Factores ambientales

EFECTO DEL pH SOBRE LOS MICROORGANISMOS

Acidófilos:intervalos de 2-5

Acidófilas obligadas Thiobacillus y Archaea que incluyen

Sulfolobus y Thermoplasma

Alcalófilos intervalos de 10-11género Bacillus

Neutrófilos intervalos de 6-8

Existen tres tipos de aditivos ácidos:

1. Acidos fuertes (e.g., ácidos clorhídrico y fosfórico) aumenta la concentración externa de protones, acidificando el pH interno.

2. Acidos débiles acidifican el pH interno inhibiendo el transporte de nutrientes, además el transporte de aniones afecta el metabolismo de m.o.

3. Iones potenciados por ácido como sulfito y nitrito son más inhibitorias a pH bajos.

HA H++A-

H+H+H+

H+

H+H+

H+

H+H+H+H+H+H+

H+

H+H+

HA

HA

HA

HA

HA

H++A- H++A-

H++A-

H++A-

H++A-

HA H++ A-

H+H+

H+

H+H+

H+

H+

H+

H+

H+H+

HA

HA

HA

HA

HA

H++A- H++A-

H++A-

H++A-

A-A-

Influencia del tipo de ácido, pH del medio de cultivo y pH interno de las levaduras

pH del pH interno

Buffer medio 1 min 10 min

Acetato 6.2 6.1 6.2

Fosfato 6.2 6.2 6.3

Acetato 4.2 4.9 5.1

Fosfato 4.1 5.7 5.8

Acetato 3.0 4.3 4.3

Fosfato 3.0 6.5 5.5-6.5

Mecanismos

Desnaturalizar o al menos inhibir la actividad de enzimas y moléculas ácido-lábiles como el ATP y DNA.

Las concentraciones de hidrógenos afectan el estado iónico del m.o. Las enzimas ligadas a membrana regulan el tamaño y variación del flujo de protones para proveer nutrientes y energía.

Mecanismos

Bajo condiciones adversas, a pH ácidos, los procesos productores de energía situados en la membrana celular pueden revertir y bombear protones del interior de la célula, de tal forma que las reacciones enzimáticas puedan llevarse a cabo a condiciones neutras.

Se distinguen dos factores a ser regulados: El flujo de protones entre el interior de la célula y el ambiente y, La concentración interna de H+. El balanceo de esos 2 factores

juega un papel en determinar la economía de la célula (Brown, M.H. y Mayes, T. 1980 The Growth of microbes at low pH values. En: Microbial growth and survival in

extremes of environment. Gould, G.W. y Corry, J.E.L. (eds.) Ed. Academic Press. Estados Unidos. 71-98 pp.)

EFECTO DE LA CONCENTRACION DE SOLUTOS SOBRE LOS MICROORGANISMOS

Mecanismos de transporteOsmoregulación: mantienen las

concentraciones de solutos a valores óptimos para la actividad microbiana.

Presión osmótica

¿Qué le pasa a la célula en altas concentraciones de solutos?

¿Qué le pasa a la célula en bajas concentraciones de solutos?

Osmófilos m.o. que crecen en una elevada osmolaridad

Halófilos altas concentraciones de salesno halófilosmoderadosextremos

Sacarófilos

Tolerancia osmótica

1. Acumulación intracelular de potasio

2. Presencia de aminoacidos: prolina

3. Eliminación de putrescina bajo altas presiones osmóticas

Requerimientos de sodio

Concentración de sodio

Actividad enzimática

(%)

Halófilo extremo

No halófilo

100

EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS MICROORGANISMOS

Termófilos:por arriba de 55°C

Mesófilos: intervalos de 20-45°C

Psicrófilos: crecen a 0°C

Psicrotrofos: pueden crecer a 0°C

Ecuación de Arrhenius

LogH* + C

303 RT

donde: representa la velocidad de la reacción, H* la energia de

activación de la reacción, R la constante de los gases y T la temperatura en grados Kelvin.

De ahi que la representación gráfica de la velocidad de una reacción química en función de T-1 es una línea recta con

pendiente negativa.

Ecuación de Arrhenius

1/°K

Log

Representación de Arrhenius de la velocidad de crecimiento de E. coli

Temperatura

Vel

ocid

ad d

e cr

ecim

ien

to

Temperatura máxima Temperatura óptima Temperatura mínima

Estabilidad de las proteínas citoplasmiticas de bacterias mesofilas y termófilas a 60° C

Organismo % de proteínas desnaturalizadasProteus vulgaris Mesófilo 55Escherichia coli Mesófilo 55Bacillus megateriam Mesófilo 58Bacillus subtilis Mesófilo 57Bacillus stearothermophilus Termófilo 3Bacillus sp. (Purdue CD) Termófilo 0Bacillus sp. (Texas 11330) Termófilo 4Bacillus sp. (Nebraska 1492) Termófilo 0

Nota: Datos procedentes de H. Komer y G. O. Gale, Arch.Biochem. Biophys. 66, 249 (1957).

Efecto de la temperatura de crecimiento sobre la cantidad de los principales ácidos grasos de E. coli (expresada como porcentaje de ácidos grasos totales)

Temperaturade crecimiento

Ácido graso 10°C 43°C

ÁCIDOS GRASOS SATURADOSMiristico 3,9 7,7Palmitico 18,2 48,0ÁCIDOS GRASOS INSATURADOSPalmitoleico 26,0 9,2Oleico 37,9 12,2

Procedencia: Datos de A. G. Marr y J. L. Ingranar4 <<Effect el Temperature on the Composition of Fatty Acids in E. coii». J. Bac

RELACIONES DE LOS MICROORGANISMOS CON EL OXIGENO

La atmósfera actual de la Tierra contiene alrededor de un 20% (v/v) de oxígeno, un gas muy reactivo.

