Este documento presenta información sobre la microbiología, incluyendo la estructura y función celular, el metabolismo central (glucólisis, ciclo de Krebs, fosforilación oxidativa), metabolitos primarios y secundarios, y factores que influyen en la nutrición microbiana como macro y micronutrientes, temperatura, humedad, requerimiento de oxígeno y pH. El documento fue escrito por Martha Itsel Cayetano Marcial para su clase de microbiología en el tercer semestre de la carrera de Ingeniería Agron

1. Microbiología
Unidad 4
Martha Itsel Cayetano Marcial
Ing. En Agronomía
3er semestre
Facilitadora:
Erika Oropeza Bruno

2. 4.1 Estructura y Función
Celular

Los organelos, son estructuras generalmente
formadas por membranas cumplen funciones
complejas, definidas y especificas, permiten que
haya una división de trabajo dentro de la célula.
Cada organelo o estructura celular está
especializado para llevar a cabo una actividad en
particular.

5. 4.1 Metabolismo Central

El metabolismo se refiere a todos los procesos físicos
y químicos del cuerpo que convierten o usan energía,
tales como:
Respiración
Circulación sanguínea
Regulación de la temperatura corporal
Contracción muscular
Digestión de alimentos y nutrientes
Eliminación de los desechos a través de la orina y de
las heces
 Funcionamiento del cerebro y los nervios







6. 
El metabolismo central se encarga de procesar
azúcares y convertirlas en compuestos que luego
son redirigidos al resto del metabolismo y, en
última instancia, a todas las funciones celulares

7. 
El
metabolismo
central se compone
de la glucólisis, el
ciclo de Krebs (o
ciclo
de
ácidos
tricarboxílicos, TCA)
y proceso terminal
respiratorio.

8. 4.1.1 Glucolisis

9. 
La glucólisis o glicolisis (del griego glycos, azúcar
y lysis, ruptura), es la vía metabólica encargada
de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener
energía para la célula

Consiste
en
10
reacciones
enzimáticas
consecutivas que convierten a la glucosa en dos
moléculas de piruvato, el cual es capaz de seguir
otras vías metabólicas y así continuar entregando
energía al organismo

11. 4.1.2 Ciclo de krebs

El ciclo de Krebs (conocido también como ciclo de
los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico)
es un ciclo metabólico de importancia
fundamental en todas las células que utilizan
oxígeno durante el proceso de respiración celular.

12. 
En estos organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs
es el anillo de conjunción de las rutas metabólicas
responsables de la degradación y desasimilación
de los carbohidratos, las grasas y las proteínas en
anhídrido carbónico y agua, con la formación de
energía química.

13. 
El ciclo de Krebs es una ruta metabólica
anfibólica, ya que participa tanto en procesos
catabólicos como anabólicos. Este ciclo
proporciona muchos precursores para la
producción de algunos aminoácidos, como por
ejemplo el cetoglutarato y el oxalacetato, así
como otras moléculas fundamentales para la
célula.

14. 4.1.3 Fosforilación Oxidativa

La
fosforilación
oxidativa
es
un
proceso metabólico que utiliza energía liberada
por
la
oxidación
de
nutrientes
para
producir adenosín trifosfato (ATP).

Es la transferencia de electrones de los
equivalentes reducidos NADH y FADH, obtenidos
en la glucólisis y en el ciclo de Krebs hasta el
oxígeno molecular, acoplado con la síntesis
de ATP.

15. 
Este proceso metabólico está formado por un
conjunto de enzimas complejas, ubicadas en la
membrana interna de las mitocondrias, que
catalizan varias reacciones de óxido-reducción,
donde el oxígeno es el aceptor final de electrones
y donde se forma finalmente agua.

16. 
La
fosforilación
oxidativa
es
un
proceso bioquímico que ocurre en las células. Es
el proceso metabólico final (catabolismo) de
la respiración celular, tras la glucólisis y el ciclo
del ácido cítrico. De una molécula de glucosa se
obtienen 38 moléculas de ATP mediante la
fosforilación oxidativa.

17. 4.1.4 Cadena Transportadora De
Electrones

La cadena de transporte de electrones es una serie
de transportadores de electrones que se encuentran
en lamembrana plasmática de bacterias, en la
membrana
internamitocondrial
o
en
las
membranas tilacoidales, que mediante reacciones
bioquímicas producen trifosfato de adenosina(ATP),
que es el compuesto energético que utilizan los seres
vivos.

