2. Objetivos
Conocer los requerimientos nutricionales de
las bacterias.
Captación de los nutrientes.
Cultivo de los microorganismos.
Conocer el crecimiento bacteriano.
Fases de crecimiento bacteriano.
Factores ambientales para el crecimiento.
Sustancias antimicrobianas.
Metabolismo microbiano.
3. FISIOLOGÍA BACTERIANA
La fisiología bacteriana comprende el estudio de
las funciones realizadas por estas.
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
METABOLISMO BACTERIANO
4. Exigencias nutritivas de las
bacterias
Bacterias que viven exclusivamente en el hombre
Bacterias exigentes
Han perdido rutas metabólicas y dependen del
huésped para su aporte, “autótrofas”
Bacterias que pueden crecer en el hombre ó en el
ambiente
Bacterias poco exigentes
Pueden sintetizar todos sus macromoléculas
5. Nutrientes que se emplean en la
biosíntesis y producción de Energía
H2O
Macroelementos
Microelementos
Hierro
Factores de crecimiento
6. Macroelementos
Constituyen > 95% del peso seco celular
C, H, O, N, P, S, Ca++, Mg++, K+, Fe++
C, H, O, N, P, S son componentes de CH, proteínas,
lípidos, ácidos nucleicos
K+ : actividad de algunas enzimas
Ca++: termorresistencia esporas
Mg++: Cofactor de enzimas, forma complejos con el
ATP, estabiliza ribosomas y membrana plasmática
Fe++ y Fe+++: forma parte de los citocromos y es
cofactor de enzimas y proteínas transportadoras de
electrones
7. Microelementos
Se denominan también micronutrientes
Mn, Zn, Co, Cu, Mo, Ni
Se obtienen como contaminantes del H2O,
matraces, componentes del medio de cultivo
Forman parte de enzimas y cofactores y facilitan
la catálisis de las reacciones y el
mantenimiento de la estructura de las
proteínas, Ej
Zn: centro activo de algunas enzimas
Mn: facilita la transferencia de grupos fosfato
Co: componente de la vitamina B12
8. Fuentes de Carbono
Dióxido de Carbono (CO2)
No aporta Hidrógeno ni energía.
Los organismos pueden agruparse dependiendo de la
fuente de carbono en:
Usan el CO2 como ORGANISMOS
AUTÓTROFOS
: fuente de energía FOTOSINTÉTICOS.
Usan nutrientes
Orgánicos como
HETERÓTROFOS Fuente de carbono
y energía
9. Clasificación de las Bacterias
según fuentes de carbono
Carbono
Autótrofas
Obtienen C de
substratos simples.
• CO2 Heterótrofas
• CH4 Obtienen C de compuestos
más complejos.
• Aminoácidos
• H de Carbono
• Lípidos
10. Tipos nutricionales
Los microorganismos pueden clasificarse dependiendo
de la fuente de Hidrógeno o electrones:
Obtienen electrones
LITÓTROFOS O hidrógeno de
Compuestos inorgánicos.
Utilizan sustancias
orgánicas como
ORGANÓTROFOS
Fuente de
Electrones.
11. Tipos nutricionales
El metabolismo es realizado mediante la utilización de
dos fuentes de energía: energía libre de las
oxidaciones químicas y radiación.
Obtienen energía a partir
de la oxidación de
compuestos orgánicos
o inorgánicos.
Emplean la luz
como fuente
de energía.
QUIMIÓTROFOS FOTÓTROFOS
12. TIPOS NUTRICIONALES
QUIMIÓTROFOS
FOTÓTROFOS
ORGANÓTROFOS
HETERÓTROFOS LITÓTROFOS
AUTÓTROFOS
Protozoos, hongos,
Bacterias no fotosintéticas Algas, bacterias púrpuras
(mayoría de microorganismos Y verdes del azufre,
Patógenos) Cianobacterias.
QUIMIÓTROFOS FOTÓTROFOS
LITÓTROFOS ORGANÓTROFOS
AUTÓTROFOS HETERÓTROFOS
Bacterias oxidantes del azufre, Bacterias púrpuras y
Hidrógeno, nitrificantes, verdes no sulfúreas
Oxidantes del hierro.
