2. OBJETIVOS
Conocer las particularidades fisiológicas, desarrollo y crecimiento de los
microorganismos y su importancia para la Biosfera.
Identificar las rutas metabólicas microbianas comunes a todos los organismos
vivos y específicas para estos, en especial las de obtención de energía.
Analizar los mecanismo de reproducción de microorganismos.
Comparar los mecanismos de motricidad microbiana con la de los organismos
eucariotas.
3. CONTENIDO
Fisiología bacteriana:
1. Crecimiento. Cinética microbiana
2. Metabolismo: Catabolismo y anabolismo. Rutas metabólicas
3. Nutrición: Procesos de membrana. Obtención de energía
4. Reproducción: Tipos
5. Movimiento.
4. CINÉTICA MICROBIANA
CRECIMIENTO MICROBIANO
“El crecimiento de células, microorganismos, células vegetales y animales,
puede mirarse bajo dos aspectos o tipos de crecimiento reproductivo.
a) Células individuales o población de células en crecimiento sincronizado
para estudio del ciclo de vida celular. Procesos en laboratorio.
b) División estocástica de la población, o división al azar.
5. CRECIMIENTO MICROBIANO
MEDICIÓN DEL CRECIMIENTO MICROBIANO .
El cálculo del número de células que existen en una suspensión se
puede llevar a cabo mediante :
1. el recuento celular (microscopía),
2. número de colonias),
3. masa celular (peso seco, medida del nitrógeno celular,
turbidimetría) o
4. actividad celular (grado de actividad bioquímica con relación al
tamaño de la población).
Todos estos métodos se clasifican en dos apartados: métodos
directos y métodos indirectos.
6. CRECIMIENTO MICROBIANO
Métodos directos:
Recuento del número
de células en una
cámara Thoma
Peso seco celular
Determinación de
nitrógeno o de
proteínas totales
Determinación de DNA
7. CRECIMIENTO MICROBIANO
Métodos indirectos:
1. Recuento de colonias en placa
2. Recuento sobre filtro de membrana
3. Consumo de oxígeno
4. Liberación de dióxido de carbono
5. Concentración de un enzima constitutivo
6. Decoloración de un colorante
7. Incorporación de precursores radiactivos
8. Medida de la turbidez
8. CRECIMIENTO MICROBIANO
El peso seco (contenido de sólidos) de las
células bacterianas que se encuentran en una
suspensión se obtiene por el secado de un
volumen en un horno a 105°C hasta peso
constante. Esta técnica es útil para grandes
volúmenes de muestra.
La desventaja de este método es que
componentes volátiles de la célula pueden
perderse por el secado y puede existir alguna
degradación.
También la muestra seca puede recobrar
humedad durante el pesado, principalmente si
el ambiente tiene una humedad relativa alta.
9. CRECIMIENTO MICROBIANO
PESO ESPECÍFICO ANHIDRO:
ρ0 = Peso anhidro
Volumen Anhidro
PESO ESPECÍFICO A H% DE HUMEDAD
ρk = Peso al H% de humedad
Volumen al H% de humedad
Cuando la humedad es del 12 %,se llama peso
específico normal
10. CRECIMIENTO MICROBIANO
ABSORCIÓN:
La nefelometría mide la luz dispersada por
una solución de partículas.
La turbidimetría mide la luz dispersada
como un decrecimiento de la luz
transmitida a través de la solución.
Los métodos de dispersión de la luz son las
técnicas más utilizadas para monitorear el
crecimiento de los cultivos bacterianos.
11. CRECIMIENTO MICROBIANO
Turbidimetría: La turbidimetría mide la reducción de la transmisión de luz
debido a partículas de una suspensión y cuantifica la luz residual transmitida.
12. CRECIMIENTO MICROBIANO
RECUENTO MICROSCÓPICO:
Para estos recuentos se utilizan
generalmente cámaras de recuentos,
aunque también pueden realizarse a
partir de muestras filtradas en
membranas y transparentes o teñidas
con colorantes fluorescentes (Naranja
de acridina).
Las cámaras más utilizadas son las de
Hawksley y la de Petroff-Hausser. La
primera tiene la ventaja que puede ser
utilizada con objetivos de inmersión,
aunque la mayoría de los recuentos se
realizan con objetivos secos.
13. CRECIMIENTO MICROBIANO
Recuento de microorganismos.
Tipo de cuadro
Area
[cm2]
Volumen
[ml]
Factor
[1/Volumen]
Cuadrado total 1.00 x 10-2 2.00 x 10-5 5.00 x 104
Cuadrado grande 4.00 x 10-4 8.00 x 10-7 1.25 x 106
Cuadrado pequeño 2.50 x 10-5 5.00 x 10-8 2.00 x 107
15. CINÉTICA MICROBIANA
La fase Lag, en la que el microorganismo se adapta a las
nuevas condiciones y pone en marcha su maquinaria
metabólica para poder crecer activamente. La duración de
esta fase es variable y en general es mayor cuanto más
grande sea el cambio en las condiciones en las que se
encuentra el microorganismo.
La fase de crecimiento exponencial. El número de
bacterias crece en forma exponencial en un tiempo
relativamente corto
16. CINÉTICA MICROBIANA
La fase estacionaria, en la que no hay aumento neto
de microorganismos, lo que no significa que no se
dividan algunos, sino que la aparición de nuevos
individuos se compensa por la muerte de otros.
La fase de muerte, en la que el número de
microorganismos vivos disminuye de forma
exponencial con una constante k que depende de
diferentes circunstancias.
