¡Descarga Apuntes Microbiología y más Apuntes en PDF de Microbiología solo en Docsity!
TEMA 2. LA CÈL·LULA PROCARIOTA
Ribosoma La matriu citoplasmàtica acostuma a estar plena de ribosomes, són estructures molt complexes formades per proteïnes i ARN. són on es porta a terme la síntesi de proteïnes. Els ribosomes citoplasmàtics sintetitzen les proteïnes que romandran a l'interior de la cèl·lula, els ribosomes de la membrana plasmàtica produeixen les proteïnes que es transportaran a l'exterior. Els ribosomes procariotes són més petits s'anomenen 70S i consten d'una subunitat 50S i 30S. la S correspon a unitat de Svedberg. Aquesta unitat és el coeficient de sedimentació. És una funció del pes molecular, el volum i la forma d'una partícula. Nucleoide Probablement la diferència més destacable entre procariotes i eucariotes és com està empaquetat el material genètic. Els procariotes no tenen nucli delimitat per membrana. El cromosoma eucariota es troba en una regió de forma irregular anomenada nucleoide. Generalment, contenen un únic DNA de cadena doble i circular. Membrana citoplasmàtica Entre el 10 i el 20% del pes sec de la cèl·lula procariota. estructuralment està formada per una bicapa lipídica (unitat de membrana). La unitat estructural es el fosfolípid. Els esterols donen una major rigidesa a la membrana. La majoria de bacteris presenten molècules semblants a esterols, anomenades hopanoides que estabilitzen la membrana citoplasmàtica. La unió entre el glicerol i la cadena d'àcid gras és el tipus èster. El glicerol s’uneix a dos cadenes d'àcids grassos (glicerol dièster), de vegades, dos residus de glicerol s’uneixen a dos llargues cadenes d'àcids grassos formant un diglicerol tetraéter. En Arqueas , els fosfolípids no contenen pròpiament àcids grassos, sinó unitats repetides de isoprens, i la seva unió amb el glicerol és de tipus éter, originant un glicerol dièter. El grup fosfat pot estar substituït per un grup sulfat o un sucre. Quan son dièter, igual que els diésters, formen una bicapa lipídica, però si son tetraéter formen una monocapa lipídica. FUNCIONS MEMBRANA CITOPLASMÀTICA
- Separació de l’ambient extern
- Barrera permeable selectiva (transport): entrada de nutrients i sortida de residus
- Processos metabòlics claus
- Presència de receptors
- Generació d’energia: sistema de transport d’electrons i enzims per síntesi d’ATP Difusió de nutrients Transport passiu: No s’utilitza energia. Distingim 2 tipus: Difusió passiva/simple: Pas lliure de molècules a favor de gradient de concentració. Molècules molt petites com H2O, CO2 i O2, solen travessar la membrana per difusió simple. Difusió facilitada: Participen proteïnes transportadores denominades permeases, les quals canvien la seva conformació de cara externa a la interna de la membrana. És poc comú en procariotes, trobem la difusió facilitada en molècules com el glicerol, sucres i aminoàcids
- Tipus de transport (contra gradient)
- Transport simple: Energia de la força motriu de protons
- Uniport
- Simport: 2 substàncies en la mateixa direcció.Una única proteina que transportadora en dues conformacions (cap a l’exterior i cap a l’interior)
- Antiport: 2 substàncies en sentits oposats
- Translocació de grup: És exclusiu de procariotes. La molécula (carbohidrats) és modificada químicament mentre és introduïda a la cèl·lula. És un tipus de transport actiu, depenent d’energia. Utilitza l’energia metabòlica durant la captació de la molècula. Exemple: transport de sucres per fosfotransferases. Es dona el transport de diversos sucres a la vegada que es fosforilen gràcies al PEP que és donador de fosfat, que arriba a IIA amb l’ajuda de EI i HPr. IIA i IIB són enzims citoplasmàtics, aquest últim sovint està unit a IIC, proteína única per a cada sucre, hidrofòbica que es troba a la membrana.
