El documento proporciona una introducción a la microbiología. Explica que la microbiología estudia los microorganismos, sus actividades y cómo interactúan con su entorno. Describe los principales grupos de microorganismos, incluidas las bacterias, hongos y algas. También explica cómo los microorganismos se clasifican en los reinos procariotas y eucariotas, y cómo el sistema de cinco reinos propuesto por Whittaker es ampliamente aceptado hoy en día para clasificar a los seres vivos.

1. 2. MICROBIOLOGÍA
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERIA DE LOS PROCESOS
BIOQUÍMICOS
2.1. Introducción. La historia del desarrollo del hombre está llena de notables logros
(y algunos no tan notables) en las áreas de la ciencia, la tecnología, la medicina, las
comunicaciones, el progreso social, la economía y las artes. El futuro registrará
ciertamente muchos más. Es de esperar que estos logros contribuirán individual y
colectivamente a un mundo mejor y más unido. No obstante de todo el proceso que se
anticipa, el mayor impacto puede venir de los diversos descubrimientos, producto de
los interrogantes del hombre por aprehender cómo un organismo vivo funciona en
términos de las moléculas que lo componen; fácilmente se puede estar hablando de la
importancia del mapa genético. El corazón de este interrogante es la bioquímica.
¿Qué es la bioquímica? Una pregunta bastante simple, pero difícil de responder en
términos sencillos, al menos de manera que se conduzca a un significado sustantivo.
Esta dificultad no es porque la bioquímica sea tan misteriosa, sino porque es tan

2. diversa en su enfoque como en su práctica. Sin embargo, básicamente, el término
bioquímica significa el estudio de la química de la vida. Consideremos un
enunciado alternativo: es una ciencia de laboratorio con un enfoque
fisicobioquímico en todos los tipos de actividades celulares.
Hay tres elementos en esta definición. El primer elemento de la definición es la
designación de la bioquímica como una ciencia de laboratorio. El significado de esto
es que la investigación bioquímica, como cualquier otra búsqueda científica, se
caracteriza por ceñirse al método científico. A manera de revisión, los principios del
método científico son los siguientes: los fenómenos se observan y se miden, se
formula una hipótesis basada en las observaciones, la hipótesis se prueba por
observaciones y mediciones adicionales; si es necesario, la hipótesis original se
modifica y el sistema bajo estudio se reexamina. El ciclo se repite hasta que se
desarrolle una teoría aceptable y finalmente la teoría se prueba para su aplicación
general. Esta breve reseña del método científico tiene como propósito enfocar la
atención en el hecho de que la práctica de la bioquímica, que se inicia con ideas, se
reduce finalmente a la realización de procedimientos analíticos (tanto cualitativos
como cuantitativos) en el laboratorio. Esto puede parecer una característica
demasiado básica como para mencionarla. Aunque es una característica que muchos
no toman en cuenta en su deseo de lograr una carrera en el campo, el interés y
regocijo disminuyen en aquellos que encuentran el laboratorio un lugar poco
atractivo.
El segundo elemento de la definición, representado por la palabra fisicobioquímica,
es que los estudios bioquímicos son de naturaleza transdisciplinaria. Básicamente
significa que un análisis completo y subsiguiente entendimiento de los sistemas vivos
se apoya en un enfoque múltiple, el cual emplea principios físicos, biológicos y
químicos. Un ejemplo notable de esto es obvio si intentamos estudiar el fenómeno
básico de la producción y utilización de la energía en una célula viva. En el nivel
físico uno debe reconocer el concepto básico de energía, sus diversas formas y sus
interconversiones. En el nivel biológico, los procesos celulares se estudian en un
intento de identificar y caracterizar aquellos que requieren energía, los que la
producen y el intrincado balance y relación entre ambos tipos. En el nivel químico
estamos interesados en definir el flujo de energía a través de los compuestos
químicos que participan y así distinguir todos estos procesos. Nótese la tendencia
aquí; el análisis comenzó con el concepto físico de energía, se hizo luego una
aplicación general en sistemas vivos, y esto finalmente se redujo al nivel
molecular.
El tercer elemento de la definición se refiere a la materia de este análisis científico, a
saber, la célula viva. Nótese que no hay una referencia particular para ningún tipo
específico de actividad celular o fenómeno biológico como único campo de la
bioquímica. Por el contrario, las investigaciones bioquímicas abarcan un amplio
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3. espectro de temas, que varían de organismos multicelulares hasta organismos
unicelulares. En resumen, se puede decir que la bioquímica moderna, base de
toda la biología moderna, está relacionada con cualquier fenómeno asociado con
todo organismo, ya sea animal, vegetal, bacteriano o viral. Finalmente, el
enfoque de la investigación se centra en la moléculas químicas que comprenden
la esencia material del estado vivo.
El comportamiento de los seres vivos (su metabolismo) ha sido aprovechado por el
hombre en muchos procesos industriales. Como ejemplo tenemos: producción de
alcohol, de ácido cítrico, de kumis, yogurth, pan, ácido acético, penicilina, procesos
de descontaminación de aguas bajo diferentes condiciones de operación, tratamiento
de residuos sólidos como compost, humus, etc. En muchos procesos lo que nos
interesa es hacer desaparecer una sustancia contaminante, en otros que aparezcan
productos de importancia comercial (alcohol, por ejemplo); en otros casos, que
desaparezcan unos de poco o nulo interés y simultáneamente que aparezcan otros de
interés o mucho interés. Pero también se tiene el caso de que lo que interesa es
propagar el ser vivo perce, como en el caso de la levadura que se comercializa para el
pan. Atendiendo a esto y analizando la participación del ingeniero en muchos de
estos procesos, es obvia la importancia del conocimiento del campo de la
bioingenieria. Una parte de ello es el estudio de la microbiología.
2.2. Generalidades. La microbiología es el estudio de los microorganismos y sus
actividades, su forma, estructura, reproducción, fisiología, metabolismo e
identificación. Además estudia cómo están distribuidos los microorganismos en la
naturaleza, sus relaciones con otros seres, los efectos benéficos o perjudiciales que
ejercen sobre los humanos y las alteraciones físicas y químicas que provocan en su
medio. En su mayor parte, la Microbiología estudia los organismos microscópicos
unicelulares. En las llamadas formas superiores de vida, los organismos se componen
de muchas células que constituyen los tejidos y órganos sumamente especializados,
los cuales cumplen funciones específicas; en cambio, en los organismos unicelulares,
todos los procesos vitales se llevan a cabo en una sola célula. Independientemente
de la complejidad de un organismo, la célula es la verdadera unidad básica de la
vida.
Todos los organismos vivos tienen la facultad de responder al medio que los rodea y
con frecuencia alterarlo. Son capaces de movimientos autónomos, si bien en algunas
formas de vida, éstos son muy limitados. En el proceso de la reproducción, los entes
vivos tienen la capacidad de preservar la identidad de su especie, pero también tienen
un potencial de cambio especial para su supervivencia. Todos los sistemas biológicos
tienen en común las características siguientes:
a) Capacidad de reproducirse.
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4. b) Facultad de ingerir y asimilar sustancias nutritivas y metabolizarlas para producir
energía y desarrollarse.
c) Capacidad de excretar productos de desecho.
d) Facultad de reaccionar ante cambios en su medio ambiente llamada en ocasiones
irritabilidad.
e) Susceptibilidad de mutación.
En el estudio de la Microbiología se encuentran organismos que tal vez representan
la línea limítrofe de la vida. Son los virus, acerca de los cuales hay grandes
diferencias de opinión en cuanto a si son o no verdaderos organismos vivos. Los virus
plantean una controversia estimulante y ofrecen la oportunidad de lograr una mejor
comprensión de la naturaleza de las sustancias orgánicas complejas que posiblemente
son el puente entre lo animado y lo inanimado.
2.3. Microbiología y Biología. Los principios de la biología pueden demostrarse por
el estudio de la microbiología puesto que los microorganismos tienen muchas
características que los hacen sujetos ideales para la investigación de los fenómenos
biológicos. Los microorganismos constituyen sistemas específicos para la
investigación de la fisiología, la genética y las reacciones bioquímicas que son la base
de la vida. Pueden cultivarse cómodamente en tubos de ensayo o en matraces, ya que
así ocupan menos espacio y requieren menos cuidados que las plantas y los animales
grandes. Además, se desarrollan rápidamente y se reproducen a una velocidad
extraordinaria ya que algunas especies alcanzan hasta 100 generaciones en 24 horas.
Los procesos metabólicos de los microorganismos se rigen por normas iguales a los
animales y plantas superiores; las levaduras, por ejemplo, consumen glucosa de la
misma manera que las células de los tejidos de los animales y en ambos existe el
mismo sistema de enzimas. La energía liberada durante la escisión de la glucosa
queda atrapada y disponible para que el microorganismo la utilice. De hecho, el
mecanismo por el cual los microorganismos o las células de los organismos utilizan la
energía es fundamentalmente el mismo en todo el mundo biológico.
Las plantas se caracterizan por su capacidad de aprovechar la energía solar; en
cambio los animales necesitan sustancias químicas como combustible. A este
respecto algunos microorganismos son como las plantas, otros como los animales y
otros más poseen la facultad de utilizar tanto la energía solar como la química (la
atrapada en los compuestos químicos como la sacarosa). También algunos
microorganismos, como las bacterias, son capaces de utilizar una gran variedad de
sustancias químicas desde materiales inorgánicos simples hasta substratos orgánicos
complejos.
Los microorganismos tienen un ámbito más amplio de potencialidades fisiológicas y
bioquímicas que todos los demás organismos en total. Por ejemplo algunas algas y
bacterias son capaces de fijar nitrógeno atmosférico para sintetizar proteínas y otros
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5. compuestos orgánicos nitrogenados complejos. Otras especies requieren compuestos
de nitrógeno inorgánico u orgánico como materia prima para elaborar sus
constituyentes. Algunos microorganismos sintetizan todas sus vitaminas, en cambio
otros necesitan que le sean suministradas.
2.4. El lugar de los microorganismos en el mundo de los seres vivos. En
microbiología se estudian algunos microorganismos que son predominantemente del
tipo vegetal, otros que son del tipo animal y otros que comparten las características de
los dos. Como hay organismos que no se pueden clasificar ni en el reino animal ni
vegetal, se han establecido nuevos reinos para clasificarlos. Una de las más antiguas
de estas proposiciones la hizo en 1886 el zoólogo alemán E. H. Haeckel, quién
sugirió un tercer reino (ya estaba animal y vegetal) que comprendiera los
microorganismos unicelulares que no son típicamente vegetales ni animales y los
catalogó en este nuevo reino: el Protista.
Figura 2.1. Sistema de clasificación de los cinco reinos de Whittaker
A medida que se profundiza en el estudio y conocimiento de la estructura celular, los
microorganismos a su vez se dividen en dos categorias, los procariotes y los
eucariotes. Las algas azul-verdosas y las bacterias se clasifican como procariotes y los
protozoos, hongos y algas como eucariotes. Existen características en su estructura
que los diferencia. Pero fue hasta 1969 cuando Whittaker propuso otro sistema de
clasificación el cual es ahora ampliamente aceptado. El sistema de clasificación
incluye cinco reinos (Mónera, Protista, Animal, Vegetal y Hongos). El sistema de los
cinco reinos se basa en tres niveles de organización celular, así como en los tipos de
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Plantas
Hongos
Animales
Mónera
Protista