16
17. CINÉTICA MICROBIANA
EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO .
la generación del producto se mantiene constante mientras la concentración del
sustrato no sea limitante. Esto se definiría como
[ES] = [Et] [S]
[S] + (k2 + k -1) / k1
La velocidad inicial de la reacción está determinada por
v = k2 [ES]
Si definimos KM como (k2 + k -1) / k1 y Vmax como k2 [Et], obtenemos que
v = Vmax [S] / KM + [S]
Esta es la ecuación de Michaelis-Menten.
18. CINÉTICA MICROBIANA
Estos últimos dos parámetros son importantes, porque nos dan información
directa sobre cuán bien el microorganismo se une al sustrato (KM) y sobre
cuán bien el microorganismo convierte el sustrato en producto una vez se une
(Vmax).
De hecho, KM es la constante de disociación dinámica del microorganismo con
el sustrato, y
Vmax es la concentración molar del microorganismo por la constante catalítica
(Kcat).
Km, es igual a la concentración de sustrato, bajo la cual la concentración
molar microbiana (velocidad de reacción);es igual a la mitad de la
concentración molar máxima. Cada sepa, se caracteriza por una valor de Km
específico.
19. CINÉTICA MICROBIANA
RELACIONES MATEMÁTICAS:
En un cultivo estático con crecimiento
exponencial el tiempo de generación celular es
equivalente al tiempo de generación del cultivo y
viene dado por 1/k. En un quimiostato, el tiempo
de generación en cultivo es la inversa del ritmo de
crecimiento instantáneo de un cultivo, el cual se
expresa por la siguiente ecuación diferencial:
dx = μx ó μ= 1 dx
dt x dt
20. CINÉTICA MICROBIANA
Donde x es el número de células o la concentración del organismo (miligramos
de peso seco por mililitro) a un tiempo t, y μ es el ritmo o velocidad de
crecimiento instantáneo. Con la integración de la ecuación anterior entre los
límites xo y xt, se obtienen la siguiente ecuación:
ln xt -ln xo = μt
o, como se expresa generalmente la solución,
Xf = xo e μt
μ = k(ln 2) = 0.693 k
Con esta fórmula, se puede calcular μ, el ritmo de crecimiento instantáneo para
un quimiostato, multiplicando k por 0.693
22. Ecuación del proceso
La ecuación de un proceso aeróbico, muestra como el
conocimiento de la fórmula del contaminante, es
fundamental, para determinar la cantidad de O2. A
partir de la ecuación es factible hacer el cálculo
(extrapolación), del volumen de oxígeno necesario por
m3 de residuos.
22
CnHaObNc + (2n + 0,5 a - 1,5c –b)/2 O2→nCO2 + cNH3 + a-3c/2 H2O
23. Grafico construido a partir datos
experimentales
23
0
20
40
60
80
100
120
1 2 3 4 5 6
CONCENTRACIÓNENppm
ln UFC
DEGRADACIÓN VS UFC
TPHs
Ufc
31. Tiempos de vida media de los
residuos
31
Cepa TIEMPO (días) A TIEMPO (días)B
X1 106,6 575,0
X2 300,0 40,58
X3 107,8 690,0
X4 140,8 1533,3
X5 222,5 1916,6
X6 821,4 40,8
X7 127,7 43,2
X8 431,2 750,0
X9 530,7 43,1
32. Tiempos de vida comparativos
32
0
500
1000
1500
2000
2500
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Tiempo/días
Cepa microbiana
Tiempos de vida comparativos de Sustrato A y Sustrato
B
TPHs
HAPs
60. CUESTIONARIO
Para qué es necesario la determinación de la tasa de crecimiento microbiano?
¿Qué importancia tiene la determinación del tiempo de vida media de u
sustrato?
¿Cómo se determina la tasa de degradación (consumo del sustrato) y cuál es
su importancia ambiental y práctica en ingeniería ambiental?
¿Cuál es la relación entre la curva de crecimiento microbiano y curva de la
tasa de degradación? ¿Que relevancia técnico legal tiene?
¿Cuál s le metabolito central de todo el metabolismo microbiano y por qué se
dice eso?
¿Cuáles son las etapas del esquema general del metabolismo?
¿Cuáles son las rutas que sigue el piruvato?
61. CUESTIONARIO
¿En qué se diferencian los dos tipos de fosforilación?
Esquemáticamente represente la cadena respiratoria y diga ¿cuál es su
importancia en el metabolismo biológico?
¿Qué tipo de reacciones de oxido reducción biológica se implementan en el
metabolismo intermedio?
¿Qué rol cumplen en el metabolismo NAD+, FAD+ y ADP?
Elabore un esquema que represente al anabolismo ligado al catabolismo.
¿Por qué acetil coenzima A es importante para la síntesis de proteína?
Elabore una tabla de clasificación de los microorganismos por la fuente de
energía que utilizan.
62. Cuestionario
¿Qué representa Km (Ks) y cuál es su importancia para ciencias ambientales?
Describa las etapas de la curva de crecimiento microbiano.
Diferencias entre medición turbidimétrica y nefelométrica.
Enumere los métodos indirectos de conteo microbiano
63. BIBLIOGRAFÍA
Jeffrey C. Pommerville. (2011). Alcamo´s Fundamental of Microbiology, Ninth
edition. Jones and Bartlett Publishers. Cap IV.
Kurt Konhauser. (2007). Introduction to Geomicrobiology. Blackwell
Publishing. Cap III.
Trivedi P.C. (2010). Text Book of Microbiology. Aavishkar Publishers. India.
Anne Maczulak. (2011). Encyclopedia of Microbiology. Facts On File, Inc.