Este documento presenta los objetivos y contenidos de una clase sobre fisiología microbiana. Los objetivos incluyen conocer los requerimientos nutricionales de las bacterias, su captación de nutrientes, cultivo, crecimiento y factores que lo afectan. También cubre temas como el metabolismo microbiano, tipos nutricionales de bacterias, transporte de nutrientes, medios de cultivo y factores ambientales que afectan el crecimiento.

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

17. Transporte activo

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.

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, n
ucleótidos, 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
Ilse Valderrama Heller, 2008

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).
Ilse Valderrama Heller, 2008

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. Ilse Valderrama Heller, 2008

34. DILUCIONES

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

37. Temperatura

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.

40. Presión osmótica

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.
Ilse Valderrama Heller, 2008

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
Ilse Valderrama Heller, 2008

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.
Ilse Valderrama Heller, 2008

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, Clo
ramfenicol
– Tetraciclinas y estreptomicinas
(30S)
– Cloramfenicol (50S)
Ilse Valderrama Heller, 2008

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
Ilse Valderrama Heller, 2008

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
Ilse Valderrama Heller, 2008

50. CMI
Ilse Valderrama Heller, 2008

51. ANTIBIOGRAMA
Ilse Valderrama Heller, 2008

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
Ilse Valderrama Heller, 2008

53. Ilse Valderrama Heller, 2008

54. • Resistencia Antibiótica Mecanismo de Resistencia:
•Natural o Adquirida .Trastornos de la Permeabilidad
•Cromosómica o Plasmídica . Alteraciones del Sitio Blanco
•(Transposones) . Hidrólisis Enzimática
Ilse Valderrama Heller, 2008

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
Ilse Valderrama Heller, 2008

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
Ilse Valderrama Heller, 2008

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
Ilse Valderrama Heller, 2008

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-
Ilse Valderrama Heller, 2008

64. Respiración aeróbica

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

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

70. Vía glicolítica

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

72. Balancear el potencial
redox
Regenerar el NAD+

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
Ilse Valderrama Heller, 2008

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