18. 
Luego de la Glicólisis y del ciclo de Krebs, los
electrones pasa a la cadena transportadora de
electrones, un sistema de transportadores de
electrones ubicado en la membrana interna
mitocondrial, que actúan secuencialmente. La
cadena de transportadores puede ser descrita
como un gran proceso de 3 eventos, que son:
1. Transferencia de los electrones del NADH y
FADH2 a otras sustancias, donde finalmente se
reoxidan a NAD+ y FAD para seguir participando
en mas reacciones redox.

19. 2. Los electrones transferidos participarán en la
oxidación-reducción secuencial de +10 centros
redox en 4 complejos enzimáticos, antes de
reducir el O2 a H2O.
3. Durante la transferencia de los electrones, los H+
liberados por las coenzimas, serán expulsados de
la matriz mitocondrial al espacio intermembrana,
y creando una gradiente entre ambas.
Finalmente,
la
ΔG
de
ésa
gradiente
electroquímica conducirá la síntesis de ATP a
partir de ADP y Pi a través de la fosforilación
oxidativa.

20. 4.1.5 Metabolitos Primarios


Son compuestos biológicos necesarios para el
crecimiento, desarrollo y reproducción de los
organismos vivos. Ellos incluyen hidratos de carbono,
proteínas, lípidos y ácidos nucleícos

Se producen en el curso de las reacciones
metabólicas anabólicas o catabólicas que tiene lugar
durante las fases de crecimiento y que contribuyen a
la producción de biomasa o energía por las células.
Se producen principalmente en la trofofase o fase de
crecimiento

21. 
Son moléculas de bajo peso molecular que
intervienen, bien como productos finales o
intermediarios, en las distintas rutas anabólicas y
catabólicas. Los más importantes desde el punto
de vista industrial son los aminoácidos,
nucleótidos, vitaminas, ácidos orgánicos y
alcoholes.

22. Son necesarios para el crecimiento del m.o que
los produce
 Se producen como productos únicos
 Estos
son
producidos
por
todos
los
microorganismos
 Estos compuestos se clasifican atendiendo a
diferentes criterios, cumplen funciones muy
diversas en los seres vivos y tienen diferentes
capacidades como materiales de partida
(precursores) para los metabolitos secundarios.


23. 4.1.6 Metabolitos Secundarios

Los metabolitos secundarios son aquellos
compuestos
orgánicos
sintetizados
por
el organismo que no tienen un rol directo en el
crecimiento o reproducción del mismo. A
diferencia de lo que sucede con los metabolitos
primarios, la ausencia de algún metabolito
secundario no le impide la supervivencia, si bien
se verá afectado por ella, a veces gravemente.

24. 
Para que se produzca el metabolito secundario,
primero hay que asegurar unas condiciones
óptimas durante la trofofase. Como mecanismo de
defensa, la producción de metabolitos
secundarios no se produce inmediatamente
después de la conclusión de la trofofase. Primero,
al comienzo de la idiofase, deben hacerse
resistentes a sus propios antibióticos.

25. 
Los metabolitos secundarios son moléculas
sintetizadas por determinados microorganismos,
normalmente en una fase tardía de su ciclo de
crecimiento, cuyas características son:

No son necesarios para el
microorganismo que los produce

Generalmente se producen como mezclas de
productos muy relacionados químicamente entre sí

Cada uno de estos productos es producido por un
grupo muy reducido de organismos
crecimiento
del

26. 4.3 Nutrición Microbiana

La nutrición es el proceso por el cual los seres
vivos toman del medio donde habitan, los
compuestos químicos que necesitan para llevar a
cabo sus procesos energéticos y biosintéticos que
les permiten crecer y reproducirse.


Es el proceso por el que los microorganismos
toman del medio ambiente donde habitan las
sustancias químicas que necesitan para crecer

27. 
Los requerimientos nutricionales de cada grupo
microbiano están dados por la composición
química de las células que los constituyen y por
sus características genéticas las que determinan
sus propiedades fisiológicas y su capacidad para
utilizar y transformar los compuestos que se
encuentran en el ambiente en que se desarrollan.

