5 El metabolismo de los microorganismos

Presentación de Escherichia coli

Escherichia coli es organismo celular mejor conocido. Es muy fácil de estudiar en el laboratorio. Crece muy rápidamente en medios simples y la mayoría de las cepas no son patógenas, por lo que su manipulación no requiere precauciones especiales. Además, cuanto más conocemos acerca de E. coli, más sencillo resulta aprender algo nuevo; en otras palabras, es fácil experimentar con un organismo si ya se conocen sus características básicas.

Escherichia coli y la especie humana comparten una intima y larga historia. Posiblemente, dicha bacteria apareció por primera vez hace unos 120 a 160 millones de años, al mismo tiempo que los mamíferos, E. coli es un habitante del colon de los mamíferos y, por lo tanto, debió evolucionar allí; este microorganismo ya vivía con nosotros cuando surgimos como seres humanos hace aproximadamente un millón de años.

El metabolismo de E. coli es un reflejo de dichos hábitats. Es una bacteria anaerobia facultativa, es decir, pueden crecer en presencia o ausencia de oxigeno. Posee la rara habilidad de usar la lactosa (azúcar de la leche), azúcar que solo producen los mamíferos. A diferencia de la mayoría de los microorganismos, E. coli tolera las concentraciones altas de sales biliares que produce y que libera el hígado al tracto intestinal.

5.1 ESCHERICHIA COLI UN PARADIGMA METABÓLICO

Tan pronto como se origina una nueva célula microbiana mediante el proceso de división celular, comienza la síntesis de todos sus componentes, que se ensamblan para dar lugar a un nuevo organismo. Los compuestos químicos celulares originan todas las moléculas necesarias para construir un nuevo organismo. Las etapas de este proceso son reacciones químicas ordinarias, pero al tener lugar en organismos vivos se denominan reacciones bioquímicas. Al conjunto de reacciones bioquímicas que tiene lugar en la célula se denomina metabolismo. Las reacciones bioquímicas, que constituyen el metabolismo de la mayoría de los seres vivos, son esencialmente similares.

El metabolismo de cualquier ser vivo requiere materiales, una fuerza conductora y un plan. Sin embargo, existen algunas diferencias entre los distintos tipos de microorganismos.

El fin primordial del crecimiento bacteriano es la reproducción, una célula microbiana es como una fabrica que origina mas fabricas iguales a si misma. El metabolismo conduce a la síntesis de una nueva célula microbiana requiere: materiales, una fuerza conductora, (energía y poder reductor) y un plan.

5.1.1 Los materiales

Para fabricar una nueva célula se necesita una serie de materiales de partida, exactamente lo mismo que para fabricar cualquier objeto. Un microorganismo, por ejemplo, Escherichia coli, está constituido por una mezcla compleja de compuestos bioquímicos; por tanto, las moléculas son la materia prima del metabolismo. El material más fácil de estudiar, a la hora de seguir los procesos del metabolismo biosintetico, es el carbono, ya que es el constituyente primario de todos los compuestos bioquímicos.

Escherichia coli obtiene los átomos de carbono a partir de moléculas que se encuentran en su medio ambiente. Estas moléculas, llamadas substratos (o también nutrientes o fuentes de carbono), son la materia prima del metabolismo. E. coli posee la maquinaria necesaria para transformar los substratos en materiales básicos para los procesos de biosíntesis-compuestos utilizables en las cadenas de montaje de la fábrica microbiana.

5.1.2 La fuerza conductora

Todas las fábricas necesitan una fuerza conductora para hacer su trabajo. En una fábrica, los componentes se mueven a través de una cadena de montaje para dar lugar a un producto final. En Escherichia coli, las reacciones químicas sintetizan una nueva célula. La energía y el poder reductor- conjuntamente denominadas fuerza conductora- dirigen dichas reacciones.

Energía.- Las reacciones químicas solo tienen lugar espontáneamente si en las mismas se libera energía. Sin embargo, algunas reacciones requieren energía. Para que dichas reacciones puedan formar el ATP. La hidrólisis del ATP, reacción que libera energía, se integra en las reacciones químicas que sintetizan material celular. Las reacciones acopladas al ATP se llevan a cabo con una liberación neta de energía posible. El ATP no es el único almacén de energía que interviene en el metabolismo, pero es el principal. Todas las otras moléculas que almacenan energía pueden ser convertidas en ATP o se pueden originar a partir del mismo.