- Transport actiu (ABC): Es troben a Bacteries, Archaea i eucariotes. Consta de dos dominis hidrofòbics que travessen la membrana i s’associen per la cara citoplasmàtica a dos dominis d’unió a ATP. Els dominis transmembrana formen un porus a la membrana i el dominio d’unió a ATP uneixen i hidrolitzant ATP per proporcionar energia la transport. Hi han 3 proteïnes implicades amb els transportadors ABC, al periplasma de les bacteries gramnegatives o unides a lípids de membrana de la cara externa de les bacteries grampositives. S’associen amb la molècula a transportar i interaccionen amb el
Estructura i funció paret cel·lular La paret cel·lular es presenta en quasi tots els procariotes. Funcions:
- Donar rigidesa i forma.
- Protecció de l’estrés osmòtic - Lisonzims i penicil·lina (inhibeix síntesi PG)
- Pot contribuir en la patogenicitat: pocs microorganismes no tenen ( Mycoplasma i Thermoplasma ) *Protoplast → grampositius *Esferoplast → gramnegatius És una estructura rígida, externa a la membrana plasmàtica. Hi ha 2 grans grups: grampositives i gramnegatives. La paret cel·lular d’un bacteri grampositiu acostuma a ser més gruixuda que la d’una gramnegativa. Està constituïda per dos tipus de microfibrilles i una matriu en la que estan les microfibrilles. el reticle de microfibrilles en el Peptidoglicà o glucopèptid. En els gramnegatius la paret està estructuralment constituïda per dos elements macromoleculars: membrana externa i una monocapa de peptidoglicà. Peptidoglicà
- Format per una part glucídica i una peptídica. És una heteropolimer format per dos aminosucres acetilats diferents: N-acetil-D-glucosamina (NAG) i àcid N-acetilmuràmic (NAM).
- Units entre si per un enllaç covalent glicosídic beta(1-4) que dona rigidesa.
- La part peptídica és de composició variable, formada per un tetrapèptid. Es troba unit covalentment pel grup carboxil dels residus de NAM. Formada pels aminoàcids: L-alanina, D-glutàmic, L-lisina (DAP), i D-alanina. Les L-lisina (DAP) poden substituir-se per AA com L- ornitina o l’àcid meso-diaminopimèlic.
- Els tetràpodes que pengen de NAM poden estar units entre si, amb un pont interpeptidic (grampositius) o un enllaç peptídic directe (gramnegatius). Pont interpeptidic en grampositius format per 5 molècules de glicina, acoblat entre la L-lisina i la D-alanina. l’enllaç peptídic directe pot ser de tipus A (entre D-alanina i L-lisina) o de tipus B (entre D-glutamic i D-alanina).
- El peptidoglicà forma una monocapa de microfibrilles, el sac de mureína.
