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NUTRICION Y FISIOLOGIA BACTERIANAEDINSON MORALES CHAVEZFacultad de Medicina Humana

METABOLISMO BACTERIANONECESIDADES METABOLICASCarbohidratos, protenas, lpidos para formar bloques y luego clulas.Necesidades mnimas: C, N, Energa, H2O y iones.Elementos esenciales: C,O,N,H,S,PIones : Na,K,Ca,Mg,ClCompuestos de las enzimas: Fe, Zn,Mo,Se,Co,Cu,Ni

HIERRONuestro cuerpo secuestra hierro (esconde) para disminuir su disponibilidad como mtodo de proteccin.Las bacterias concentran el hierro a partir de la secrecin de protenas llamadas SIDEROFOROS.

OXIGENOEs esencial para el humano pero txico para algunas bacterias ej. Cl. Perfringens que causa la Gangrena gaseosa el cual es un anaerobio estricto.M. tuberculosis utiliza el O2 para su crecimiento el cual es un aerobio estricto.Otras que pueden crecer en presencia o ausencia de O2 llamadas anaerobias facultativas.

Las bacterias aerobias producen : Dismutasa y Catalasa las cuales actan inhibiendo la accin de los productos txicos del metabolismo aerobio.

NUTRIENTES Y BACTERIASDe acuerdo a sus necesidades nutricionales las bacterias pueden ser:AUTOTROFAS: Litotrofas, dependen de sustancias qumicas inorgnicas y de una fuente de C (CO2) para producir E .HETEROTROFOS: Organotrofas, depende de sustancias orgnicas, es decir necesitan de C orgnico.

GRUPOS NUTRICIONALESGruponutricionalFuente de carbonoFuente de energaFotoauttrofosCO2LuzFotohetertrofosCompuesto orgnicoLuzQuimioauttrofosCO2SalesinorgnicasQuimiohetertrofosCompuesto orgnicoCompuesto orgnico

De lo anterior se puede concluir que hay bacterias altamente selectivas y otras no.Poco selectivas: E. coliMuy selectivas : T. pallidum

METABOLISMO Y CONVERSION DE LA EPara poder sobrevivir las clulas tienen que gastar E. La E se obtiene del ATP a partir de la degradacin de sustancias orgnicas (Carbohidratos, lpidos y protenas).A este proceso de degradacin de sustratos y su conversin en E utilizable se denomina CATABOLISMO.

La E obtenida servir para luego emplearse en la sntesis de los compuestos celulares (pared celular, protenas, cidos grasos, cidos nucleicos), a esto se denomina ANABOLISMO.La interrelacin de estos 2 procesos se denomina METABOLISMO INTERMEDIO.

NUTRIENTES

NUTRICIN BACTERIANA

METABOLISMOBIOSNTESISENERGA

PROCESO METABOLICOSe inicia con la HIDRLISIS de :MACROMOLECULAS: protenas, carbohidratos y lpidos.MICROMOLECULAS: pptidos, monosacridos y cidos grasos, estos son transportados a travs de la membrana celular al interior del citoplasma a travs de Mecanismos activos y pasivos.

TRANSPORTEPueden utilizar Carrier o MPT .De la degradacin de estos metabolitos se forma finalmente ACIDO PIRUVICO (a travs de 1 o ms rutas).A partir del Ac. Pirvico se pueden formar :1.Produccin nueva de E2.Sntesis de nuevos carbohidratos, lpidos, protenas y cidos nucleicos.

TIPOS DE REACCIONES METABLICASReacciones energticas

Reacciones de biosntesis

Reacciones de polimerizacin

Reacciones de ensamblaje

REACCIONES ENERGTICAS: FASESDigestin extracelular

Paso a travs de la envuelta:Difusin simpleDifusin facilitadaTransporte activo

Degradacin y obtencin de energa

Transporte pasivoTransporte activoDifusinfacilitadaDifusinsimple

METABOLISMO DE LA GLUCOSAEs el carbohidrato por excelencia, aqu se trata de explicar cmo las bacterias utilizan o metabolizan la glucosa para la obtencin de E u otros sustratos.Lo hacen por varios procesos: fermentacin, respiracin anaerobia o aerobia .

REACCIONES ENERGTICAS:Va glucoltica de Embder MeyerhofVa pentosa fosfatoCiclo de Krebs Va de Entner Doudoroff

REACCIONES ENERGTICASFermentacin: Aceptor final de e- compuesto orgnico1 glucosa/2 ATP

Respiracin: Aceptor final de e- compuesto inorgnico1 glucosa/38 ATP

RUTA DE EMBDEN-MEYERHOF-PARNASAqu el catabolismo de la glucosa utiliza 3 rutas para convertir la glucosa en PIRUVATO .1.Ruta glucoltica(EMP), es la ms frecuente y se consigue piruvato.2.Ruta del NADH3.Ruta de la fermentacin del piruvato.

