Fisiología Bacteriana 6:41 Prof: José Amaro Suazo Introducción • La fisiología bacteriana comprende el estudio de las funciones realizadas por estos microorganismos. • Las bacterias son muy eficientes fisiológicamente, sintetizan en forma muy rápida sus componentes celulares, siendo la mayoría autosuficientes a pesar de su simpleza estructural. • En la bacteria se desencadenan una serie de procesos químicos que en conjunto constituyen el Metabolismo Bacteriano 6:41 Metabolismo bacteriano Es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en la célula. Funciones: • Obtener energía química del entorno • Convertir los nutrientes exógenos • Formar y degradar moléculas 6:41 Metabolismo bacteriano METABOLISMO Anabolismo (comp. cel.) Catabolismo (energía) • En las bacterias se encuentran las 3 vías centrales del metabolismo intermediario de los Hidratos de Carbono: 1.- Vía glicolítica de Embden Meyerhof Parnas 2.- Vía de pentosafosfato o de Shunt de las pentosas 3.-Vía de Entner-Doudoroff 6:41 Metabolismo bacteriano • Los nutrientes producen energía por reacciones de oxidación- reducción. • La energía química generada se transforma en una forma biológicamente útil (ATP); obtenido por 2 procesos diferentes: fosforilación a nivel del substrato y fosforilación oxidativa. • Dichos procesos incluyen la Fermentación y la Respiración. 6:42 Fermentación • Reacción en la que algunos átomos de la fuente de energía (donador de electrones) se reducen, mientras otros se oxidan (“ox-red”) y la energía se produce por fosforilación a nivel de sustrato. • La molécula dadora y aceptora de e- , son compuestos orgánicos. • Este proceso no es capaz de oxidar completamente el substrato inicial a CO2, por lo que piruvato es convertido en ácido láctico, ácido propiónico, etc. • Los e- generados pasan a coenzimas que contiene NAD, luego NADH cede e- a piruvato para que se mantenga el equilibrio oxido-reducción 6:42 Respiración • Es el proceso por el cual un substrato es oxidado completamente a CO2 y H2O, con participación de una cadena de e- ubicada en la MP. • Respiración aeróbica: aceptor final exógeno (oxígeno) • Respiración anaeróbica: aceptor final exógeno (compuesto inorgánico: nitrato, fumarato, sulfato, etc.) • Piruvato es oxidado completamente a CO2 mediante el ciclo de Krebs • Los e- del NADH del ciclo de Krebs son transferidos al oxígeno para regenerar NAD a través de un sistema transportador; conservando energía liberada durante ese transporte en forma de ATP por Fosforilación Oxidativa 6:42 Balance energético Fermentación: - Aceptor final de e- compuesto orgánico - 1 glucosa/2 ATP Respiración: - Aceptor final de e- compuesto inorgánico - 1 glucosa/38 ATP 6:42 Regulación de Metabolismo Cada reacción metabólica está regulada no sólo con respecto a otras reacciones sino también con respecto a la concentración de nutrientes en el medio. La regulación se realiza a diferentes niveles: • Regulación de la actividad enzimática a través de: enzimas alostéricas, inhibición por retroalimentación, activación alostérica, y cooperatividad. • Regulación de la síntesis de enzimas por: inducción enzimática y represión por productos finales. 6:42 METABOLISMO NUTRIENTES BIOSÍNTESIS ENERGÍA 6:42 Requerimientos nutritivos Podemos clasificar los nutrientes en las siguientes categorías: 1.-Macronutrientes: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. 2.-Micronutrientes: cobalto, cobre, manganeso, fósforo, etc. 3.-Factores de crecimiento :incapaz de sintetizarlos, ej. Vit. B, aminoácidos, etc. 6:42 Grupos nutricionales Tipo Fuente de energía Fuente de carbono Ejemplos Fotoautotrofas Luz CO2 Algas y cianobacterias Fotoheterotrofas Luz Compuestos orgánicos Algas y bacterias fotosintéticas Quimioautotrofas o Litotrofas Química Compuesto inorgánicos: H2, NH3, NO2, H2S, CO2 Quimioheterotrofas o Heterotrofas Química Compuesto orgánicos: La mayoría de glucosa bacterias 6:42 Pocas bacterias Requerimientos físicos y químicos Oxígeno: Aerobios estrictos: requiere O2 como aceptor terminal de electrones, no proliferan en su ausencia. Ej. Mycobacterium bovis. Microaerofilos: O2 a niveles muy bajos (12%). No proliferan en la superficie de un medio sólido. Ej. Haemophillus suis Anaerobios estrictos: no emplean O2 para su metabolismo, obtienen su energía de reacciones fermentativas. Ej. Clostridium tetani 6:42 Requerimientos físicos y químicos Anaerobios aerotolerantes: pueden crecer en presencia o ausencia O2, pero la energía la obtienen por fermentación. Ej. Bacterias acidolácticas. Anaerobios facultativos: proliferan mediante procesos oxidativos, utilizando O2 como aceptor terminal de electrones, o en anaerobiosis, empleando reacciones de fermentación para obtener energía. Ej. Streptococcus, E. coli 6:42 Tipo de bacteria Aerobia estricta Anaerobia estricta Facultativa Crecimiento Aerobio + Anaerobio - - + + + Posesión de catalasa y SOD + - + Indiferente/ aerotolerante + + + Microarófila (+) + (+) 6:42 Vía metabólica Ejemplos Respiración M tuberculosis Fermentación Clostridium spp Respiración/ fermentación E. coli Fermentación S pneumoniae Fermentación H pylori Requerimientos físicos y químicos Temperatura Tipo Rango de Temperatura Temperatura Optima M.O Psicrofilo 0 - 20 15 Algas Mesofilo 20 - 40 38 E. coli Termofilo 40 - 70 60 Bacillus stearothermophillus Hipertermofilos 90 - 115 106 Thermus acuaticus 6:42 Requerimientos físicos y químicos pH 6:42 A. Acidófilos B. Neutrófilos C. Alcalófilos Requerimientos físicos y químicos Condiciones osmóticas y disponibilidad de agua - Halófilos: altas concentraciones salinas - Osmófilos: altas concentraciones de azúcar - Xerófilos: ambientes muy secos La concentración de solutos con actividad osmótica dentro de la célula bacteriana es superior a la concentración del exterior celular, a excepción de Mycoplasma la mayoría tiene tolerancia osmótica. 6:42 CURVA DE CRECIMIENTO BACTERIANO * Cultivo puro de bacterias en un medio líquido 6:42 CRECIMIENTO BACTERIANO: Tipos de medios de cultivo: • Según su estado físico: - Líquidos o caldos . (Enriquecimiento) - Sólidos (Agar al 1.5-2%) (Recuento y aislamiento). - Semisólidos (Movilidad). • Según crecimiento que permitan: 6:42 - Enriquecidos (caldo selenito para Salmonella) - De enriquecimiento (agar sangre, agar chocolate) - Selectivos (agar Salmonella-Shiguella, antibioticos) - Diferenciales (TSI, Citrato) CRECIMIENTO BACTERIANO: Estudio cualitativo • Medios líquidos: Turbidez • Medios sólidos: Colonias 6:42 6:42 6:42 1: alfa-hemólisis Colonias aisladas alfa-hemólisis Cultivo cofluente 2: beta-hemólisis Colonias aisladas beta-hemólisis 6:42 6:42 MEDIOS DE CULTIVO: CLASIFICACION 6:42 MEDIOS DE CULTIVO: CLASIFICACION 6:42 6:42