En bacteris grampositius, les microfibrilles estan en una matriu (periplasma) composta per polisacàrids fosforilats denominats àcids teicoics. Poden ser de dos tipus: àcid poliglicerol fosfòric o àcid polirribitol fosfòric. No tots tenen àcids teicoics, però tots tenen un segon tipus que es l'àcid lipoteicoic. No està unit al peptidoglucà però sí a la membrana citoplasmàtica per un glicolípid. Funció de l'àcid teicoic en la paret: crear un ambient de carga negativa, a més, regulen la autolisis de la paret durant la divisió cel·lular. El peptidoglicà forma un 90 % en aquestes. Poden haver-hi proteïnes externes. En bacteris gramnegatius hi ha un 20-40% del volum que es espai periplasmàtic. La paret consta d’una monocapa de peptidoglicà (2-5%) i de la membrana externa (per sobre del peptidoglicà). La membrana externa està unida covalentment al peptidoglicà per una lipoproteína: lipoproteína de Braun. És similar a la membrana plasmàtica, consta d’una bicapa fosfolipídica i, a més, consta d’elements diferencials i específics d’aquesta com proteïnes de la bicapa i el lipopolisacàrid (LPS). Cada monòmer de LPS format per tres parts covalentment unides: lípid A, regió central R i la cadena lateral O. S’uneixen entre si per ponts de pirofosfat (Pi-Pi) a partir de residus de fosfat presents en el lípid A o en la regió central R, formant oligòmers. El lípid A és un disacàrid de glucosamina fosforilat esterificat amb àcids grassos de cadena llarga (constitueix la regió hidrofòbica, possibilita la inclusió en la fase lipídica de la membrana). La regió central R formada per un oligosacarid de composició variable, pot contenir glucosa, galactosa, heptosa fosforilada, N-acetil-D-glucosamina i àcid 2-ceto-3-deoxioctonic (KDO). El KDO es per on la part central s’uneix al lípid A. La cadena lateral O és la regió hidrofílica exposada a l’exterior cel·lular, i formada per 4 o 5 hexoses. Pot trobar-se unida a la regió central R per residus de N-acetil-D-glucosamina o a través de la glucosa d’aquesta. Funcions (“especifiques”):
Dos tipus estructurals: càpsules i les capes mucoses. Les càpsules poden ser macro càpsules o micro càpsules. Estan formades per un material mucós organitzat, però les capes mucoses aquest material està menys estructurat. El material mucós consisteix en un exopolímer o matriu polimèrica altament hidratada. Pot ser homopolímer o heteropolimer, que pot ser polisacàrid (gramnegatius) o polipèptid (grampositius). es classifiquen segons el seu mecanisme de síntesis:
- Es sintetitzen a partir de nucleòtids de sucre presents al citoplasma (UDP-glucosa, UDP-galactosa, GDP-manosa).
- Es sintetitzen a partir del disacàrid sacarosa a l’exterior cel·lular. podem diferenciar entre dextrans (polímers de D-glucosa) i levans (polímers de D-fructosa). CAPES S O CAPES DE SUPERFÍCIE CRISTAL·LINA
- Són embolcalls superficials procariotes constituïdes per una estructura cristal·lina porosa formada per subunitats monomèriques de proteïna o glucoproteïna.
- Quasi universal per les Arqueas, també apareixen en bacteris grampositius.
- Funció de les capes S: és en part, similar a la del glicocàlix: facilitar la adhesió a superfícies i protegir contra la fagocitosis en bacteris patògenes. En Arqueas que substitueixen a la paret cel·lular, la capa S a més té la funció (pròpia de la paret) de donar la forma a la bacteria.
- Les capes S també actuen com tamisos moleculars o trampes iòniques. No són essencials, però ajuden a la supervivència. FÍMBRIES I PILIS Les fímbries son apèndixs proteics com filaments més curts i més prims que els flagels. Són filaments rectes, apareixen com tubs buits constituïts per centenars o milers de monòmers de proteïnes denominades pilines, que s’acoblen en hileres helicoïdals per formar el tub o filament. Es trobes en gramnegatius (1000/cèl.). Pilis: són similars a fímbries, són filaments més llargs i gruixuts. Es troben en gramnegatius (1-10/cèl.). Funció de les fímbries: Adhesió, unió a superfícies o a altres cèl·lules (mitjançant adhesines); els pilis poden tenir altres funcions relacionades o no amb l’adhesió, com la localització de receptors durant la conjugació o la participació a l'adherència a teixits humans (alguns patògens). Principals mecanismes de mobilitat FLAGEL
