Factores Ambientales

NUTRIENTES.Vázquez Sánchez Jorge.

MetabolismoConjunto de reacciones catabólicas y

anabólicas

• Catabolismo:Conjunto de procesos que participan en la degradación de compuestos en productos más pequeños; las reacciones enzimáticas que toman parte de denominan reacciones catabólicas.

• Anabolismo:Reacciones mediante las cuales los m.o. construyen o sintetizan sustancias químicas complejas a partir de moléculas simples; las reacciones enzimáticas que toman parte se denominan reacciones biosintéticas y requieren energía. El ATP formado en las reacciones catabólicas es empleado en el anabolismo.

Catabolismo y anabolismo: papel de la obtención de energía en vincular estos

procesos

Nutrición A las sustancias en el medio ambiente utilizadas por los organismos para el catabolismo y el anabolismo, se les llama nutrientes.

Dicho de otro modo, para obtener energía y elaborar nuevos componentes celulares, los organismos tienen que disponer de materias primas o nutrientes. Nutrientes:Son sustancias que se emplean en la biosíntesis y producción de energía.Son necesarios para el crecimiento microbiano

Conceptos básicos (I)

• Los nutrientes se necesitan para– Fines energéticos (en quimiotrofos)

mantenimiento– Fines biosinteticos (anabolismo, reacciones

plásticas)

Quimiorganotrofos respiradores: fuente de C suministra los electrones y es origen del material

celular

Quimiolitotrofos: fuente de electrones inorgánica. El C celular viene del CO2

(autotrofía)

El agua

• El agua es: – el principal constituyente del protoplasto bacteriano; – el medio universal donde ocurren las reacciones biológicas; – un reactante en exceso (es decir, un producto resultante de

algunas reacciones bioquímicas). • Fuentes de agua:

– endógena (procedente de oxido-reducciones)– exógena (la mayoría) procedente del medio, y que difunde a

través de las membranas. 

El Carbono

El C es necesario para construir el esqueleto de todas las moléculas orgánicas• Autótrofos: pueden usar CO2 como única

fuente de C• Heterótrofos: emplean moléculas orgánicas

preformadas y reducidas como fuente de CLos microorganismos tienen gran flexibilidad con respecto a la fuente de C

El CO2

El CO2 es requerido por todo tipo de bacterias.Los autotrofos lo requieren como fuente de C, y lo reducen usando

como fuente de energía○ sustancias químicas : quimioautotrofos○ la luz: fotoautotrofos

Las arqueas metanogénicas lo pueden usar como aceptor final de electrones en la respiración, produciendo CH4. Además, algunas lo usan también como fuente de C

Los heterotrofos necesitan pequeñas cantidades de CO2 para sus carboxilaciones en rutas metabólicas

El CO2

El origen del CO2 puede ser:

Endógeno: procedente de descarboxilaciones que ocurren al degradar la fuente orgánica de carbono

Exógeno: el CO2 de la atmósfera o disuelto en las soluciones acuosas

Normalmente, las bacterias crecen a la concentración de CO2 atmosférico (0.03%), pero algunas bacterias (Neisseria, Brucella), cuando se aislan por primera vez, requieren atmósferas enriquecidas, con 5-10% de CO2. (capnofilia o microaerofilia)

Fijación del CO2

• La reducción o incorporación del CO2 requiere una gran cantidad de energía.

• Casi todos los autótrofos microbianos incorporan CO2 mediante el Ciclo de Calvin. Tiene lugar en los cloroplastos (eucariotas) o carboxisomas (procariotas).

• La formación de glucosa a partir de CO2 puede resumirse:6CO2 + 18 ATP +12NADPH + 12H+ + 12H2O glucosa + 18(ADP+Pi) + 12NADP+

• Los azúcares formados pueden usarse para sintetizar otras moléculas esenciales

Conceptos básicos (II)

Punto de vista de los fines de aprovisionamiento de energía:Litotrofía: solo requieren sustancias inorgánicas sencillas donantes de electrones : SH2,

S0, NH3, NO2-, Fe2+

Organotrofía: requieren compuestos orgánicos (hidratos de C, hidrocarburos, lípidos, proteínas, alcoholes, etc)

Punto de vista biosintético (fuente de C): autotrofía: fijación del CO2

heterotrofía: fuente orgánica de carbono

Otros conceptos:autotrofía estricta: no pueden crecer usando materia orgánicamixotrofía: metabolismo energético litotrofo, pero usan fuente orgánica de C para su

metabolismo biosintético

Diversidad metabólica de los microorganismos

El mundo microbiano es de una sorprendente diversidad metabólica. Algunos metabolismos solo han evolucionado en procariotas. Ejemplos:– En heterótrofos: desde metilotrofos (usan metano o metanol)

hasta los versátiles Pseudomonas, que usan más de 100 tipos de C orgánico, incluyendo hidrocarburos alifáticos y cíclicos

– Los quimiolitoautotrofos crecen en oscuridad en medios a base solamente de sales minerales

– La fijación de N2 solo ha evolucionado en procariotas

Requerimiento de nutrientes comunes

Todas las bacterias necesitan captar elementos químicos, que según las cantidades en que son requeridos se clasifican en:

En la naturaleza, estos elementos se encuentran combinados, formando parte de sustancias orgánicas o inorgánicas. Algunos serán incorporados para construir macromoléculas y estructuras celulares; otros solo sirven para la producción de energía; finalmente, otros pueden ejercer ambos papeles.