Poder reductor.- Muchas de las reacciones químicas, incluidas las reacciones bioquímicas del metabolismo, son procesos de oxidación y reducción. La oxidación es la perdida de electrones por parte de un compuesto; la reducción es la adición de electrones a dicho compuesto. E. coli almacena electrones en dos compuestos denominados nicotin-adenin-dinucleotido (NAD) y nicotin-adenin-dinucleotido fosfato (NADP). Estos compuestos capturan electrones en forma de átomos de hidrogeno durante la oxidación de ciertas moléculas. Más tarde se utilizan para reducir otros compuestos. De esta forma, el NAD y el NADP-denominados conjuntamente NAD(P)-dirigen las reacciones metabólicas de reducción.

5.1.3 El plan

En el metabolismo es necesario que exista un plan que lo dirija, de la misma manera que sucede en una fábrica. El plan del metabolismo de Escherichia coli consta de alrededor de 6 millones de piezas distintas de información, porque su producto final-la célula microbiana- es muy complejo. E. coli fabrica aproximadamente unas 1000 proteínas diferentes.

Toda la información necesaria para dirigir el metabolismo microbiana esta presente en el DNA de la célula. Una copia de esta información se transmite de una generación de células a la siguiente, y cada una de las células utiliza el plan para sintetizar una nueva célula.

5.2 EL METABOLISMO: UNA VISIÓN GLOBAL

En el metabolismo, los materiales del medio ambiente (substratos) se transforman en el producto final. La cadena de producción consta de cinco etapas secuenciales: (1) mecanismos de entrada, (2) reacciones catabólicas, (3) biosíntesis, (4) polimerización y (5) ensamblaje. Primero consideraremos el flujo de materiales, desde el substrato a la nueva célula. Después, como la fuerza conductora (energía y poder reductor) se acumula y se consume durante las etapas secuenciales.

5.2.1 El flujo de materiales

MECANISMOS DE ENTRADA.- Los materiales de partida tienen que transportarse hasta la fabrica. Esta es la función de los mecanismos de entrada: llevar a los substratos hasta la célula. Dichos mecanismos deben superar la barrera de la membrana plasmática y, en las bacterias Gram negativas, de la membrana externa. Los mecanismos

de entrada transportan los substratos a través de la membrana plasmática y mantienen sus concentraciones en el interior de la célula a un nivel suficientemente alto como para mantener el metabolismo.

LAS REACCIONES CATABOLICAS. Una célula no se hace directamente a partir de los substratos. Las reacciones catabólicas transforman los substratos en los materiales necesarios para fabricar una nueva célula. A estas reacciones se les llama catabólicas, palabra que procede del griego y que significa “descomponer o degradar” porque, en general, los substratos son transformados en moléculas más simples.

LA BIOSÍNTESIS. Los 12 metabolitos precursores entran en las cadenas de montaje bioquímicas, denominadas rutas biosinteticas, para dar lugar a los bloques básicos o subunidades de las macromoléculas. Por ejemplo, en la biosíntesis se producen los aminoácidos, que son las subunidades básicas de las proteínas y los desoxinucleótidos, que son la base del DNA. A las reacciones biosintéticas, junto con los subsiguientes pasos en el metabolismo, también se les denomina reacciones anabólicas.

LA POLIMERIZACION. Las unidades básicas se polimerizan, o suman unas a otras, para producir macromoléculas, las subunidades funcionales de las células. Por ejemplos, la polimerización une los aminoácidos para dar lugar a una proteína, o una serie de desoxinucleótidos que sirven para construir el DNA.

ENSAMBLAJE. El paso final del metabolismo es el ensamblaje de macromoléculas en estructuras: paredes celulares, flagelos o ribosomas, entre otras cosas.

5.2.2 La fuerza conductora

La fuerza conductora – ATP y poder reductor– se origina principalmente a partir de las reacciones catabólicas y se utiliza para llevar a cabo todos los demás procesos.

Los mecanismos de entrada. Los materiales fluyen espontáneamente a favor del gradiente de concentración (desde las regiones de mayores concentraciones a las de menores), pero el movimiento en contra del gradiente de concentración consume energía. Para concentrar los substratos en el interior de la célula, se necesita utilizar ATP u otra forma de energía acumulada. La cantidad de ATP consumida por los mecanismos de entrada supone una

pequeña fracción de la energía que se necesita para fabricar una célula.

Las reacciones catabólicas. En general, transforman los substratos en metabolitos precursores, poder reductor y ATP. En la misma reacción que un substrato se convierte en metabolitos precursores, se reduce el NAD(P) y se origina el ATP.