El flagel és una estructura que participa en la mobilitat bacteriana encara que pot tenir altres funcions secundàries. pot constituir el 20% del pes sec de la cèl·lula. Les bactèries sense flagels s’anomenen atriques. les que tenen flagels, segons el nombre de flagels i la seva localització hi ha:
- Monotriques (només un flagel)
- Anfitriques (tenen 2 flagels, cada un a un extrem o regió polar)
- Lofotriques (amb un plomall de flagels polars)
- Peritriques (molts flagels localitzats al llarg de tota la superfície cel·lular) Components de l'aparell flagelar:
- Filament helicoidal
- Garfi
- Corpuscle basal. Els dos primers elements es localitzen a l’exterior cel·lular, el cos basal està encastat a les diferents embolcalls bacterianes. Filament helicoidal: És un tub buit, llarg i rígid d’estructura helicoïdal constituït per 11 hileres d’una única proteïna (denominada flagelina). Alguns tenen una cobertura al voltant. Garfi: És un cilindre buit, rígid i corbat (en forma de colze), que uneix el filament helicoïdal al cos basal. Corpuscle basal: Uneix el filament helicoïdal i el garfi a la cèl·lula, i conté el motor flagelar. En bacteris gramnegatius , està compost per: cilindre central i al voltant d’aquest hi ha una series d’anells, l’anell L (a la membrana externa), l’anell P (a la monocapa del peptidoglicà), l’anell SM i l’anell C (inclosos a la membrana plasmàtica). Entre aquests anells es troba l’aparell exportador que envolta el cilindre central. Al voltant d’aquests anells trobarem el complex Mot format per dos components:
- Mot A (forma canal a membrana plasmàtica)
- Mot B (forma canal al periplasma). Els bacteris grampositius només trobem els anells SM i C. MOVIMENT El moviment de rotació és el camí més eficient per convertir energia en moviment.
Aquestes reserves cel·lulars es mobilitzen quan hi ha una font d'energia i carboni en el medi. Poden arribar a representar fins a un 60% del pes sec del bacteri. La síntesi de glicogen té lloc en períodes de creixement lent o no creixement, a la fase estacionària. Aquesta síntesi és notable durant el procés de esporulació dels bacteris grampositius, i en bacteris fotosintètics és un procés dependent de llum. La glicogen sintetasa catalitza la síntesi de glicogen a partir d'ADP-glucosa, unint la glucosa al polímer en formació i alliberant ADP. El glucogen es degrada (glucogenólisis) mitjançant l'enzim glicogen fosforilasa que allibera la glucosa a la qual uneix un fòsfor inorgànic (Pi) originant glucosa 1-P, metabòlicament utilitzable. Es pot, de nou formar l'ADP-glucosa utilitzant ATP i mitjançant l'enzim ADP-glucosa pirofosfatasa. CIANOFICINA No són freqüents en microorganismes procariotes. Cianobacteris i bacteries quimiotrofes capaces d'emmagatzemar nitrogen en forma de cianoficina, sota determinades condicions ambientals. La cianfoicina és un polímer d'àcid aspàrtic i arginina. Està format per un polímer de residus d'àcid aspàrtic units per enllaços tipus alfa, a el qual s'uneix un residu d'arginina a cada grup carboxil beta. La cianoficina es sintetitza per una ruta independent de la síntesi proteica depenent d'ATP i catalitzada per la cianoficina sintetasa. Els grànuls de cianoficina no estan envoltats d'una membrana, són insolubles en aigua o solvents orgànics. La síntesi i formació d'aquests grànuls s'associa amb una limitació de nutrients inorgànics fonamentalment fosfat o sofre. Altres factors abiòtics també indueixen l'acumulació de cianoficina. La inhibició, transcripcional o transduccional, de la síntesi de proteïnes incrementen la síntesi de cianoficina. Representa una font alternativa de nitrogen quan la font externa és escassa. CARBOXISOMES Els carboxisomes o cossos polièdrics van ser els primers micro compartiments proteics que es van descobrir. Estan presents en totes les cianobacterias i bacteris quimiolitoautòtrofes conegudes. Tenen forma icosaèdrica.
Contenen 2 enzims:
- La RUBISCO (enzim clau en el cicle de Calvin, on realitza la doble funció de fixar el CO2 i O2.
