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![CRECIMIENTO MICROBIANO
Recuento de microorganismos.
Tipo de cuadro
Area
[cm2]
Volumen
[ml]
Factor
[1/Volumen]
Cuadrado total 1.00 x 10-2 2.00 x 10-5 5.00 x 104
Cuadrado grande 4.00 x 10-4 8.00 x 10-7 1.25 x 106
Cuadrado pequeño 2.50 x 10-5 5.00 x 10-8 2.00 x 107](https://image.slidesharecdn.com/microcapv-170703031035/85/Curso-de-Microbiologia-cap-v-13-320.jpg)
![CINÉTICA MICROBIANA
EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO .
la generación del producto se mantiene constante mientras la concentración del
sustrato no sea limitante. Esto se definiría como
[ES] = [Et] [S]
[S] + (k2 + k -1) / k1
La velocidad inicial de la reacción está determinada por
v = k2 [ES]
Si definimos KM como (k2 + k -1) / k1 y Vmax como k2 [Et], obtenemos que
v = Vmax [S] / KM + [S]
Esta es la ecuación de Michaelis-Menten.](https://image.slidesharecdn.com/microcapv-170703031035/85/Curso-de-Microbiologia-cap-v-17-320.jpg)
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Curso de Microbiología cap v
Este documento trata sobre la fisiología bacteriana. Explica conceptos como el crecimiento microbiano, la cinética microbiana, el metabolismo y la nutrición bacteriana. Describe los diferentes métodos para medir el crecimiento bacteriano como el recuento celular, la turbidimetría y el peso seco. También analiza las diferentes fases del crecimiento bacteriano y las relaciones matemáticas que rigen la cinética microbiana.
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Curso de Microbiología cap v
- 1. CAPÍTULO V FISIOLOGÍA BACTERIANA CURSO DEMICROBIOLOGÍA UNIVERSIDAD DE LAS AMÉRICAS UDLA ESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
- 2. OBJETIVOS Conocer lasparticularidades fisiológicas, desarrollo y crecimiento de los microorganismos y su importancia para la Biosfera. Identificar las rutas metabólicas microbianas comunes a todos los organismos vivos y específicas para estos, en especial las de obtención de energía. Analizar los mecanismo de reproducción de microorganismos. Comparar los mecanismos de motricidad microbiana con la de los organismos eucariotas.
- 3. CONTENIDO Fisiología bacteriana: 1.Crecimiento. Cinética microbiana 2. Metabolismo: Catabolismo y anabolismo. Rutas metabólicas 3. Nutrición: Procesos de membrana. Obtención de energía 4. Reproducción: Tipos 5. Movimiento.
- 4. CINÉTICA MICROBIANA CRECIMIENTOMICROBIANO “El crecimiento de células, microorganismos, células vegetales y animales, 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.
- 5. CRECIMIENTO MICROBIANO MEDICIÓN DELCRECIMIENTO MICROBIANO . El cálculo del número de células que existen en una suspensión se puede llevar a cabo mediante : 1. el recuento celular (microscopía), 2. número de colonias), 3. masa celular (peso seco, medida del nitrógeno celular, turbidimetría) o 4. actividad celular (grado de actividad bioquímica con relación al tamaño de la población). Todos estos métodos se clasifican en dos apartados: métodos directos y métodos indirectos.
- 6. CRECIMIENTO MICROBIANO Métodosdirectos: Recuento del número de células en una cámara Thoma Peso seco celular Determinación de nitrógeno o de proteínas totales Determinación de DNA
- 7. CRECIMIENTO MICROBIANO Métodos indirectos: 1.Recuento de colonias en placa 2. Recuento sobre filtro de membrana 3. Consumo de oxígeno 4. Liberación de dióxido de carbono 5. Concentración de un enzima constitutivo 6. Decoloración de un colorante 7. Incorporación de precursores radiactivos 8. Medida de la turbidez
- 8. CRECIMIENTO MICROBIANO Elpeso seco (contenido de sólidos) de las células bacterianas que se encuentran en una suspensión se obtiene por el secado de un volumen en un horno a 105°C hasta peso constante. Esta técnica es útil para grandes volúmenes de muestra. La desventaja de este método es que componentes volátiles de la célula pueden perderse por el secado y puede existir alguna degradación. También la muestra seca puede recobrar humedad durante el pesado, principalmente si el ambiente tiene una humedad relativa alta.