13. Requerimientos de N, P, S
Pueden ser obtenidos a partir de fuentes
orgánicas e inorgánicas
N: purinas y pirimidinas, aminoácidos, etc.
Aminoácidos
Reducción asimilatoria del nitrato (NO3-NH4)
P: ácidos nucleicos, fosfolípidos, proteínas, etc.
Fuente inorgánica en la forma de fosfato
S: cisteína, metionina, biotina, tiamina, etc.
La mayoría efectúa reducción asimilatoria de
sulfato
Algunos requieren cisteína
14. Factores de crecimiento
Compuestos orgánicos que la bacteria no puede
sintetizar por pérdida de enzimas de rutas
metabólicas
Aminoácidos: Síntesis de proteínas. Ej. Cisteína
en N.gonorrhoeae
Purinas y pirimidinas: Síntesis de ácidos
nucleicos.
Ej. Mycoplasmas
Vitaminas: Cofactores enzimáticos
Ej. Vitamina K en bacilos Gram(-) anaerobios
Otros: Haemophilus
NAD
Heme
15. Captación de Nutrientes
Sistemas de transporte
Difusión pasiva
De mayor a menor concentración.
Ej.. H2O, O2 y CO2
Difusión facilitada
De mayor a menor concentración
Proteínas transportadoras de la
membrana (permeasas)
Poco empleada en procariotes
Ej.glicerol
Transporte activo
Translocación de grupo
16. Transporte activo
Permite concentrar nutrientes en contra de una
gradiente de concentración
Requiere energía metabólica Ej ATP, ó fuerza
motriz de protones
Emplea proteínas transportadoras de gran
especificidad
Sistemas de transporte de proteínas ligadoras
del espacio periplásmico transportan azúcares y
aminoácidos
18. Gradiente de protones generado durante el
transporte de electrones para facilitar el
transporte activo.
Sistema de transporte de una sustancia en un
sentido uniporte.
Sistema de transporte combinado de dos
sustancias simporte.
Sistema de transporte combinado en que las
sustancias se desplazan en direcciones
opuestas antiporte.
19.
20. Translocación de grupo
Hay modificación química de la sustancia a ser
transportada
Transporte de azúcares
Hay fosforilación del azúcar a cargo del
fosfoenolpiruvato
PEP+azúcar(exterior)/piruvato+azúcar-P(interior)
Presente en bacterias anaerobias facultativas
21. Transporte de hierro
La captación de Fe+3 es difícil por la
insolubilidad del compuesto
Muchas bacterias secretan sideróforos, los que
forman complejo con el hierro
Receptores de la superficie bacteriana captan el
complejo Fe-sideróforo
Liberación y reducción del hierro como
Fe+2(ferroso)
22. Medios de cultivo
Preparados estériles que contienen los nutrientes
necesarios para el crecimiento microbiano
Medios definidos
Se conocen todos los componentes (glucosa como
fuente da carbono y sal de NH4 como fuente de N)
Utiles en investigación de la capacidad metabólica
de un organismo.
Medios complejos
Composición química desconocida
Satisfacen las necesidades de la mayoría de las
bacterias
23. Medios de cultivo
Componentes
Peptonas
Hidrolizados
enzimáticos de carne,
caseína, soya
Sirven como fuente de
Energía, C y N
Extractos: carne, levadura
Fuente de aminoácidos,
péptidos, nucleótidos,
vitaminas
24. Tipos de medios de cultivo
Medios enriquecidos
Se usan en el aislamiento microbiano
Medios selectivos
Se usan para aislamiento de sitios no estériles
Favorecen el crecimiento de bacterias específicas
Contiene sustancias inhibitorias Ej CV y sales
biliares
Medios diferenciales
Permiten diferenciar entre bacterias por sus
características fisiológicas
27. Crecimiento bacteriano
División binaria
Replicación del
cromosoma bacteriano
Se pega cada copia en
diferentes partes de la
membrana
Formación de tabique
celular
Tiempo de generación
(duplicación)
28. Crecimiento Microbiano:
Cambio en el número de células
por una unidad de tiempo
determinada.
Tiempo de generación
(duplicación):
Tiempo requerido para que una
célula se divida en dos.