6. organización evolucionados en relación con los tres métodos principales de nutrición:
fotosíntesis (plantas), absorción (hongos) e ingestión (animales). Los que antes se
llamaban procariotes son el reino Mónera ya que carecen del modo ingestivo de
nutrición y no tienen un núcleo definido. Los microorganismos eucarióticos
unicelulares se clasifican dentro del reino Protista; en éste existe el modo de nutrición
por fotosíntesis (en las microalgas), ingestión (protozoos) y absorción (las levaduras
y demás hongos unicelulares). Los organismos superiores son los animales, hongos y
vegetales todos ellos multicelulares. Los microorganismos se encuentran en dos de
los cinco reinos: Mónera y Protista . Los virus no siendo entes celulares quedan por
fuera de este esquema de seres vivos.
2.5. Principales grupos de microorganismos. Los principales grupos de
microorganismos y que se encuentran clasificados en los reinos Mónera y protista
son:
a) Algas: Son organismos relativamente simples; los tipos de algas mas primitivos
son unicelulares, pero otros son conjuntos de células iguales con poca o ninguna
diferenciación en su estructura o en su función. Otras algas, como las marinas pardas,
tienen células complejas especializadas. Independiente del tamaño y complejidad
todas las algas pueden realizar la fotosíntesis. Las algas se encuentran en el agua o en
el suelo húmedo. Existen unas especiales que se llaman algas azul-verdosas, que son
consideradas como bacterias por algunos microbiólogos (las algas azul verdosas
tienen como característica que viven en el agua y la mayoría en agua dulce)
b) Bacterias: Son organismos unicelulares. Entre las principales características de las
bacterias figuran su tamaño, su forma y su tipo o modo de agrupación. El tamaño de
una célula es mensurable con exactitud no obstante su tamaño microscópico. Una
consecuencia importante del ínfimo tamaño de las células bacterianas es su elevada
relación superficie/volumen; esta propiedad explica su extraordinaria velocidad de
desarrollo y su metabolismo característico dado que la superficie de la célula
bacteriana tiene una exposición asombrosa a la interfase entre la pared de la célula y
el medio. Según su especie, las bacterias pueden ser ovales o esféricas (cocos), en
forma de bastón (bacilos) o en forma de espiral (espirilos).
c) Hongos: No poseen clorofila, por lo tanto no realizan fotosíntesis. Por lo regular
son multicelulares, no poseen raíces, ni tallos, ni hojas y su tamaño y forma varía
desde el de una levadura microscópica de una sola célula, hasta el de un champiñón.
De ellos los que más interesa son los mohos, levaduras y hongos.
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7. d) Protozoos: Su papel en la naturaleza es variable pero los mejor conocidos son los
que causan en el hombre y en los animales enfermedades. Su nombre deriva de las
palabras griegas protos y zoon que significan primero y animal. Presentan
variaciones considerables en forma y tamaño. Existen protozoos de vida libre y otros
que son parásitos. Son protozoos las amebas, los paramecios, las vorticelas y la
euglena.
e) Virus: Son pequeños parásitos o patógenos de las plantas, los animales y de
algunas bacterias. Son tan pequeños que solo se vuelven visibles si se amplifican
mediante un microscopio electrónico. Los virus solo pueden cultivarse en células
vivas.
2.6 Campos de aplicación de la microbiología. Los profesionales de la
microbiología suelen especializarse en el estudio de determinados grupos de
microorganismos. Hablando con propiedad, la bacteriología es el estudio de las
bacterias, la protozoología es el estudio de los protozoos, la parasitología es el estudio
de los parásitos, la micología es el estudio de los hongos, la ficología es el estudio de
las algas; es decir, hay muchos campos de acción de la microbiología. Algunos de
ellos son:
a) Microbiología médica: Los microorganismos son mejor conocidos por las
enfermedades que causan. A la microbiología médica le concierne prevenir y
controlar las enfermedades causadas por ellos.
b) Microbiología acuática: Es interesante en problemas industriales, salud y
últimamente en el campo ambiental. En los procesos industriales ha alcanzado
notable importancia el campo de la microbiología por los problemas o beneficios que
de ellas pueden derivarse. Muchas enfermedades son causadas por microorganismos,
motivo por el cual se debe tener especial cuidado de detectar su presencia en
alimentos, sobre todo. A nivel ambiental los microorganismos pueden ser utilizados
en tratamientos secundarios de aguas para disminuir la DBO o retirar materia
orgánica disuelta en el agua. Los residuos sólidos pueden ser usados como substrato
de ciertos microorganismos en los procesos de compostación.
c) Microbiología de drenajes domésticos y del agua: El agua para uso doméstico
proviene de una de las dos principales fuentes: la superficie como ríos y la
subterránea como pozos. Cuando esta agua se contamina es necesario tratarla y para
ello se usan microorganismos biodegradadores. Si es que el agua va a entrar como
agua de acueducto debe estar exenta de cualquier microorganismo.
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8. d) Microbiología del aire: La clase y número de microorganismos varía según el
medio. Los microorganismos del aire están influenciados por las condiciones
meteorológicas y por el tipo de terreno. En los grandes depósitos de agua, las olas
dispersan las partículas que contienen microorganismos pues al levantarse con el agua
son transportados muchos kilómetros. La supervivencia de estos microorganismos en
el agua depende de diversos factores entre los cuales figuran las ondas de luz
ultravioleta y posiblemente otras microbicidas de la luz solar. Si bien por lo regular
hay muchas clases de microorganismos en el aire, su número no aumenta porque
carecen de sustancias nutritivas adecuadas. En el aire de las habitaciones existe la
posibilidad de encontrar microorganismos productores de enfermedades bastante
mayor que en el aire libre puesto que están menos esparcidos. Además, el aire de una
habitación está contaminado por sus ocupantes que emiten partículas al respirar,
hablar o toser.
e) Microbiología de los lácteos: La leche es un excelente alimento para el hombre
pero también para los microorganismos. La ubre de un animal sano está más o menos
libre pero llega a contaminarse al manipularse. Si no se guarda y refrigera
adecuadamente pueden proliferar los microorganismos y descomponerla. Algunos
microorganismos intervienen en la producción de quesos, mantequilla y otros lácteos.
Los microorganismos tienen una función importante en la nutrición de las vacas
lecheras e indirectamente participan en la producción de la leche. Vacas, ovejas,
venados y camellos, son rumiantes con estómago multiplicativo. La primera cámara,
la panza, almacena el forraje y en ésta los microorganismos proliferan profusamente,
digieren celulosa, sintetizan proteínas y vitaminas y modifican las grasas, todo lo cual
contribuye a los requerimientos nutritivos del animal.
f) Microbiología de los alimentos: Considerando la gran variedad de sustancias
alimenticias naturales y los métodos usados para manejarlas o procesarlas, puede
afirmarse que todas son contaminantes potenciales. La propia sustancia alimenticia y
el método usado para procesarla y preservarla influyen en su contaminación. La
mayoría de los alimentos son buenos medios de cultivo de los microorganismos;
éstos, al desarrollarse producen cambios en el aspecto, sabor, olor y otras cualidades
de los alimentos. Las alteraciones que los microorganismos causan a los alimentos no
se limitan a los resultados de la degradación, sino también a los productos de la
síntesis microbiana. Los microorganismos pueden actuar sobre las proteínas, los
carbohidratos y los lípidos produciendo:
Proteínas + microorganismos Aminoácidos, amoníaco, ácidos, etc.
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9. Carbohidratos + microorganismos Ácidos, alcoholes, gases.
Lípidos + microorganismos Acidos grasos, glicerol.
g) Microbiología del suelo: Pocos ambientes tienen tan gran variedad de
microorganismos como el suelo; es una mezcla microscópica formada por miles de
millones de bacterias, hongos, algas, protozoos y virus. Son importantes en el
reciclaje de nutrientes y en la productividad del suelo.
h) Microbiología industrial: Sustancias medicinales, bebidas alcohólicas, enzimas,
son algunos ejemplos de lo que a escala comercial se puede producir mediante el uso
de los microorganismos. Además, alimentos, penicilina, etc. Las actividades químicas
útiles de las bacterias, levaduras, mohos y algas, son explotadas para obtener de estos
microorganismos productos de valor después de haberlos cultivado en un medio
relativamente poco costoso.
2.7. Evolución de la microbiología. Koch es recordado por haber aislado el bacilo
causante de la tuberculosis y también por el rigor de las normas que exigió para que
una bacteria determinada sea considerada como la causante específica de una
enfermedad. Sus contribuciones importantes para la creación de la ciencia de la
microbiología le hicieron acreedor al premio Nobel de 1905. La construcción del
canal de Panamá hizo dramáticos los estudios de Walter Reed sobre la fiebre
amarilla.
La microbiología empezó cuando el hombre aprendió a pulir piezas de vidrio y a
combinarlas para lograr amplificaciones lo bastante grandes para poder ver los
microbios. En el siglo XIII Roger Bacon postuló que la enfermedad era causada por
criaturas vivas invisibles. En 1958 un monje llamado Kircher hizo referencia a
gusanos invisibles a simple vista en los cuerpos en descomposición, en la carne y en
la leche. En 1665 Robert Hooke vió y describió células en un pedazo de corcho.
Hooke estableció el hecho de que los cuerpos de animales y plantas, por complejos
que parezcan, están a su vez compuestos por algunas partes elementales repetidas con
frecuencia. Antes de la época de Pasteur, los microorganismos se estudiaban
principalmente por un afán de curiosidad sobre su existencia sin prestar atención a su
importancia en la fermentación y en la enfermedad.
El descubrimiento de los microbios espoleó el interés en el origen de las cosas vivas y
despertó una fiebre de argumentos y especulaciones. Por lo tocante a las formas
superiores de vida, la explicación griega de que la diosa GEA era capaz de crear
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10. personas a partir de piedras y de otros objetos inanimados ya había sido descartada.
Aún el astuto y sagaz Aristóteles pensó que los animales podían generarse
espontáneamente del suelo. Virgilio dio orden para la propagación artificial de las
abejas. Se aceptó como un hecho que los gusanos podían producirse por exposición
de la carne al aire y al calor. El concepto de la generación espontánea fue resucitado
por última vez por Pouchet quien publicó en 1859 un extenso estudio “probando” su
existencia, pero Pouchet carecía del ingenio de Pasteur quien, irritado por la lógica,
llevó a cabo experimentos que pusieron fin a la discusión.
Antes de que Pasteur demostrara mediante experimentos que las bacterias son la
causa de algunas enfermedades, muchos observadores estudiosos habían expresado
argumentos sólidos en favor de la teoría del germen de la enfermedad. Fracastoro de
Verona sugirió que la enfermedad podría deberse a organismos invisibles
transmitidos de una persona a otra. Von Plenciz de Viena no solo afirmó que los
agentes vivos eran la causa de la enfermedad sino que afirmó que enfermedades
diferentes eran causadas por microorganismos diferentes.
La producción de vinos era una de las principales industrias de Francia. Luis Pasteur
estudió los métodos y procedimientos que intervenían con objeto de ayudarles a
producir buenos vinos con una calidad excelente. Observó que la labor de
fermentación de las frutas y de los granos que daban alcohol la llevaban a cabo los
microbios. Al examinar muchas cosechas de “fermento” encontró microbios de
diferentes clases. En los buenos lotes predominaba un tipo de microorganismos y en
los malos otro tipo de microorganismos. Por la selección adecuada del microbio, el
productor podía estar seguro de obtener un producto uniforme, de buena calidad y
constante. Pero los microbios estaban ya en los jugos; debían ser separados y
comenzar la nueva fermentación con un cultivo de un nuevo tanque que había sido
satisfactorio. Pasteur señaló que los tipos no deseables de microorganismos podían
ser eliminados por calentamiento si bien no lo bastante para que se desvirtuara el
aroma de los jugos pero sí para hacer inocuo los microorganismos. Observó que
manteniendo los jugos a una determinada temperatura durante media hora se lograba
lo anterior. Hoy, el proceso es conocido como pasteurización o pasterización.
Fueron varias las experiencias vividas tanto por Pasteur como por Koch.
De Koch se tienen los siguientes postulados:
a) El organismo específico ha de encontrarse siempre asociado a la enfermedad.
b) El organismo ha de ser aislado y obtenido en cultivo puro en el laboratorio.
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11. c) Este cultivo puro inoculado a un animal susceptible de ser contagiado desarrolla
la enfermedad.
d) Debe recuperarse el organismo en cultivo puro del animal infectado
experimentalmente.
Para este tipo de proyectos se deben reproducir los microorganismos y aparece el
concepto de cultivo axénico y de cultivo puro. Un cultivo axénico es aquel en que un
organismo (bacteria, hongo, alga, protozoo o levadura) se desarrolla en un medio
libre de cualquier otro organismo vivo. Un cultivo puro tiene el mismo criterio pero
implica pureza genética. Igualmente existen poblaciones de microorganismos
llamadas poblaciones mixtas que tienen mucha importancia por presentarse
frecuentemente en la naturaleza. Es más, en la naturaleza las condiciones de
convivencia de los microorganismos casi siempre es de características mixtas. Los
tipos de cultivos dan origen a las cepas usadas en los procesos industriales para la
producción de alcohol, cerveza, kumis, etc.
2.8. Descripción y clasificación de los microorganismos. Describir y clasificar los
organismos vivos es un objetivo de importancia primordial en todas las ramas de las
ciencias biológicas. Una vez que las características de un organismo quedan
perfectamente descritas, es posible compararlo con otros organismos para determinar
similitudes y diferencias. ¿Son muy parecidos? ¿Tienen solo ligeras semejanzas?
Mediante la comparación de las características de un gran número de
microorganismos se llega finalmente a un sistema para agrupar los especímenes
relacionados. A la postre se establece un grupo cuyos miembros tienen características
muy similares, al cual se le considera especie y se le asigna un nombre científico; es
decir, el microorganismo adquiere un nombre. También se sabe que producen
sustancias de gran valor como las vitaminas, el alcohol y los antibióticos; además son
fuente de proteínas.
Por su tamaño tan minúsculo, solo visible mediante el microscopio, no suele ser
práctico trabajar con un microorganismo aislado. Por esta razón se estudian cultivos
que contienen millares y millares de millones de microorganismos. Un cultivo que
consta de una sola clase de microorganismos (levaduras por ejemplo) se denomina
cultivo axénico. Si las levaduras no son de diferentes clases sino que son puras
genéticamente (criadas a partir de una sola célula) se denomina cultivo puro o cepa.
Si el cultivo tiene más de una clase de microorganismos (bacterias, hongos,
protozoos, o dentro de las mismas bacterias diferentes clases de bacterias ) el cultivo
se denomina mixto. Para proceder a identificar y clasificar a un microorganismo,
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12. deben determinarse, con cierto grado de precisión, las características del mismo.
Entre ellas, las principales son las siguientes:
a) Características de cultivo: Las sustancias nutritivas necesarias para el desarrollo y
las condiciones físicas de un medio que lo favorezcan.
b) Características morfológicas: El tamaño de la célula y su forma de agrupación.
c) Características metabólicas: La manera por la cual los microorganismos degradan
los productos alimenticios y los productos que se excretan o arrojan al medio.
e) Características de la composición bioquímica: La identificación de las principales
características de los componentes químicos de la célula.
2.9 Morfología y estructura fina de las bacterias. Entre las principales
características de las bacterias figuran su tamaño, su forma, su estructura y su tipo de
agrupación. Estas características constituyen la morfología de la célula. El tamaño de
una bacteria es mensurable con exactitud, no obstante sus dimensiones
microscópicas. Según su especie, las bacterias son esféricas, en forma de bastón o de
espiral. En algunas especies, las bacterias se agrupan siendo los más comunes de ellos
pares, racimos, cadenas y filamentos. Conviene conocer estas formas de agrupación
porque con frecuencia son característica de un grupo taxonómico.
Si bien existen millares de especies diferentes de bacterias, los organismos
individuales tienen una de las tres formas generales siguientes: oval o esférica,
cilíndrica o en forma de bastón; en espiral o helicoidal. Cuando tienen forma esférica
u oval se llaman cocos. Las bacterias de forma cilíndrica o de bastón se llaman
bacilos y los de forma helicoidal se llaman espirilos. Si los cocos se agrupan en
parejas se denominan diplococos, si se agrupan en cadenas se llaman estreptococos, si
se agrupan en forma de racimos se llaman estafilococos. Téngase presente que no
siempre las bacterias de una especie se agrupan de manera típica. La forma de
agrupación predominante es la que se toma como característica. Los bacilos a veces
se agrupan en forma de pares ( diplobacilos ) o en cadenas ( estreptobacilos ) . Sin
embargo, estas formas de agrupación son más bien la excepción que la regla y la
mayor parte de los bacilos se presentan aislados y no adheridos entre sí. En las
bacterias en forma de espiral, los espirilos, predominan las células en forma
individual (aisladas o sueltas).
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13. Las bacterias son de tamaño minúsculo. Para ayudar a tener una idea del tamaño de
estos microorganismos se piensa que en un centímetro cúbico se pueden tener cerca
de un millón de billones de bacilos de tamaño medio. Los estudiantes que suelen
mirar las bacterias al microscopio con un aumento de 1000 veces, con este mismo
aumento verían una mosca un poco mayor de 75 metros. La consecuencia
importante del ínfimo tamaño de las células bacterianas es la relación superficie/
volumen excesivamente elevada si se compara con la de los organismos más grandes
en donde la superficie de la célula bacteriana tiene una exposición asombrosa a la
interfase entre la pared celular y el medio. Esta propiedad explica la asombrosa
velocidad de desarrollo y el metabolismo característico de las bacterias.
2.10. Estructuras bacterianas. El examen de una célula bacteriana revela
estructuras definidas dentro y fuera de la pared celular, como por ejemplo los
flagelos, las fimbrias, las cápsulas, pared celular, etc.
a) Flagelos: Son los que causan la movilidad de las bacterias y no todas poseen
flagelos pudiéndose concluir, por lógica, que no todas poseen movimiento. Algunas
bacterias son móviles por medios diferentes a los flagelos como las bacterias
deslizantes.
b) Fimbrias o vellos: Son más pequeños, cortos y numerosos que los flagelos. No
tienen función de motilidad y se encuentran en especies móviles y no móviles. Sirven
como puerta de entrada del material genético durante el apareamiento, otros
desempeñan funciones de sitios de adsorción para los virus bacterianos y como
mecanismo de adherencia a las células de los mamíferos y otras superficies.
c) Cápsulas: Algunas bacterias están rodeadas de una sustancia viscosa que forma una
cubierta o envoltura alrededor de la célula. Esta estructura se denomina cápsula.
Existen motivos para creer que la sustancia capsular es material excretado de la
propia célula y que por su viscosidad no se difunde y se queda pegada envolviendo la
pared celular. Parte de ese material viscoso se disuelve en el medio aumentando la
viscosidad de dicho medio. A las bacterias les proporcionan una cubierta protectora y
tal vez sea un depósito de alimento o el sitio donde colocan las sustancias de desecho.
Por otra parte la presencia de cápsula en bacterias patógenas aumenta su capacidad
infecciosa. Las bacterias capsuladas son las causantes de algunas molestias en
procesos industriales porque producen material viscoso. Para el químico el
material capsulado proporciona algunos compuestos interesantes e inusitados.
La mayor parte de ellos son polisacáridos, pero se encuentran también muchos
otros polímeros, cada uno característico de una especie particular.
d) Pared celular: La pared celular constituye una porción apreciable del peso total de
la célula. La pared celular bacteriana parece ser esencial para el desarrollo y
reproducción. Tiene una gran rigidez que se demuestra sometiéndola a elevadas
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14. presiones osmóticas o temperaturas extremas. Una sustancia conocida como peptido
glucano es la que da la rigidez a la pared celular.
e) Membrana citoplasmática: Inmediatamente por dentro de la pared celular hay una
membrana muy fina o envoltura llamada membrana citoplasmática. Es de extrema
importancia funcional. Es una membrana semipermeable, selectiva que regula el
paso de nutrientes y productos de desecho dentro y fuera de la célula, logro
notable si se considera que la célula microscópica flota en un medio químico
heterogéneo y en extremo complejo, donde es capaz de tomar y retener lo necesario
para la vida y descargar el exceso o los productos de desecho. El daño a esta
membrana por maltrato o por agentes físicos o químicos ocasiona la muerte de la
célula.
f) El citoplasma: El material contenido dentro de la membrana citoplásmica se divide
en el área citoplásmica de aspecto granular, rico en RNA ; el área cromosómica o
nuclear rica en DNA y la parte líquida que disuelve las sustancias nutritivas.
g) Endosporas: Algunas bacterias tienen la facultad de producir cuerpos ovales de
pared celular gruesa ( uno por célula ); es una célula de alta resistencia. Estas formas
resistentes se llaman endosporas o más comúnmente esporas. Cuando las esporas se
transfieren a un medio favorable para el desarrollo, ocurre la germinación de la
espora con la ruptura de la pared esporular. El siguiente es el gráfico de una célula
bacteriana:
Figura 2.2. Diagrama de la organización estructural de una célula
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Citoplasma
Material
nuclear
Flagelo
Pared
celular
Mesosoma
Membrana
citoplasmática

