El documento trata sobre la fisiología y el metabolismo microbiano. Explica conceptos clave como el metabolismo microbiano, la glucólisis, el ciclo de Krebs, la cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa. También describe los metabolitos primarios y secundarios microbianos más importantes desde una perspectiva industrial.

1. Instituto Tecnológico De
Ciudad Altamirano
microbiología
Tema: fisiología y metabolismo microbiano
Facilitador(a):
Erika Oropeza Bruno
Integrante: Esteban Martínez
rojas

2. FISIOLOGIA Y
METABOLISMO
MICROBIANO

3. Metabolismo microbiano
es el conjunto de procesos por los cuales un microorganismo obtiene la
energía y los nutrientes (carbono, por ejemplo) que necesita para vivir y
reproducirse.

4. Los microorganismos utilizan numerosos tipos de
estrategias metabólicas distintas y las especies pueden a
. menudo distinguirse en función de estas estrategias

5. Las características metabólicas específicas de un
microorganismo constituyen el principal criterio para
determinar su papel ecológico, su responsabilidad en los
ciclos biogeoquímicos y su utilidad en los procesos
industriales.

6. Estructura y función celular
Los microorganismos son muy importantes tanto para el equilibrio de la
biósfera como para por que se han desarrollado procedimientos para la
biotransformación industrial de productos. Son ubicuos y presentan la
mayor diversidad genética de todos los organismos.

7. Los microorganismos pueden ser tanto procariontes como
eucariontes. Sin embargo, en este curso nos centraremos en los
procariontes. Estos últimos, no presentan un núcleo definido ni
comparta mentalización completa del citoplasma. No se puede
decir que sean menos evolucionados, pero sí que algunos son
semejantes a los organismos que existieron en el inicio de la vida.

8. Los procariontes presenta: Una pared
celular (casi universalmente), ésta es de
materiales diferentes y se compararán, en
este capítulo, las paredes celulares de
Bacteria, Archaea y Eukaria. Además se
describirán los organitos u organelos que
presentan todos los procariontes.

9. Glucólisis
La glucólisis o glicolisis (del griego glycos, azúcar y lisis, 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.
Reacción global de la glucólisis1
+
Glucosa + 2NAD+ + 2ADP + 2
2Piruvato + 2NADH + 2ATP + 2H+ + 2H2O

10. El tipo de glucólisis más común y más conocida es la vía de
Embden-Meyerhof, explicada inicialmente por Gustav Embden
y Otto Meyerhof. El término puede incluir vías alternativas,
como la vía de Entner-Doudoroff. No obstante, glucólisis se usa
con frecuencia como sinónimo de la vía de Embden-Meyerhof.
Es la vía inicial del catabolismo (degradación) de carbohidratos.

12. Ciclo de Krebs
Esquema didáctico del
ciclo del ácido cítrico.
El ciclo de Krebs ( ciclo del
ácido cítrico o ciclo de los
ácidos tricarboxílicos) es
una ruta metabólica, es
decir, una sucesión de
reacciones químicas, que
forma parte de la
respiración celular en todas
las células aeróbicas

14. En células eucariotas se realiza en la mitocondria. En las
procariotas, el ciclo de Krebs se realiza en el citoplasma,
específicamente en el citosol.
En organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es parte de la vía
catabólica que realiza la oxidación de glúcidos, ácidos grasos y
aminoácidos hasta producir CO2, liberando energía en forma
utilizable (poder reductor y GTP).
El metabolismo oxidativo de glúcidos, grasas y proteínas
frecuentemente se divide en tres etapas, de las cuales el ciclo de
Krebs supone la segunda. En la primera etapa, los carbonos de
estas macromoléculas dan lugar a moléculas de acetil-CoA de dos
carbonos, e incluye las vías catabólicas de aminoácidos (p. ej.
desaminación oxidativa), la beta oxidación de ácidos grasos y la
glucólisis. La tercera etapa es lafosforilación oxidativa, en la cual
el poder reductor (NADH y FADH2) generado se emplea para la
síntesis de ATP según la teoría del acoplamiento quimiosmótico.

