Definición de metabolismo:

Vet. Sergio Damián Abate, Dr. Mag.–Prof. Adjunto Microbiología-Sede Atlántica - UNRN

Metabolismo microbiano Conjunto de reacciones bioquímicas y procesos fisicoquímicos estrechamente interrelacionados, que ocurren en una célula, y son la base para que ésta pueda realizar todas sus actividades: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos, etc.

Metabolismo microbiano

Biorremediación

Inoculantes para agricultura

Agroalimentos fermentados

Bioenergía

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Tiene aplicación el estudio de esta temática?

1) Introducción:

Catabolismo Vs Anabolismo: Oxidación Vs Reducción Principios de termodinámica Enzimas

2) Composición química de los microorganismos

3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos: Según fuente de energía, fuente de carbono, tipo de metabolismo energético intermedio, etc.

Según condiciones de crecimiento: características culturales

4) Medios de cultivo microbianos:

Condiciones que deben reunir Clasificaciones según diferentes criterios

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Metabolismo microbiano

1) Introducción: Catabolismo Vs Anabolismo: Catabolismo y anabolismo ocurren sincrónicamente, respetando las leyes de la termodinámica

Anabolismo:

Catabolismo:

Reacciones endotérmicas, consumen energía, el sustrato tiene menor energía interna que el producto resultante de la reacción. Desde la perspectiva termodinámica se trata de reacciones endotérmicas

Reacciones exotérmicas, liberan energía, el sustrato tiene mayor energía interna que el producto resultante de la reacción. Desde la perspectiva termodinámica se trata de reacciones exotérmicas

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Metabolismo microbiano

1) Introducción: Enzimas: Cual es su función?

Facilitar la realización de una reacción metabólica

Disminuyen la energía de activación necesaria para que ocurra una reacción bioquímica Disminuyen el tiempo necesario para que una reacción bioquímica se produzca

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Metabolismo microbiano

1) Introducción:

Enzimas: Nomenclatura según su actividad Oxidoreductasas: catalizan reacciones de oxidorreducción (redox). Utilizan coenzimas y cofactores (NAD, NADP) que transporten los electrones (hidrogeniones) desde el dador hasta el aceptor final de electrones. Estas coenzimas quedan modificadas en su grado de oxidación al participar de una reacción, y no se sintetizan de nuevo sino que se reciclan participando en reacciones inversas, alternando oxidación con reducción. Ejemplos: deshidrogenasa, peroxidasa.

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Metabolismo microbiano

Transferasas: transfieren grupos activos, obtenidos de la ruptura de ciertas moléculas, a otras sustancias receptoras. Suelen actuar en procesos de interconversión de monosacáridos, aminoácidos, etc. Ejemplos: transaminasas Hisrolasas: catalizan reacciones de hidrólisis: ruptura de enlaces con liberación de elementos y sustitución por moléculas provenientes del agua, como ocurre por ejemplo en la obtención de monómeros a partir de polímeros. Actúan típicamente en el catabolismo. Ejemplos: glucosidasas, lipasas, estearasas. Liasas: catalizan reacciones en las que se eliminan grupos H2O, CO2 y NH3 para formar un doble enlace o añadirse a un doble enlace. Ejemplos: decarboxilasas Isomerasas: actúan sobre determinadas moléculas obteniendo o cambiando de ellas su estado en relación a su isómero, catalizando cambios de posición de un grupo en determinada molécula obteniendo formas isoméricas. Suelen actuar en procesos de interconversión. Ejemplo: isomerasas Ligasas: catalizan la unión de elementos que generan un producto de mayor energía interna (anabolismo), como por ejemplo la síntesis de los enlaces denominados "fuertes" mediante el acoplamiento a moléculas de alto valor energético (fosfatos) al ADP formando ATP Ejemplos: sintetasas

1) Introducción: Oxidación Vs Reducción:

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Metabolismo microbiano

Oxidación:

Reacción mediante la cual un sustrato cede electrones (hidrogeniones), pasando de un estado de mayor energía interna a otro de menor energía interna

Reducción:

Reacción mediante la cual un sustrato recibe electrones (hidrogeniones) pasando de un estado de menor energía interna a uno de mayor energía interna

1) Introducción: Oxidación Vs Reducción:

Intermediarios co-enzimáticos: NAD, FAD

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Metabolismo microbiano

1) Introducción: Oxidación Vs Reducción:

Que hacen los intermediarios co-enzimáticos: NAD, FAD?