15. 2.11. Cultivo de las bacterias. Para estudiar debidamente los microorganismos se
necesita como requisito previo el cultivarlos en condiciones de laboratorio. Para
lograr esto es preciso conocer cuales son los nutrientes y las condiciones físicas que
requieren. Mediante investigaciones extensas se han determinado las necesidades
nutricionales de las bacterias, y esta información ha sido la causa del desarrollo de
muchos medios donde se pueden cultivar (reproducir). Las bacterias también tienen
diferencias notables en lo que respecta a las condiciones del ambiente que favorece su
proliferación. Por ejemplo, algunas prosperan a cero grados centígrados, otras a 45
grados centígrados, etc. Algunas necesitan atmósfera de oxígeno, otras se inhiben con
el oxígeno o bien este elemento les es indiferente.
Desde los hombres hasta los microorganismos, todas las formas de vida, tienen en
común determinadas necesidades de nutrición en términos de necesidades químicas
para llevar a cabo su crecimiento y sus funciones normales. Las observaciones
siguientes confirman lo anterior y ejemplifican la gran variedad de tipos de nutrición
que se han encontrado entre las bacterias:
1) Todo organismo vivo necesita una fuente de energía: Algunas formas de vida
pueden consumir energía radiante y se les denomina fotótrofas (plantas verdes). Las
formas de vida incapaces de consumir la energía radiante, como por ejemplo la vida
animal, se valen de la oxidación de compuestos químicos para obtener su energía. A
estas formas de vida se les llama quimiótrofos (los animales).
2) Todo organismo vivo necesita obtener carbono: Todos requieren al menos
pequeñas cantidades de dióxido de carbono, pero la mayoría de ellos necesitan de
algún compuesto que tenga carbono orgánico, como azúcar u otros carbohidratos.
Mediante la fotosíntesis las plantas absorben el dióxido de carbono atmosférico y lo
transforman en carbohidratos. Numerosas bacterias también necesitan el dióxido de
carbono como su fuente de carbono; desde el punto de vista de la nutrición todos
estos organismos son autótrofos. Si obtienen su energía de la luz, son fotoautótrofos;
pero si la obtienen oxidando compuestos químicos, son quimioautótrofos. Otras
bacterias son muy similares a los animales en cuanto a sus necesidades nutricionales
ya que son incapaces de absorber el dióxido de carbono como su única fuente de
carbono, y tienen que valerse de los autótrofos y su producción de carbohidratos y
otros compuestos orgánicos para tomarlos como alimento. Los organismos que
necesitan de compuestos orgánicos de carbono se denominan heterótrofos.
3) Todo organismo vivo necesita obtener nitrógeno. Las plantas lo asimilan en
forma de sales inorgánicas como el nitrato de potasio mientras que los animales
necesitan compuestos de nitrógeno orgánico, las proteínas y productos de su
degradación como péptidos y aminoácidos. Las bacterias son muy versátiles a este
30

