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1. MUNDO MICROBIANO
Def. microbiología; ciencia que estudia los organismos microscópicos, suelen ser unicelulares o multicelulares sin tejidos altamente diferenciados. Esta disciplina es definida también por las técnicas que emplea, en particular las utilizadas para aislar y cultivar microorganismos.
Def. microorganismo; ser vivo demasiado pequeño para ser observado a simple vista. Algunos provocan enfermedades.
GRUPOS MICROBIANOS
PROCARIOTAS Bacterias (pared celular con peptidoglucano) Archaea ((pared celular NO peptidoglucano) Virus ( carecen de estructura celular)
EUKARYA
Protistas (protozoos, mohos y algas) Hongos
ÁMBITO DE LA MICROBIOLOGÍA
- Degradadores de materia muerta y reciclaje de elementos químicos para su uso por otros seres vivos.
- Biorremediación; descomposición de materia orgánica , aguas residuales y eliminación de deshechos tóxicos.
- Biotecnología; elaboración de alimientos y productos químicos.
- Ingeniería genética; producción de proteínas vacunas… mediante técnicas de DNA recombinante.
- Terapia génica; sustitución de genes mediante virus.
- Control de plagas.
- *los antibióticos han de ser de toxicidad selectiva (atacar un proceso concreto de la célula, o función). Por esta razón no son útiles contra virus, ya que utilizan los mecanismos de replicación de la célula huésped.
TAMAÑO Y FORMA
- 0,2 a 2 μm de ancho
- 2 a 8 μm de longitud
- cocos (esféricos)
- bacilos ( bastoniformes )
*Las bacterias pleomorfas puedes adoptar diversas configuraciones.
2. MEMBRANAS MICROBIANAS
MEMBRANA PLASMÁTICA
Envuelve el citoplasma tanto de células procariotas como eucariotas. Es una barrera de permeabilidad selectiva. Límite mecánico de la célula, transporte de nutrientes y de residuos, localización de procesos metabólicos ( respiración, fermentación ), detección de señales ambientales de quimiotaxis.
MODELO MOSAICO FLUIDO (Singer y Nicholson)
- las membranes son capas lipídicas en las que flotan las proteínas.
- estructuras muy finas ( 5-10 nm ancho), organizadas en dos capas paralelas de moléculas con sus extremos enfrentados.
- dentro de la bicapa se pueden observar partículas globulares.
- la mayoría de los lípidos estructuralmente asimétricos, con extremos polares y apolares (anfipáticos). Los extremos polares son hidrofílicos y los apolares hidrofóbicos.
- la superficie externa de la bicapa es hidrofílica, y en la parte interna se encuentran los extremos hidrófobos.
- hay dos tipos de proteína de membrana periféricas; están débilmente conectadas a la membrana y son solubles en soluciones acuosas. integrales; son insolubles y anfipáticas. Atrabiesan la bicapalipídica y pueden difundir lateralmente por la membrana. MEMBRANA BACTERIANA
- Carece de esteroles (lípidos que contienen esteroides como el colesterol), contienen hopanoides (moléc. similares a esteroles). Participan en la estabilización de la membrana.
- Fosfolípidos formados por ácidos grasos, conectados a glicerol por enlaces ester.
- Algunas bacterias tienen estructuras membranosas internas, que proporcionan una mayor superficie para la actividad metabólica (respiración, fotosíntesis).
- A veces se pueden observar mesosomas, invaginaciones vesiculares.
ESTRUCTURA DE LA PARED
- GRAM +; una única capa homogénea, 20-80 nm de grosor, de peptidoglucano (mureína)
peptidoglucano
membrana celular
pared celular
- GRAM - ;
capa de peptidoglucano , 2-7 nm. membrana externa, 7-8 nm espacio periplasmático, espacio entre la membrana plasmática y la membrana externa que contiene periplasma.
pared celular
membrana externa
peptidoglucano
membrana celular
espacio periplasmático
TINCIÓN GRAM
- 1885 Christian Gram
- Refleja la estructura de la pared celular.