28. 
En general los requerimientos nutricionales de los
microorganismos reflejan el ambiente natural en
que viven; este conocimiento y el uso de medios
de cultivo de composición química definida, son
de primordial importancia en el estudio de la
nutrición microbiana cuyas características varían
ampliamente entre los microorganismos.

29. 4.3.1 Macro y Micronutrientes

1.
2.
Los nutrientes se pueden clasificar (según las
cantidades en que son requeridos) como:
Macronutrientes
Micronutrientes o elementos traza

30. NUTRIENTES
MACRO
– Carbono
– Nitrógeno
– Fósforo
– Azufre
– Potasio
– Magnesio
– Sodio
– Calcio
– Hierro
MICRO
– Cromo
– Cobalto
– Cobre
– Manganeso
– Molibdeno
– Niquel
– Selenio
– Vanadio
– Zinc

32. 4.3.2 Temperatura

Factores que influyen en el desarrollo de
microorganismos: la temperatura. Temperatura
máxima, óptima y mínima. Hipertermófilos,
termófilos, mesófilos y psicrófilos.

El crecimiento de los microorganismos se
encuentra influenciado por varios factores. Entre
ellos los más importantes son la aireación y la
temperatura

33. 
Los microorganismos tienen un margen de
temperaturas en el cual pueden crecer. Este
margen viene delimitado por la temperatura
máxima de crecimiento, a partir de la cual no
pueden vivir e incluso mueren; la temperatura
mínima por debajo de la cual no pueden crecer
aunque
generalmente
no
mueren;
y
la temperatura óptima a la cual ofrecen el mejor
crecimiento.

34. 





Atendiendo a este margen de temperatura de
crecimiento, los microorganismos se clasifican en:
Hipertermófilos: Su temperatura óptima se encuentra
por encima de los 80ºC. Muchos de ellos son
arqueas.
Termófilos: Su temperatura óptima se encuentra entre
45-70ºC. Suelen ser microorganismos de vida libre
Mesófilos: Su temperatura óptima se encuentra entre
los 25-45ºC. Incluye microorganismos patógenos y
comensales del
hombre y animales de sangre
caliente y algunos de vida libre.
Psicótrofos:
La temperatura óptima de los
microorganismos de este grupo está por debajo de
los 25 – 30°C
incluye microorganismos de vida
libre.
Psicrófilos: Su temperatura óptima de desarrollo se
encuentra entre los 12 – 15°C

36. 4.3.3 Humedad

Un nivel mínimo de humedad, tanto en el medio
como en la atmósfera, es imprescindible para un
buen desarrollo de las células vegetativas
microbianas en los cultivos.

37. 
Hay que prever el mantenimiento de estas
condiciones mínimas en las estufas de
cultivo a 35-37ºC proporcionando una fuente
adecuada de agua que mantenga la
humedad necesaria para el crecimiento de
los cultivos y evitar así que se deseque el
medio.

38. 4.3.4 Requerimiento De
Oxígeno

Gran cantidad de bacterias pueden crecer en una
atmósfera con tensión de oxígeno normal.
Algunas pueden obtener el oxígeno directamente
de variados sustratos. Pero los microorganismos
anaerobios estrictos sólo se desarrollarán
adecuadamente en una atmósfera sin oxígeno
ambiental.

39. En un punto intermedio, los microorganismos
microaerófilos crecen mejor en condiciones
atmosféricas parcialmente anaerobias (tensión de
oxígeno muy reducida), mientras los anaerobios
facultativos tienen un metabolismo capaz de
adaptarse a cualquiera de las citadas condiciones.
 En los organismos superiores, el oxígeno es un
componente universal de las células y gran parte
de este elemento lo proporciona el agua.


40. No obstante, los organismos superiores y muchos
microorganismos necesitan además oxígeno
molecular, ya que dependen de la respiración
aerobia como mecanismo generador de energía,
donde el oxígeno actúa como oxidante terminal.
 A estos organismos que requieren oxígeno
molecular se les denomina aerobios obligados.
 Dentro de esta categoría, hay algunos grupos que
crecen mejor a presiones parciales de oxígeno
más bajas (0,2 atmósferas) que las del aire y se
les denomina microaerófilos.