- 9. CRECIMIENTO MICROBIANO PESOESPECÍFICO ANHIDRO: ρ0 = Peso anhidro Volumen Anhidro PESO ESPECÍFICO A H% DE HUMEDAD ρk = Peso al H% de humedad Volumen al H% de humedad Cuando la humedad es del 12 %,se llama peso específico normal
- 10. CRECIMIENTO MICROBIANO ABSORCIÓN: Lanefelometría mide la luz dispersada por una solución de partículas. La turbidimetría mide la luz dispersada como un decrecimiento de la luz transmitida a través de la solución. Los métodos de dispersión de la luz son las técnicas más utilizadas para monitorear el crecimiento de los cultivos bacterianos.
- 11. CRECIMIENTO MICROBIANO Turbidimetría:La turbidimetría mide la reducción de la transmisión de luz debido a partículas de una suspensión y cuantifica la luz residual transmitida.
- 12. CRECIMIENTO MICROBIANO RECUENTO MICROSCÓPICO: Para estos recuentos se utilizan generalmente cámaras de recuentos, aunque también pueden realizarse a partir de muestras filtradas en membranas y transparentes o teñidas con colorantes fluorescentes (Naranja de acridina). Las cámaras más utilizadas son las de Hawksley y la de Petroff-Hausser. La primera tiene la ventaja que puede ser utilizada con objetivos de inmersión, aunque la mayoría de los recuentos se realizan con objetivos secos.
- 13. CRECIMIENTO MICROBIANO Recuentode microorganismos. Tipo de cuadro Area [cm2] Volumen [ml] Factor [1/Volumen] Cuadrado total 1.00 x 10-2 2.00 x 10-5 5.00 x 104 Cuadrado grande 4.00 x 10-4 8.00 x 10-7 1.25 x 106 Cuadrado pequeño 2.50 x 10-5 5.00 x 10-8 2.00 x 107
- 14. CINÉTICA MICROBIANA CINÉTICADE CRECIMIENTO DE UN CULTIVO INTERMITENTE
- 15. CINÉTICA MICROBIANA Lafase Lag, en la que el microorganismo se adapta a las nuevas condiciones y pone en marcha su maquinaria metabólica para poder crecer activamente. La duración de esta fase es variable y en general es mayor cuanto más grande sea el cambio en las condiciones en las que se encuentra el microorganismo. La fase de crecimiento exponencial. El número de bacterias crece en forma exponencial en un tiempo relativamente corto
- 16. CINÉTICA MICROBIANA Lafase estacionaria, en la que no hay aumento neto de microorganismos, lo que no significa que no se dividan algunos, sino que la aparición de nuevos individuos se compensa por la muerte de otros. La fase de muerte, en la que el número de microorganismos vivos disminuye de forma exponencial con una constante k que depende de diferentes circunstancias. 16
- 17. CINÉTICA MICROBIANA EFECTODE LA CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO . la generación del producto se mantiene constante mientras la concentración del sustrato no sea limitante. Esto se definiría como [ES] = [Et] [S] [S] + (k2 + k -1) / k1 La velocidad inicial de la reacción está determinada por v = k2 [ES] Si definimos KM como (k2 + k -1) / k1 y Vmax como k2 [Et], obtenemos que v = Vmax [S] / KM + [S] Esta es la ecuación de Michaelis-Menten.
- 18. CINÉTICA MICROBIANA Estosúltimos dos parámetros son importantes, porque nos dan información directa sobre cuán bien el microorganismo se une al sustrato (KM) y sobre cuán bien el microorganismo convierte el sustrato en producto una vez se une (Vmax). De hecho, KM es la constante de disociación dinámica del microorganismo con el sustrato, y Vmax es la concentración molar del microorganismo por la constante catalítica (Kcat). Km, es igual a la concentración de sustrato, bajo la cual la concentración molar microbiana (velocidad de reacción);es igual a la mitad de la concentración molar máxima. Cada sepa, se caracteriza por una valor de Km específico.