- Diferencia dos tipos de bacterias que difieren químicamente, estructuralmente y biológicamente.
- Proceso: teñir con cristal violeta tratar con yodo para promover la retención de tinte deshidratar con alcohol (decoloración) teñir con safranina
ESTRUCTURA DEL PEPTIDOGLUCANO
- Contiene dos derivados del azúcar N-acetilglucosamina ácido N-acetilmurámico
Para forma un polímero de peptidoglucano tipo malla más fuerte, las subunidades deben estar unidas por enlaces transversales entre los péptidos.
PROTOPLASTO
- Célula bacteriana o vegetal que ha perdido la pared celular.
- Se obtiene en el laboratorio y tiene una gran sensibilidad osmótica
- GRAM +; la penicilina rompe la pared bacteriana GRAM -; EDTA + lisozimas, rompen la pared.
Se pueden estabilizar en el laboratorio con NaCl o polietilenglicol manteniendo sus propiedades biológicas.
- Generan colonias de morfología típica “huevo frito”
- Micoplasma; bacterias que carecen de pared celular más sensibles a procesos osmóticos.
MEMBRANA EXTERNA
- Unida al peptidoglicano LIPOPROTEÍNA DE BRAUN; unión covalente al peptidoglicano, está inmersa en la membrana externa por su extremo hidrófobo. ADHESIÓN POR CONTACTO DIRECTO
- Constituida por lipopolisacáridos (LPS), moléculas grandes y complejas que contienen lípidos y carbohidratos.
GRÁNULOS DE AZUFRE
Son cuerpos de inclusión inorgánicos de material de reserva.
MAGNETOSOMAS Cristales de magnetita utilizados por algunas bacterias para orientarse según el campo magnético terrestre.
RIBOSOMAS RIBOSOMAS
- Se pueden encontrar en la matriz citoplasmática y adheridos a la membrana plasmática.
- Compuetos por proteínas y ARN
- Son el lugar de síntesis de las proteínas: ribosomas citoplasmáticos, proteínas que permanecen dentro de la célula. ribosomas de membrana, proteínas de transporte al exterior.
- Tienen un peso de 70S (50S y 30S), los eucariotas tienen un peso de sedimentación de 80S NUCLEOIDE
- Zona en la que se encuentra el cromosoma procariota
- El ADN procariota es una doble cadena circular (algunos tienen cromosomas lineales)
- Una célula puede tener más de un nucleoide cuando se produce la división celular.
- También pueden contener plásmidos, ADN extracromosómico dispuesto habitualmente de modo circular que puede conferir resistencia a antibióticos o otras propiedades.
4. COMPONENTES EXTERNOS DE LA PARED CELULAR
ESTRUCTURAS DE LA SUPERFICIE BACTERIANA
No todas las bacterias contienen estructuras superficiales, son formaciones opcionales.
CAPA S (capa superficial paracristalina)
- Capa superficial formada por proteínas en disposición bidimensional
- Se desconoce su función principal. Como representa una zona de interfase entre la célula y su entorno, es posible que funcione como una barrera de permeabilidad externa. En las bacterias patógenas puede actuar como elemento de protección frente a ciertos mecanismos de defensa del hospedador.
CÁPSULAS Y CAPAS MUCOSAS (Glicocálix)
- Capa de material viscoso y pegajoso secretado por procariotas en su superficie. Suelen ser polisacáridos.
- Son importantes para la adherencia a sus hospedadores, también protege de la acción fagocitaria y da resistencia a la desecación debido a la gran retención de agua que genera el glicocálix.
- cápsula; capa rígida que excluye algunos colorantes
- mucosa; se deforma fácilmente y no excluye partículas
FIMBRIAS Y PELOS
- Fimbrias y pelos (pili) presentan una estructura similar a lo0s flagelos pero no confieren movilidad.
