hidrógeno de Compuestos inorgánicos. Utilizan sustancias orgánicas como ORGANÓTROFOS Fuente de Electrones.
  • 11. Tipos nutricionales  El metabolismo es realizado mediante la utilización de dos fuentes de energía: energía libre de las oxidaciones químicas y radiación. Obtienen energía a partir de la oxidación de compuestos orgánicos o inorgánicos. Emplean la luz como fuente de energía. QUIMIÓTROFOS FOTÓTROFOS
  • 12. TIPOS NUTRICIONALES QUIMIÓTROFOS FOTÓTROFOS ORGANÓTROFOS HETERÓTROFOS LITÓTROFOS AUTÓTROFOS Protozoos, hongos, Bacterias no fotosintéticas Algas, bacterias púrpuras (mayoría de microorganismos Y verdes del azufre, Patógenos) Cianobacterias. QUIMIÓTROFOS FOTÓTROFOS LITÓTROFOS ORGANÓTROFOS AUTÓTROFOS HETERÓTROFOS Bacterias oxidantes del azufre, Bacterias púrpuras y Hidrógeno, nitrificantes, verdes no sulfúreas Oxidantes del hierro.
  • 13. Requerimientos de N, P, S  Pueden ser obtenidos a partir de fuentes orgánicas e inorgánicas  N: purinas y pirimidinas, aminoácidos, etc.  Aminoácidos  Reducción asimilatoria del nitrato (NO3-NH4)  P: ácidos nucleicos, fosfolípidos, proteínas, etc.  Fuente inorgánica en la forma de fosfato  S: cisteína, metionina, biotina, tiamina, etc.  La mayoría efectúa reducción asimilatoria de sulfato  Algunos requieren cisteína
  • 14. Factores de crecimiento  Compuestos orgánicos que la bacteria no puede sintetizar por pérdida de enzimas de rutas metabólicas  Aminoácidos: Síntesis de proteínas. Ej. Cisteína en N.gonorrhoeae  Purinas y pirimidinas: Síntesis de ácidos nucleicos.  Ej. Mycoplasmas  Vitaminas: Cofactores enzimáticos  Ej. Vitamina K en bacilos Gram(-) anaerobios  Otros: Haemophilus  NAD  Heme
  • 15. Captación de Nutrientes Sistemas de transporte  Difusión pasiva  De mayor a menor concentración.  Ej.. H2O, O2 y CO2  Difusión facilitada  De mayor a menor concentración  Proteínas transportadoras de la membrana (permeasas)  Poco empleada en procariotes Ej.glicerol  Transporte activo  Translocación de grupo
  • 16. Transporte activo  Permite concentrar nutrientes en contra de una gradiente de concentración  Requiere energía metabólica Ej ATP, ó fuerza motriz de protones  Emplea proteínas transportadoras de gran especificidad  Sistemas de transporte de proteínas ligadoras del espacio periplásmico transportan azúcares y aminoácidos
  • 18.  Gradiente de protones generado durante el transporte de electrones para facilitar el transporte activo.  Sistema de transporte de una sustancia en un sentido uniporte.  Sistema de transporte combinado de dos sustancias simporte.  Sistema de transporte combinado en que las sustancias se desplazan en direcciones opuestas antiporte.
  • 19.
  • 20. Translocación de grupo  Hay modificación química de la sustancia a ser transportada  Transporte de azúcares  Hay fosforilación del azúcar a cargo del fosfoenolpiruvato  PEP+azúcar(exterior)/piruvato+azúcar-P(interior)  Presente en bacterias anaerobias facultativas
  • 21. Transporte de hierro  La captación de Fe+3 es difícil por la insolubilidad del compuesto  Muchas bacterias secretan sideróforos, los que forman complejo con el hierro  Receptores de la superficie bacteriana captan el complejo Fe-sideróforo  Liberación y reducción del hierro como Fe+2(ferroso)
  • 22. Medios de cultivo  Preparados estériles que contienen los nutrientes necesarios para el crecimiento microbiano  Medios definidos  Se conocen todos los componentes (glucosa como fuente da carbono y sal de NH4 como fuente de N)  Utiles en investigación de la capacidad metabólica de un organismo.  Medios complejos  Composición química desconocida  Satisfacen las necesidades de la mayoría de las bacterias
  • 23. Medios de cultivo Componentes  Peptonas  Hidrolizados enzimáticos de carne, caseína, soya  Sirven como fuente de Energía, C y N  Extractos: carne, levadura  Fuente de aminoácidos, péptidos, nucleótidos, vitaminas
  • 24. Tipos de medios de cultivo  Medios enriquecidos  Se usan en el aislamiento microbiano  Medios selectivos  Se usan para aislamiento de sitios no estériles  Favorecen el crecimiento de bacterias específicas  Contiene sustancias inhibitorias Ej CV y sales biliares  Medios diferenciales  Permiten diferenciar entre bacterias por sus características fisiológicas
  • 25. Medios de cultivo Medios enriquecidos Medio selectivo Medio diferencial
  • 26. Crecimiento microbiano Adaptación bacteriana para: Aumento de número y masa 30 minutos 30 años
  • 27. Crecimiento bacteriano  División binaria  Replicación del cromosoma bacteriano  Se pega cada copia en diferentes partes de la membrana  Formación de tabique celular  Tiempo de generación (duplicación)
  • 28. Crecimiento Microbiano: Cambio en el número de células por una unidad de tiempo determinada. Tiempo de generación (duplicación): Tiempo requerido para que una célula se divida en dos. El tiempo puede ser minutos, hora o días.
