TEMA 3 Metabolismo - Microbiología - UCAM PDF

Tema 3 Metabolismo Microbiología Teresa Gómez Morte Grado Biotecnología  * la baceria Absorba a la nutrientes. 1. Introducción Composición célula bacteriana: NUTRIENTES: 80% agua...

Tema 3 Metabolismo Microbiología Teresa Gómez Morte Grado Biotecnología  * la baceria Absorba a la nutrientes. 1. Introducción Composición célula bacteriana: NUTRIENTES: 80% agua Sustancias que proveen al microorganismo de energía y 20% peso seco elementos necesarios para realizar la síntesis de sus o Proteínas estructuras celulares. o Ácidos nucleicos o Polisacáridos Ingresan en la célula por absorción, no por ingestión o Lípidos o Peptidoglicano Viabilidad de un microorganismo está dada por su capacidad de multiplicación 2 1. Introducción Tipos de nutrientes Los nutrientes se pueden dividir en dos clases: esenciales, sin los cuales la célula no puede crecer y no esenciales, se usan cuando están presentes pero no son eenciales los m nutientes necesita indispensables.. H O ↳ todos lo no. a I. Nutrientes esenciales o básicos Difusión Transporte activo I. Otros nutrientes Oligoelementos Factores de crecimiento (factores orgánicos) Factores estimulantes Macro y micronutrientes 3 1. Introducción Tipos de nutrientes 4  2. Según la Fuente de Carbono (q utiliza) Heterótrofos y autótrofos Churmanos) Si requieren uno más Los quimiorganótrofos son Heterótrofos compuestos de orgánicos como heterótrofos fuente de carbono Unos Primeros a vivir en la. T Son aquellos cuya fuente de Muchos quimiolitótrofo y la Autótrofos carbono para obtener energía mayoría fotótrofos son es el CO2 autótrofos También se les denomina productores Toda la materia orgánica de la Tierra primarios, porque sintetizan materia ha sido sintetizada por los productores orgánica a partir de CO2 para ellos y primarios para los quimiorganótrofos 5  2. Según el origen de la energía Compuestos químicos Luz Quimiotrofía Fototrofía micro organismos fotobo for Compuestos orgánicos Compuestos (glucosa, acetato, etc.) inorgánicos (H2, H2S, Fe2+ , NH4+, etc.) Fotótrofos Quimiorganótrofos Quimiolitótrofos Luz Glucosa + O2 → CO2 +H2O H2 + O2 → H2O (en forma ATP de ATPla E) 6 ATP ATP 2. Metabolismo Fotótrofos Mecanismo de empleo de luz como energía muy complejos. El efecto final es el mismo la creación de una fuerza motriz de H+ para la síntesis de ATP Sintetizan ATP llevada a cabo por la luz solar se llama fotofosforilación CO2 Conserva la energía en forma de ATP para la asimilación de CO2 Fotoautótrofos para la biosíntesis C + - organice. Son los que utilizan los Fotoheterótrofos compuestos orgánicos como fuente de C, y la luz como fuente de energía 7  Resumen 2. Metabolismo. B Resumen Fotoautótrofos Fuente de carbono Dióxido de carbono Luz (fotosintéticos) ▪ Autótrofas o litotrófas Fotoheterótrofos ▪ Heterótrofas o organótrofas Compuestos orgánicos Origen de la energía Luz Quimioautótrofos ▪ Fotótrofas Dióxido de carbono ▪ Quimiótrofas (ATP) Reacciones químicas Quimioheterótrofos Compuestos orgánicos Reacciones químicas (glucolisis 8 1. Introducción B Categorías nutritivas nutricionales bacterianas según fuentes energéticas y de carbono Categoría Fuente de energía Fuente de Carbono Fotoautrofas Luz CO2 Fotoheterótrofas Luz Compuestos orgánicos Quimioautrofas Compuestos minerales CO2 Quimioheterótrofas Compuestos orgánicos Compuestos orgánicos 9  cada B. Liene su tiempo de 2. Crecimiento microbiano crecimiento. La velocidad de crecimiento es el cambio en el nº de células por unidad de tiempo. El intervalo para la formación de dos células a partir de una, se llama generación. Tiempo de generación: Tiempo