- La anhidrasa carbònica. El CO2 s’acumula com CO3H-. La majoria del bicarbonat entra al carboxisoma per petits porus, on és convertit ràpidament en co2 per l'anhidrasa carbònica. Una elevada concentració de CO2 permet a la rubisco generar dues molècules d'àcid 3-fosfoglicèric. Són orgànuls on es realitza activament, la fixació de CO2 i en cianobacteris seu nombre s'incrementa notablement en condicions d'escassetat de carboni inorgànic. El component més important dels carboxisomas és l'embolcall o coberta proteica, constituïda per proteïnes les subunitats es disposen en hexàmers i pentàmers. Són poroses i organitzen la localització enzimàtica de l'interior, també retenen el co2 i O2 actuant com una barrera contra la difusió d'altres gasos. POLI-BETA- HIDROXIBUTIRATO Freqüentment són homopolímers, però també poden ser heteropolímers. Es distingeixen dos grans grups de PHA: de cadena curta i de cadena mitjana. Els PHA de cadena curta estan constituïts per monòmers amb 3 a 5 àtoms de carboni, i mostren característiques similars als materials termoplàstics com el polipropilè. Els PHA de cadena mitjana posseeixen monòmers de 6 a 14 àtoms de carboni i tenen propietats similars als materials elàstics, però es diferencien que són termoestables. Les inclusions de PHA són estructures refrigerants, formades per un 97,5% de PHA, 2% de proteïnes i la resta (0,5%) són fosfolípids. El més conegut és el PHB Hi ha una capa fosfolipídica al voltant de cada grànul de PHB en la qual es troben embeinadas a l'almenys 4 proteïnes associades al grànul. Estan involucrades en la formació i mobilització dels grànuls de PHB i d'altres PHA. Aquestes són:
- PHB sintasa (clau en la biosíntesi d'aquest, catalitza la polimerització).
- PHB despolimerasa (hidrolitza el PHB, quan es requereix el monòmer).
Són orgànuls proteics refrigerants molt estès entre els cianobacteris i en microorganismes presents en tots els hàbitats aquàtics (per exemple, el Nostoc). Proporcionen a aquests microorganismes la capacitat de surar i moure verticalment a la columna d'aigua. Presenten una paret permeable als gasos constituïda principalment per la proteïna hidrofòbica anomenada GvpA. Una altra proteïna important és la GvpC, que es localitza a la cara externa de la paret vesicular, reforçant. CLOROSOMAS Es troben en bacteris fotosintètics anaeròbies verds. Són orgànuls responsables de l'emmagatzematge dels pigments antena, que formen part de l'aparell fotosintètic. Estan constituïts per una monocapa glucolipídica. Són sistemes microbians captadors primaris de llum més grans coneguts, ja que poden contenir moltes molècules de bacterioclorofila c, d o e i petites quantitats de bacterioclorofila a i carotenoides. ENDOSPORAS Diverses bacteris grampositius presenten la capacitat de formar una estructura latent d'especial resistència anomenada endòspora. Són resistents a estressos ambientals com la calor, la radiació ultraviolada, la radiació gamma, desinfectants i la dessecació. Les endospores poden localitzar-se en el centre de la cèl·lula, properes a un extrem (subterminal) o totalment terminals. A vegades la endospora és tan gran que el mateix esporangi apareix inflat. L'espora acostuma a estar envoltada per una capa prima i delicada anomenada exosporio. A sota de l'exosporio es troba la coberta de l'espora formada per diverses capes proteiques poden arribar a ser molt gruixuda. És impermeable a moltes molècules tòxiques i és responsable de la resistència de l'espora als compostos químics. El còrtex, que pot arribar a ocupar fins a la meitat del volum de l'espora, se situa per sota de la coberta de l'espora. Està constituït per un peptidoglicà amb menys entrecreuaments que el de les cèl·lules vegetatives. La paret cel·lular de l'espora està dins del còrtex i envolta el protoplast o CORE de l'espora. El protoplast conté estructures cel·lulars normals com ribosomes i nucleoide, però és metabòlicament inactiu. A l’endospora es troben unes petites proteïnes especialitzades, àcid-solubles, d'unió a DNA. Aquestes proteïnes saturen el DNA de l'espora i el protegeixen de la calor, la radiació, la