41. 4.3.5 pH

La concentración de iones hidrógeno es muy importante
para el crecimiento de los microorganismos. La mayoría
de ellos se desarrollan mejor en medios con un pH
neutro, aunque los hay que requieren medios más o
menos ácidos.

Es un parámetro crítico en el cultivo de microorganismos
ya que estos sólo pueden crecer en un rango estrecho de
pH fuera del cual mueren rápidamente.

No se debe olvidar que la presencia de ácidos o bases en
cantidades que no impiden el crecimiento bacteriano
pueden sin embargo inhibirlo o incluso alterar sus
procesos metabólicos normales.

42. El pH intracelular es ligeramente superior al del
medio que rodea las células ya que, en muchos
casos, la obtención de energía metabólica depende
de la existencia de una diferencia en la concentración
de protones a ambos lados de la membrana
citoplásmica.
 Cada tipo de microorganismo tiene un rango de pH
en el que puede vivir adecuadamente, fuera de este
rango muere.


43. Los rangos de pH tolerables por diferentes tipos de
microorganismos son, también, distintos. Hay
microorganismos acidófilos que pueden vivir a
pH=1.0 y otros alcalóficlos que toleran pH=10.0
 El pH interno en la mayoría de los microorganismo
está en el rango de 6.0 a 7.0.
 Hay que considerar que, como consecuencia del
metabolismo, el pH del medio de cultivo suele tender
a bajar durante el cultivo. Por consiguiente, es
necesario controlar el pH de los cultivos industriales
para evitar que un descenso excesivo pueda producir
la autoesterilización del cultivo.


44. 4.3.6 Presión Osmótica

Se define ósmosis como una difusión pasiva,
caracterizada por el paso del agua, disolvente, a
través de la membrana semipermeable, desde la
solución más diluida a la más concentrada.

Y entendemos por presión osmótica, a aquella que
seria necesaria para detener el flujo de agua a través
de la membrana semipermeable.

45. 
Al considerar como semipermeable a la membrana
plasmática, las células de los organismos
pluricelulares deben permanecer en equilibrio
osmótico con los líquidos tisulares que los bañan.

La presión osmótica puede definirse como
la presión que se debe aplicar a una solución para
detener el flujo neto de disolvente a través de
una membrana semipermeable.

La
presión
osmótica
es
una
de
las
cuatro
propiedades
coligativas
de
las soluciones (dependen del número de partículas
en disolución, sin importar su naturaleza).

46. 
Si los líquidos extracelulares aumentan su
concentración de solutos, se haría hipertónica
respecto a las células, como consecuencia se
originan pérdida de agua y deshidratación
(plasmólisis).

De igual forma, si los líquidos extracelulares se
diluyen, se hacen hipotónicos respecto a las células.

El agua tiende a pasar al protoplasma y las células se
hinchan y se vuelven turgentes, pudiendo estallar (en
el caso de células vegetales la pared de celulosa lo
impediría), por un proceso de turgescencia.

47. 4.3.7 Luz
La energia radiante, particularmente la
luz ultravioleta, puede causar
mutaciones y eventualmente ocasionar
la muerte de los organismos.
 Sin embargo, algunos microorganismos
tiene pigmentos que los protegen de la
radiación y ayudan a prevenir el daño
del ADN


48. 
Otros poseen sistemas enzimáticos que pueden
reparar algunos daños del ADN

La presencia de pigmentos en las bacterias que
medran en hábitats sometidos a la luz les confieren
un efecto protector frente a la luz visible y el
ultravioleta cercano. Los carotenoides se localizan en
la membrana plasmática y protegen a la célula de la
fotooxidación, su presencia confiere a las bacterias
colores que van desde el tono amarillo al rojo, entre
ellas
los
géneros Micrococcus, Corynebacterium, Mycobacteri
um y Nocardia entre las levaduras los
géneros Rhodotorula, Sporobolomyces.

49. 
El mecanismo por el cual la luz visible afecta a los
microorganismos se basa en el fenómeno
de fotooxidación, en presencia de oxígeno
atmosférico algunos pigmentos celulares (flavinas,
citocromos) actúan como fotosensibilizadores. Es
posible explotar este fenómeno para eliminar
bacterias patógenas utilizando colorantes vitales
(p.ej. azul de metileno).