El tiempo puede ser minutos,
hora o días.
29. Otra forma de duplicación en procariontes es la
gemación.
sistema de duplicación de organismos unicelulares,
por evaginación se forma una yema que recibe uno de
los núcleos mitóticos y una porción de citoplasma.
Uno de los organismos formados es de menor tamaño
que el otro
30. FASES DEL CRECIMIENTO
CUANDO INTRODUCIMOS UNA POBLACION DE
MICROORGANISMOS DENTRO DE UN MEDIO DE CULTIVO
LIQUIDO, CADA ORGANISMO PRESENTA CUATRO FASES
DE CRECIMIENTO TIPICAS:
FASE LAG(latencia)
FASE LOGARITMICA (LOG)
FASE ESTACIONARIA
FASE DE MUERTE.
ESTAS CUATRO FASES FORMAN LA CURVA ESTANDAR DEL
CRECIMIENTO BACTERIANO
CRECIEMIENTO EXPONENCIAL
N° CELULAS : 1 2 3 4 8
EXPONENTE 20 21 22 23 24
31. Fase estacionaria: cese del
•Fase exponencial o logarítmica crecimiento por agotamiento de
(log): aumento regular de la nutrientes, por acumulación de Fase de declinación o muerte: el
población que se duplica a productos tóxicos, etc. número de células que mueren es
intervalos regulares de tiempo (G). N|°cel.nuevas=n°cel.que mueren mayor que el número de células
•Los Bllactamicos actuan en esta fase
que se dividen.↓cel. viables
•Fase de latencia: período de adaptación ,
gran actividad metabólica, células no se
dividen (min-horas )
Las propiedades de un microorganismo dependerán de la fase de la curva en que se
encuentren (la producción de antibióticos se lleva a cabo en la fase estacionaria).
32. Medición del crecimiento bacteriano
Medición del número celular
Recuento directo (Cámara de Petroff-Hauser)
Recuento del Nº de colonias en cultivo
Ej. Un ml de una dilución de 1x10-6 produce 150 colonias,
la muestra original contiene 1.5x108 ufc/ml
Crecimiento en filtro
Medición de la masa celular
Mide la capacidad de dispersar la luz, que es
proporcional al Nº
Un aumento del Nº, aumenta la turbidez y disminuye la
luz transmitida
35. FACTORES AMBIENTALES Y CRECIMIENTO
MICROBIANO
Temperatura Nutrientes
pH
Tiempo
Disponibilidad
de agua
Oxígeno
36. Temperatura
mínima óptima máxima
Psicrófilos 0º C 15º C 20º C Bacterias
oceánicas
Psicrótofos 0º C 20 – 30º C 35º C Bacterias
deterioro de
alim. Refrig.
Mesófilos 15 -20º C 20 – 45º C 45º C Mayoría de
bacterias
patógenas
Termófilos 45º C 55 – 65º C sup. a 65º C Bacterias,
hongos y algas
Hipertermófilos 55º C 80 – 113º C 113º C Bacterias
aisladas del
suelo marino
39. Presión
No afecta a microorganismos de la superficie
terrestre.
Presión de 1 atmósfera.
En el océano puede alcanzar 600 – 110 atm, y Tº es
de 2 – 3º C.
Barotolerantes un aumento de la presión les
afecta negativamente.
Barófilos crecen a presiones elevadas.
41. DISPONIBLIDAD DE AGUA
Todos los organismos requieren
H2O para vivir.
Halófilos: microorganismos que
viven en altas concentraciones de
sales.algunas bacterias se han
adaptado muy bien a ambientes
con altas concentraciones de sal
(nacl):
halotolarentes,(toleran
conentraciones de nacl) y los
halófilas ( requieren nacl para
su crecimiento, moderados(6-
15%) y extremos(15-30% nacl).
Osmófilos: microorganismos que
viven en altas concentraciones de
azúcares.
Xerófilos: microorganismos que
viven en ambientes secos.
42. Concentración de oxígeno
Aerobios organismo que necesita O2 para crecer.
Anaerobio organismo que puede crecer en
ausencia de O2.