dessecació i compostos químics. La deshidratació del protoplast sembla ser molt important en la resistència a la calor. El còrtex pot eliminar aigua de l'protoplasto per osmosi, protegint així tant de la calor com de la radiació (només conté 15% d'aigua). Les espores contenen alguns enzims de reparació de l'ADN. El DNA es repara un cop ha germinat l'espora i la cèl·lula recupera la seva activitat. Composició clau en el nucli:
- Ácido dipicolínico (DPA) + Calcio (Ca2+) à dipicolinato cálcico (fins 10% del pes sec) s’intercala a DNA
- Proteïnes ácido-solubles (SASPs) à s’unixenal DNA y lo protegen. Y la fuente de C y energía en germinación ESPOROGENESIS O ESPORULACIÓN Formación de la endosporas, se inicia normalmente cuando cesa el crecimiento debido a la ausencia de nutrientes. Tiene 7 fases. FASE 1: se forma un filamento axial de material nuclear. DNA más denso. FASE 2: plegamiento de la membrana celular hacia el interior para englobar parte del DNA y producir el septo de la preespora. División celular asimétrica. FASE 3: la membrana continua creciente y engloba la endospora inmadura en una segunda membrana. FASE 4: el córtex se deposita en el espacio entre las dos membranas y se acumula calcio y ácido dipicolínico. Deshidratación. Síntesis exosporio. FASE 5: se forman capas de proteína alrededor del córtex. Incorporación de calcio, más deshidratación, producción de proteínas ácido-solubles (SASPs) y ácido dipicolínico. FASE 6: se produce maduración de la endospora (resistencia a calor y químicos). FASE 7: enzimas líticas destruyen el esporangio liberando la espora.
TEMA 5. EL CICLE CEL·LULAR DELS PROCARIOTES
La majoria dels procariotes es reprodueixen mitjançant fissió binària: divisió asexual d’una cèl·lula en dues, relativament simple, la cèl·lula s’allarga, es replica el cromosoma i es separen les molècules de DNA formades. Finalment es forma Aquest tipus de cicle cel·lular provoca un augment de la mida i del nombre de cèl·lules d’una població. La fissió binària la podem dividir en dues passes: Replicació del DNA i partició, i la divisió cel·lular. Replicació cromosòmica La replicació del cromosoma circular comença a l’origen de replicació i finalitza al costat oposat de l’origen. En un moment del principi del cicle cel·lular, l’origen i la secuencia de terminació es desplacen al mig de la cèl·lula i un grup de proteïnes necessàries per a la síntesis de DNA s’agrupen a l’origen, formant el replisoma. La replicació del DNA té lloc en ambdues direccions des de l’origen. A mesura que els cromosomes fills es van sintetitzant, cada un dels dos origens es traslladen cap als extrems oposats de la cèl·lula. La cèl·lula s’allarga mentre continua la replicació. Els cromosomes es separen, i es produeix la septació (paret transversal entre les dues cèl·lules filles). Finalment té lloc la citocinesi, la separació de les cèl·lules. Aquest cicle cel·lular, en creixement lent tarda uns 40 minuts per a replicar i repartir el seu DNA, i uns 20 minuts per a la formació del septe i la citocinesi. Però, E. coli pot reproduir-se a un ritme molt més ràpid, completant el cicle en 20 minuts. Això és perquè durant el creixement ràpid, les cèl·lules d’E.coli comencen una segona (o tercera o quarta) ronda de replicació abans d’acabar la primera ronda de replicació. D’aquesta manera, les cèl·lules filles reben dues o més forquetes de replicació, el que coneixem com el model multiforqueta de replicació. Proteïnes del citoesquelet Durant la septació, un