Ocurre en aerobiosis y anaerobiosis.La reaccin inicia con la formacin de Glucosa 6 fosfato y se genera ATP a partir de ADP con la participacin de NADH hasta su conversin final en Piruvato .

22La gluclisis es una va comn para la produccin de energa puesto que ste es un proceso activo, tanto cuando hay presencia de oxgeno ( Gluclisis aerbica), como cuando no hay oxigeno disponible en la clula (gluclisis anaerbica). Esta caracterstica de la gluclisis es crucial porque es la que permite que las clulas sobrevivan y relizen trabajo, durante un determinado perodo de tiempo, en condiciones anaerbicas o en situaciones " anxicas.La gluclisis tambin es una va metablica para la oxidacin de otros monosacridos como la fructosa y la galactosa. Para los propsitos de este curso, lo ms importante no es aprenderse los nombres de todos los intermediarios,ni de todas las enzimas, en las diferentes etapas de la gluclisis, sino comprender la estrategia general de este sub-proceso en relacin con el proceso general de la respiracin celula y reconocer los principales intermediarios del proceso para tener una visin general del mismo. La gluclisis es un proceso es "exergnico( libera energa), porque es a la vez oxidativo y catablico: 1. Oxidativo porque mediante el se le "quitan" electrones a la molcula de glucosa . En trminos del metabolismo energtico, los electrones que se le "extraen" a una molcula son "energa potencial" . produce energa en forma de ATP2. Catablico porque se "divide" la molcula de glucosa ( C6 ) en dos mleculas que contienen exactamente la mitad de tomos de carbono cada una (C3 ). Produce "energa potencial" ( ojo!, este concepto, aqu no es el mismo utilizado por la fsica) y se trata de la energa que transportan los "portadores de electrones como el NADH , coenzima que participa activamente en este proceso.Cuando se completa la va anaerbica de la gluclisis, el NADH que se produce en las etapas intermedias del proceso, se reinvierte en la etapa final , por lo tanto la produccin de NADH neto est condicionada a si el proceso de produccin de energa es aerbico o anaerbico.

CICLO DEL ACIDO TRICARBOXILICOPermite generar una cantidad mucho mayor de E Se forma tambin un GPT (TRIFOSFATO DE GUANOSINA).Es el principal mecanismo de generacin de ATP.No slo permite obtener E a partir de glucosa, sino tambin de los a.a y los cidos grasos.El ciclo del ATC constituye un medio por el cual los carbonos procedentes de los lpidos (Acetil CoA) pueden desviarse hacia la produccin de E o la generacin de nuevos productos orgnicos.

Ciclo de Krebs

o

Ciclo del cido tricarboxlico (ATC)

24Ciclo de Krebs o Ciclo del cido tricarboxlico (ATC)La etapa del ciclo de Krebs comienza con el ltimo producto de la gluclisis: el cido pirvico. Como en el paso anterior la molcula de glucosa se escinde en dos de gliceraldehido - 3 - fosfato, al final se producen 2 molculas de cido pirvico. O sea que por cada molcula de glucosa se repite dos veces el ciclo de del cido tricarboxlico.El ciclo del cido tricarboxlico (ATC) es una secuencia de reacciones que genera energa en forma de ATP y de molculas de coenzimas reducidas (Nicotinamida-adenina-dinucletido, Nadh2 Y Flavina adenina dinucletido, FADH2).El ciclo empieza cuando el cido pirvico es parcialmente degradado, al perder una molcula de bixido de carbono y dos hidrgenos y luego se combina con la coenzima A para formar acetil CoA.

25El ATC, Tambin desempea otras funciones. Muchos intermediarios del ciclo son tambin precursores de la biosntesis de aminocidos, purinas, pirimidinas, etc. Por lo tanto, el ciclo ATC es un ciclo anfiblico, lo cual significa que no funciona solamente en el catabolismo (degradacin) sino tambin en reacciones anablicas (sntesis). El ATC, Tambin desempea otras funciones. Muchos intermediarios del ciclo son tambin precursores de la biosntesis de aminocidos, purinas, pirimidinas, etc. Por lo tanto, el ciclo ATC es un ciclo anfiblico, lo cual significa que no funciona solamente en el catabolismo (degradacin) sino tambin en reacciones anablicas (sntesis).

El ATC es un ciclo ANFIBOLICO, es decir que puede actuar en situaciones anablicas y/o catablicas de la clula.

RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATOLlamado tambin Ruta de las Hexosas Monofosfatos.Utiliza 2 enzimas: Transcetolasas y Transaldolasas, las cuales generan diferentes tipos de azcares.Se da en aerobiosis.Tambin interviene el NADH.Ribulosa 5 fosfato y luego en Ribosa 5 fosfato .

REACCIONES DE BIOSNTESISFormacin de elementos estructurales:cidos grasosAzcaresAminocidosNucletidos

REACCIONES DE POLIMERIZACIN Y ENSAMBLAJEFormacin de macromolculas:ADN, ARN, protenas, peptidoglicano, fosfolpidos, LPS...

Formacin de las distintas estructuras celulares

REGULACIN DEL METABOLISMORegulacin de la actividad enzimtica

Regulacin de la sntesis enzimtica:RepresinInduccin

CRECIMIENTO BACTERIANOLa replicacin bacteriana es un proceso coordinado durante el cual se producen 2 clulas hijas idnticas.Para el crecimiento bacteriano debe existir los suficientes metabolitos para permitir la sntesis de los componentes bacterianos.

REPLICACION CROMOSOMICASe inicia en la membrana y cada cromosoma hijo se ancla a una porcin diferente de la misma. Los procesos de formacin de la membrana bacteriana, sntesis de peptidoglucanos y divisin celular se llevan a cabo en forma coordinada y secuencial, a medida que crece la membrana bacteriana los cromosomas hijos se separan.

El comienzo de la replicacin cromosmica tambin inicia el proceso de divisin celular, la cual se puede visualizar por el comienzo de la formacin del tabique que separar a las 2 clulas hijas, incluso pueden darse otras replicaciones antes de que haya terminado la replicacin inicial .

Divisin celular: fisin binaria

CromosomaMembranaParedSeparacinDivisin nuclearSeptacin

REPRODUCCIN BACTERIANA: FISIN BINARIA

REPRODUCCIN BACTERIANA: FISIN BINARIA

AGOTAMIENTO DE LOS METABOLITOSLa inanicin o la aparicin de productos metablicos txicos (alcohol) desencadena la produccin de ALARMONAS, que son sustancias qumicas las cuales provocan la interrupcin de la sntesis de DNA y de los procesos de degradacin.

Los ribosomas se desintegran para formar precursores de desoxirribonucletidos; el peptidoglucano y las protenas se degradan y la clula se contrae .

Puede empezar la formacin del tabique aunque es posible que la clula no se divida por lo que morir un gran nmero de clulas, esto en algunas especies da inicio a un proceso de ESPORULACION.

DINAMICA POBLACIONALCuando se aaden bacterias a un medio de cultivo, antes de empezar a dividirse ha de transcurrir un cierto tiempo de adaptacin al nuevo ambiente, ste intervalo se conoce como Fase de Latencia del Crecimiento.

En cambio durante la llamada Fase Logartmica o Exponencial, las bacterias se dividen y duplican su poblacin a intervalos regulares hasta alcanzar el mximo nivel posible segn el tipo de medio y las condiciones imperantes.

Nt = No x 2 t/d Nt= N de bacterias que han crecido despus de un cierto tiempo (t)t/d = cociente del tiempo transcurrido por el tiempo de duplicacinNo = N inicial de bacterias

Finalmente cuando los metabolitos del cultivo se agotan o bien aparece en su seno alguna sustancia txica, en ese momento las bacterias interrumpen su crecimiento y pasan a la llamada Fase Estacionaria , la cual da inicio a la Fase de Declive y muerte bacteriana.

Crecimiento de un microorganismo en medio de cultivo lquido 1- Fase de latencia2- Fase exponencial3- Fase estacionaria4- Fase de muerte

MEDIOS DE CULTIVO

CRECIMIENTO BACTERIANO:TIPOS DE MEDIOS DE CULTIVOSegn su estado fsico:Lquidos o caldosSlidos (Agar al 1.5-2%)SemislidosSegn crecimiento que permitan:EnriquecidosDe enriquecimientoSelectivosDiferenciales

CRECIMIENTO BACTERIANO:FACTORES Temperatura pH Medio de cultivo Inculo

TEMPERATURA

pH

AcidfilosNeutrfilosAlcalfilos

ESTUDIO CUALITATIVO DEL CRECIMIENTO BACTERIANOMedios lquidos: Turbidez

Medios slidos: Colonias

COLONIAS BACTERIANAS. TIPOS

FormaSuperficie Bordes

CIRCULAR IRREGULAR FILAMENTOSA RIZOIDE

CONVEXA PLANA UMBILICADA CRATERIFORME

REDONDEADO ONDULADO FILAMENTOSO ESPICULADO LOBULADO

1: alfa-hemlisis

alfa-hemlisis Cultivo cofluenteColonias aisladas

beta-hemlisis2: beta-hemlisisColonias aisladas