La biosíntesis. Muchas de las reacciones que se transforman los metabolitos precursores en compuestos bioquímicos básicos para la biosíntesis son reducciones. Como consecuencia, la biosíntesis no puede tener lugar sin un gran aporte de poder reductor, almacenado en forma de NAD(P) reducido. La mayoría de las reacciones biosinteticas liberan energía y, por tanto, tienen espontáneamente; solamente unas pocas requieren ATP.

La polimerización. Las reacciones que unen los bloques básicos para formar macromoléculas requieren la participación directa o indirecta del ATP, en estas reacciones se consume la mayor parte del ATP generado en las reacciones catabólicas. Muy pocas reacciones de polimerización implican reducciones; por consiguientes, se necesita poco poder reductor.

El ensamblaje. Algunas reacciones de ensamblaje se producen de forma espontanea y no requieren energía; otras requieren ATP, pero la cantidad consumida en este proceso es bastante menor que en la polimerización.

5.3 EL METABOLISMO AEROBICO

Teniendo en cuenta la descripción general de los materiales y de la fuerza conductora del metabolismo microbiano que hemos realizado. En primer lugar, describiremos el metabolismo aeróbico, utilizando Escherichia coli como ejemplo.

5.3.1 Los mecanismos de entrada

Los mecanismos en entrada transportan los materiales primarios del metabolismo microbiano a través de la envoltura celular, que actúa como una barrera frente al paso de la mayoría de las moléculas.

Escherichia coli es una bacteria Gram negativa; por lo tanto, su membrana externa es la primera barrera frente a la captación de nutrientes. Todos los substratos deben penetrar a través de las porinas, diminutos espacios llenos de agua, que existen en la membrana externa, puesto que dicha cubierta impide el paso de las mayoría de las moléculas, ya sean hidrofilicas o hidrofobicas.

El tamaño y las características de las porinas limitan el paso de las moléculas mediante dos sistemas:

1. Solo las moléculas suficientemente pequeñas para pasar por las porinas pueden atravesar la membrana externa. El tamaño máximo es aproximadamente el de los trisacáridos (tres azucares simples unidos entre si)

2. Un substrato puede atravesar la membrana externa solo si su concentración en el medio externo es superior a la concentración en el periplasma. Las porinas no pueden concentrar nutrientes en el periplasma.

Son muy pocos los nutrientes que atraviesan la membrana mediante difusión facilitada. Sin embargo, la mayoría penetra mediante transporte activo, gracias a la acción de las permeasas que pueden concentrar los nutrientes en el interior de la célula. Las permeasas utilizan el ATP por que el proceso de concentración de nutrientes requiere energía o un gradiente de protones (o un gradiente de iones) para bombear los nutrientes hacia el interior de la célula. El transporte activo puede hacer que la concentración de un nutriente en el interior de la célula sea mil veces superior a su concentración en el medio externo. Otro método que contenga a los nutrientes en el interior de la célula es la translocacion de grupo, proceso que también requiere energía. La translocacion de un grupo ocasiona un cambio químico en el substrato que transporta.

5.3.2 Las reacciones catabólicas

Las reacciones catabólicas suministran a Escherichia coli todo lo que necesita para crecer: materiales en forma de los 12 metabolitos precursores y fuerza conductora en forma de poder reductor y ATP. Las diferentes reacciones catabólicas de E. coli se organizan en rutas catabólicas, secuencias de reacciones químicas, catalizadas por diferentes enzimas, que convierten los substratos en productos finales. Las rutas catabólicas realizan esta conversión a través de compuestos denominados intermediarios metabólicos, algunos de los cuales son metabolitos precursores.

Los metabolitos precursores. Las reacciones catabólicas de E. coli producen 12 metabolitos precursores que esta bacteria, al igual que todas las bacterias, necesita para crecer. Dichos materiales básicos del metabolismo son fabricados mediante reacciones catalizadas por enzimas, que modifican el substrato químicamente. E. coli requiere alrededor de 25 reacciones químicas para sintetizar los 12 metabolitos precursores a partir de la glucosa.

Ninguna ruta catabólica simple produce los 12 metabolitos precursores, sino que se requieren al menos tres rutas metabólicas: (1) la glucolisis que produce seis metabolitos precursores, (2) el ciclo de los ácidos tricarboxilicos (ciclo de Krebs), que da lugar a cuatro más y (3) la ruta de las pentosas fosfato, que produce los dos últimos.