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Metabolismo microbiano

2) Composición química de los microorganismos De que están hechas las células, procariotas y eucariotas? Químicamente, y a grandes rasgos, procariotas y eucariotas somos CHONPS

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Metabolismo microbiano

2) Composición química de los microorganismos

Mayoritarios

Carbono: 50 % del peso seco celular. Función en metabolismo energético y elementos estructurales Hidrógeno Constituyen biomoléculas, estabilizando átomos (C y N) Oxígeno: de manera individual o como OH ó H20

Nitrógeno: 12 % del peso seco celular. Función en constitución de proteínas estructurales y enzimáticas AN Fosforo: Función en formación de ADN, en fosfolípidos de membrana citoplasmática, y en moléculas que almacenan energía en enlaces fosfóricos

ATP

Azufre: En aminoácidos y vitaminas, aporta posibilidad de uniones internas dando estructura tridimensional y funcionabilidad

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Metabolismo microbiano

Metabolismo microbiano 2) Composición química de los microorganismos

NO CONFUNDIR !!!!!!!!!!!!!

2) Composición química de los microorganismos

Minoritarios

Magnesio (Mg): Función como estabilizador de proteínas enzimáticas, ribosomas, membranas Calcio (Ca): Función en estabilización de pared celular y espora bacteriana en aquellos que la sintetizan

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Metabolismo microbiano

Potasio (K): Principal catión inorgánico, participa en el potencial de membrana y por ello en la transmisión e interpretación de algunos mensajes, es un cofactor enzimático

Socio (Na): Participa en el potencial de membrana y transmisión de mensajes

Hierro (Fe): Funciona en el sistema de citocromo oxidasa (conjunto de enzimas responsables del transporte de electrones durante el proceso de oxidación por respiración celular) Cloro (Cl): Principal anión inorgánico que participa en la polarización de la membrana citoplasmática, el potencial de acción y la transmisión de mensajes por despolarización

cobalto, cobre, zinc, manganeso, molibdeno, selenio…. Participan como co-factores enzimáticos, y se encuentran en muy bajas concentraciones

2) Composición química de los microorganismos Vet. Sergio Damián Abate, Dr. Mag.–Prof. Adjunto Microbiología-Sede Atlántica - UNRN

Metabolismo microbiano

3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos:

Según fuente de obtención de energía

Según la fuente de elementos básicos para estructura de biomoléculas

C inorgánico

Vs C orgánico

Según temperatura de crecimiento

Según atmósfera de crecimiento

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Metabolismo microbiano

3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos: Según su fuente de energía

Quimiótrofos: Obtienen energía a partir de la ruptura de enlaces químicos

Fototrofos:

Actinomycetes Importancia: Compostaje

Rhodopseudomonas (Bradyrhuzobiaceace): bacteria purpura Importancia: Biodeegradacion, formacion de H

Obtienen energía al excitarse por energía lumínica Arthrospira Cianobacterias Importancia: Liberacion de O2 Produccion de Spirulina

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Metabolismo microbiano

3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos: Según su fuente de carbono Bacterias lácticas Heterótrofos: Obtienen carbono a partir del catabolismo de moléculas orgánicas, son incapaces de usar formas inorgánicas de C

Litotrofos: Son capaces de usar el carbono inorgánico (ej: CO2), e incluirlo en propias biomoléculas durante procesos de biosíntesis

Metanobacterias (Archea)