en el que se produce la duplicación de las células. bacteria generación-cada ver que nace una. Los tiempos de generación son muy variables entre bacterias y entre una misma especie también, porque depende del medio de cultivo y las condiciones de incubación. Se llama crecimiento exponencial a aquel en que cada periodo fijo de tiempo las células se duplican. A 10  B- 1 I 2. Crecimiento microbiano ↳ cromosamaen division &.. Aumento de número: División o multiplicación bacteriana. Su crecimiento exige la presencia de suficientes metabolitos para permitir la síntesis de los componentes bacterianos y, especialmente, de los nucleótidos destinados a la síntesis del ADN Fisión simple o binaria 11 2. Crecimiento microbiano Aumento de número: División o multiplicación bacteriana. Fisión simple o binaria 12 2. Crecimiento microbiano Curva de crecimiento bacteriano Bacterias en medio de cultivo nuevo, antes de dividirse ha de transcurrir un cierto tiempo de adaptación al nuevo ambiente. Este intervalo se conoce como fase de latencia del crecimiento. Durante la llamada fase logarítmica o exponencial, las bacterias crecen y se dividen con un tiempo de duplicación característico de la cepa y determinado por las condiciones imperantes. El número de bacterias aumenta a razón de 2n , donde n representa el número de generaciones (duplicación del número de bacterias). ↓ Sura Finalmente, los metabolitos del cultivo se agotan o bien aparece en su seno alguna sustancia tóxica; en ese momento, las bacterias interrumpen su crecimiento y pasan a la llamada de muerte ↳ mueren más fase estacionaria, la cual va seguida de la fase de muerte, V · aparece u n a B. ge que multiplican. sustancia toxica durante la cual algunas bacterias dejan de dividirse, pero siguen siendo viables y a menudo son insensibles a los Case - ↳ Division metablismus an est an > se - Lex: antibiticol mutiplicas formands crecisimiento ↳ mejor momento tanto se me para entregar antibióticos. Eque Minend e ↳ antibioticas 13 2. Crecimiento microbiano Curva de crecimiento bacteriano Fase de latencia: ▪ Fase de adaptación de las bacterias al medio, para lo cual sintetizan enzimas ▪ Tiempo variable (días, horas) Fase exponencial o de crecimiento logarítmico ▪ Relación lineal entre el tiempo y el número de microorganismos ▪ Actividad metabólica se incrementa ▪ Depende del tiempo de generación del microorganismo ▪ Etapa donde los antibióticos son más efectivos 14 2. Crecimiento microbiano Curva de crecimiento bacteriano Fase estacionaria: > - momentos de formar esporas Corasmt) ↳ las B para. que pueden ▪ Crecimiento disminuye ▪ No hay aumento de población ▪ Actividad metabólica es más lenta ▪ Período donde se producen `metabolitos secundarios´ y esporogénesis Fase de declinación o muerte ▪ Acumulación de productos tóxicos ▪ Falta de nutrientes QUORUM SENSING: Acumulación de moléculas señalizadores en el medio que permite a la bacteria conocer la capacidad indicar de 15 densidad poblacional. ↳ comme... 2. Crecimiento microbiano Temperatura Microorganismos hipertermófilos: temperaturas muy altas >90 °C PSICRÓFILOS MESÓFILOS TERMÓFILOS 25-40 °C Temperatura máxima 80 y Crece a partir de - Temperatura óptima de 113 °C > - # hypertermofilo =. T 5 a 5 °C 37°C ↳ en nuestros cuerpos Psicrófilos Temperatura óptima de 55-. obligados 15-20 °C ↳ nos cream enfermedades. 