16. respecto; algunas de ellas absorben nitrógeno de la atmósfera, otras lo obtienen en
compuestos de nitrógeno inorgánico y otras más lo toman de las proteínas o de
prácticamente cualquier compuesto orgánico que lo contenga.
4) Todo organismo vivo necesita azufre y fósforo. Las necesidades que los
animales tienen de azufre se satisfacen mediante los compuestos orgánicos de azufre;
las necesidades típicas de las plantas por el azufre se satisfacen mediante los
compuestos inorgánicos de azufre. Algunas bacterias necesitan compuestos orgánicos
de azufre, otras son capaces de utilizar compuestos inorgánicos de azufre y otras más
son capaces de asimilar el azufre elemental. El fósforo lo obtienen generalmente de
los fosfatos.
5) Todos los organismos vivos necesitan de varios metales como sodio, potasio,
calcio, magnesio, hierro, zinc, cobre, y cobalto para que puedan crecer normalmente.
Las bacterias no son una excepción. Las cantidades de metales que requieren en
algunas cantidades son vestigios.
6) Todo organismo vivo tiene vitaminas y compuestos vitaminados. En los
animales y también en el hombre estos compuestos les deben ser suministrados en la
dieta. También en este caso las bacterias presentan aspectos muy variables en cuanto
a la nutrición. Aunque todas las bacterias necesitan de vitaminas en su proceso
metabólico normal algunas son capaces de elaborar (sintetizar) todas las vitaminas
que necesitan a partir de otros compuestos presentes en el medio. Otras no se pueden
reproducir salvo que en el medio en que se les cultive se encuentren ya unas o más
vitaminas. Las investigaciones realizadas en relación a la nutrición de las bacterias,
han hecho factible efectuar el descubrimiento de algunas vitaminas necesarias para
los humanos.
7) Todos los organismos necesitan agua para su desarrollo. En el caso de las
bacterias, todos los nutrientes deben estar en solución antes de que puedan ser
incorporados a estos organismos.
Además de conocer los nutrientes apropiados necesarios para el cultivo de las
bacterias, también es necesario conocer las condiciones físicas del medio donde el
microorganismo puede desarrollarse mejor. Así como las bacterias varían
ampliamente en relación a sus necesidades nutricionales, también muestran
respuestas diferentes a las necesidades físicas del medio. Dicho de otra manera, para
un buen cultivo de bacterias se necesita combinar apropiadamente los nutrientes
necesarios y las condiciones físicas adecuadas. Estas condiciones son :
1) Temperatura; Ya que el proceso de desarrollo de las bacterias depende de
reacciones químicas y la velocidad con que se efectúan estas reacciones es influida
31