15. El ciclo de Krebs también proporciona
precursores para muchas biomoléculas, como
ciertos aminoácidos. Por ello se considera
una vía anfibólica, es decir, catabólica y
anabólica al mismo tiempo.
El Ciclo de Krebs fue descubierto por el
alemán Hans Adolf Krebs, quien obtuvo el
Premio Nobel de Fisiología o Medicina en
1953, junto con Fritz Lipmann

16. Cadena de transporte de electrones

17. La cadena de transporte de electrones es una serie de
transportadores de electrones que se encuentran en la membrana
plasmática de bacterias, en la membrana interna mitocondrial o
en las membranas tilacoidales, que mediante reacciones
bioquímicas producen trifosfato de adenosina (ATP), que es el
compuesto energético que utilizan los seres vivos. Sólo dos
fuentes de energía son utilizadas por los organismos vivos:
reacciones de óxido-reducción (redox) y la luz solar
(fotosíntesis). Los organismos que utilizan las reacciones redox
para producir ATP se les conoce con el nombre
dequimioautótrofos, mientras que los que utilizan la luz solar
para tal evento se les conoce por el nombre de fotoautótrofos.
Ambos tipos de organismos utilizan sus cadenas de transporte de
electrones para convertir la energía en ATP.

18. Es llamada también cadena respiratoria. En los
eucariotas las enzimas de la respiración están en unos
orgánulos denominados mitocondrias mientras que en
los organismos procarióticos se encuentran en la
membrana citoplasmática

19. Fosforilación oxidativa

20. Esquema actual del sistema mitocondrial de la fosforilación
oxidativa. Los equivalentes reducidos que se generan en el
metabolismo (NADH, FADH2) son oxidados por la cadena de
transporte de electrones. La energía libregenerada en esta
reacción se emplea para bombearprotones (puntos rojos) desde
la matriz mitocondrial hasta el interior de las crestas
mitocondriales, para dar lugar a lafuerza protón-motriz. Cuando
éste se disipa a través del retorno a la matriz de los protones a
través de la ATP sintasa, la energía almacenada se emplea para
fosforilar elADP con un grupo fosfato para formar ATP.

21. La fosforilación oxidativa es un proceso metabólico que utiliza energía liberada por la oxidación
de nutrientes para producir adenosín trifosfato (ATP). Se le llama así para distinguirla de otras
rutas que producen ATP con menor rendimiento, llamadas "a nivel de sustrato". Se calcula que
hasta el 90% de la energía celular en forma de ATP es producida de esta forma.1
Consta de dos etapas: en la primera, la energía libre generada mediante reacciones químicas
redox en varios complejos multiproteicos -conocidos en su conjunto como cadena de transporte
de electrones- se emplea para producir, por diversos procedimientos como bombeo, ciclos
quinona/quinol o bucles redox, un gradiente electroquímico de protones a través de una
membrana asociada en un proceso llamado quimiosmosis. La cadena respiratoria está formada
por tres complejos de proteínas principales (complejo I, III, IV), y varios complejos "auxiliares",
utilizando una variedad de donantes y aceptores de electrones. Los tres complejos se asocian en
supercomplejos para canalizar las moléculas transportadoras de electrones, la coenzima Q y el
citocromo c, haciendo más eficiente el proceso.

22. Metabolitos primarios microbianos.
Los metabolitos primarios son moléculas de bajo peso
molecular que tiene lugar durante las fases de crecimiento y
que contribuyen a la producción de biomasa o energía por las
células.
se producen durante la fase logarítmica de crecimiento como
producto del metabolismo, y son esenciales para la funcion del
microorganismo. La producción neta se relaciona con el
crecimiento y la cantidad de sustrato. TROFOFASE.

23. El crecimiento microbiano depende de la capacidad de la célula para utilizar
los nutrientes de las estructuras celulares y también los principales
compuestos macromoleculares de las estructuras celulares y también los
principales compuestos de peso molecular bajo necesarios para la actividad
celular. El metabolismo intermediario incluye las reacciones que transforman
los compuestos de carbono y nitrógeno que entran a la célula en nuevo
material celular o en productos que son excretados. La síntesis de estos
compuestos necesitan energía, y la mayoría de las células utilizadas en las
fermentaciones industriales son heterótrofas y obtienen su energía a partir
de la ruptura de compuestos orgánicos.