Con excepción de muchas bacterias y unos pocos protozoos, gusanos y moluscos. todos los restantes organismos dependen de la disponibilidad del oxígeno molecular como nutriente.

CLASIFICACION DE LOS MICROORGANISMOS DE ACUERDO A SUS REQUERIMIENTOS DE OXIGENO.

Aerobios:requieren del oxígeno para desarrollarse

Microaerófilos: se desarrollan a concentraciones de oxígeno menores al atmósferico.

AnaerobiosEstrictosFacultativos

Toxicidad del oxigeno: mecanismos químicos

Las oxidaciones de flavoproteinas por O2 conducen inevitablemente a la formación de un compuesto tóxico, H2O2, como producto principal.

Estas oxidaciones (y probablemente otras oxidaciones u oxigenaciones catalizadas por enzimas) producen además pequeñas cantidades de un radical libre (superoxido lleva una carga negativa) mucho más tóxico.

En los aerobios y anaerobios aerotolerantes, el enzima superóxido dismutasa impide la acumulación potencialmente letal de superóxido (O2°) al catalizar su conversión en oxigeno y peróxido de hidrógeno:

Tolerancia al oxigeno

En los aerobios y anaerobios aerotolerantes, el enzima superóxido dismutasa impide la acumulación potencialmente letal de superóxido (O2°) al catalizar su conversión en oxigeno y peróxido de hidrógeno.

Casi todos estos organismos contienen también el enzima catalasa, que descompone el peróxido de hidrógeno en oxígeno y agua.

Existe un grupo bacteriano capaz de crecer en presencia de aire que no contiene catalasa (las bacterias del ácido láctico). Sin embargo, la mayoría de estos organismos no acumulan cantidades significativas de H2O2, puesto que lo descomponen por medio de peroxidasas.

Otros emplean una reacción similar a la de la catalasa que depende de altas concentraciones intracelulares de Mn2+.

O2+e- O2-(radical superóxido)

O2+e-+2H+ H2O2(peróxido de hidrógeno)

H2O2+e-+H+ H2O + OH (radical hidroxilo)

2 O2- +2H+ superóxido dismutasa O2

+ H2O2

2H2O2 catalasa 2 H2O + O2

Dlstribución de la superoxido dismutasa y de la catalasa en bacterias con diferente respuesta fisiológica al O2

Contiene

Bacteria Superóxido dismutasa Catalasa

Aerobios o anaerobios facultativos

Escherichia coli + +

Pseudomonas spp. + +

Deinecoccus radiodurans + +

Bacterias aerotolerantes

Butyribacterium rettgeri + -

Streptococcus faecalis+ -

Streptococcus lactis + -

Anaerobios estrictos

Clostridiam pasteurianum - -

Clostridiam acetobutylicum - -

Efecto fotooxidante

La toxicidad del O2 para los organismos vivos se intensifica enormemente si se exponen las células a la luz en presencia de aire y de unos pigmentos conocidos como fotosensibilizadores. La luz convierte el fotosensibilizador (F) en una forma muy reactiva conocida como estado de triplete (F*):

Una reacción secundaria entre F* y O2 produce oxígeno en estado de sínglete (102).

Al igual que el radical superóxido, el oxígeno en estado de sínglete (102) es un poderosa oxidante y su formación dentro de la célula es rápidamente letal.

Los carotenoides actuan como atenuadores del oxigeno en estado de síngulete, protegiendo así a la célula de la muerte fotodinámica. Esta función es de particular importancia en los fototrofos, ya que las clorofilas son poderosos fotosensibilizadores; el aparato fotosintético contiene invariablemente pigmentos carotenoideos.

Su función para impedir las fotooxidaciones letales mediadas por las clorofilas fue demostrada por primera vez en la bacteria roja Rhodobacter sphaeroides, la cual crece fotosintéticamente bajo condiciones estrictamente anaeróbicas y puede crecer también aeróbicamente, a la luz o en la obscuridad.

Muchos microorganismos aeróbicos no fotosinteticos sintetizan también pigmentos carotenoideos, que son incorporados a la membrana celular y funcionan como atenuadores del oxígeno en estado de sínglete producido por pigmentos celulares fotosensibilizadores, como los citocromos.

Enzimas sensibles al oxígeno

Muchas enzimas, especialmente las de anaerobios estrictos, son rápida e irreversiblemente desnaturalizadas por exposición al O2. Un ejemplo notable es la nitrogenasa. el enzima responsable de la fijación de nitrógeno.

Función de las oxigenasas en los microorganismos aeróbicos

Aunque la función metabólica primaria del O2 en los aerobios estrictos es la de servir de aceptor terminal de electrones, funciona también como cosubstrato de enzimas que catalizan algunos pasos en la asimilación de compuestos aromáticos y alcanos.

Estos enzimas se denominan oxigenasas e intervienen en la adición directa de uno o dos átomos de oxígeno al substrato orgánico. Un ejemplo es la rotura del anillo del catecol mediante oxigeno, un intermediario en la asimilación de muchos compuestos aromáticos.