17. por la temperatura, el patrón de desarrollo bacteriano puede ser influido
profundamente por esta condición. La temperatura puede, en parte determinar la
velocidad de crecimiento y el grado total de desarrollo de los microorganismos. Las
variaciones en la temperatura también pueden influir en los procesos metabólicos de
los microorganismos (a propósito ¿qué es metabolismo?). Las bacterias se pueden
clasificar como psicrófilas (capaces de desarrollarse a 0 o
C o menos, aunque crecen
mejor a temperaturas superiores, cercanas a 15 0
C), Mesófilas (crecen mejor en
límites de temperatura que están entre 25 y 40 0
C), Termófilas (crecen mejor entre 45
y 60 0
C, aunque los límites de desarrollo de algunas termófilas se extienden a la
región mesófila).
2) Necesidades de gases: Los gases principales que afectan el crecimiento
bacteriano, son el oxígeno y el dióxido de carbono. Las bacterias presentan una
respuesta amplia y variable al oxígeno libre, y sobre esta base se dividen en cuatro
grupos:
a) Aerobias (que son bacterias que se desarrollan en presencia de oxígeno libre).
b) Anaerobias (que son bacterias que se desarrollan en ausencia de oxígeno libre).
c) Anaerobias facultativas (que son bacterias que se desarrollan tanto en presencia
como en ausencia de oxígeno libre).
d) Microaerofilas (que son bacterias que se desarrollan en cantidades muy pequeñas
de oxígeno libre).
3) Acidez o alcalinidad: En la mayor parte de las bacterias el pH óptimo de
crecimiento está entre 6.5 y 7.5, aunque algunas bacterias pueden desarrollarse a pH
extremo; en la mayor parte de las especies los límites mínimo y máximo
corresponden a cualquier valor entre pH 4 y pH 9. Cuando se cultivan bacterias en un
medio que originalmente se ajustó a un pH determinado, es muy probable que el pH
cambie como resultado de las sustancias que son producidas por las bacterias en su
proceso metabólico.
2.12. Reproducción y desarrollo. Cuando las bacterias se siembran en un medio y
condiciones adecuados, ocurre un incremento muy marcado en el número de células
en periodos muy cortos. En algunas especies se alcanza la población máxima en 24
horas, en cambio, en otras se necesita un periodo más prolongado para alcanzar el
máximo desarrollo. El término desarrollo que suele aplicarse a bacterias y otros
microorganismos, se refiere por lo común a los cambios que sufre cada célula en
concreto. Lo frecuente es que el inóculo contenga miles de organismos; el desarrollo
señala el incremento en el número de estos en relación con los que había en el inóculo
32

18. original. Por lo tanto, para determinar el desarrollo se necesita medir
cuantitativamente la población de células al tiempo de sembrar y nuevamente después
de la incubación (¿qué es incubación?).
El procedimiento más común y sin lugar a dudas, el más importante en el ciclo de
desarrollo de las poblaciones bacterianas, es la fisión binaria transversa en la cual una
célula se divide en dos, después de desarrollar una pared transversa como muestra el
gráfico siguiente:
Figura 2. 3. Multiplicación bacteriana por fisión binaria
La fisión binaria no es la única forma de reproducción. También existe la formación
de esporas o la reproducción por gemación. El término espora fue explicado con
anterioridad. Para la gemación, del tallo o cuerpo de la célula madre surge un
crecimiento autónomo o yema y después de un periodo de alargamiento se separa de
la célula progenitora como una nueva célula.
Las células bacterianas inoculadas en un medio de cultivo fresco, toman los nutrientes
de su ambiente. A continuación sigue una importante síntesis bioquímica. Los
nutrientes que toma la célula del medio son convertidos en RNA , DNA, proteínas,
enzimas, y otras macromoléculas. Se incrementa el tamaño celular y la masa celular.
Se sintetizan nuevas sustancias de la pared celular. A continuación se inicia el
proceso de fisión binaria, lo cual da como resultado dos células nuevas.
El modo más común de reproducción celular es, como ya señalamos, la fisión
binaria ; una célula que se divide , produce dos. Así, si empezamos con una sola
bacteria, el incremento en la población se hará en forma geométrica:
1----- 2 ------ 4 ----- 8 ----- 16 -------- ......
33