24. Los más importantes desde el punto de vista industrial son
1- Componentes esenciales y productos formados por los microorganismos: proteinas,
acidos nucleicos, polisacaridos (dextranos, alginatos, gelanos, xantanos) y poliesteres
(PHB y plasticos), acidos grasos (saturados e insaturados), esteroles (ergosterol)
2- Derivados del metabolismo intermedio: azucares (fructosa, ribosa, sorbosa), ácidos
organicos (gluconico, ácido láctico, cítrico, acetico, propionico, succinico, fumarico),
alcoholes (xilitol, etanol, glicerol, sorbitol, butanol), aminoacidos (Lys, Thr, Glu, Trp,
Phe), vitaminas (carotenos, B2, B12), nucleotidos saborizantes (acidos inocinico y
guanilico), polisacaridos y poliesteres de reserva.
Microorganismos productores: bacterias, levaduras y hongos.

25. Metabolitos secundarios microbianos.
Un tipo más complejo de productos industriales es
aquel en el que el producto deseado no se produce
durante la fase primaria del crecimiento sino
durante la fase estacionaria. Los metabolitos
producidos durante la fase estacionariase
denominan metabolitos secundarios y son algunos
de los metabolitos más comunes y más importantes
de interés industrial.

26. Las características reconocidas del metabolismo secundario son:
1. Cada metabolito secundario sólo lo forman relativamente pocos organismos.
2. Los metabolitos secundarios, aparentemente no son esenciales para el
crecimiento y la reproducción.
3. La formación de metabolitos secundarios es extremadamente dependiente de
las condiciones de crecimiento, especialmente de la composición del medio. Con
frecuencia, se produce la represión de la formación del metabolito secundario.
4. Con frecuencia, los metabolitos secundarios se producen como un grupo de
estructuras estrechamente relacionadas. Por ejemplo, se ha visto que una sola
cepa de una especia del Streptomyces produce 32 antibióticos distintos pero
relacionados, del tipo antraciclina.
5. Con frecuencia es posible obtener una espectacular superproducción de
metabolitos secundarios, en tanto que los metabolitos primarios, ligados como
están al metabolismo primario, usualmente no se pueden superproducir de una
manera tan espectacular.

27. Los metabolitos secundarios mejor conocidos son los antibióticos, de los que se han
descubierto más de 5000, cifra que aumenta a razón de una media aproximada de 300 por
año, aunque la mayoría carecen de utilidad pues son tóxicos para los organismos vivos.
Aproximadamente el 75% de los antibióticos conocidos son producidos por actinomicetos.
Algunas especies son excepcionales productores de antibióticos, por ejemplo
Streptomyces gryseus produce al menos 40 antibióticos diferentes.
El metabolismo secundario se da en fases Trofofase e idiofase.. La trofofase es la fase de
crecimiento logaritmico (el prefijo trofos, significa "crecimiento" ) donde normalmente no
se producen los metabolitos secundarios, mientras que la fase de producción de
metabolitos es laidiofase.

28. NUTRICION DE LOS MICROORGANISMOS
I.- La gran meta que tiene un microorganismo es crecer y dividirse; para
ello necesita duplicar el material que posee. Las células utilizan elementos
químicos que provienen del medio ambiente para transformarlos en los
constituyentes característicos que componen dicha célula. Estos
compuestos químicos se llaman nutrientes y el proceso por el cual una
célula transforma estos nutrientes en sus componentes celulares se
denomina anabolismo o biosíntesis.

29. La biosíntesis es un proceso que requiere energía. Esta energía se obtiene del
medio ambiente. Las células pueden utilizar tres tipos distintos de fuentes de
energía: luz, compuestos orgánicos o compuestos inorgánicos. Aunque algunos
organismos obtienen su energía de la luz, la mayor parte lo hacen a través de
compuestos químicos. Cuando estos compuestos químicos se rompen originando
compuestos más simples se libera energía y a este proceso se le denomina
catabolismo.
El resultado colectivo de las reacciones anabólicas y catabólicas es el
metabolismo.
Cuando los microorganismos se separan de su hábitat (donde adquieren
los nutrientes) y se cultivan en laboratorios o industrias se deben usar
medios de cultivo que contengan los elementos químicos necesarios para
su crecimiento.