- 19. CINÉTICA MICROBIANA RELACIONESMATEMÁTICAS: En un cultivo estático con crecimiento exponencial el tiempo de generación celular es equivalente al tiempo de generación del cultivo y viene dado por 1/k. En un quimiostato, el tiempo de generación en cultivo es la inversa del ritmo de crecimiento instantáneo de un cultivo, el cual se expresa por la siguiente ecuación diferencial: dx = μx ó μ= 1 dx dt x dt
- 20. CINÉTICA MICROBIANA Dondex es el número de células o la concentración del organismo (miligramos de peso seco por mililitro) a un tiempo t, y μ es el ritmo o velocidad de crecimiento instantáneo. Con la integración de la ecuación anterior entre los límites xo y xt, se obtienen la siguiente ecuación: ln xt -ln xo = μt o, como se expresa generalmente la solución, Xf = xo e μt μ = k(ln 2) = 0.693 k Con esta fórmula, se puede calcular μ, el ritmo de crecimiento instantáneo para un quimiostato, multiplicando k por 0.693
- 21. Tasa (µ) idealde crecimiento microbiano 21
- 22. Ecuación del proceso La ecuación de un proceso aeróbico, muestra como el conocimiento de la fórmula del contaminante, es fundamental, para determinar la cantidad de O2. A partir de la ecuación es factible hacer el cálculo (extrapolación), del volumen de oxígeno necesario por m3 de residuos. 22 CnHaObNc + (2n + 0,5 a - 1,5c –b)/2 O2→nCO2 + cNH3 + a-3c/2 H2O
- 23. Grafico construido apartir datos experimentales 23 0 20 40 60 80 100 120 1 2 3 4 5 6 CONCENTRACIÓNENppm ln UFC DEGRADACIÓN VS UFC TPHs Ufc
- 24. Ejemplo de cálculode tasa de crecimiento microbiano 24 CEPAS 4 horas 24 Horas lnN1 lnN2 K Cepa 1 32 160 3,40 5,07 0,081 Cepa 2 21 92 3,04 4,52 0,124 Cepa3 25 112 3,21 4,71 0,075 Cepa 4 15 63 2,70 4,13 0,071 Cepa 5 9 42 2,19 3,73 0,077 Cepa 6 41 85 3,71 4,44 0,036 Cepa 7 63 154 4,14 5,03 0,044 Cepa 8 6 41 1,79 3,71 0,126 Cepa 9 12 43 2,48 3,76 0,064 𝑲 = 𝒍𝒏𝑵𝟐 − 𝒍𝒏𝑵𝟏 𝒕𝟐 − 𝒕𝟏
- 25. Conteo rutinario decontrol durante un proceso de biorremediación 25 CEPA Ufc x106 I II III IV V Cepa 1 32 0,08 0,51 0,09 0,78 Cepa 2 21 1,10 1,80 2,60 3,70 Cepa3 25 0,70 0,40 0,80 0,95 Cepa 4 15 0,05 0,90 0,70 1,00 Cepa 5 9 0,03 0,20 0,50 0,84 Cepa 6 41 0,80 0,92 1,40 1,70 Cepa 7 63 0,70 0,92 1,10 1,20 Cepa 8 6 0,02 0,04 0,05 0,08 Cepa 9 12 0,03 0,80 0,67 0,97 Tiempo 24h 30 días 60 días 90 días 120 días
- 26. Ejemplo de cálculode la Tasa de Biodegradación 26 Cepa Muestra A ppm Muestra B ppm I II III IV V I II III IV V X1 5000 4629 3731 2978 2120 850 837 819 798 720 X2 5000 4896 4662 4132 3700 850 652 387 105 78 X3 5000 4021 3657 2133 1867 850 812 779 721 720 X4 5000 4729 4119 3027 2630 850 845 832 812 801 X5 5000 4502 4194 3645 3112 850 827 814 802 798 X6 5000 4679 4510 4467 4230 850 721 413 156 94 X7 5000 4003 3729 2765 2079 850 691 396 138 97 X8 5000 4867 4622 4139 4002 850 800 784 726 710 X9 5000 4902 4762 4473 4137 850 770 625 251 112 Tiempo/días 0 30 60 90 120 0 30 60 90 120