El poder reductor. Muchas de las etapas de las rutas metabólicas implican una oxidación (pérdida de electrones) de un intermediario metabólico, mientras que solamente unas pocas son reducciones (ganancia de electrones). Las oxidaciones y reducciones están siempre unidas entre sí, porque solamente puede existir libre en solución una minúscula cantidad de electrones. Es decir, al mismo tiempo que un compuesto se oxida perdiendo electrones, otro compuesto se reduce ganando electrones. Como resultado, la reacción global, en la cual un compuesto es oxidado y otro es reducido, se denomina reacción de oxido-reducción, a menudo abreviada, reacción redox.

El término oxidación implica la adición de oxigeno. En las reducciones químicas inorgánicas, tales como la oxidación del hierro metálico a oxido de hierro (orín o herrumbre), participa el oxigeno. Las oxidaciones metabólicas, incluyendo las de las rutas catabólicas de E. coli, son distintas de las oxidaciones inorgánicas. En las oxidaciones inorgánicas, el oxigeno participa por si mismo en la reacción y los electrones se transfieren como tales.

Las oxidaciones en las cuales se eliminan protones y electrones son denominadas reacciones de deshidrogenación. Las reducciones en las cuales se añaden átomos de hidrogeno son llamadas reacciones de hidrogenación.

A medida que E. coli procesa el substrato para convertirlo a través de sus rutas catabólicas en metabolitos precursores, tienen lugar muchas reacciones de deshidrogenación. En dichas reacciones se liberan electrones, en forma de átomos de hidrogeno, que son transferidos al NAD(P). Por ejemplo, en la primera reacción de la ruta de las pentosas fosfato, la glucosa-6-fosfato es oxidada a 6-fofogluconolactona y el NADP se reduce.

En la biosíntesis tienen lugar muchas hidrogenaciones mediante la reoxidación del NAD(P)H. por ejemplo, en la biosíntesis de los aminoácidos tirosina y fenilalanina, existe una etapa en la cual se reduce deshidrosiquimato a siquimato a expensas de NADP reducido.

El ATP: almacén de energía. El principal compuesto que almacena energía en E. coli y en otras bacterias es el adenosin-trifosfato o ATP. El ATP almacena energía gracias a sus dos enlaces que unen los tres grupos fosfato de la molécula entre sí. Los enlaces químicos se rompen y se originan otros nuevos siempre que estos últimos adquieran un estado energético menor y, por tanto, sean más estables. La diferencia de energía entre los enlaces originales y los nuevos se denomina energía libre y determinará si puede ocurrir o no la reacción, la clave está en la anergia.

Entre los enlaces descritos anteriormente se encuentran aquellos que unen los tres grupos de fosfato del ATP; de hecho, son unos de los enlaces más reactivos que existen en los compuestos bioquímicos; por su alta reactividad se les denomina enlaces ricos en energía y se presentan por

el símbolo . Los grupos fosfato del ATP, unidos por enlaces ricos de energía, se donan con mucha facilidad a otros compuestos; a dichos compuestos se les denomina compuestos foforilados y participan en reacciones químicas que no podrían tener lugar si los mismos no estuvieran foforilados. Esta es la razón de que la energía “almacenada” en el ATP sirva para conducir las reacciones metabólicas.

La formación del ATP. Se forma mediante la adición de un grupo fosfato al adenosín-trifosfato (ADP). Por su parte, el ADP se sintetiza, en parte, en las rutas biosintéticas y el resto como segundo producto en las reacciones de fosforilación. Por tanto, cuando en las reacciones se utiliza ATP, se origina ADP. El ADP se puede convertir en ATP gracias a dos mecanismos, la fosforilación a nivel de substrato y la quimiósmosis.

Fosforilación a nivel de substrato. Participa siempre un grupo fosfato que forma parte de un intermediario metabólico. Durante el transcurso de ciertas reacciones catabólicas que podrían dar lugar a cantidades considerables de energía química en forma de calor, un en lace de fosfato preexistente se vuelva muy reactivo.

Qumiósmosis. En la quimiósmosis se sintetiza ATP gracias a un enzima denominado ATPasa. El enzima ATPasa cataliza la conversión del ADP en ATP mediante una serie de procesos químicos que tienen lugar en y junto a la membrana plasmática de los procarios y en la membrana de las mitocondrias de los eucariotas.