30. NUTRIENTES
Los nutrientes que requiere una célula
para su crecimiento se pueden clasificar
en los siguientes grupos:
1.- Macronutrientes: carbono,
hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.
2.- Micronutrientes: fósforo,
potasio, azufre, magnesio.
3.- Vitaminas y
hormonas
4.- Elementos traza:
zinc, cobre, manganeso,
molibdeno, cobalto.

31. MACRONUTRIENTES Y MICRONUTRIENTES
MACRONUTRIENTES
Carbono. Todos los organismos necesitan carbono en alguna de sus formas. El
carbono forma el esqueleto de los tres más importantes nutrientes (carbohidratos,
lípidos y proteínas) que se utilizan para la obtención de energía así como
material celular. Los microorganismos que utilizan compuestos orgánicos como
fuente de carbono se llaman heterotrofos y aquellos que utilizan el CO2 como
fuente de carbono se llaman autotrofos.
Hidrógeno y Oxígeno. El hidrógeno y oxígeno forman parte de muchos
compuestos orgánicos. Se encuentran en el H2O, como componentes de nutrientes
y en la atmósfera. Además el O2 se utiliza en la respiración aeróbica como aceptor
terminal de electrones.

32. Nitrógeno. Todos los organismos requieren nitrógeno. El nitrógeno es metabolizado y
entra a formar parte de las proteínas, ácidos nucleicos y polímeros de la pared celular.
Las fuentes de nitrógeno que pueden ser utilizadas por diferentes organismos incluyen
el N2 atmosférico en algunos procariotas, otros utilizan compuestos inorgánicos como
nitratos, nitritos o sales de amonio, mientras que otros requieren compuestos
nitrogenados orgánicos como son los aminoácidos o péptidos.

33. MICRONUTRIENTES
Fósforo. El fósforo es esencial para la síntesis de ácidos nucleicos y ATP; también forma parte de
los fosfolípidos y polímeros de la pared celular. El fósforo se suministra normalmente como
fosfato inorgánico; alternativamente se puede utilizar fosfato orgánico como son los
glicerofosfatos y fosfolípidos.
Azufre. El azufre es necesario para la biosíntesis de los aminoácidos cisteina, cistina y metionina.
También forma parte de coenzimas como biotina, coenzima A y ferredoxina. El azufre se
suministra en forma inorgánica como sulfato u orgánica como cistina, cisteina y metionina.
Magnesio. Se utiliza como cofactor de reacciones enzimáticas donde actúa el ATP.
Potasio. El ión potasio actúa como coenzima y probablemente como catión en la estructura de
RNA y otras estructuras aniónicas celulares.

34. TEMPERATURA
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. El crecimiento de los microorganismos se encuentra influenciado por varios factores. Entre
ellos los más importantes son la aireación y la temperatura. En cuanto a este último, la
Temperatura, 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.
Factores que influyen en el desarrollo de microorganismos: la temperatura. Temperatura
máxima, óptima y mínima. Hipertermófilos, termófilos, mesófilos y psicrófilos.

38. pH:
La mayoría de las bacterias son
neutrófilas,p e r o e x i s t e n l a s q u e
se desarrollan en medios
á c i d o s y en medios básicos. Según
el pH óptimo decrecimiento

39. Neutrófilos
pH 6.5-7.5
Acidófilas
pH 2-4
Basófilos o alcalófilos
pH 8-9

40. Presión osmótica
Esquema de una membrana semipermeable. Las moléculas grandes de la sangre no
pueden atravesar la membrana, mientras que las pequeñas de solvente sí.
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.1 La
presión osmótica es una de las cuatro propiedades coligativas de las soluciones (dependen
del número de partículas en disolución, sin importar su naturaleza).
Se trata de una de las características principales a tener en cuenta en las relaciones de los
líquidos que constituyen el medio interno de los seres vivos, ya que la membrana
plasmática regula la entrada y salida de soluto al medio extracelular que la rodea,
ejerciendo de barrera de control.