Anaerobio facultativo no requieren O2 para
crecer, pero lo hacen mejor en su presencia.
Anaerobio aerotolerante pueden crecer con
presencia o ausencia de O2.
Anaerobio estricto no crecen en presencia de O2
Microaerófilos necesitan niveles de O2 bajos (2-
10%)
43. Presencia de O2
Aerobios Anaerobios Microaerofilos
(ausenciaO2) Requiere(1-15%)
Facultativos
No requieren
crecen mejor
en presencia de O2
Aerotolerantes
Extrictos, obligados
Obligados No requieren
O%, letal
O2(21%) crecen peor en O2
46. SUSTANCIAS ANTIMICROBIANAS
AGENTE ANTIMICROBIANO: SUSTANCIA
QUIMICA QUE DESTRUYE O INHIBE LA
PROLIFERANCION DE LOS
MICROORGANISMOS
PRODUCTO NATURAL
SINTESIS QUIMICA
PRODUCTO NATURAL: ANTIBIOTICOS LOS
CUALES EN SU MAYORIA SON
PRODUCIDOS POR MICROORGANISMOS.
47. EFECTO BACTERIOSTATICO
• SE OBSERVA CUANDO SE INHIBE
LA PROLIFERACION PERO NO
TIENE LUGAR LA MUERTE
CELULAR.
• UN AGENTE BACTERIOSTATICO:
– INHIBE LA SINTESIS DE
PROTEINAS
– ACTUA UNIENDOSE A LOS
RIBOSOMAS
– PUEDE ACTUAR EL EFECTO
DILUCION
– EJEMPLO:
– Streptomicina, Tetraciclina,
Cloramfenicol
– Tetraciclinas y estreptomicinas
(30S)
– Cloramfenicol (50S)
48. AGENTES BACTERICIDAS
• EVITAN LA PROLIFERACION E
INDUCEN LA MUERTE, PERO NO
TIENE LUGAR LA LISIS O RUPTURA
CELULAR.
• SE UNEN MUY INTIMAMENTE CON
SUS BLANCOS CELULARES Y NO
PUEDEN ELIMINARSE POR
DILUCIÓN.
• SON EJEMPLO DE ESTOS AGENTES
LOS METALES PESADOS.
• Ejemplos:
• Ácido Nalidíxico, Rifampicina
49. AGENTES :
quimioterapeúticos
• TOXICIDAD SELECTIVA: el agente es mas efectivo
contra el microbio que contra el huesped animal o
vegetal.
• El efecto de un agente antimicrobiano se puede
estudiar con la ayuda de:
– CONCENTRACION MINIMA INHIBITORIA CMI
– ANTIBIOGRAMA
– ESPECTRO DE ACCION
52. Zona de Inhibición Sensibilidad de la cepa
0 a 10mm de diámetro Resistente
10 a 15mm de diámetro Medianamente resistente
15 a 25mm de diámetro Sensible
25mm o más de diámetro Muy sensible
54. • Resistencia Antibiótica Mecanismo de Resistencia:
•Natural o Adquirida .Trastornos de la Permeabilidad
•Cromosómica o Plasmídica . Alteraciones del Sitio Blanco
•(Transposones) . Hidrólisis Enzimática
55. • Principios generales
• Obtención de Energía en
las bacterias
•Catabolismo de los
Hidratos de carbono
– Glicolisis
– Fermentaciones
– Respiración
• Catabolismo de los lípidos
y aminoácidos
56. Metabolismo
Conjunto de reacciones químicas que tienen
lugar en la célula
Anabolismo: similitud célula procariótica y
eucariótica
Utilidad de las reacciones catabólicas de las
bacterias para diagnóstico
Las vías catabólicas de Glicolisis y TCA son
anfibólicas
57. Catabolismo de los compuestos
orgánicos
Polisacáridos Proteínas Lípidos
Hidrólisis extracelular
Azúcares Aminoácidos Acidos grasos
(Mono y disacáridos) Glicerol
Transporte al interior de la célula
Glicólisis Desaminación Glicolisis (glicerol)
(Vías Entner-Doudoroff, Decarboxilación Oxidación
Fosfogluconato)
58. METABOLISMO
etapas del metabolismo METABOLISMO REQUERIMIENTOS
Actividades materiales(nutrientes)
relación, nutrición y reproducción fuerza conductora(ATP y poder reductor)
plan (organización)
1.mecanismos de entrada ANABOLISMO CATABOLISMO ATP
síntesis degradación fosforila. n. sustrato