  • 29.  Otra forma de duplicación en procariontes es la gemación.  sistema de duplicación de organismos unicelulares, por evaginación se forma una yema que recibe uno de los núcleos mitóticos y una porción de citoplasma.  Uno de los organismos formados es de menor tamaño que el otro
  • 30. FASES DEL CRECIMIENTO  CUANDO INTRODUCIMOS UNA POBLACION DE MICROORGANISMOS DENTRO DE UN MEDIO DE CULTIVO LIQUIDO, CADA ORGANISMO PRESENTA CUATRO FASES DE CRECIMIENTO TIPICAS:  FASE LAG(latencia)  FASE LOGARITMICA (LOG)  FASE ESTACIONARIA  FASE DE MUERTE.  ESTAS CUATRO FASES FORMAN LA CURVA ESTANDAR DEL CRECIMIENTO BACTERIANO  CRECIEMIENTO EXPONENCIAL  N° CELULAS : 1 2 3 4 8  EXPONENTE 20 21 22 23 24
  • 31. Fase estacionaria: cese del •Fase exponencial o logarítmica crecimiento por agotamiento de (log): aumento regular de la nutrientes, por acumulación de Fase de declinación o muerte: el población que se duplica a productos tóxicos, etc. número de células que mueren es intervalos regulares de tiempo (G). N|°cel.nuevas=n°cel.que mueren mayor que el número de células •Los Bllactamicos actuan en esta fase que se dividen.↓cel. viables •Fase de latencia: período de adaptación , gran actividad metabólica, células no se dividen (min-horas ) Las propiedades de un microorganismo dependerán de la fase de la curva en que se encuentren (la producción de antibióticos se lleva a cabo en la fase estacionaria).
  • 32. Medición del crecimiento bacteriano  Medición del número celular  Recuento directo (Cámara de Petroff-Hauser)  Recuento del Nº de colonias en cultivo  Ej. Un ml de una dilución de 1x10-6 produce 150 colonias, la muestra original contiene 1.5x108 ufc/ml  Crecimiento en filtro  Medición de la masa celular  Mide la capacidad de dispersar la luz, que es proporcional al Nº  Un aumento del Nº, aumenta la turbidez y disminuye la luz transmitida
  • 33.
  • 35. FACTORES AMBIENTALES Y CRECIMIENTO MICROBIANO Temperatura Nutrientes pH Tiempo Disponibilidad de agua Oxígeno
  • 36. Temperatura mínima óptima máxima Psicrófilos 0º C 15º C 20º C Bacterias oceánicas Psicrótofos 0º C 20 – 30º C 35º C Bacterias deterioro de alim. Refrig. Mesófilos 15 -20º C 20 – 45º C 45º C Mayoría de bacterias patógenas Termófilos 45º C 55 – 65º C sup. a 65º C Bacterias, hongos y algas Hipertermófilos 55º C 80 – 113º C 113º C Bacterias aisladas del suelo marino
  • 38. pH pH neutro 6.5-7.5 Acidófilo Lactobacillus sp.: pH<5
  • 39. Presión  No afecta a microorganismos de la superficie terrestre.  Presión de 1 atmósfera.  En el océano puede alcanzar 600 – 110 atm, y Tº es de 2 – 3º C.  Barotolerantes un aumento de la presión les afecta negativamente.  Barófilos crecen a presiones elevadas.
  • 41. DISPONIBLIDAD DE AGUA  Todos los organismos requieren H2O para vivir.  Halófilos: microorganismos que viven en altas concentraciones de sales.algunas bacterias se han adaptado muy bien a ambientes con altas concentraciones de sal (nacl):  halotolarentes,(toleran conentraciones de nacl) y los  halófilas ( requieren nacl para su crecimiento, moderados(6- 15%) y extremos(15-30% nacl).  Osmófilos: microorganismos que viven en altas concentraciones de azúcares. Xerófilos: microorganismos que viven en ambientes secos.