- FIMBRIA; son más cortas que los flagelos y más numerosas, pero también son de naturaleza proteica. Favorecen la fijación a las superficies, o la formación de películas o biofilms sobre superficies líquidas.
- PILI; estructuralmente similares a las fimbrias pero más largos, y solamente existen unos pocos sobre la superficie de la célula. Funcionan como receptores específicos para algunos virus. También participan en el proceso de conjugación (pili sexual)
FLAGELOS Y MOVILIDAD
- Apéndice locomotor en forma de hilo que se extienden hacia fuera de la membrana plasmática y de la pared celular.
- Estructuras delgadas y rígidas.
- 20 nm de ancho y 15-20 μm de largo
TIPOS (según distribución)
- monotricas, tienen sólo un flagelo flagelo polar; se situa en un extremo
- anfitricas, un único flagelo en cada polar
- lofotricas, un grupo de flagelos en uno o ambos polos
- peritricas, distribución uniforme de los flagelos por toda la superficie
ESTRUCTURA FLAGELAR
Filamento; parte más larga y expuesta. Se extiende desde la superficie celular hasta la punta.
Es u cilindro rígido y hueco constituido por una proteína (flagelina), que acaba con una proteína capuchón. Cuerpo basal; inserto en la célula. Es la parte más compleja, existen diferencias entre el cuerpo basal en Gram+ y Gram-. Gancho; segmento curvado y corto, que une el filamento al cuerpo basal y actúa como acoplamiento flexible. Es ligeramente más ancho que el filamento,está formado por diferentes subunidades de proteína.
5. CATABOLISMO
def. Metabolismo; colección de reacciones bioquímicas que se desarrollan controladamente dentro de la célula (catabolismo+anabolismo) La función última del metabolismo es reproducir al organismo.
def. Catabolismo; moléculas grandes y complejas son descompuestas en moléculas más pequeñas y sencillas liberándose energía.
def. Macroelemento; (macronutrientes) elementos que captan los microorganismos en cantidades relativamente grandes ( C,O,H,N,S)
FUENTES DE CARBONO, ENERGÍA Y ELECTRONES
FUENTES DE CARBONO -Autótrofo; CO 2 como única fuente de carbono -Heterótrofos; fuente de carbono moléculas orgánicas procedentes de otros organismos.
FUENTE DE ENERGÍA -Fototrofos; luz -Quimiotrofos; oxidación de compuestos orgánicos e inorgánicos.
FUENTE DE ELECTRONES
- Litotrofos; moléculas inorgánicas reducidas
- Organotrofos; moléculas orgánicas.
FOTOAUTOTROFOS
Utilizan la luz como fuente de energía y el CO 2 como fuente principal de carbono. El proceso por el cual transforman el CO 2 en H 2 O en azucares y oxígeno gaseoso se llama fotosíntesis ( conversión de energía lumínica en energía química). La energía para la producción de fotosíntesis proviene del ATP obtenido por fosforilación.
Fijación de carbono Proceso de transformación del dióxido de carbono en compuestos de carbono más reducidos (azúcares).
FOTOHETERÓTROFOS
Utilizan la luz como fuente de energíapero no pueden convertir el CO 2 en azúcares, utilizan compuestos orgánicos como fuente de carbono. Son anoxigénicos (no producen oxígeno)
- Ej: bacterias verdes no del azufre chlorofexus
- bacterias rojas no del azufre Rhodoseudomonas
QUIMIOAUTOTROFOS
Utilizan compuestos inorgánicos como fuente de energía y dióxido de carbono como principal fuente de carbono. La energía derivada de la oxidación de los compuestos inorgánicos se almacenan en ATP, que se produce mediante fosforilación oxidativa.
QUIMIOHETEROTROFOS
La fuente de energía y carbono, suele ser el mismo compuesto orgánico (ej. glucosa).
- Saprófitos; obtienen la materia orgánica de materia muerta.