19. 20
---- 21
----- 22
------ 23
------24
.......
El plazo que se necesita para que una célula se divida (o para que la población celular
se duplique) se conoce como tiempo de generación. Para algunas especies como la
escherichia coli es de apenas 15 minutos, para otras es de varias horas. El tiempo de
generación para una bacteria en particular no es el mismo bajo todas las condiciones.
El tiempo de generación depende en gran medida de los nutrientes presentes en el
medio de cultivo y de las condiciones físicas imperantes. Las bacterias son capaces de
desarrollarse en una gran variedad de condiciones físicas y también de asimilar
diversas sustancias nutritivas, pero el desarrollo óptimo requiere de ciertas
condiciones específicas para cada especie en particular.
En condiciones óptimas se puede determinar fácilmente el tiempo de generación de
un cultivo de bacterias y analizar su desarrollo mediante la aplicación de expresiones
matemáticas simples. Entre los datos experimentales necesarios para calcular el
tiempo de generación figuran los siguientes: a) El número de bacterias iniciales. b) El
número de bacterias al final de un intervalo dado. c) El tiempo del intervalo. Para
ejemplificar esto, examinemos la situación hipotética siguiente: una bacteria es
sembrada en un medio y en cuanto transcurre el tiempo de generación tendremos dos
células; al cabo de otra generación serán cuatro; al cabo de otra generación serán
ocho. Cada generación sucesiva y suponiendo que no mueren células, duplicará la
población. La relación entre el número de células y generaciones se puede expresar
en una serie de ecuaciones donde:
B = Número de bacterias sembradas en un medio, o la cuenta de bacterias en el
tiempo cero.
b = Número de bacterias al final del periodo.
t = Periodo o tiempo.
G = Tiempo de generación.
n = Número de generaciones.
Empezando con una sola célula:
b = 1 x 2n
(2. 1)
en donde 2n
es la población bacteriana después de la enésima generación. Si no
empezamos con una bacteria, sino con B bacterias, se tiene que:
b = B x 2n
(2. 2)
resolviendo la ecuación para n :
34

20. log b = log B + log 2n
n = ( log b - log B ) / log 2
n = 3.3 log ( b/B ) (2. 3)
El tiempo de generación es G y es igual a t sobre el número de generaciones:
G = t/n = t / 3.3 log. ( b / B ) (2. 4)
La curva típica de desarrollo bacteriano es la siguiente:
Log. del
número de
bacterias
Tiempo (h)
Figura 2. 4. Curva típica de desarrollo bacteriano
Está formada por la fase de retardo ( A ), la fase de crecimiento exponencial ( B ), la
fase estacionaria ( C ) y la fase de declinación o muerte ( D ). En la fase de retardo
están inactivas o latentes respecto a multiplicarse pero están activas en el sentido de
estar sintetizando material para su posterior reproducción. Además requieren tiempo
para ajustar el medio que rodea a la célula. En la fase exponencial se multiplican
regularmente a ritmo constante. El grado de desarrollo es grande. En la fase
estacionaria se nota el agotamiento de algunos nutrientes, la población permanece
constante. El crecimiento es igual a la muerte y la población permanece constante. En
la fase de declinación o muerte se han agotado los nutrientes y se han acumulado
productos de desecho del metabolismo ocurriendo la muerte.
En los procesos industriales se debe tener claro qué objetivo se tiene; si por ejemplo
se quiere producción de biomasa, se pretende estar en la fase de crecimiento
35

21. exponencial. Si se pretende que el microorganismo realice un trabajo (fermentación,
por ejemplo) se debe buscar el equilibrio entre la población bacteriana presente y el
trabajo realizado; esta condición se conoce como fase equilibrada. El nivel de
desarrollo se controla manteniendo fijo el límite de concentración de algunas
sustancias nutritivas propias del medio. La cantidad de nutrientes esenciales en el
medio se ajusta y se mantiene constante el volumen haciendo que entre medio fresco
a la misma velocidad que se saca el medio ya utilizado o transformado
metabólicamente.
2.13. Las enzimas y su regulación. Para que una célula viva se desarrolle y
reproduzca, debe ser capaz de efectuar gran número de cambios químicos, poder
modificar los nutrientes del medio en que vive antes de que entren en la célula, y
hacer cambios adicionales una vez que estos penetren en la célula. Algunos de los
materiales son luego asimilados y pasan a formar parte de la célula, mientras que
otros son descompuestos para obtener la energía que se necesita para la síntesis o
elaboración de sustancias. Estos cambios son extremadamente complicados si
consideramos, por un lado, el gran número de materiales que se usan como alimento
y, por otro lado, la gran cantidad de sustancias sintetizadas que van a formar parte de
las células. ¿Cómo hace la célula para realizar estos cambios? La respuesta recae en
la actividad de las enzimas, sustancias que se encuentran en las células en pequeñas
cantidades, y que pueden hacer todos los cambios que están asociados con el proceso
de la vida. En cierta forma se puede considerar la enzima como la parte activa de la
célula. Cualquier impedimento de la actividad de las enzimas se refleja en algún
cambio de la célula, hasta el punto que puede ocurrir su muerte. No puede haber
vida sin enzimas. Así que para entender el fenómeno asociado al proceso de la vida,
se necesita estar familiarizado con el proceso y naturaleza de las enzimas y las
reacciones en que intervienen.
La palabra enzima fue usada por Kuhne en 1878 a partir de una palabra griega que
significa “en levadura”. En la antiguedad las enzimas fueron conocidas como
fermentos porque su acción era similar a la fermentación de las levaduras. La
controversia principal en relación a esto surgió entre Pasteur y el químico alemán
Liebig quien sostenía que la fermentación era causada por sustancias químicas que no
se asociaban a las células vivas; Pasteur por el contrario, señaló que el proceso de
fermentación es inseparable de las células vivas. Actualmente se sabe que ninguna de
las dos posiciones era errónea. La controversia fue resuelta cuando un jugo libre de
células preparado a partir de levaduras mediante filtración, contenía enzimas.
Algunas sustancias, en pequeñas cantidades tienen la capacidad de acelerar las
reacciones químicas sin que se alteren ellas mismas después de la reacción: aceleran
la velocidad de reacción sin que necesariamente la inicien. Por ejemplo, el hidrógeno
36

22. y el oxígeno no se combinan en cantidades apreciables bajo las condiciones
atmosféricas normales, pero si se deja que toquen platino coloidal reaccionan
produciendo agua. El platino incrementa profundamente la velocidad de esta
reacción. Estas sustancias también tienen especificidad pues, por ejemplo, una sólo
afecta cierto tipo de reacciones. Las sustancias que se comportan así se llaman
catalizadores o agentes catalíticos. Las enzimas pertenecen a este tipo de
sustancias ya que también funcionan como catalizadores , pero a diferencia del
platino que es inorgánico, las enzimas son compuestos orgánicos producidos por
los organismos vivos. Así, podemos definir una enzima como el agente catalítico
orgánico producido por las células vivas.
Aunque todas las enzimas se producen inicialmente en las células, algunas son
excretadas al medio a través de la pared celular. De esta manera podemos reconocer
dos tipos de enzimas según el sitio donde actúen: las enzimas intracelulares o
endoenzimas (funcionan dentro de la célula) y las enzimas extracelulares o
exoenzimas (actúan fuera de la célula). La función principal de las exoenzimas es
realizar todos los cambios necesarios en los nutrientes del medio para permitir que
entren a la célula como alimento. Las enzimas intracelulares sintetizan material
celular y efectúan reacciones catabólicas de las cuales se desprende la energía que
aprovecha la célula.
Las características generales de las enzimas son iguales, ya sea que hayan sido
producidas por microbios, personas u otras formas de vida. Células de organismos
muy diferentes pueden contener algunas enzimas idénticas o que tienen funciones
idénticas. Como las enzimas son proteínas o proteínas combinadas con otros grupos
químicos, poseen las propiedades características de las proteínas:
a) Se desnaturalizan con el calor.
b) Precipitan con el etanol.
c) Precipitan con concentraciones elevadas de sales inorgánicas como el sulfato de
amonio.
d) No dializan a través de membranas semipermeables.
Muchas enzimas son una proteína combinada a una molécula orgánica de bajo peso
molecular conocida como coenzima. La proteína de este caso se denomina
apoenzima. Cuando se unen, las dos forman una enzima que se denomina
holoenzima, como se muestra a continuación:
37