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Metabolismo microbiano

3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos: Según el aceptor final de electrones en procesos catabólicos

Metabolismo respiratorio: Obtienen energía eficientemente mediante el catabolismo de biomoléculas, debido a que pueden llegar a oxidar completamente las mismas mediante procesos de respiración (aerobios o anaerobios)

Metabolismo fermentativo: Mediante el catabolismo de biomoléculas obtienen energía deficientemente (queda mucha energía residual en el producto metabólico), debido a que oxidan de manera incompleta dichos sustratos. Solo fermentan, son incapaces de respiración

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Metabolismo microbiano

3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos: Al integrar los criterios metabólicos anteriores, obtenemos la siguiente clasificación Según la fuente de energía usada

Quimiotrofos

Según la fuente de carbono usada

Quimioheterotrofos

Según aceptor final de electrones durante oxidación

Aerobia

O2

Quimioautotrofos

Fermentación

Respiración

Anaerobia

NO3 – SO4 2 – Fe(III)

Fototrofos

Diferentes fermentaciones Etanol Ac. láctico Ac. acético Ac.propiónico Ac.butírico

Bacterias que oxidan elementos inorgánicos

S Fe CO

Fotoheterotrofos NO Reducen CO2 usando H2O

Bacterias púrpuras del S

Bacterias purpuras no del S

Fotoautotrofos

Reducen CO2 usando H2O

Fotosintesis oxigénica

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Metabolismo microbiano

Fotosintesis anoxigénica

Metabolismo microbiano 3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos: Interacción de los diferentes tipos de microorganismos según su metabolismo

3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos: Según características culturales: necesidades o limitaciones gaseosas

Aerobios estrictos Anaerobios facultativos Anaerobios estrictos Anaerobios aerotolerantes Capnófilos Microaerófilos

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Metabolismo microbiano

3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos: Según características culturales: Temperatura de cultivo

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Metabolismo microbiano

Metabolismo microbiano

CAATABOLISMO

Nutrientes con energía interna

Productos finales: baja energía interna

Productos intermedios: baja energía interna

Liberación de energía interna

H2O NH3 CO2 ATP + HPO4 2NAD+ NADP+ FAD

Transportadores de e y enlaces de energía

aminoácidos

bases nitrogenadas

Proteínas (estructurales, enzimas) Polisacáridos (pared celular) Ácidos nucleicos (ADN, ARNr, ARNm, ARNt)

INSUMOS PARA BIOSINTESIS

ácidos grasos carbohidratos

BIOMOLECULAS CELULARES

Lípidos (membrana celular)

ATP NADH NADPH FADH2

ANABOLISMO

?

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3) Clasificación de microorganismos según tipos metabólicos:

Microorganismos autotrofos Vet. Sergio Damián Abate, Dr. Mag.–Prof. Adjunto Microbiología-Sede Atlántica - UNRN

Metabolismo microbiano

Metabolismo energético: Oxidación incompleta de la glucosa por glucólisis Etapa I: reacciones preparatorias generan 2 G3P a partir de 1 glucosa No hay ni oxidación ni reducción Etapa II: se forman 2 piruvatos y se sintetiza ATP por proceso redox

Etapa III: generación de producto final y ATP por proceso redox

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Metabolismo microbiano

Metabolismo energético: Oxidación completa de la glucosa por glucólisis

Genera como subproducto radicales libres oxidantes altamente reactivos

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Metabolismo microbiano

Metabolismo energético: Oxidación completa de varios sustratos

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Metabolismo microbiano

4) Medios de cultivo microbianos: Deberíamos ser capaces de responder las siguientes preguntas ¿Qué es un medio de cultivo? ¿Qué se entiende por «nutriente microbiano»? Como podrían clasificarse los nutrientes? ¿Qué condiciones debe reunir un medio de cultivo ideal? ¿Qué se debe considerar antes de elegir un medio de cultivo para inocular una muestra de nuestro interés?