- 27. 27 Capa X1 CapaX2 Capa X3 lnCo/C=kt lnCo/C=kt lnCo/C=kt Ln 5000/4629= 0,07 Ln 5000/3731=0,29 Ln 5000/2978=0,51 Ln 5000/2120=0,85 ln5000/4896= 0,02 ln5000/4662= 0,06 ln5000/4132= 0,19 ln5000/3700= 0,30 ln5000/4021= 0,21 ln5000/3657= 0,31 ln5000/2133= 0,85 ln5000/1867= 0,98 Pendiente = Y2-Y1 / X2 – X1 Pendiente = Y2-Y1 / X2 – X1 Pendiente = Y2-Y1 / X2 – X1 K=0,85-0,07/1-120 K=0,78/119 K= 0,0065 K=0,30-0,02/1-120 K=0,28/119 K= 0,0023 K=0,98-0,21/1-120 K=0,77/119 K= 0,0064 Capa X4 Capa X5 Capa X6 lnCo/C=kt lnCo/C=kt lnCo/C=kt ln5000/4729= 0,05 ln5000/4119= 0,19 ln5000/3027= 0,50 ln5000/2630= 0,64 ln5000/4502= 0,10 ln5000/4194= 0,17 ln5000/3645= 0,31 ln5000/3112= 0,47 ln5000/4679= 0,06 ln5000/4510= 0,10 ln5000/4467= 0,11 ln5000/4230= 0,16 Pendiente = Y2-Y1 / X2 – X1 Pendiente = Y2-Y1 / X2 – X1 Pendiente = Y2-Y1 / X2 – X1 K=0,64-0,05/1-120 K=0,59/119 K= 0,0049 K=0,47-0,10/1-120 K=0,37/119 K= 0,0031 K=0,16-0,06/1-120 K=0,1/119 K= 0,00084 Capa X7 Capa X8 Capa X9 lnCo/C=kt lnCo/C=kt lnCo/C=kt ln5000/4003= 0,22 ln5000/3729= 0,29 ln5000/2765= 0,59 ln5000/2079= 0,87 ln5000/4867= 0,02 ln5000/4622= 0,07 ln5000/4139= 0,18 ln5000/4002= 0,22 ln5000/4902= 0,019 ln5000/4762= 0,048 ln5000/4473= 0,11 ln5000/4137= 0,18 Pendiente = Y2-Y1 / X2 – X1 Pendiente = Y2-Y1 / X2 – X1 Pendiente = Y2-Y1 / X2 – X1 K=0,87-0,22/1-120 K=0,65/119 K= 0,0054 K=0,22-0,02/1-120 K=0,20/119 K= 0,0016 K=0,18-0,019/1-120 K=0,161/119 K= 0,0013
- 28. Variación de lnCo/Csustrato 28 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 lnCo/C lnCo/C lnCo/C lnCo/C lnCo/C lnCo/C lnCo/C lnCo/C lnCo/C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,07 0,02 0,21 0,05 0,10 0,06 0,22 0,02 0,019 0,29 0,06 0,31 0,19 0,17 0,10 0,29 0,07 0,048 0,51 0,19 0,85 0,50 0,31 0,11 0,59 0,18 0,11 0,85 0,30 0,98 0,64 0,47 0,16 0,87 0,22 0,18
- 29. Variación comparativa delnCo/c de sustrato 29
- 30. Tiempo de vidamedia 30 X1 X2 X3 t= - ln (0,5)/0,0065 t= -(-0,69)/0,0065 t= 106,6 días. t= - ln (0,5)/0,0023 t= -(-0,69)/0,0023 t= 300 días. t= - ln (0,5)/0,0064 t= -(-0,69)/0,0064 t= 107,8 días. X4 X5 X6 t= - ln (0,5)/0,0049 t= -(-0,69)/0,0049 t= 140,8 días. t= - ln (0,5)/0,0031 t= -(-0,69)/0,0031 t= 222,5 días. t= - ln (0,5)/0,00084 t= -(-0,69)/0,00084 t= 821,4 días. X7 X8 X9 t= - ln (0,5)/0,0054 t= -(-0,69)/0,0054 t= 127,7 días. t= - ln (0,5)/0,0016 t= -(-0,69)/0,0016 t= 431,2 días. t= - ln (0,5)/0,0013 t= -(-0,69)/0,0013 t= 530,7 días.