- Parásitos; obtienen los nutrientes de un huésped vivo.
FERMENTACIÓN
- Libera energía a partir de azúcares o otras moléculas.
- No requiere oxígeno (aunque puede ocurrir en su presencia)
- No necesita el Ciclo de Krebs ni una cadena transportadora de electrones.
- Utiliza una molécula orgánica como aceptor final de electrones.
- Produce pequeñas cantidades de ATP. Durante la fermentación se transfieren átomos de hidrógeno desde NADH + H*^ al ácido pirúvico, el cual es reducido para dar varios productos finales.
FERMENTACIÓN LÁCTICA
- Homolácticos; microbios que sólo producen ácido láctico. Streptococus, Lactobacillus
Glucosa + 2 ADP+ 2 P 2 ác. láctico + 2 ATP
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
- Heterolácticos; (heterofermentadores) organismos que producen a la vez ác. láctico y otros ácidos o alcoholes.
- Glucosa + ADP+ P ác. láctico + etanol + CO 2 + ATP
MEACNISMOS DE GENERACIÓN DE ATP
- ATP; compuesto derivado del AMP que contiene grupos fosfato
altamente reactivos.
FOSFORILACIÓN A NIVEL SUSTRATO (FERMENTACIÓN)
Sistema utilizado por ciertas bacterias quimiorganotrofas.
El sustrato orgánico (dador de electrones) pasa por una ruta catabólica, y
uno de los intermediarios es oxidado de manera que se forma un
intermediario no-fosforilado con una gran energía de hidrólisis.
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA (RESPIRACIÓN)
Obtención de energía por oxidación de sustratos reducidos.
FOTOFOSFORILACIÓN ( FOTOSÍNTESIS)
Proceso de síntesis de ATP a partir de energía lumínica.
CATABOLISMO CARBOHIDRATOS
Los organismos oxidan carbohidratos como la fuente de energía primaria
para las reacciones anabólicas. La glucosa es el que se utiliza más
comúnmente.
- Catabolismo de la glucosa;
RESPIRACIÓN CELULAR;utiliza la glicolisis, el ciclo
de Krebs y la cadena de transporte de electrones. El
resultado finales la transformación de la glucosa en
dióxido de carbono y agua.
FERMENTACIÓN; utiliza glicolisisi y convierte el ác.
pirúvico en otro compuesto (producto orgánico de
deshecho)
GLICOLISIS
tres vías;
-Embden-Meyerhof; 2 NADH, 2 ATP y piruvato
-pentosa fosfato; 2 NADPH, 1ATP y un metabolito
-Etner- Doudoroff; 2 NADPH, 1 ATP y un metabolito precursor.
RESPIRACIÓN CELULAR
El ác. pirúvico se oxida completamente y produce ATP a través
de series de reacciones redox.
Hay tres niveles de respiración celular:
- síntesis de Acetyl-CoA
- ciclo de Krebs
- serie de reac. redox q constituye la cadena de transporte de
electrones.
QUIMIOSMOSIS
- La membrana mantiene un gradiente electroquímico cuando
contiene una mayor concentración de un producto en uno de los
dos lados.
- Las células usan la energía liberada en las reacciones redox de la
cadena de transporte de elect. para crear un gradiente
electroquímico de protones.
- Los iones H+^ van a favor de gradiente electroquímico, cruzando la
membrana a través de las ATP-sintasas (canales proteicos) que
fosforilan ADP a ATP.
Este proceso se denomina fosforilación oxidativa por que el
gradiente de protones se produce al oxidar los componentes de la
cadena de transporte de electrones.
- Se forman aprox. 36 moléculas de Atp por 1 de glucosa.
CATABOLISMO LIPÍDICO
- Las lipasas hidrolizan lípidos para dar glicerol y ác. grasos.
- El glicerol se cataboliza por conversión en
dihidroxiacetona-fosfato y los ác. grasos se catabolizan por beta-
oxidación.