pas crític és l’acoblament de l’anell Z, que divideix la cèl·lula en dues meitats. La proteïna FtsZ, (homòloga a la tubulina), es troba en la majoria de bacteris i en molts arqueas, i forma l’anell Z. L’aparell de divisió cel·Lular (divisoma) està compost per nombroses proteïnes. El procés comença amb la polimerització de FtsZ per formar l’anell Z. Després, les proteïnes FtsA i ZipA uneixen l’anell Z a la membrana plasmàtica. Altres proteïnes, les quals podem conèixer la seva funció dins el divisoma és la FtsI (síntesi de peptidilglicà) i la FtsK (partició dels cromosomes). Les proteïnes Min (C, D i E) es troben entre pols, per evitar que es formi un
anell Z fora del centre cel·lular. La proteïna MreB forma la helix de filaments i determina la forma i el moviment dels cromosomes als pols. Càlcul creixement cel·lular exponencial: cultiu discontinu (tancat) En un cultiu discontinu o sistema tancat, no s’afegeix ni es treu res de les quantitats inicials. Per tant, les concentracions de nutrients disminueix progressivament, i les concentracions de residus augmenta. Temps de generació: Temps requerit per a dobla la mida d’una població. Varia segons l’espècie i les condicions ambientals (bacteria E.coli = 0,35 hores a 40 graus), el major temps de generació es de la bacteria Treponema pallidum, de 33 hores a 37 graus. Durant aquesta fase exponencial, o geomètric, degut a que la població es duplica en cada generació, l’augment de la població sempre serà 2^n, on n és el nombre de generacions. Podem expressar la població (nº cèl·lules en temps final) amb equacions pel temps de generació: Nt = N0 x 2^n La corba de creixement és exponencial, ja que la representació logarítmica genera una línia recta. La corba de creixement resultant d’un sistema tancat té 4 fases: Fase de latència o Lag: No hi ha divisió cel·lular ni existeix un increment net de la massa, però la cèl·lula sintetitza nous components (adaptació al medi). La duració d’aquesta fase varia depenent l’estat dels microorganismes i del medi. Serà més llarga si procedeix d’un cultiu vell i el posem en un medi químicament diferen, pel contrari, serà més curta o fins i tot inexistent si es transfereix un cultiu jove en fase exponencial a un medi de la mateixa composició. Fase exponencial (Log): La velocitat de creixement és constant i la població és homogènia en les seves propietats químiques i fisiològiques. Fase estacionaria: El nombre total de microorganismes viables es manté constant, degut a que les cèl·lules continuen sent metabolicament actives però no es divideixen, o bé perquè hi ha un equilibri entre divisions cel·lulars i morts (velocitat de creixement = 0). Les poblacions microbianes entren en fase estacionaria per diverses causes: limitació de nutrients, per acumulació de residu tòxic, o per l’arribada a una densitat de població crítica. Els procariotes han desenvolupat unes estratègies per sobreviure a aquestes condicions desfavorables. Les seves respostes són canvis morfològics (formació d’espores), reduir la seva mida (condensació del nucleoid), producció de proteínas del hambre (més resistents) o
TEMA 6. CREIXEMENT MICROBIÀ I INFLUÈNCIA DE FACTORS AMBIENTALS
Extremòfils: Organismes capaços de créixer en condicions ambientals que matarien altres organismes Activitat hídrica (aw): Quantitat d’aigua disponible. L’efecte osmòtic que observem és que contra més concentració de soluts hi ha, més baixa és l’activitat hídrica. Els microorganismes osmotolerants poden créixer en valors baixos de aw, augmentant la seva concentració en soluts. Els organismes halòfils presenten un creixement òptim en presencia de NaCl o sals amb una concentració major a 0,2M , mentre que els halòfils extrems s’han adaptat a les condicions salines hipertòniques, a concentracions superiors a 2M. Osmòfils: nivells elevats de sucre Xeròfils: ambients molt secs El pH Acidòfils: pH entre 0 i 5. Neutròfils: pH entre 5.5 i 7 (libro pone 5.5-8) Alcalòfils: pH entre 8.5 i 11.5 (libro pone 8-11.5) Les variacions dràstiques de pH citoplasmàtic pot danyar els microorganismes degut a les alteracions de la membrana plasmàtica. La majoria de procariotes moren si el seu pH intern és menor de 5. També pot haver variacions de pH extern, a les quals els microorganismes reaccionen mitjançant mecanismes que mantenen neutre el pH del citoplasma. Quan en pH es troba per sota de 5.5 ( Salmonella enterica y E.coli sintetitzen un conjunt de proteïnes que formen part de la resposta de tolerancia a l’àcid, que els protegeix. Si el pH cau per sota de 4.5 es sintetitzen proteïnes xaperones (de xoc àcid o xoc tèrmic) que impedeixen la desnaturalització àcida de le sproteïnes i afavoreixen el replegament de proteines desnaturalitzades. També poden canviar el pH del medi per la producció de residus àcids o bàsics. Temperatura Un dels factors que influeix en l’efecte de la temperatura sobre el creixement, és la sensibilitat a la temperatura de les reaccions catalitzade per enzims. Cada enzim té una temperatura a la que funciona de manera òptima. A certa temperatura per sota d’aquesta òptima, l’enzim deixa de ser catalític. A mesura que augmenta la velocitat de cada reacció, el metabolisme es fa més actiu i creix més ràpidament, mentre que les temperatures massa
altes danyen el microorganisme (desnaturalització d’enzims, desintegració de la membrana (que es solidifica a temperatures baixes). El creixement microbià té una dependència de la temperatura, amb diferents temperatures cardinals: mínima, òptima i màxima. Encara que la corba pot variar, depenent d’altres factors com pH i nutrients, la temperatura òptima està sempre més a prop de la màxima que de la mínima. Mentre que els valors òptims oscil·len entre 0 i 75 graus, el creixement microbià és possible entre -20 i 120 graus. Podem classificar els microorganismes en cinc grups segons el seu interval de temperatura per al creixement. Psicròfils: Poden créixer a 0 graus, creixement òptim igual o menor a 15 graus, màxima a 20 graus. En ambients àrtics i oceànics. Psicòtrofs: Poden créixer entre 0 i 7 graus, òptima entre 20 i 30 graus, màxima uns 35 graus. Trobem bacteries i fongs piscòtrofs Mesòfils: Temperatura mínima de 15 20 graus, òptima entre 20 i 45 graus, màxima de 45 graus. Trobem a la majoria de microorganismes, patògens humans. Termòfils: Temperatura mínima de 45 graus, òptima entre 55 i 65 graus, Formen part la majoria de procariotes, i alguns protists fotosintètics i fongs. Els termòfils poden viure en molts hàbitats i es diferencien dels mesòfils per tenir enzims i una estructura proteica estable reforçada amb ponts d’hidrogen. També tenen una gran quantitat de prolina, que fa que la cadena polipeptídica sigui menys flexible y també tenen xaperones que proporcionen estabilitat a les proteïnes i col·laboren en el replegament. Les bacteries termòfiles tenen també proteïnes histones-like que estabilitzen el DNA, i l’estabilització de la membrana es dóna gràcies als àcids grassos saturats (ramificats i de major pes molecular) i als lípids de la membrana amb enllaços èter (en Archea). Hipertermòfils: Poden créixer per sobre dels 70-80 graus, òptima als 90-100 graus i màxima de 113 graus. Els podem trobar en zones calentes del fons marí. Concentració d’oxigen Un organisme capaç de créixer en presència d’O2 atmosfèric és un aerobi, mentre que un que pot créixer sense presència d’oxigen és un anaerobi. Podem diferenciar 5 grups segons la dependencia que tenen de l’oxigen pel seu creixement. Aerobis obligats: necessiten l’oxigen Aerobis facultatius: Prefereixen l’oxigen Anaerobis aerotolerants: ignoren l’oxigen