23. Apoenzima + Coenzima --------------- Holoenzima
La parte principal de algunas coenzimas es una vitamina. Varias vitaminas del
complejo B (Tiamina, Riboflavina, Niacina, Piridixina, etc.) han sido identificadas
como componentes primordiales de las coenzimas. En algunos casos la porción no
protéica de una enzima puede ser un metal. Un metal puede estar bien ligado a la
proteína o unido flojamente de manera que se puede disociar con facilidad
dependiendo de la naturaleza de la enzima.
Muchas enzimas necesitan de la adición de iones metálicos para activar su función
enzimática (Magnesio, Manganesi, Hierro, Zinc, etc.). Se supone que estos iones
metálicos actúan en combinación con la proteína de la enzima y se les conoce como
coenzimas inorgánicas o cofactores. Las enzimas tienen pesos moleculares que van
desde 10000 hasta 1000000. Una sola molécula de enzima puede efectuar el cambio
de 10000 a 1000000 de moléculas de sustrato por minuto. Esta propiedad y el hecho
de que la molécula no se consume ni altera durante la reacción, nos explica el hecho
de porqué se necesitan muy pequeñas cantidades de la enzima para que se efectúen
los procesos celulares.
Las enzimas son inestables en el sentido de que son vulnerables. Su actividad puede
disminuirse o alterarse de manera significativa por gran variedad de condiciones
físicas o químicas. Algunas se inactivan por pequeñas alteraciones del medio. La
susceptibilidad a ser destruidas por agentes físicos o químicos repercute en una
pérdida de las funciones celulares en las que interviene, hecho que comprueba su
naturaleza vital. Cuando se está manejando un proceso biológico (producción de
vinos, cerveza, kumis, ácido cítrico, etc.) se refleja el grado de complejidad
comparado con un proceso físico o químico ya que cualquier cambio brusco de
condiciones de operación puede fácilmente inactivar enzimas o inclusive causar la
muerte del microorganismo que está operando en el proceso. Igualmente si falta
alguno de los componentes de la enzima (proteína, vitamina o metales) pueden
disminuir ciertas funciones vitales o la muerte de la célula lo que se vería como
pérdida de eficiencia y rendimiento del proceso. Queda plenamente demostrado
que no se puede pensar en manejar un proceso biológico sin tener antes muy
claro el concepto de microorganismo, sus funciones y en general todo lo que
desde el punto de vista de la microbiología se debe entender. Por el lado de los
procesos de descontaminación de aguas, en la mayoría de los casos son los procesos
biológicos los que dan buenos resultados y además son económicos.
Las dos características más sobresalientes de las enzimas son:
38

24. a) Su alto poder catalítico.
b) Su alto grado de especificidad por los sustratos.
Una enzima puede reaccionar con un solo sustrato o, en algunos casos, con un grupo
particular de sustratos relacionados químicamente. En concreto esto significa que las
células generalmente producen diferentes enzimas para compuestos que metabolizan.
Además cada enzima participa en un paso o cambio del sustrato. Por ejemplo, las
levaduras fermentan la glucosa para producir alcohol y dióxido de carbono. Los
reactivos iniciales y los productos finales de la reacción se muestran en la siguiente
ecuación:
Glucosa + Levaduras Alcohol + Dioxido de carbono.
A esta transformación no la acompaña una sola enzima sino un grupo denominado
complejo enzimático o sistema enzimático. Más de una docena de enzimas simples
actúan en serie, produciendo cada una un cambio específico en el producto formado
por la reacción enzimática precedente. La ultima reacción en el sistema da los
productos finales. El siguiente es un ejemplo de este complejo enzimático:
Enzima E1 + Sustrato S E1 - S Complejo enzima sustrato
E1 - S E1 Enzima + B Producto intermedio
Enzima E2 + Sustrato B E2 - B Complejo enzima sustrato.
E2 - B E2 Enzima + P Prroducto.
Para la producción de B se utilizó una enzima E1 mientras que para la producción de
P se partió de un sustrato B producido como producto intermedio y con una enzima
diferente E2 . En resumen se partió de S y se obtuvo P pero pasando por un producto
intermedio y no solo una enzima.
Algunas enzimas permanecen libres en concentraciones bajas de sustrato y no se
alcanza la máxima velocidad. Cuando el sustrato se encuentra en exceso, toda la
enzima se transforma en complejo enzima-sustrato y la reacción se realiza a su
máxima velocidad. Bajo óptimas condiciones físicas, la velocidad de la reacción
39

25. depende de la concentración de las tres entidades: enzima, sustrato y producto final.
Si consideramos una sola reacción podemos hacer el siguiente análisis:
E + S E - S E + P
E = Enzima de la reacción.
S = Sustrato o materia prima o sustancia de partida.
E - S = Complejo enzima- sustrato.
P = Producto final.
Cuando se tienen enzimas libres se está indicando una baja concentración de sustrato
y por consiguiente no es posible alcanzar la máxima velocidad. Cuando el sustrato se
encuentra en exceso, toda la enzima se transforma en E-S y la reacción se realiza a su
máxima velocidad. Bajo óptimas condiciones físicas, la velocidad de la reacción
depende de las concentraciones de cada una de las tres entidades como son: la enzima
(E), el sustrato (S) y el producto final (P). Finalmente, la reacción entra en equilibrio
cuando no ocurren más cambios. Sin embargo, si el producto P se quita después de
que se produjo (el cual puede servir como sustrato para otra reacción o para
comercializarlo como producto final), entonces se impedirá el equilibrio. El equilibrio
es cuando todo el producto P que se obtiene se convierte nuevamente en S. Ocurren
dos reacciones simultáneamente y a la misma velocidad como son:
E + S P + E
P + E E + S
Cuando el producto que se está formando , P , se va retirando a medida que se va
formando, no se establece equilibrio y por lo tanto todo el sustrato S que esté se va
convirtiendo en producto final P, el cual se seguirá sacando al formarse. Este es el
principio de los procesos continuos de fermentación.
Entre las condiciones que afectan la actividad enzimática se encuentran las siguientes:
a) Concentración de la enzima: Con enzimas de alta pureza existe dentro de un
determinado rango una relación lineal.
b) Concentración del sustrato: La actividad enzimática aumenta rápidamente con
incrementos en la concentración de sustrato; sin embargo, después de cierto valor no
afecta.
40

26. c) pH: La máxima actividad se obtiene a un pH determinado y las desviaciones de
éste producen disminución en la actividad.
d) Temperatura: Cuando se inicia a baja temperatura, la actividad se incrementa de
una manera proporcional con el aumento de temperatura hasta un valor óptimo.
Nuevos aumentos de temperatura traen como consecuencia una disminución en la
actividad enzimática y su posterior destrucción.
Los siguientes son los gráficos de las condiciones que afectan la actividad enzimática:
Actividad
enzimática
Concentración enzima Concentración sustrato
Actividad
enzimática
pH Temperatura
Figura 2.5. Comportamiento de la actividad enzimática bajo ciertas condiciones
De estas figuras queda claro que de las desviaciones que se haga de las condiciones
óptimas resultan reducciones en la actividad, lo cual es característico para todas las
enzimas. Variaciones extremas en el pH pueden inclusive destruir la mayor parte de
las enzimas. Temperaturas extremadamente bajas detienen la actividad enzimática
pero no la destruyen. Como existen pH y temperaturas óptimas para el desarrollo,
también los hay para la actividad de cada enzima. Las condiciones óptimas se deben
estimar en términos de que es lo mejor para todo el sistema. Así pues, las condiciones
41

27. óptimas para la actividad de una enzima no son necesariamente las mismas para todas
las enzimas o para el funcionamiento de la célula completa.
2.14. Producción de energía. La multiplicidad de procesos que efectúan los
sistemas biológicos se pueden seguir, directa o indirectamente, hasta determinadas
reacciones químicas. Aún la forma de una bacteria depende de tales reacciones, pues
está determinada por el componente peptidoglucano rígido de la pared celular, el
cual a su vez está determinado por una serie de reacciones químicas propias de la
síntesis celular. El término metabolismo denota todas las actividades químicas
organizadas de una célula, las cuales comprenden dos aspectos generales: la
producción de energía y la utilización de la energía. La energía faculta para hacer un
trabajo y el de una célula bacteriana es extenso y variado. La energía se utiliza para
construir las partes de una célula o la pared de una membrana. También es necesaria
para la síntesis de enzimas, ácido nucleico, polisacáridos y otros componentes
químicos, lo mismo que para la reparación de daños o simplemente para mantener la
estabilidad o para el desarrollo y la multiplicación de la especie. Asimismo para la
acumulación de determinadas sustancias a alta concentración en la célula, para
mantener a otras sustancias fuera de la célula, para su movimiento. Por ello se
necesitan grandes cantidades de energía para poder desarrollar todas esas
actividades.
La mayor parte de las bacterias obtienen la energía de las reacciones químicas que la
liberan pero algunas pueden aprovechar la luz como principal fuente de su energía;
sin embargo, la energía luminosa ha de ser convertida en energía química para que
pueda ser utilizada en el trabajo de la célula. En el curso de toda reacción química, la
energía disponible para la realización de un trabajo útil ha de ser desprendida o
absorbida. La cantidad de energía desprendida o absorbida durante el curso de una
reacción se denomina cambio de energía libre y se expresa en términos de calorías. Si
el cambio de energía libre tiene un valor negativo la reacción desprende energía y se
llama exotérmica o exergónica y si el signo es positivo la reacción absorve energía y
se llama endotérmica o endergónica. Es esencial para la vida de las bacterias que
la energía desprendida de reacciones exergónicas sea utilizada para efectuar las
reacciones endergónicas. Los organismos vivos han creado vias características
de acoplamiento de reacciones exergónicas con reacciones endergónicas. El
principio básico implicado es que haya un reactivo común. Esto se entenderá mejor
con el siguiente ejemplo:
Consideremos dos reacciones:
A B ∆G = - 10000 calorías
42