41. Cuando dos soluciones se ponen en contacto a través de una membrana
semipermeable (membrana que deja pasar las moléculas de disolvente pero no las
de los solutos), las moléculas de disolvente se difunden, pasando habitualmente
desde la solución con menor concentración de solutos a la de mayor
concentración.
Este fenómeno recibe el nombre de ósmosis, palabra que deriva del griego osmos,
que significa "impulso".2 Al suceder la ósmosis, se crea una diferencia de presión
en ambos lados de la membrana semipermeable: la presión osmótica.

43. humedad
Una alta humedad relativa puede provocar condensación de humedad en los
alimentos, el equipo, paredes y techos. La condensación causa superficies húmedas,
que conducen al crecimiento microbiano y descomposición. El crecimiento microbiano
es inhibido por una humedad relativa baja.
Cuando los alimentos con valores bajos de Aw se colocan en ambientes de alta RH,
los alimentos toman humedad hasta que se alcanza el equilibrio. De manera similar,
los alimentos con alta Aw pierden humedad cuando se colocan en un ambiente con
baja RH.
Hay una relación entre RH y temperatura que debe tenerse en cuenta al seleccionar
los ambientes de almacenamiento apropiados para los alimentos. En general, cuanto
mayor la temperatura, menos será la RH, y viceversa.
Las bacterias requieren una humedad mayor que levaduras y hongos. La humedad
relativa óptima para las bacterias es de 92% o superior, mientras que las levaduras
prefieren valores de 90% o superior y los hongos prosperan si la humedad relativa
está entre 85% y 90%.
.

44. La humedad relativa (RH, por sus siglas en inglés) del ambiente es importante desde
el punto de vista de la actividad acuosa dentro de los alimentos y del crecimiento de
microorganismos en las superficies. Este factor extrínseco afecta el crecimiento
microbiano y puede ser influenciado por la temperatura. Todos los microorganismos
tienen un alto requerimiento por agua, necesaria para su crecimiento y actividad.
Cuando la Aw de un alimentos se establece a 0.60, es importante que este alimento
sea almacenado bajo condiciones de RH que no permitan que al alimento tome
humedad del aire y por tanto incremente su propia Aw de la superficie y sub-superficie
a un punto donde pueda darse el crecimiento microbiano.

45. Los alimentos que experimentan descomposición superficial por hongos,
levaduras y ciertas bacterias deberán ser almacenados bajo condiciones de
baja RH. Las carnes mal empacadas como pollos enteros y cortes de res
tienden a sufrir mucha descomposición superficial en el refrigerador antes de
que ocurra la descomposición profunda, debido a la generalmente alta RH en
los refrigeradores y al hecho de que la biota que descompone la carne es
esencialmente aerobia en naturaleza.
Aunque es posible disminuir la posibilidad de descomposición superficial en
ciertos alimentos almacenándolos en condiciones de baja RH, debe recordarse
que el alimento en si perderá humedad hacia la atmósfera bajo dichas
condiciones y por tanto se volverá indeseable

46. Los organismos fotosintéticos deberán ser expuestos a una fuente de
iluminación, la cuál no debe plantear problemas de variación de
temperatura, por lo que suelen usarse lámparas fluorescentes con un
desprendimiento mínimo de calor.

47. Fuente de
C
Fuente de
energía
Tipo de bacteria
Nombre
Ejemplos
CO2
Luz
Autótrofas
fotosintéticas
fotolitotrofas
Bac. Fotosintéticas,
algas y cianobacterias
CO2
Redox
(inorgánicos
Autótrofas
quimiosintéticas
quimiolitotropas
Bacterias de H2,
nitrificantes y del S
CO
Luz
Heterótrofas
fotosintéticas
fotorganotrofas
Bacterias rojas y verdes
no del S
CO
Redox
(orgánicos)
Heterótrofas
quimiosintetica
quimiorganotrofas
Bacterias restantes,
protozoos, hongos y
animales