75°C pH B pH neutro 6,5-7,5 : desarrollo bacteriano & Acidófilas: pH hasta 4 > - en el estomago Los que viven en pH alcalinos, alcalofilos 16 3. Condiciones atmosféricas Potencial de óxido-reducción (respiración bacteriana): AEROBIOS ANAEROBIOS MICROAERÓFILOS Oxígeno (CO2 y agua) Sin oxígeno atmosférico Bajas concentraciones de Compuesto inorgánico oxígeno ( - Por todo de oxygeno el lubo-t Superior> - TODO - pero en pero no max parte superior el tubo max pq. = demasiado OX Fondo del. > - Tublejos - de la almofera Linada si o si - oxygeno de OXY GEND. 17 3. Condiciones atmosféricas RESUMEN : Anaerobios obligados (No toleran la presencia de oxígeno). Anaerobios moderados (toleran 2-8 % de O2 durante 60-90 min y pueden utilizarlo para respiración) Anaerobios aerotolerantes (toleran O2, pero no lo utilizan para respiración. Hacen fermentación Anaerobios facultativos Captófilos (concentraciones elevadas de CO2). Alteraciones periodontales. ↳ co2 18 3. Condiciones atmosféricas ANAEROBIOS OBLIGADOS → JARRAS DE ANAEROBIOSIS 19  3. Condiciones osmóticas y disponibilidad de agua Generalmente los microorganismos se encuentran en ambientes con menor cantidad de solutos que en el interior celular, por lo tanto, el agua tiende a entrar a la célula por osmosis. Por el contrario, si se encuentran en medios de baja actividad acuosa, el agua tenderá a salir de la célula, por lo tanto, perderá agua (plasmólisis) Así, encontramos microorganismos que pueden crecer en altas concentraciones salinas 24 sa > - (halófilos) como las que están en el agua de mar, en altas concentraciones de azúcar C' ↑ azucar > - (osmófilos) como las que hay en una jalea o en ambientes muy secos (xerófilos). ↳ my seco 20  NONEtapas glucelise/Krebs. 4. Metabolismo bacteriano Conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el microorganismo para mantener su viabilidad ✓ Anabolismo: Proceso por el cual la célula bacteriana sintetiza sus propios componentes y resulta en la producción de nuevo material celular. También se denomina biosíntesis. Es un proceso que requiere energía, por lo tanto, las bacterias deben ser capaces de obtenerla de su entorno para crecer y, eventualmente, multiplicarse. ✓ Catabolismo: Conjunto de reacciones degradativas de los nutrientes para obtener energía o para convertirlos en unidades precursoras de la biosíntesis. El metabolismo es el resultado colectivo de ambas reacciones. 21 4. Metabolismo bacteriano. Moneda energética ATP Las catabólicas resultan en la liberación de la energía química contenida en los nutrientes, mientras que las anabólicas la consumen. Por lo tanto, la energía liberada como resultado del catabolismo, debe ser almacenada y transportada de alguna manera. Una de ellas es como compuestos con uniones fosfato de alta energía; dichos compuestos luego se usan como intermediarios en la conversión de la energía conservada en trabajo útil. El compuesto fosfato de alta energía más importante en los seres vivos es el trifosfato de adenosina (ATP). Éste se genera en la célula bacteriana por dos procesos diferentes: fosforilación a nivel del substrato (fermentación) y fosforilación oxidativa (respiración) ↳ Rapida ↳ energia O Energia. 22  5. Catabolismo bacteriano Absorción Es el proceso por el que moléculas sencillas penetran en el citoplasma tras atravesar la membrana citoplásmica. Mecanismos : Difusión simple o pasiva 23  5. Catabolismo bacteriano Difusión por osmosis Transporte asociado a permeasas ( = Concepto Las permeasas son proteínas embebidas en la membrana citoplasmática Trasladan compuestos a través de ella sin que éstos sufran ninguna modificación química. Tipos de estas proteínas: ▪ Uniportadoras, que trasladan una sustancia de un lado a otro de la membrana ▪ Simportadoras, que transportan dos compuestos en la misma dirección sale ▪ Antiportadoras, que trasladan una sustancia en un sentido y otra en el opuesto. Centra y stro Estas proteínas son unas veces muy específicas y están especializadas en transportar un solo tipo de molécula Otras pueden hacerlo con compuestos relacionados estructuralmente y casi nunca lo harán con aquellos, claramente diferentes. Las permeasas son capaces de efectuar el transporte de sustancias sin y con consumo de energía. 