T4 - NUTRICIÓN Y METABOLISMO Flashcards
METABOLISMO
Es conjunto de todas las transformaciones bioquímicas de una célula (conjunto de reacciones que permiten la vida/actividad celular/crecimiento).
- ANABOLISMO: Síntesis de macromoléculas a partir de compuestos más simples. Necesita
consumo de energía en forma de ATP. - CATABOLISMO: Procesos de obtención de energía (consumida en el anabolismo, movimiento del flagelo, y transporte activo de nutrientes)
NUTRICIÓN
Suministra a les células los compuestos químicos que necesita para realizar les reacciones metabólicas (anabolismo y catabolismo). Estos compuestos son los nutrientes. Cada microorganismo necesita unos requerimientos nutricionales que dependen de:
- Composición química celular (estructures propias del microorganismo).
- Capacidad biosintética del microorganismo (a mayor capacidad, menor exigencia nutricional): la bacteria requiere como nutrientes todos aquellos compuestos necesarios (esenciales) para crecer y que no puede sintetizar.
CLASIFICACIÓN DE LOS NUTRIENTES
MACRONUTRIENTES: elementos que se necesitan en gran cantidad (C, O, N, H, P, S, K, Mg, Ca, Na, Fe). Son aportados por moléculas que los contienen (nutrientes).
MICRONUTRIENTES: Son elementos que se necesiten en menor cantidad, aunque que son muy importantes para las células (Cr, Co, Cu, Mn, Ni, etc.). Normalmente no hay que añadirlos a los medios de cultivo (es suficiente su presencia como contaminantes).
FACTORES DE CRECIMIENTO o vitaminas.
MACRONUTRIENTES
- H2O: Esencial para el crecimiento y la viabilidad celular. Todas las reacciones metabólicas ocurren en medio acuoso y los nutrientes normalmente están solubles en H2O. Las reacciones de hidrólisis incorporan el oxígeno y el hidrogeno del agua a las moléculas hidrolizadas.
- FUENTE DE C: puede ser inorgánico (CO2) u orgánico (azúcares, lípidos, aminoácidos, etc.). Este elemento constituye la estructura básica de la materia viva. Es el macronutriente principal (base de todos los compuestos orgánicos: lípidos, proteínas, azúcares, etc.)
- FUENTE DE N: El N es muy abundante en la célula. Forma parte de las proteínas, ácidos nucléicos, etc. Muchos microorganismos utilizan fuente inorgánica de N (NH4+, NO3-, NO2-), las bacterias fijadoras de nitrógeno utilizan el N2 de la atmosfera. Los aa (y proteínas) son una fuente orgánica de N (y de C).
- FUENTE DE P: Forma parte del fosfato (PO4-3) de los ácidos nucleicos y fosfolípidos. La fuente más habitual es inorgánica (fosfato).
- FUENTE DE S: Forma parte de los aa cisteína y metionina. También están presentes en ciertas vitaminas como la tiamina o en el coenzima A. La fuente de S más habitual es inorgánica, como los sulfatos (SO4-2), y menos frecuentemente SO3- y SH2 o Sulfuro (S2-). Como fuente orgánica de S están los aa metionina y cisteína.
- ELEMENTOS MINERALES: (Ca, Mg, Na, K, Fe, etc.) se utilizan como cationes, normalmente en forma de sal (Cl-, NO3-, SO42-).
MICRONUTRIENTES (elementos traza)
Son metales (cationes) y la mayoría tienen una función catalítica: actúan como cofactores de reacciones enzimáticas. Como la cantidad requerida es tan pequeña, su presencia como contaminantes (en el agua o en los componentes del medio de cultivo, incluso en el agua destilada) es suficiente y no es necesario añadirlos al medio de cultivo).
FACTORES DE CRECIMIENTO
Son compuestos orgánicos que se necesitan en poca cantidad y que el organismo no puede sintetizar. Los más frecuentes son las vitaminas (coenzimas de reacciones esenciales para la célula). Normalmente se añaden al medio de cultivo.
Los principales son: tiamina (B1), biotina, piridoxina (B6), B12, ascorbato, etc.
En algunos casos (microorganismos auxótrofos) se requieren como nutrientes (factores de crecimiento) otras moléculas
(aminoácidos, bases nitrogenadas) que no pueden sintetizar. Dependen de la especie, pues si una bacteria es capaz de sintetizar determinado compuesto, no es vitamina.
- MICROORGANISMO PROTÓTROFO: solo necesita una única fuente de C (sintetiza todo lo que necesita a partir de esta fuente, pues tienen una elevada capacidad de biosíntesis).
