MICROBIOLOGA INDUSTRIALLa produccin de vino como esquema para estudiar los principios bsicos de la microbiologa industrial y de la biologa de microorganismos

Crecimiento celularLos organismos necesitan carbono y energa para poder crecer. En la naturaleza las fuentes de energa pueden ser: qumicas (energa presente en los enlaces de compuestos qumicos) lumnica (energa de la luz que se transforma en energa qumica). Por otra parte, las reacciones de xido-reduccin que tienen lugar en los seres vivos requieren donadores de electrones que pueden ser orgnicos o inorgnicos. Por ltimo, el carbono puede encontrarse de dos formas, como carbono orgnico y como carbono inorgnico (CO2). La combinacin de estas posibilidades da lugar a las diferentes categoras de microorganismos en funcin de su nutricin:

Tipo de NutricinFuente de EnergaFuente de electronesFuente de CarbonoEjemploQUIMITROFOqumicaFOTTROFOluzORGANTROFOComp. orgnicoLITTROFOComp. inorgnicoAUTTROFOinorgnicoHETERTROFOorgnicoQUIMIOORGANO(HETERO)TROFOqumicaComp. orgnicoorgnicobacterias, hongos, animalesQUIMIOLIOT(AUTO)TROFOqumicaComp. inorgnicoinorgnicoalgunas bacteriasFOTOLITO(AUTO)TROFOluzComp. inorgnicoinorgnicobacterias, plantas, algasFOTOORGANO(HETERO)TROFOluzComp. orgnicoorgnicoalgunas bacterias, algas

Crecimiento celularLas clulas aisladas cultivadas en un volumen finito de medio de cultivo apropiado van utilizando los nutrientes que tienen disponibles con la mayor eficiencia y rapidez que pueden, sintetizando sus propios componentes celulares y dividindose en cuanto han podido duplicar su masa y su material gentico. El tiempo que tarda una clula en hacer todo lo anterior es lo que conocemos comotiempo de generaciny puede variar desde unos 20 minutos en condiciones ptimas hasta varios meses en condiciones del suelo.Cada vez que transcurre un tiempo de generacin, el nmero de clulas se duplica, siguiendo, por tanto, un incremento exponencial.

Crecimiento celularEstudio de la cintica del crecimiento de microorganismos que crecen aisladosEs importante porque:

Permite predecir cmo va a evolucionar un cultivo, cmo va a ir consumindose el substrato y cmo se va a ir acumulando el producto de una fermentacin.

Las clulas aisladas cultivadas en un volumen finito de medio de cultivo apropiado van utilizando los nutrientes que tienen disponibles con la mayor eficiencia y rapidez que pueden, sintetizando sus propios componentes celulares y dividindose en cuanto han podido duplicar su masa y su material gentico.

En base a ello podemos realizar clculos de produccin y rendimiento

Crecimiento celularRecordamos:El tiempo que tarda una clula en hacer todo lo anterior es lo que conocemos comotiempo de generaciny puede variar desde unos 20 minutos en condiciones ptimas hasta varios meses en condiciones del suelo. Cada vez que transcurre un tiempo de generacin, el nmero de clulas se duplica, siguiendo, por tanto, un incremento exponencial.

Crecimiento celularDada la dificultad que presentan las ecuaciones exponenciales para ser manejadas grficamente, se aplica la funcin logartmicaA la constante de proporcionalidad () se le denominatasa de crecimientoy puede considerarse algo as como la probabilidad de que una clula se divida en un tiempo determinado.

Para transformar las ecuaciones anteriores en una recta, tomamos logaritmos en los dos trminos y resulta:

Otra forma de representar la cintica es considerando el incremento en el nmero de clulas (dN) en un intervalo corto de tiempo (dt). En este caso, la ecuacin que describe la cintica es la siguiente:

Crecimiento celularEsto es: el incremento del logaritmo del nmero de clulas aumenta linealmente con el tiempo siendo la constante de proporcionalidad . Comparando esta ecuacin con la similar presentada ms arriba:

podemos concluir que: = ln2/T

y, por consiguiente T = ln2/.

Integrando la ecuacin anterior durante el tiempo de cultivo, se transforma en la siguiente funcin exponencial:La transformacin de esta ecuacin en una recta (tomando logaritmos) rinde lo siguiente:

Crecimiento celularDado que :

T = ln2/

Hay una correlacin inversa entre el valor de la tasa de crecimiento () y el tiempo de generacin

Crecimiento celularEl grfico representa la variacin de la biomasa (o nmero de clulas, etc.) de un cultivo (lnea roja) a lo largo del tiempo. En este cultivo, se va consumiendo un substrato cuya concentracin (lnea azul) decrece de forma proporcional al crecimiento de la biomasa.

Crecimiento celularEsta relacin de proporcionalidad puede expresarse de la forma siguiente:Donde dS indica la variacin de la concentracin del substrato. Al valorYslo denominamos rendimiento de utilizacin del substrato, ya que mide la cantidad de biomasa que puede producirse por unidad de substrato consumido:Podemos calcular el rendimiento de la utilizacin del substrato en funcin de la cantidad de substrato aadido al cultivo, o en funcin de la cantidad de carbono presente en ese substrato (por ejemplo).

Asimismo, podemos calcular la cantidad de biomasa total en gramos de clulas, por ejemplo) o de carbono .

Crecimiento celularHaciendo las transformaciones que se indican a la derecha sobre la frmula que relaciona la variacin de biomasa con la de substrato, llegamos a la definicin de un nuevo conceptoqsdenominadotasa especfica de consumo de substrato por el organismo.

Crecimiento celularPor ltimo, nos falta relacionar la tasa de crecimiento () con la concentracin de substrato (S). En condiciones de substrato abundante, la concentracin de este no afecta al valor de ; pero cuando el substrato se hace limitante, s existe ese efecto. La expresin matemtica que relaciona ambos parmetros se conoce con el nombre deecuacin de Monody es la siguiente:

En esta ecuacin la tasa de crecimiento () depende de la mxima que puede alcanzar el microorganismo, de la concentracin de substrato y de un valor Ksque representa la concentracin de substrato a la que se alcanza una tasa de crecimiento igual a la mitad de la mxima.Para que se cumpla esta ecuacin el rendimiento debe ser independiente de la concentracin de substrato.