24  5. Catabolismo bacteriano Transporte asociado a permeasas Tipos: Difusión facilitada Transporte con consumo energético o Transporte activo ligado a un gradiente de protones y simporte de sodio/ ligado a ATP o Translocación de grupos o Transporte activo sensible a choque osmótico GRAME o Transportadores ABC dependientes de proteínas de unión periplásmicas o ATPasas de tráfico. Se D trata de sistemas de varios componentes, en los que existen proteínas periplásmicas que captan el sustrato con gran afinidad, y lo llevan hasta unas proteínas de membrana (permeasas), las cuales acoplan el paso de dicho sustrato hasta el citoplasma (sin alterarlo químicamente) con la hidrólisis de ATP. Este tipo de sistemas está muy extendido, dentro de las Gram-negativas, entre las Enterobacterias. (salmonela ecoli ) , : 25  5. Catabolismo bacteriano Los sideróforos son ligandos de bajo peso molecular cuya función es suministrar hierro a la célula Es microbiana. parasitando a una D huesped Porinas: Son proteínas ubicadas en la membrana externa de las bacterias gramnegativas, que forman ↳ canales o poros permitiendo el paso de las moléculas pequeñas e hidrofílicas. No requieren consumo de energía. cuando se da cuenta transporteAT, Lave 26  Bacharia liene mitocondrian. 5. Catabolismo bacteriano no Oxidación biológica es. 7 por Respiración ①E. Opequeña Es una fosforilización oxidativa en la membrana Requiere una cadena transportadora de electrones Puede tener lugar en presencia de oxígeno (respiración aerobia) o en su ausencia (respiración anaerobia) Tiene como aceptor final de electrones un compuesto inorgánico Fermentación ② E) grandes - Rapido , Es una fosforilización a nivel de sustrato que acontece en el citoplasma Síntesis de ATP (menos) durante el catabolismo de un compuesto orgánico No bomba de protones No requiere una cadena transportadora de electrones Suele realizarse en ausencia de oxígeno Utiliza como aceptor final de electrones una molécula orgánica. 27  5. Catabolismo bacteriano Respiración aerobia Respiración anaerobia O2 aceptor final de e- Nitratos, hierro férrico, sulfatos, carbonatos Se libera CO2 y compuestos orgánicos aceptan e- Comm commun Se libera CO2 La bomba de protones produce ATP por fosforilación oxidativa (en la mb) comun La bomba de protones produce ATP por fosforilación oxidativa en la membrana. dif La cadena de transporte contiene proteínas que llevan un grupo prostético La cadena de transporte no contiene dif que contiene hierro (grupo hemo), citocromos ni estructuras similares con ubiquinona o coenzima Q grupos hemo Contiene ferredoxinas que son proteínas férricas sin dichos grupos 28 5. Catabolismo bacteriano La respiración celular, aeróbica o anaeróbica, ocurre en 4 etapas: 1. Glicólisis 2. Ciclo del ácido cítrico o de Krebs 3. Cadena transportadora de electrones 4. Síntesis de ATP con la ATPasa por fuerza protón motriz 29 5. Catabolismo bacteriano NO Examen. 