- MICROORGANISMO AUXÓTROFO: necesita como nutriente algún compuesto que no puede sintetizar a partir de la fuente principal de C (requiere una fuente principal de C y la presencia de los compuestos esenciales que no puede sintetizar: aa, bases nitrogenadas, etc.).
CLASIFICACIÓN NUTRICIONAL DE LOS MICROORGANISMOS
Según la fuente de energía (catabolismo):
- FOTÓTROFOS (luz)
- QUIMIÓTROFOS (reacciones químicas de oxidación)
⭢ Quimiolitótrofos (oxidan sustancias inorgánicas) LITÓTROFOS
⭢ Quimioorganótrofos (oxidan sustancias orgánicas) ORGANÓTROFOS
Según la fuente de carbono (anabolismo):
- AUTÓTROFOS (carbono inorgánico: CO2)
- HETERÓTROFOS (carbono orgánico: azúcares, lípidos, aa, etc.
Si combinamos la fuente de C y de energía (4 grupos nutricionales):
- FOTOAUTÓTROFOS
- FOTEHETERÓTROFOS
- QUIMIOAUTÓTROFOS (normalmente litoautótrofos: crecen en medios minerales, sin materia orgánica)
- QUIMIOHETERÓTROFOS (normalmente organoheterótrofos: las mismas moléculas orgánicas sirven de fuente de C y de fuente de energía)
MEDIOS DE CULTIVO
Es el material nutritivo preparado en el laboratorio para el crecimiento de los microorganismos (cultivos puros, etc.). Algunos microorganismos pueden crecer en medio de cultivo muy simples, otros requieren medios especiales o complejos y otros no pueden crecer en casi ningún medio. El medio de cultivo debe tener los nutrientes adecuados (y en la cantidad correcta) para el microrganismo específico que se quiere cultivar.
El cultivo debe tener otras características físico químicas adecuadas para el crecimiento del microorganismo a cultivar: la humedad suficiente, un pH apropiado y una adecuada concentración de oxígeno y incubarse a la temperatura adecuada. El medio a sembrar debe ser estéril para que solo crezca el microorganismo de interés.
- El cultivo de microorganismos muy EXIGENTES requiere medios con muchos factores de crecimiento.
- El cultivo de microorganismos POCO exigentes nutricionalmente, requieren medios de cultivo mucho más simples.
MEDIOS DE CULTIVO SEGÚN EL ESTADO FÍSICO
LÍQUIDOS: También llamados «Caldos». No contienen agentes solidificantes (agar). Se preparan en tubos y matraces.
SEMISÓLIDOS: Contienen una pequeña proporción de agente solidificante (0,5%). Su aspecto es parecido al de una gelatina. Suelen emplearse para estudios de movilidad y se disponen generalmente en tubos
SÓLIDOS: Contienen una alta proporción de agente solidificante (agar 1-2%). Se suelen
distribuir en tubos y placas Petri.
Muchos medios de cultivo se comercializan en forma de polvo con todos los ingredientes. Una vez pesada la proporción adecuada, se añade agua, se disuelve, y se esteriliza, distribuyéndose en tubos, matraces o placas de Petri.
AGAR
El agar es la forma purificada del agar-agar, un polisacárido obtenido de algas y tiene algunas propiedades importantes para su uso en microbiología.
- Pocos microorganismos pueden degradar el agar.
- Es insoluble a Tª ambiente, pero en caliente se solubiliza, y solidifica al enfriarse (< 43ºC).
- Puede mantenerse líquido (fundido) en baños de agua a 45-50ºC.
- Una vez se solidifica puede incubarse a temperaturas próximas a 100ºC antes de volver a licuarse, esto es importante para cultivar bacterias termófilas.
MEDIOS DE CULTIVO SEGÚN LA COMPOSICIÓN
MEDIO DEFINIDO O SINTÉTICO: Se conoce la composición exacta cualitativa y cuantitativa (todos los ingredientes y la cantidad de cada uno). Hace falta saber los requerimientos nutricionales del microorganismo a cultivar, por eso en la práctica son poco útiles, ya que normalmente no los sabemos. En teoría se pueden preparar medios sintéticos para microorganismos muy exigentes, añadiendo todos los factores de crecimiento requeridos.
MEDIO COMPLEJO (RICO): No se conoce exactamente la composición cuantitativa, y contienen una gran variedad de factores de crecimiento (aa, bases nitrogenadas, vitaminas, etc.), por tanto, son útiles para cultivar la mayoría de microorganismos, sin saber previamente sus requerimientos. Contienen al menos un ingrediente responsable de estas características, y su composición puede variar entre lotes:
- Extracto de levadura
- Hidrolizado de proteínas
- Extracto de carne
MEDIO ENRIQUECIDO: Algunos microrganismos son muy exigentes, y no crecen en medios complejos ya que requieren factores adicionales, y hace falta adicionarlos. Normalmente se adiciona sangre de animal (Bovina normalmente) (3-5%) para enriquecer el medio complejo.