  • 42. Concentración de oxígeno  Aerobios organismo que necesita O2 para crecer.  Anaerobio organismo que puede crecer en ausencia de O2.  Anaerobio facultativo no requieren O2 para crecer, pero lo hacen mejor en su presencia.  Anaerobio aerotolerante pueden crecer con presencia o ausencia de O2.  Anaerobio estricto no crecen en presencia de O2  Microaerófilos necesitan niveles de O2 bajos (2- 10%)
  • 43. Presencia de O2 Aerobios Anaerobios Microaerofilos (ausenciaO2) Requiere(1-15%) Facultativos No requieren crecen mejor en presencia de O2 Aerotolerantes Extrictos, obligados Obligados No requieren O%, letal O2(21%) crecen peor en O2
  • 44. Concentración de oxígeno Anaerobio Anaerobio Microaerófilo Anaerobio Aerobio estricto facultativo aerotolerante
  • 45. •Toxicidad radicales libres: • Sobre DNA • Sobre la membrana celular •¿ Donde hay •anaerobios?
  • 46. SUSTANCIAS ANTIMICROBIANAS  AGENTE ANTIMICROBIANO: SUSTANCIA QUIMICA QUE DESTRUYE O INHIBE LA PROLIFERANCION DE LOS MICROORGANISMOS  PRODUCTO NATURAL  SINTESIS QUIMICA  PRODUCTO NATURAL: ANTIBIOTICOS LOS CUALES EN SU MAYORIA SON PRODUCIDOS POR MICROORGANISMOS.
  • 47. EFECTO BACTERIOSTATICO • SE OBSERVA CUANDO SE INHIBE LA PROLIFERACION PERO NO TIENE LUGAR LA MUERTE CELULAR. • UN AGENTE BACTERIOSTATICO: – INHIBE LA SINTESIS DE PROTEINAS – ACTUA UNIENDOSE A LOS RIBOSOMAS – PUEDE ACTUAR EL EFECTO DILUCION – EJEMPLO: – Streptomicina, Tetraciclina, Cloramfenicol – Tetraciclinas y estreptomicinas (30S) – Cloramfenicol (50S)
  • 48. AGENTES BACTERICIDAS • EVITAN LA PROLIFERACION E INDUCEN LA MUERTE, PERO NO TIENE LUGAR LA LISIS O RUPTURA CELULAR. • SE UNEN MUY INTIMAMENTE CON SUS BLANCOS CELULARES Y NO PUEDEN ELIMINARSE POR DILUCIÓN. • SON EJEMPLO DE ESTOS AGENTES LOS METALES PESADOS. • Ejemplos: • Ácido Nalidíxico, Rifampicina
  • 49. AGENTES : quimioterapeúticos • TOXICIDAD SELECTIVA: el agente es mas efectivo contra el microbio que contra el huesped animal o vegetal. • El efecto de un agente antimicrobiano se puede estudiar con la ayuda de: – CONCENTRACION MINIMA INHIBITORIA CMI – ANTIBIOGRAMA – ESPECTRO DE ACCION
  • 50. CMI
  • 52. Zona de Inhibición Sensibilidad de la cepa 0 a 10mm de diámetro Resistente 10 a 15mm de diámetro Medianamente resistente 15 a 25mm de diámetro Sensible 25mm o más de diámetro Muy sensible
  • 53. SITIOS DE ACCION DE ANTIMICROBIANOS
  • 54. • Resistencia Antibiótica Mecanismo de Resistencia: •Natural o Adquirida .Trastornos de la Permeabilidad •Cromosómica o Plasmídica . Alteraciones del Sitio Blanco •(Transposones) . Hidrólisis Enzimática
  • 55. • Principios generales • Obtención de Energía en las bacterias •Catabolismo de los Hidratos de carbono – Glicolisis – Fermentaciones – Respiración • Catabolismo de los lípidos y aminoácidos
  • 56. Metabolismo  Conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en la célula  Anabolismo: similitud célula procariótica y eucariótica  Utilidad de las reacciones catabólicas de las bacterias para diagnóstico  Las vías catabólicas de Glicolisis y TCA son anfibólicas
  • 57. Catabolismo de los compuestos orgánicos Polisacáridos Proteínas Lípidos Hidrólisis extracelular Azúcares Aminoácidos Acidos grasos (Mono y disacáridos) Glicerol Transporte al interior de la célula Glicólisis Desaminación Glicolisis (glicerol) (Vías Entner-Doudoroff, Decarboxilación Oxidación Fosfogluconato)
  • 58. METABOLISMO etapas del metabolismo METABOLISMO REQUERIMIENTOS Actividades materiales(nutrientes) relación, nutrición y reproducción fuerza conductora(ATP y poder reductor) plan (organización) 1.mecanismos de entrada ANABOLISMO CATABOLISMO ATP síntesis degradación fosforila. n. sustrato quimiosmosis Poder reductor 2.reacciones catabólicas rxn redox NAD 3.biosíntesis NADP 4. polimerización 5.ensamblaje