30 5. Catabolismo bacteriano ↓ EXAM ❑ Las bacterias disponen de varios sistemas para detoxificar las células de O-2 y H2O2  Los mecanismos de detoxificación comprenden: NADH peroxidasa: Enzima Catalasa (transforma) Catalasa Pedro  2H2O2 > - 2H2O + O2 de exigen Pseudocatalasa para H2O2 (Sin grupo hemo) Superóxido dismutasa para O-2 : Todas las bacterias que utilizan metabólicamente el oxígeno deben disponer de estos sistemas detoxificadores , si carecen de ellos, no podrían desarrollarse en ambientes aerobios y serían de hecho bacterias anaerobias 31 5. Catabolismo bacteriano. Fermentación Fosforilación a nivel de sustrato Los mismos compuestos orgánicos sirven como dadores y aceptores de electrones en ausencia de oxígeno. Se liberan productos ácidos Fermentación Microorganismo Fermentación alcohólica Sacharomyces cerevisiae Fermentación láctica Streptococcus,Lactobacillus Fermentación propiónica Clostridium,Bacteroides Fermentación fórmica y ácido mixta E.coli Fermentación butilenglicólica Serratia,Klebsiella Fermentación acética Acetobacter aceti 32 5. Catabolismo bacteriano. Relación bacterias con el O2 Tipos Patrón de crecimiento tras M.Oxidativo M.Fermentativo siembra en tubo inclinado 1.Aerobias SUPERIOR Si No estrictas:Bacillus 2.Aerobias/anaerobias MIXTO Si Si facultativas (en presencia de O2) (en ausencia de O2) ↳ Todo tubo 3.Anaerobias estrictas: INFERIOR No Si Clostridium 4.Capnófilas: Requieren cierta concentración Haemophilus de CO2 (5-10%) 5.Microaerófilas: Requieren cierta concentración Campylobacter de O2 (5-10%) 33 5. Catabolismo bacteriano. Relación bacterias con el O2 TUBO INCLINADO DE AGAR 34 5. Anabolismo bacteriano B. timbr pueden sintetizar moleculas toxico par la C huesped. Concepto Reacciones que aprovechando los productos intermedios y la energía procedentes del catabolismo sintetizan materiales constitutivos de las bacterias así como otros elementos que se eliminan al exterior Resultados Síntesis de estructuras obligadas o facultativas mediante reacciones de ensamblaje de moléculas más simples Metabolitos Son compuestos metabólicos, generalmente catabólicos, sintetizados en exceso, que al eliminarse pueden provocar daño tisular o servir de elementos nutricionales a otras bacterias 35 5. Anabolismo bacteriano Resultados Exoenzimas Enzimas vertidas al exterior con fines degradativos para la digestión extracelular Secundariamente, pueden tener un efecto nocivo para el hospedador porque degraden o desorganicen tejidos (agresinas) o destruyan elementos defensivos (impedinas) Compuestos de acción inmunomoduladora Vitaminas Los complejos K y B sintetizados por algunas bacterias de la microbiota intestinal Exotoxinas Compuestos elaborados específicamente por las bacterias con acción tóxica local o general 36  emparentadas = on familia 5. Anabolismo bacteriano. -Embrientes e especifica , Resultados Producción de sustancias antibacterianas asi tra B. = no pueden crecer Bacteriocinas Casi todas las bacterias las producen Tienen un peso molecular elevado Son de naturaleza proteica o glúcido-lípido-proteica Son activas contra un número restringido de bacterias casi siempre emparentadas con las que las producen In vitro se sintetizan en medios de cultivo complejos con abundantes nutrientes Se fijan específicamente sobre receptores de las superficies bacterianas Afectan irreversiblemente a la célula (p. ej., alterando la síntesis proteica o el metabolismo de los ácidos nucleicos) 37 5. Anabolismo bacteriano Resultados Producción de sustancias antibacterianas Microcinas Peso molecular bajo Espectro de acción amplio Síntesis en medios de cultivo con escasos nutrientes (medios mínimos) (no muchos nutrientes) Pigmentos (dif , colores función del medio embiante. en Función poco conocida (tipo respiratorio, compuestos de reserva o de acción antibacteriana) Granulaciones citoplasmáticas Materiales de reserva movilizables (glucógeno) 38 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 39  Teresa Gómez Morte [email protected] UCAM Universidad Católica de Murcia © UCAM