- 31. Tiempos de vidamedia de los residuos 31 Cepa TIEMPO (días) A TIEMPO (días)B X1 106,6 575,0 X2 300,0 40,58 X3 107,8 690,0 X4 140,8 1533,3 X5 222,5 1916,6 X6 821,4 40,8 X7 127,7 43,2 X8 431,2 750,0 X9 530,7 43,1
- 32. Tiempos de vidacomparativos 32 0 500 1000 1500 2000 2500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Tiempo/días Cepa microbiana Tiempos de vida comparativos de Sustrato A y Sustrato B TPHs HAPs
- 33. Eficiencia comparativa 33 𝒀 =𝑪𝒇 𝒙 100 𝑪𝒐 Cepa % A % B X1 57,60 15,29 X2 26,00 90,80 X3 62,60 15,29 X4 47,40 5,76 X5 37,76 6,11 X6 15,40 88,94 X7 58,42 88,58 X8 19,96 16,47 X9 2,60 86,82 Testigo 0 0
- 34.
- 35. Clasificación de losmicroorganismos
- 36. Clasificación de losmicroorganismos
- 37. Según la fuentede carbono que emplean
- 38. Según el puntode vista biosintético
- 39. Según la fuentede energía
- 40.
- 41.
- 42.
- 43. ANABOLISMO Y CATABOLISMO Dos procesos simultáneos, como la oxidación y reducción
- 44. ANABOLISMO Y CATABOLISMO Una expresión del flujo permanente de materia y energía
- 45.
- 46.
- 47.
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- 49.
- 50.
- 52.
- 53.
- 54.
- 55. Obtención de ATP Fosforilación de sustrato
- 56. Obtención de ATP Flujo de electrones en la fosforilación oxidativa
- 57. Comparativo de los dos tiposde fosforilización
- 58.
- 59.
- 60. CUESTIONARIO Para quées necesario la determinación de la tasa de crecimiento microbiano? ¿Qué importancia tiene la determinación del tiempo de vida media de u sustrato? ¿Cómo se determina la tasa de degradación (consumo del sustrato) y cuál es su importancia ambiental y práctica en ingeniería ambiental? ¿Cuál es la relación entre la curva de crecimiento microbiano y curva de la tasa de degradación? ¿Que relevancia técnico legal tiene? ¿Cuál s le metabolito central de todo el metabolismo microbiano y por qué se dice eso? ¿Cuáles son las etapas del esquema general del metabolismo? ¿Cuáles son las rutas que sigue el piruvato?
- 61. CUESTIONARIO ¿En quése diferencian los dos tipos de fosforilación? Esquemáticamente represente la cadena respiratoria y diga ¿cuál es su importancia en el metabolismo biológico? ¿Qué tipo de reacciones de oxido reducción biológica se implementan en el metabolismo intermedio? ¿Qué rol cumplen en el metabolismo NAD+, FAD+ y ADP? Elabore un esquema que represente al anabolismo ligado al catabolismo. ¿Por qué acetil coenzima A es importante para la síntesis de proteína? Elabore una tabla de clasificación de los microorganismos por la fuente de energía que utilizan.
- 62. Cuestionario ¿Qué representaKm (Ks) y cuál es su importancia para ciencias ambientales? Describa las etapas de la curva de crecimiento microbiano. Diferencias entre medición turbidimétrica y nefelométrica. Enumere los métodos indirectos de conteo microbiano
- 63. BIBLIOGRAFÍA Jeffrey C.Pommerville. (2011). Alcamo´s Fundamental of Microbiology, Ninth edition. Jones and Bartlett Publishers. Cap IV. Kurt Konhauser. (2007). Introduction to Geomicrobiology. Blackwell Publishing. Cap III. Trivedi P.C. (2010). Text Book of Microbiology. Aavishkar Publishers. India. Anne Maczulak. (2011). Encyclopedia of Microbiology. Facts On File, Inc.