  • 59. METABOLISMO METABOLISMO METABOLISMO METABOLISMO ANAEROBIO AEROBIO Respiración anaerobia Fermentación Respiración aerobia glicolisis ciclo Krebs ruta pentosa fosfato láctica alcoholica 12 metabolitos precursores ATP Poder reductor
  • 60. Usos de la Energía en las bacterias  Capacidad de realizar trabajo  Biosíntesis de moléculas biológicas a partir de precursores simples  Transporte activo a través de la membrana plasmática  Trabajo mecánico: Movilidad
  • 61. Obtención de Energía en las bacterias de interés médico  Reacciones de óxido-reducción  Transferencia de e desde un dador (agente reductor) a un aceptor (oxidante) con liberación de Eº libre  La Eº liberada se almacena como:  ATP  NADH  Los transportadores de e son:  NAD y NADP Aceptan 2 e y un protón y ceden un protón  FAD Transportan 2 e y 2 protones  FMN
  • 62. Generación de ATP • 1.- Fosforilación a nivel de sustrato • 2.- Fosforilación oxidativa (Transporte de electrones): ADP + Pi + E ATP + H2O
  • 63. FLUJO ENERGETICO Y DE CARBONO ALTERNATIVAS DE GENERACION DE LA ENERGÍA 1. Respiración aeróbica Comp. orgánico CO2 ATP Flujo de C Flujo de e- Biosíntesis O2 2. Respiración anaeróbica Comp. orgánico CO2 Flujo de e- Flujo de C ATP Biosíntesis NO3- S0 SO4-2 aceptores orgánicos de e-
  • 65. Vía final común para la oxidación completa de aminoácidos, ácidos grasos y carbohidratos Suministra productos intermedios clave ( - cetoglutarato, succinil coA, oxaloacetato) para biosíntesis de aa, lípidos, purinas y pirimidinas
  • 66. Respiración  Transferencia de e desde el NADH y FADH2 a aceptores como el O2  Los e fluyen desde los transportadores con potenciales de reducción más negativos a los más positivos  El acepto final de los e es el O2  Acoplamiento con la fosforilación oxidativa
  • 67.
  • 68.
  • 69. Vía glicolítica  Presente en todos los organismos  Es la principal vía para el catabolismo de la glucosa  Actúa en presencia ó ausencia de O2  Etapas  Transformación de la G6P en dos triosas fosfato (Etapa preparativa)  Transformación de las triosas fosfato en ácido pirúvico  Obtención de ATP por fosforilación a nivel de sustrato
  • 71. Vía de las pentosas  Proporciona precursores como pentosas  Produce Gliceraldehido 3-P que puede ser convertido en piruvato  Se produce NADPH para las reacciones de biosíntesis ó se convierte en NADH siendo utilizado para obtener energía
  • 73. Fermentaciones Fermentación alcohólica (levaduras) Fermentación homoláctica (Lactobacillus spp.)
  • 74. FERMENTACION a) Utiliza una fuente de energía en ausencia de un aceptor externo de electrones b) El donador de e se oxida por completo y después de algunos intermedios queda reducido TIPOS DE FERMENTACIONES a) F. Alcohólica hexosa CO2 + etanol Levaduras Zymomonas b) F. Homolactica hexosa ac. Láctico Streptococcus Lactobacillus c) F. Heterolactica hexosa ac. láctico Leuconostoc etanol, CO2 d) F. Propiónica lactato Propionato Propionibacterium (acetato, CO2) Clostridium propionicum e) F. Ac. mixta hexosa Butanol Enterobacterias 2,3 butanodiol E. Coli, Shigella acetato, formato, lactato, succinato Salmonella f) F. Ac. butírica hexosa Butirato lostridium butiricum Acetato, H2 + CO2 g) F. Butanólica hexosas butanol Clostridium butiricum Acetato, acetona, etanol
  • 75. Catabolismo de los lípidos  Importante fuente de energía para bacterias  Triglicéridos y ácidos grasos lipasas glicerol y ác.grasos Dihidroxiacetona-P -oxidación vía glicolitica
  • 76. Catabolismo de los aminoácidos alanina Ac.pirúvico Transaminación