- Los productos de catabolismopueden ser posteriormente
degradados en la glucólisis o en el ciclo de Krebs.
CATABOLISMO PROTEICO
- Antes de que los aminoácidos se puedan catabolizar tienen que
convertirse en los distintos compuestos que penetran en el cíclo
de Krebs.
- Las reac. de transaminación, descarboxilación y
deshidrogenización preparan a los aminoácidos para ser
catabolizados.
BIOSINTESIS DE PURINAS Y PIRIMIDINAS
Los azúcares que componen los nucleótidos derivan de la ruta de las pentosas-fosfato o
de la Etner-Doudoroff.
Los átomos de carbono y nitrógeno de determinados aminoácidos forman el esqueleto
de las purinas y pirimidinas.
ASIMILACIÓN DEL NITRÓGENO
El nitrógeno es un componente principal de las proteínas, ác. nucleicos, coenzimas,
ect…
Pocos microorganismos pueden reducir el nitrógeno atmosférico y utilizarlo como
fuente de nitrógeno, la mayoría lo incorpora en forma de amino o nitrato.
INCORPORACIÓN DE AMONIO (NH4+)
1- Formación de glutamato a partir de cetoglutarato utilizando la glutamato
deshidrogenasa, cuando la concentración de amónio es elevada.
2- Intervención de los enzimas que actúan de manera secuencial, glutamina
sintetasa y glutamato sintetasa.
El amonio se utiliza para sintetizar glutamina a partir de glutamato, y a
continuación el nitrógeno del grupo amino de la glutamina se transfiere a
para generar una nueva molécula de glutamato. El glutamato
es el dador del grupo amino.
Esta ruta es eficaz a niveles bajos de amonio.
REDUCIÓN ASIMILATORIA DE NITRATO (NH 3 - )
El nitrato tiene que reducirse a amónio para que su nitrógeno pueda convertirse en una
forma orgánica.
La reducción asimilatoria de nitrato tiene lugar en el citoplasma.
La nitrato reductasa reduce el nitarato a nitrito (NO 2 - ), tiene como fuente de elctrones
NADPH.
El nitrito se reduce a amonio mediante adición de electrones, reacción catalizada por la
nitrito reductasa.
FIJACIÓN DE NITRÓGENO
Reducción del nitrógeno atmosférico a amonio.
Sólo algunos procariotas pueden:
Azotobacter, Chlostridium
- bacterias que viven en simbiosis con plantas leguminosas
Rhizobium
Nostoc, Anabaena
La reducción de nitrógeno a amonio esta catalizada por la enzima nitrogenasa.
ASIMILACIÓN DE AZUFRE
El Azufre es necesario para la síntesis de aminoácidos y de diversas coenzimas.
7. CRECIMIENTO MICROBIANO
CRECIMIENTO BACTERIANO
El crecimiento bacteriano es el aumento del número de bacterias
DIVISIÓN BACTERIANA
Las bacterias se reproducen normalmente por fisión binaria.
1. Elongación celular y duplicación del DNA cromosómico.
2. Invaginación de la pared celular y la membran plasmática cercanas al
centro.
3. Se forma el tabique transversal separando el DNA dividido.
4. Las células se separan, formando dos células idénticas a la inicial.
Algunas bacterias geman, formando una pequeña protuberancia que aumenta
su tamaño hasta que se aproxima al de la célula parental.
TIEMPO DE GENERACIÓN
Tiempo necesario para que una celula se divida y por consiguiente para que su
población se duplique.
Para representar el crecimiento bacteriano se utilizan escalas logarítmicas.
FASES DE CRECIMIENTO
1.fase de latencia; periodo de división escaso o nulo, debido a que las células
no se dividen inmediatamente en un medio nuevo.
Durante esta fase los microorganismos presentan una gran actividad
metabólica, preparándose para la reproducción.
2.fase logarítmica; (crecimiento exponencial) durante este periodo la
reproducción celular alcanza una actividad máxima y su tiempo de generación
llega a un mínimo constante.