¿En qué condiciones debe presentarse un medio de cultivo cualquiera, para ser usado en microbiología? ¿Qué condiciones ajenas al medio de cultivo, pueden condicionar el éxito de un medio para obtener el desarrollo del microorganismo deseado?

¿Cómo se clasifican los medios de cultivo?

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Metabolismo microbiano

4) Medios de cultivo microbianos: Medio de cultivo: Definición Nutrientes de Medios de cultivo: Definición Macronutrientes: Agua Fuentes de carbohidratos Fuentes de aminoácidos y proteínas Minerales y vitaminas Micronutrientes: Elementos traza: minerales Reguladores: Estabilizadores osmóticos

Estabilizadores pH

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Metabolismo microbiano

4) Medios de cultivo microbianos: Como debería ser un medio de cultivo ideal?

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Metabolismo microbiano

Debería garantizar el crecimiento de la totalidad de microorganismos pertenecientes al taxón microbiano que se encuentra en estudio, sin discriminar en función de cepas (algunas cepas si, otras no)

Debería garantizar el crecimiento independientemente del estado metabólico en que se encuentre el microorganismo de interés: evitar falsos negativos por falta de desarrollo de microorganismos que se encuentran en estado viable pero no cultivable Debería inhibir a los microorganismos no deseados sin perjudicar a cualquier cepa perteneciente al taxón microbiano de interés para nuestro estudio o análisis De fácil disponibilidad en cualquier lugar del mundo (accesible para fabricarse en cualquier país), para garantizar la reproducibilidad de cualquier ensayo o análisis (criterio básico del método científico)

Inocuo para el operario y para el ambiente Económico

4) Medios de cultivo microbianos: Que se debe considerar antes de elegir un medio de cultivo, para hacer crecer un microorganismo de nuestro interés?

¿Cuál es nuestra necesidad? ¿Necesitamos saber si «un microorganismo específico» está presente o ausente en una muestra, o necesitamos saber «cual/es» microorganismos están presentes en la muestra? ¿La muestra es naturalmente muy contaminada con microorganismos acompañantes del microorganismo que deseamos estudiar, o es una muestra con escasa contaminación? ¿Los microorganismos podrían encontrarse sometidos a un estrés fisicoquímico, producto de la manipulación o composición de la muestra, pudiendo alcanzar el estado de viable-no cultivable? ¿Necesitamos aislar el microorganismo, o solo determinar su presencia o ausencia?

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Metabolismo microbiano

4) Medios de cultivo microbianos:

¿En qué condiciones debe presentarse un medio de cultivo cualquiera, para ser usado en microbiología?

Estéril Con su potencial nutritivo inalterado por el proceso de esterilización Libre de inhibidores microbianos (restos de detergente de limpieza de material de vidrio, sustancias químicas ambientales, desinfectantes, etc.)

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Metabolismo microbiano

4) Medios de cultivo microbianos:

Condiciones ambientales que pueden limitar el desarrollo de un cultivo, aunque se cuente con el medio de cultivo adecuado

pH Osmolaridad Temperatura Gases-atmósfera de crecimiento

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Metabolismo microbiano

4) Medios de cultivo microbianos:

Clasificación Según su estado físico (presencia y concentración de agar) Líquidos (caldos)

Semisólidos

Sólidos

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Metabolismo microbiano

4) Medios de cultivo microbianos:

Clasificación Según su uso Simples Enriquecidos

De enriquecimiento selectivo Selectivos Diferenciales Selectivo-diferenciales

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Metabolismo microbiano

4) Medios de cultivo microbianos:

Clasificación Según su origen: Naturales o artificiales Animales, vegetales, mixtos

Según el conocimiento sobre la composición: Naturales Químicamente definidos

Según su condición Medios inertes Medios vivos

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Clasificación de Medios de cultivo microbianos

Según su uso: Vet. Sergio Damián Abate, Dr. Mag.–Prof. Adjunto Microbiología-Sede Atlántica - UNRN

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