La energía necesaria para la síntesis del ATP se obtiene de un gradiente de concentración a ambos lados de la membrana. Cuando los protones cruzan membrana plasmática disipando el gradiente de concentración, pasan a través de un lugar de la membrana donde se sitúa el enzima ATPasa y realizan un trabajo, convertir el ADP en ATP. La cadena de transporte de electrones, constituyen una cascada de reacciones de óxido-reducción, que transfieren el poder reductor del átomo de hidrogeno original de una molécula a otra.

El efecto neto del trasporte de dos átomos de hidrogenó a través de la cadena de E. coli es el movimiento de cuatro protones hacia el exterior de la membrana plasmática y la reducción media molécula de oxígeno a una molécula de agua. El proceso se denomina respiración aerobia porque el último aceptor de electrones en la cadena es el oxigeno.

Existen dos aspectos del proceso descrito en E. coli que merecen especial atención. En primer lugar, el proceso requiere oxígeno como último aceptor de electrones, dicho requerimiento diferencia los metabolismos aerobio y anaerobio. En segundo lugar, el proceso convierte el poder reductor, en forma de NADH, en ATP.

Algunos organismos utilizan ATP para generar poder reductor mediante un flujo inverso de electrones. Es decir fuerzan a los electrones a retroceder a través de la cadena hasta llegar al NAD(P) que se reduce a NAD(P)H. por

tanto, las dos fuerzas conductoras del metabolismo, poder reductor y energía, son intercambiables. La capacidad de intercambiar un gradiente de protones y el ATP es esencial, puesto que ambos tipos de energía son necesarios para la célula. El ATP es necesario para llevar a cabo muchas etapas del anabolismo; el gradiente de protones se requiere en otros procesos, principalmente para el transporte de nutrientes y para el movimiento flagelar.

Las rutas catabólicas. Son reacciones secuenciales catalizadas por enzimas que transforman los substratos en metabolitos precursores, en energía en forma de ATP y en poder reductor en forma de NAD(P)H. E. coli posee enzimas que catalizan el catabolismo de muchos substratos, pero tres rutas, la glucolisis, el ciclo de Krebs y la ruta de las pentosas fosfato, poseen una importancia especial; las tres rutas mencionadas constituyen lo que se denomina el metabolismo central.

El metabolismo central se inicia en el azúcar glucosa. Los componentes de la glucosa, que no se utilizan para la formación de los metabolitos precursores, se eliminan de la célula en forma de dióxido de carbono y agua. Las rutas del metabolismo central están muy generalizadas en la naturaleza. Existen en organismos tan diversos como E. coli o la especie humana, ya que todos los organismos celulares necesitan los 12 metabolitos precursores, ATP y poder reductor para realizar sus funciones metabólicas.

La glucolisis. Se inicia con la glucosa y conduce a la formación de dos moléculas de piruvato, un metabolito clave que participa en muchas otras reacciones. A lo largo de la ruta, desde glucosa a piruvato, se sintetizan un total de seis metabolitos precursores: glucosa -6-fosfato, fructosa-6-fosfato, triosa-fosfato, 3-fosfoglicerato, fosfoenolpiruvato y piruvato.

Las etapas iniciales de la glucolisis requieren un gasto de energía en forma de dos moléculas de ATP; esta conversión de ATP en ADP se utiliza para fosforilar intermediarios, que, de esta manera, se vuelven lo suficientemente reactivos para participar en subsiguientes conversiones. Posteriormente, los compuestos fosforilados se transforman en piruvato.

El ciclo de Krebs. Una parte del piruvato sintetizado en la glucolisis se utiliza en la biosíntesis y otra parte es oxidada a otro precursor metabólico, acetil CoA. Posteriormente, parte del acetil CoA entra en una ruta catabólica cíclica denominada ciclo de los ácidos tricarboxilicos (ciclo de Krebs). Cuando el CoA entra en el ciclo de Krebs se combina con el oxalacetato, un metabolito precursor de cuatro átomos de carbono para dar lugar a citrato, un intermediario de seis átomos de carbono. En el ciclo de Krebs se sintetizan tres metabolitos precursores: succinil Coa, alfa-cetoglutarato y oxalacetato.

Ruta de las pentosas fosfato. Se inicia cuando la glucosa-6-fosfato, un intermediario de la glucolisis, entra en la misma. La importancia de la ruta

de las pentosas fosfato radica en que permite la síntesis de dos metabolitos precursores que no pueden sintetizarse en las otras rutas del metabolismo central, la ribosa-5-fosfato y la eritrosa-4-fosfato; estos precursores son necesarios en la síntesis de tres aminoácidos (fenilalanina, tirosina y triptófano) y en la síntesis de todos los nucleótidos.