28. C D ∆G = + 5000 calorías
La energía liberada por la primera reacción (exergónica) puede utilizarse para que se
realice la segunda reacción (endergónica) por acoplamiento de ambas de la siguiente
forma :
A + X B + Y ∆G = - 2000 calorías
C + Y D + X ∆ G = - 3000 calorías
En la primera reacción, el total de -2000 calorías indica que 8000 de las 10000 han
sido usadas para la conversión de X a Y. En la segunda reacción Y fue convertido
de nuevo a X liberando así las 8000 calorías previamente atrapadas para llevar a cabo
la conversión endergónica de C a D. El reactivo común Y es un compuesto rico
en energía o de transferencia de energía. Los reactivos comunes de mayor uso para
las células son aquellos capaces de transferir energía en grandes cantidades llamados
compuestos de alta transferencia de energía. La molécula de ATP (adenosina
trifosfato) es la más importante. Lo mismo que el dinero es el medio común en
intercambio en nuestra sociedad, la ATP es “la moneda en uso de energía” de la
célula en el intercambio entre las reacciones exergónicas y endergónicas.
La energía se desprende de la ATP por hidrólisis. Cuando ocurre la hidrólisis de la
ATP se desprenden 7300 Kcal:
ATP + H2O ADP + H3PO4 ∆G = - 7300 Kcal
El compuesto ADP es también un compuesto de alta transferencia de energía ya que
su hidrólisis libera una alta cantidad de energía:
ADP + H2O AMP + H3PO4 ∆ G = - 7300 Kcal
La ADP (Adenosina difosfato) se convirtió en AMP ( Adenosina monofosfato ) . La
AMP es un compuesto de baja energía, su hidrólisis produce solo una cantidad
pequeña de energía:
AMP + H2O Adenosina + H3PO4 ∆G = - 2000 Calorias.
43

29. Además de las moléculas de ATP, ADP y AMP existen otras moléculas de alta
transferencia de energía encontrados en bacterias como: Guanosina trifosfato (GTP) ,
Uridina trifosfato (UTP) y Citidina trifosfato (CTP) entre otros.
2.15 Consumo de energía. La ATP formada por las reacciones productoras de
energía de la célula bacteriana se gasta por distintas vías, así:
a) Producción de calor: Las bacterias vivas al igual que otros organismos, producen
calor que bajo ciertas condiciones eleva notablemente la temperatura de un cultivo de
microorganismos, por ejemplo. Esto se observa con mayor facilidad en el material
orgánico húmedo almacenado como heno verde, granos humedecidos y hojas
muertas. El calor ocasiona combustión espontánea. Este calor proviene de actividades
metabólicas . Este calor se produce hacia el medio ambiente como una forma de
disipar el exceso de ATP producido ayudando así a regular la energía del
metabolismo de la célula.
b) Motilidad (Movimiento): El movimiento de los flagelos es una conversión de
energía química en mecánica. El ATP proporciona energía química que será
convertida en energía mecánica por el flagelo.
c) Transporte de nutrientes por las bacterias: Excepto el agua y algunas moléculas
solubles en lípidos, son pocos los compuestos que entran a la célula por difusión
simple o pasiva. En este proceso el soluto cruza la membrana como resultado de
movimiento al azar de las moléculas y no interactúa específicamente con alguna
sustancia molecular de la membrana. Otro mecanismo por el cual las sustancias
cruzan la membrana semipermeable es la difusión facilitada. Así, el soluto (una
sustancia nutritiva que por ejemplo la célula necesita) se combina reversiblemente
con una molécula portadora específica en la membrana, pero no se consume energía.
Los otros mecanismos de transporte que sí consumen energía son la translación de
grupo y el transporte activo donde el soluto es modificado químicamente para poder
ser transportado hacia dentro o hacia afuera de la célula.
d) Biosíntesis de macromoléculas: Entre los procesos celulares que requieren energía,
el de mayor complejidad es, tal vez, la biosíntesis de sus constituyentes. Son
macromoléculas por ejemplo, proteinas, DNA, RNA, peptidoglucano,etc.
2.16 Microbiología industrial. Muchas sustancias, muy valiosas económicamente,
son productos del metabolismo microbiano. Un ejemplo importante es la producción
industrial de antibióticos. Los antibióticos son únicamente uno de los muchos
productos de los microorganismos que tienen importancia a nivel industrial. La buena
marcha de las industrias de las bebidas y del vino depende de la capacidad de las
44

30. levaduras para producir alcohol. Vitaminas, aminoácidos y otras sustancias químicas
son fabricadas comercialmente mediante procesos microbiológicos. La industria
petrolera usa microorganismos como indicadores durante la exploración en busca de
yacimientos y también usa microorganismos en los procesos de descontaminación en
caso de derrames involuntarios o provocados.
Las levaduras, lo mismo que los mohos son hongos, pero se distinguen de los mohos
porque su forma dominante es unicelular. Generalmente se reproducen por gemación.
Las levaduras se diferencian de las algas ya que no realizan fotosíntesis; tampoco son
protozoos ya que tienen una pared celular rígida. Con facilidad se diferencian de la
mayor parte de las bacterias por su tamaño relativamente grande. Hay
aproximadamente 350 especies de levaduras, separadas en unos 39 géneros. En
comparación con otros grupos de microorganismos, las levaduras son pocas, ya que
las algas, las bacterias y los protozoos suman varios miles de especies. Las levaduras
han servido al hombre durante muchos siglos para fermentar jugos de frutas, pan o
elaborar muchos y nutritivos alimentos. Su importancia es aún mayor en la actualidad
porque se las utiliza en muchos procesos fermentativos y por sintetizar algunas
vitaminas y proteínas. Dentro de los procesos fermentativos está la producción de
alcohol carburante a partir del jugo fermentado de caña.
Desde el punto de vista industrial, el sustrato se debe considerar como material crudo
y los microorganismos como la fábrica química para transformar ese material en
nuevos productos. Así, las reacciones generales de esos procesos se deben ver como:
SUSTRATO + MICROORGANISMOS PRODUCTOS + MICROORGANISMOS
Si un microorganismo puede convertir materiales baratos crudos en un producto útil,
es posible realizar esta reacción a gran escala y con fines industriales. Los
prerrequisitos para que un proceso microbiológico sea practicable a nivel industrial
son con relación al microorganismo, al medio y al producto:
1) El microorganismo: El microorganismo que se debe emplear deberá ser capaz de
producir o transformar grandes cantidades del producto y tener características
bastante estables. También capacidad de desarrollarse rápidamente y no ser patógeno.
Igualmente deberá crecer vigorosamente.
2) El medio: El medio, incluyendo el sustrato del cual el microorganismo producirá el
nuevo producto, debe ser barato y obtenerse fácilmente en grandes cantidades.
3) El producto: Las fermentaciones industriales se realizan en grandes tanques. El
producto formado por el metabolismo de los microorganismos está en una mezcla
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31. heterogénea formada de la cosecha de las células microbianas, los componentes poco
comunes del medio y algunos productos del metabolismo distintos a los que se
querían obtener. No debe ser costoso separar y purificar el producto y subproducto
obtenidos; además, los residuos generados deben ser manejados de una manera
ambiental positiva.
Las industrias microbiológicas se clasifican en varios grupos. Los siguientes son unos
de ellos:
1) Bebidas alcohólicas.
2) Quimicofarmacéuticas.
3) Suplementos alimenticios.
4) Sustancias químicas valiosas comercialmente
5) Vacunas.
6) Procesos de descontaminación.
USO INDUSTRIAL DE LAS BACTERIAS: Algunos de los productos y procesos en
los que se emplean las bacterias son: producción de ácido láctico, producción de
vinagre (ácido acético), producción de aminoácidos, producción de butanol y acetona.
USO INDUSTRIAL DE LAS LEVADURAS: El uso más importante y conocido de
las levaduras es la producción de alcohol etílico a partir de materiales que contengan
carbohidratos. Este proceso es el usado en las cervecerías, destiladoras, panaderías y
muchas otras industrias.
USO INDUSTRIAL DE LOS HONGOS: Los hongos se usan para elaborar
antibióticos, algunos productos alimenticios, en la industria química y en la obtención
de enzimas; además, en la producción de penicilina.
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