quimiosmosis
Poder reductor
2.reacciones catabólicas
rxn redox
NAD
3.biosíntesis NADP
4. polimerización
5.ensamblaje
60. Usos de la Energía en las bacterias
Capacidad de realizar trabajo
Biosíntesis de moléculas biológicas a partir de
precursores simples
Transporte activo a través de la
membrana plasmática
Trabajo mecánico: Movilidad
61. Obtención de Energía en las bacterias
de interés médico
Reacciones de óxido-reducción
Transferencia de e desde un dador (agente
reductor) a un aceptor (oxidante) con liberación
de Eº libre
La Eº liberada se almacena como:
ATP
NADH
Los transportadores de e son:
NAD y NADP Aceptan 2 e y un protón y ceden un
protón
FAD Transportan 2 e y 2 protones
FMN
62. Generación de ATP
• 1.- Fosforilación a
nivel de sustrato
• 2.- Fosforilación
oxidativa
(Transporte de
electrones):
ADP + Pi + E ATP + H2O
63. FLUJO ENERGETICO Y DE CARBONO
ALTERNATIVAS DE GENERACION DE LA ENERGÍA
1. Respiración aeróbica
Comp. orgánico CO2
ATP Flujo de C
Flujo de e-
Biosíntesis
O2
2. Respiración anaeróbica
Comp. orgánico CO2
Flujo de e- Flujo de C
ATP Biosíntesis
NO3- S0 SO4-2 aceptores orgánicos de e-
65. Vía final común para la
oxidación completa de
aminoácidos, ácidos grasos y
carbohidratos
Suministra productos
intermedios clave ( -
cetoglutarato, succinil coA,
oxaloacetato) para biosíntesis
de aa, lípidos, purinas y
pirimidinas
66. Respiración
Transferencia de e desde
el NADH y FADH2 a
aceptores como el O2
Los e fluyen desde los
transportadores con
potenciales de reducción
más negativos a los más
positivos
El acepto final de los e es
el O2
Acoplamiento con la
fosforilación oxidativa
67.
68.
69. Vía glicolítica
Presente en todos los organismos
Es la principal vía para el catabolismo de la
glucosa
Actúa en presencia ó ausencia de O2
Etapas
Transformación de la G6P en dos triosas fosfato (Etapa
preparativa)
Transformación de las triosas fosfato en ácido pirúvico
Obtención de ATP por fosforilación a nivel de sustrato
71. Vía de las pentosas
Proporciona precursores como pentosas
Produce Gliceraldehido 3-P que puede ser
convertido en piruvato
Se produce NADPH para las reacciones de
biosíntesis ó se convierte en NADH siendo
utilizado para obtener energía
74. FERMENTACION
a) Utiliza una fuente de energía en ausencia de un aceptor externo de electrones
b) El donador de e se oxida por completo y después de algunos intermedios queda reducido
TIPOS DE FERMENTACIONES
a) F. Alcohólica hexosa CO2 + etanol Levaduras Zymomonas
b) F. Homolactica hexosa ac. Láctico Streptococcus Lactobacillus
c) F. Heterolactica hexosa ac. láctico Leuconostoc
etanol, CO2
d) F. Propiónica lactato Propionato Propionibacterium
(acetato, CO2) Clostridium propionicum
e) F. Ac. mixta hexosa Butanol Enterobacterias
2,3 butanodiol E. Coli, Shigella
acetato, formato, lactato, succinato Salmonella
f) F. Ac. butírica hexosa Butirato lostridium butiricum
Acetato, H2 + CO2
g) F. Butanólica hexosas butanol Clostridium butiricum
Acetato, acetona, etanol
75. Catabolismo de los lípidos
Importante fuente de
energía para bacterias
Triglicéridos y ácidos
grasos lipasas
glicerol y ác.grasos
Dihidroxiacetona-P
-oxidación
vía glicolitica