5.3.3 la biosíntesis

Para fabricar una nueva célula, Escherichia coli utiliza los tres productos del catabolismo: metabolitos precursores, energía y poder reductor. La primera etapa del proceso es la biosíntesis, en la cual los precursores se transforman en las subunidades básicas de las macromoléculas. Las rutas de la biosíntesis están constituidas por reacciones catalizadas por enzimas que hacen posible la conversión de los metabolitos precursores en unidades metabólicas para la síntesis.

Las rutas biosintéticas de E. coli son muy similares a las de todos los organismos –bacterias, microorganismos eucarioticos, plantas y animales. En estas rutas también se producen otras pequeñas moléculas esenciales para el crecimiento; algunas son coenzimas, compuestos que colaboran con las enzimas en su papel catalizador.

La fuerza conductor más importante de la biosíntesis es el poder reductor, almacenando principalmente como NADPH.

5.3.4 la polimerización

Las principales reacciones de polimerización son la replicación del DNA, la síntesis del RNA, la síntesis de proteínas y la síntesis de polisacáridos.

5.3.5 El ensamblaje.

El ensamblaje de las macromoléculas para formar las estructuras celulares pueden tener lugar de forma espontanea o como resultado de reacciones catalizadas por enzimas. El ensamblaje espontaneo, también denominado autoensamblaje, es una propiedad intrínseca de ciertas proteínas. Por ejemplo, la flagelina, que es el componente molecular de los flagelos de bacterias como E. coli, se ensambla de forma espontanea.

La formación de la capa de glucopéptido es un ejemplo de un proceso de ensamblaje controlado por enzimas, donde las pequeñas unidades de peptidoglicano pasan al periplasma uniéndose entre sí mediante reacciones catalizadas enzimáticamente. Estas enzimas se denominan proteínas de unión de las penicilinas, porque estos antibióticos se unen a ellas.

5.4 EL METABOLISMO ANAEROBICO

Aquellas reacciones bioquímicas que permitan el crecimiento en ausencia de oxigeno. Los microorganismos aeróbicos la diferencia más importante entre los metabolismos aerobico radica en la cadena de trasporte de electrones y en el mecanismo de generación del ATP. En el metabolismo

aeróbico de E. coli, la síntesis de ATP por quimiósis depende del gradiente de protones, el cual se genera cuando se transporte un átomo de hidrogeno.

5.4.1 La respiración anaeróbica

En la respiración anaerobia se reduce el oxigeno y se forma agua; en la respiración anaerobia se reduce otro compuesto que puede ser, por ejemplo, sulfato, nitrato, fumarato u óxido de N-trimetilina. Escherichia coli, si no dispone de oxigeno, pude utilizar nitrato o fumarato, entre otros compuestos, como último aceptor de electrones.

Los microorganismos capaces de realizar respiraciones anaeróbicas reducen los compuestos que utilizan como últimos aceptores de electrones. Los organismos que respiran anaeróbicamente sobre sulfatos intervienen n el ciclo.

5.4.2 La fermentación

Es la forma del metabolismo anaeróbicamente en la cual el ATP se forma por fosforilacion a nivel de substrato. La bioquímica de la fermentación influye en el mecanismo mediante el cual los microorganismos generan ATP y poder reductor. La fermentación da lugar a menos ATP por molécula de substrato metabolizada que la respiración –aeróbica y anaeróbica- por ejemplo, cuando Escherichia coli respira aeróbicamente sobre glucosa obtiene alrededor de 28 moléculas de ATP, mientras que cuando fermenta el mismo hidrato de carbono sólo sintetiza unas 3 moléculas. Otros microorganismos obtienen aun menos energía: las bacterias del acido láctico, que realizan la más simple de las fermentaciones, sintetizan dos ATP cuando fermentan molécula de glucosa. En consecuencia, los microorganismos que efectúan fermentaciones necesitan una cantidad considerable de substrato para poder obtener la cantidad de ATP necesaria para crecer. Sin embargo, la fermentación puede dar lugar a un crecimiento bastante rápido, porque la mayoría de las bacterias utilizan el substrato a gran velocidad. Algunas cepas como E. coli crecen casi tan rápidamente fermentando como respirando oxigeno.