Peso seco
Se recogen las bacterias del medio de cultivo (normalmente por centrifugación) para
separaelos de otros materiales, se colocan en un recipiente de pesada y se secan en un
desecador.
Es un método utilizado para microorganismos filamentosos, como mohos. Ya que un
recuento en placa no mide el aumento de biomasa debido a la elongación de los
filamentos.
MEDIOS DE CULTIVO
- Medio de cultivo; sustancias nutritivas preparadas en el
laboratorio para el crecimiento de microorganismos.
- Cultivo microbiano; microbios que crecen y se multiplican dentro
o sobre un medio de cultivo.
El agar es el agente solidificante común para los medios de cultivo.
Para que el cultivo contega solamente los microorg. que añadamos al medio (y su
descendencia) el medio debe estar inicialmente estéril.
Medios químicamente definidos
Es aquel del que se conoce la composición química exacta.
Los microorg. que requieren muchos factores de crecimiento se denominan exigentes.
Medios complejos
Aquellos cuya composición química exacta se desconoce. Estos medios están formados
con nutrientes como extractos de levaduras, carne o vegetales o por digeridos de
proteínas (pentosas).
Medios reductores
Medios que contienen ingredientes, como el tioglicolato sódico, que se combinan con el
oxígeno disuelto en el medio de cultivo y lo eliminan.
Se utiliza para el cultivo de bacterias anaeróbicas.
REQUERIMIENTOS PARA EL CRECIMIENTO
REQUERIMIENTOS FÍSICOS
Temperatura
- Sacrófilos; adaptados a bajas temperaturas
- mesófilos; adaptados a temperaturas moderadas
- termófilos; adaptados a altas temperaturas
- Tº óptima de crecimiento; aquella a la que la especie crece mejor
- Tº máx de crecimiento; la mayor temperatura a la que el
crecimiento es posible.
- Tº mín.; temperatura más baja a la cual la especie puede crecer.
pH
El pH se refiere al acidez o alcalinidad de una solución. La mayoría de bacteria crecen
mejor en un pH cercano a la neutralidad ( 6’5-7’5)
- acidófilos; notablemente tolerantes a la acidez.
Presión
- Barotolerantes; un aumento de la presión les afecta
negativamente, pero no tanto como lo haría a las bacterias no
tolerantes.
- Barófilos; crecen más rápidamente a presiones elevadas.
Solutos y actividad del agua (ósmosis)
- Osmotolerante; capaz de crecer en un amplio rango de actividad
del agua o presión osmótica.
- Halófilos; requieren altas concentraciones de NaCl para crecer,
normalmente por encima de 0’2 M
Concentración de oxígeno
- Aerobio obligado; completamente dependiente del oxígeno
atmosférico para crecer.
- Anaerobio facultativo; no requiere oxigeno para crecer, pero
crece mejor en su presencia.
- Anaerobio aerotolerante; crece igualmente bien enpresencia o
ausencia de oxígeno.
- Anaerobio obligado; no tolera la presencia de oxígeno
- Microaerófilo; requiere niveles de oxígeno por debajo de 2-10%
para crecer, y es dañado por el oxígeno atmosférico (20%).
CULTIVO CONTINUO
Cultivo de microorg. en un sistema abierto, en el que se mantienen constantes las
condiciones ambientales gracias a un suministro continuo de nutrientes y la retirada de
residuos.
En este tipo de cultivos, se puede mantener una población microbiana en fase de
crecimiento exponencial y a una concentración constante de biomasa durante un
periodo de tiempo largo.
QUIMIOSTATO
Se alimenta un medio de cultivo con un medio estéril a la misma velocidad con que los
microorg. consumen los nutrientes que contiene. El medio de cultivo contiene un
nutriente esencial en cantidades limitantes.
La tasa de crecimiento está determinada por la velocidad de flujo del medio al frasco
del cultivo.