Macro nutrientes: C, H, O, N, P, S, K, Mg, Ca, Fe

Micronutrientes (trazas): Mn, Co, Cu, Zn, Mo, Ni, etc.

Requerimientos nutricionales

Macro nutrientes Tipo IFuentes C (Fuente de C y energía)

• Hidratos de Carbono (glucosa o dextrosa, sacarosa, lactosa)• Lípidos • hidrocarburos (alcanos: hexadecano, octadecano)• Alcoholes (glicerol y manitol)• Melaza • Harina de arroz• Almidón• Suero de quesos

Requerimientos nutricionales

Fuentes N El nitrógeno es utilizado para la biosíntesis de proteínas, ácidos

nucleicos y polímeros de la pared celular.Puede ser de naturaleza inorgánica u orgánica• NH4 (NH42SO4). Acidificación durante el crecimiento• Urea, NO3, N2• Aminoácidos dan mayores rendimientos • Peptonas. Son hidrolizados parciales de proteínas ( H o OH) Carne,

pescado, gelatina, caseína.• Extracto de levadura, en forma de pasta o polvo, y puede ser obtenida

mediante autolisis de la levadura• Extracto de malta, que es el extracto soluble en H2O de la malta de la

cebada

Requerimientos nutricionales

Macro nutrientes Tipo II

P y el S son suministrados en forma de P04H y S04 (o aminoácidos azufrados) • El P se incorpora en ácidos nucleicos, y polímeros

celulares. • El S es asimilado para la síntesis de aminoácidos

azufrados, y además se necesita para la biotina y otros componentes.

Requerimientos nutricionales

Macro nutrientes Tipo II

K y el Mg son suministrados en forma de P04 y S04 (o aminoácidos azufrados)

• El K es un componente intracelular importante, principal catión

inorgánico. • El Mg asociado a la función ribosómica, cofactor de enzimas y

componente de pared celular.

Requerimientos nutricionales

Micronutrientes (Tipo III)Esenciales para el crecimiento

Fe, Mn, y ZnEsenciales en condiciones particulares

Co, Cu, Mo, CaRaramente esenciales B, Na, Al, Si, Cl, V, Cr, Ni, As, Se• generalmente están presente en suficiente cantidad como

impureza de los componentes principales. • Se agregan como sales solubles de Cl-, SO4=, NO3, MoO4

Requerimientos nutricionales

Factores de crecimiento (Micronutrientes Tipo IV)Se agregan en el orden de 10-6 a 10-12 M

Coenzimas: colina Acido oleico ( lactobacilos) Ácidos grasos BiotinaVitaminas B1,2,3,5,6

LOS MICROORGANISMOS NO CRECEN SIN ELLOS

AminoácidosPrecursores de ácidos nucleicos u otros intermediarios

INCREMENTAN LA VELOCIDAD DE CRECIMIENTO DISMINUYEN LA FASE LAG

Captación celular de nutrientes

• Los microorganismos utilizan varios sistemas de transporte diferentes.

• Los más importantes son:– Difusión simple– Difusión facilitada– Transporte activo– Traslocación de grupo

Difusión simple

• Depende de la diferencia de gradiente de concentración entre el exterior y el interior de la célula, y de la permeabilidad de la membrana

• La concentración externa del nutriente debe ser alta

• Solo moléculas pequeñas pueden atravesar la membrana: H2O, O2, CO2, glicerol.

Difusión facilitada

• Intervienen proteínas transportadoras, integradas a la membrana: permeasas

• Las permeasas tienen afinidad específica por la sustancia que transportan.

• El movimiento depende del gradiente de concentración sin gasto de energía

• El proceso es reversible

Transporte activo

• Permite el transporte de moléculas en contra de un gradiente de concentración, con gasto de energía

• El complejo proteico de membrana tiene varias subunidades: poro

• La fuente de energía puede ser: ATP, compuestos de fosfato de alta energía, fuerza protón motriz.

Traslocación de grupo

• Una molécula es transportada al interior celular después de alterarse químicamente

Ej. Sistema Fosfoenolpiruvato-Fosfotransferasa de azúcares

PEP + azúcar (exterior) / piruvato + azúcar-P (interior)

Captación de Fe

• La captación de Fe es difícil debido a la insolubilidad del ion Fe3+

• Los sideróforos son moléculas de bajo PM capaces de formar complejos de Fe3+ y aportarlos a la célula

• Los mo secretan sideróforos cuando hay poco Fe disponible. E complejo Fe-siderof se une a la prot receptora del sideróforo. Dentro de la célula el Fe se reduce a Fe2+

Oxigeno y Crecimiento Microbiano

• Aerobios: requieren oxigeno para vivir.• Anaerobio Obligados: el oxigeno les resulta toxico.• Facultativos: viven en presencia o ausencia de

oxigeno• Anaerobios Aerotolerantes: toleran el oxigeno y

crecen en su presencia aun cuando no pueden usarlo.

• Microaerofilicos: aerobios que necesitan cantidades mínimas de oxigeno

Formas toxicas de Oxigeno.

Formas toxicas de Oxigeno y enzimas que la destruyen