La diferencia en la generación de poder reductor en la fermentación y la respiración está relacionada con el equilibrio de las reacciones de oxido-reducción de la célula. Las oxidaciones y reducciones deben estar equilibradas en cualquier célulalo, independientemente de su metabolismo, por que los electrones que proceden del compuesto que sufre la oxidación deben ser utilizados para reducir otro compuesto. A lo largo de la respiración una gran parte del poder reductor se utiliza para reducir el oxigeno y algunos otros aceptores finales de electrones. Pero en la fermentación no se necesita poder reductor para llevar a cabo este proceso y, por tanto, las reacciones implicadas no deben generar mucho poder reductor. Esta situación solo es posible si se fermenta un substrato que

posea un estado intermedio de oxidación, es decir, ni muy oxidado ni muy reducido. Los azucares cumplen dicha condición y son de echo las únicos substratos que se fermentan.

5.5 TIPOS NUTRICIONALES DE LOS MICROORGANISMOS

Los microbiólogos clasifican los organismos según tipos nutricionales. La clasificación se basa en dos factores: (1) la fuente de carbono que se utiliza para sintetizar los metabolitos precursores y (2) el mecanismo por el que se genera el poder reductor y el ATP. Los organismos que obtienen todo su carbono del dióxido de carbono de la atmosfera se denominan autótrofos. Aquellos que obtienen el carbono a partir de compuestos orgánicos presentes en su medio o en su dieta se llaman heterótrofos.

Los organismos que generan ATP y poder reductor mediante reacciones químicas son quimiotrofos y aquellos que utilizan energía luminosa, fototrofos. Entre los microorganismos existen las cuatro combinaciones posibles: quimioautotrofos, quimioheterotrofos, fotoautotrofos y fotoheterotrofos.

Las fuentes de materiales y de fuerza conductora se encuentran unidas bioquímicamente en algunos microorganismos. En otras palabras, los metabolitos precursores, el ATP y el poder reductor se generan en la misma ruta metabólica, como por ejemplo el E, coli nuestro modelo quimioheterotrofo. Sin embargo, estos procesos están completamente separados en otros organismos; por ejemplo, algunos microorganismos fotosintéticos obtienen el carbono del dióxido de carbono atmosférico, pero generan ATP y poder reductor de la energía luminosa.

5.5.1 Síntesis de metabolitos precursores por microorganismos autótrofos.

Los autótrofos sintetizan los metabolitos precursores a partir del CO2. En otras palabras, todos los organismos autótrofos, ya sean las plantas o los microorganismos, fabrican moléculas orgánicas a partir de un gas inorgánico, sino que además son la base del metabolismo de los heterótrofos. Es decir, las plantas y los demás autótrofos crean moléculas orgánicas, y los animales comen plantas, con objeto de catabolizar las moléculas orgánicas para poder crecer. Esta transformación de materia inorgánica es una etapa esencial en el ciclo del carbono que permite la vida en nuestro planeta.

Los autótrofos poseen rutas metabólicas especiales, ya que han de utilizar el CO2. La más universal de estas rutas es el ciclo de Calvin-Benson que fija el CO2 sobre una molécula orgánica preexistente. El dióxido de carbono reacciona con la ribulosabiosfato, un azúcar fosforilado, y se producen dos moléculas de 3-fosfogliceraldheido, que es un intermediario de la glucolisis. El resto del ciclo regenera otra molécula de ribulosabiofosfato que se puede reaccionar de nuevo.

5.5.2 Síntesis de ATP y poder reductor por microorganismos fotoautotrofos

Los fotoautotrofos obtienen el ATP y el poder reductor necesarios para el ciclo de Calvin-Benson, los mecanismos de entrada y los procesos de biosíntesis, polimerización y ensamblaje por medio de dos mecanismos dependientes de la energía luminosa: la fotofosforilacion cíclica y la fotofosforilacion aclica.

Fotofosforilacion cíclica. En la fotofosforilacion cíclica los electrones activados de las clorofilas se liberan y pasan a continuación a través de una cadena de transporte de electrones. Al final de la cadena, los electrones vuelven a las clorofilas en su estado inactivo o fundamental. El transporte de electrones crea una gradiente de protones por un mecanismo similar a la respiración y, al igual que los heterótrofos, los autótrofos utilizan el gradiente de protones para generar ATP mediante una ATPasa localizada en la membrana.