En muchos medios complejos los nutrientes principales son las proteínas. Estas proteínas han de ser parcialmente digeridas mediante enzimas para que puedan ser utilizadas por las bacterias. Los extractos de carne aportan vitaminas y otros factores de crecimiento, también nitrógeno orgánico y compuestos de carbono.
MEDIOS DE CULTIVO SEGÚN LA FINALIDAD
No son conceptos excluyentes.
SELECTIVOS: Son aquellos que contienen algún componente en su composición que inhibe el crecimiento de un grupo determinado de microorganismos y permite el crecimiento de otros. Selecciona el grupo de microorganismos que pueden crecer
- (Ej: EMB, medio selectivo para bacterias Gram-negativas, los colorantes eosina y azul de metileno solo inhiben a las bacterias Gram-positivas; la membrana externa confiere resistencia en las Gram-negativas).
DIFERENCIALES: Aquellos que contienen algún componente en su composición que permite observar alguna característica que diferencia a los microorganismos que crecen.
- Ej: Agar sangre (hemólisis); CLED, EMB: (fermentación de la lactosa; contienen indicadores de pH para detectar la acidificación).
DE ENRIQUECIMIENTO: Se utilizan cuando la bacteria a aislar se encuentra en poca proporción en poblaciones mixtas y es difícil de aislar directamente por los métodos habituales. Suelen utilizarse en forma de caldos y proporcionan al microorganismo de interés los nutrientes y condiciones adecuadas para su crecimiento, a la vez que impiden o desfavorecen el crecimiento del resto de microorganismos (muchos suelen ser selectivos), de forma que después del cultivo (uno o varios) el microorganismo minoritario pasa a ser mayoritario. Para su diseño, es requisito indispensable saber las características fisiológicas del microorganismo de interés.
FACTORES FISICO-QUÍMICOS
- HUMEDAD: el agua es esencial para el metabolismo microbiano. Es en componente mayoritario de los medios de cultivo. Todos los microorganismos son sensibles la desecación.
La presencia de concentraciones elevadas de sal o azúcar disminuye el agua disponible y puede inhibir el crecimiento de muchos microorganismos. - TEMPERATURA: cada microorganismo solo puede crecer en un intervalo de temperaturas, y tiene una temperatura óptima de crecimiento.
- pH: cada microorganismo solo puede crecer en un intervalo de pHs, y tiene un pH óptimo de crecimiento.
- LUZ: fuente de energía para los microorganismos fotótrofos. Iluminación continua con lámparas que emiten a una λ determinada (visible) y a una intensidad adecuada para cada microorganismo.
- CO2: fuente de carbono para los autótrofos (1-5%, superior al 0,04% de la atmósfera: hay
aportarlo a la atmósfera del cultivo). - O2: algunos microorganismos lo requieren para poder crecer, otros no, y para otros es tóxico.
EFECTOS DEL O2 SOBRE EL CRECIMIENTO MICROBIANO
AEROBIOS ESTRICTOS: Requieren atmósfera de oxígeno (20%); algunos crecen mejor con oxígeno en menor proporción (microaerófilos).
ANAEROBIOS ESTRICTOS: Requieren la usencia de O2para poder crecer (el O2es tóxico para ellos).
ANAEROBIOS FACULTATIVOS
- Pueden adaptar su metabolismo a la presencia/ausencia de O2 (respiración/fermentación)
- Fermentadores estrictos (no tienen cadena respiratoria, CTE) (aerotolerantes).
CULTIVO DE ANAEROBIOS ESTRICTOS
Debe hacerse en condiciones de ausencia de O2. Se emplean de varios métodos simultáneamente:
- Adición al medio de cultivo de sustancias reductoras o antioxidantes (ascorbato, tioglicolato, cisteína, …): crean un ambiente reductor (protegen de la oxidación durante algún tiempo, hasta que se consumen por oxidación).
- Sellado de los tubos con vaselina o aceite mineral estéril (evita el contacto con la atmósfera).
- Calentamiento previo de los medios para eliminar el oxígeno.
- Empleo de cámaras de anaerobiosis: recipientes de cierre hermético, en los que se colocan los medios de cultivo y posteriormente se elimina el oxígeno mediante una reacción química que lo sustituye por otro gas (CO2, H2, N2).