Fotofosforilacion aciclica. En la fotofosforilacion aciclica los electrones expulsados de las clorofilas, que se encuentran en un complejo proteico (denominado fotosistema II), fluyen a través de una cadena de transporte de electrones para dar lugar a un gradiente de protones. La diferencia existente entre este proceso y la fosforilacion cíclica se encuentra al final de la cadena, ya que los electrones en lugar de reducir las clorofilas de los que fueron expulsados fluyen hasta otras clorofilas situadas en otro complejo de proteínas (llamados fotosistema I). Los electrones expulsados del fotosistema I fluyen a lo largo de una cadena de transporte y posteriormente se unen a protones para reducir el NADP+, formando NADPH, que se suma al ATP generado por el gradiente de protones.

5.5.3 Síntesis de ATP y poder reductor por los microorganismos quimioautotrofos

Los quimioautotrofos obtienen ATP y poder reductor de la oxidación de compuestos inorgánicos por un mecanismo bastante parecido al de los quimioheterotrofos. Es decir, los electrones procedentes del compuesto inorgánico fluyen a través de una cadena de transporte de electrones; se crea un gradiente de protones y este se utiliza para la síntesis de ATP mediante una ATPasa situada en la membrana de la célula. Pero algunos compuestos inorgánicos utilizados por estas bacterias no tienen suficiente poder reductor para ceder sus electrones al NAD(P) directamente; por ejemplo, el hierro; los quimioautotrofos que utilizan este tipo de sustancias generan el poder reductor por un mecanismo denominado transporte inverso de electrones; en el mismo, el gradiente de protones se utiliza para hacer retroceder en la cadena y reducir el NAD(P).

5.6 REGULACION DEL METABOLISMO

Al principio de este capítulo comparábamos a Escherichia coli con una fabrica metabólica e imaginábamos como las distintas cadenas de montaje fabricaban todos los componentes necesarios para hacer una célula.

5.6.1 Finalidad

La regulación metabólica asegura que cada una de las rutas metabólicas funcione de manera que la célula disponga de las cantidades apropiadas de todos sus productos finales. Este sistema regulatorio es muy complejo porque las distintas rutas operan con tasas muy diferentes; además, dichas tasas pueden variar repentina y notablemente.

La regulación metabólica permite a la célula alcanzar el crecimiento máximo con la máxima eficacia metabólica. La regulación metabólica también aumenta la eficiencia de la célula mediante otros sistemas. Por ejemplo, las célula solo sintetiza enzimas cuando disponen de los substratos y, además, si existen varios substratos disponibles, sintetizan aquellas enzimas que les permitan usar el mejor (el substrato que da lugar a un crecimiento más rápido). Es más, las células sintetizan solamente los ribosomas suficientes para satisfacer la demanda para la síntesis de proteínas.

5.6.2 Tipos

Existen dos tipos principales de regulación metabólica. El primero regula la cantidad que se sintetiza de una enzima; se le denomina regulación de la expresión génica. El segundo tipo regula la actividad de le enzima sintetizada. Las enzimas alostericos.

El termino alosterico significa “sitio diferente”. Todas las enzimas poseen un centro activo, donde se unen a los reactivos o substratos de forma adecuada para combinarse unos con otros. Las enzimas alostericas también están dotadas de un lugar o centro donde se unen unas pequeñas moléculas denominadas efectores, que cambian su actividad. Los efectores pueden o incrementar o disminuir la velocidad de las reacciones enzimáticas (unos tipos las activan y otros tipos las inhiben). Tanto la activación como la inhibición se producen porque la unión del efector al lugar alosterico causa un cambio conformacional (en la forma) de la enzima. El cambio conformacional afecta al centro activo que, a su vez, influye en la tasa con la que la enzima se una al substrato para catalizar la reacción.

Inhibición por el producto final. La mayoría de las rutas biosinteticas están reguladas alostericamente por un mecanismo denominado inhibición por el producto final o retroinhibicion; el propio producto final es el efector alosterico. El producto final se une a la enzima que cataliza la primera reacción de la ruta y la inhibe; dicha inhibición disminuye el flujo de materiales a lo largo de la ruta.

Activación alosterica. Algunos procesos metabólicos se regulan mediante activación alosterica, es decir, el incremento de la concentración de un efector activa una proteína alosterica. por ejemplo la síntesis del glucógeno se regula mediante este sistema; cuando los intermediarios de rutas como la glucolisis aumentan, lo cual indica que existe más carbono disponible del que se necesitan para el crecimiento, se activan las enzimas implicadas en la síntesis del glucógeno, que es un producto de reserva. De esta manera, la célula puede almacenar el exceso de carbono para su uso posterior.

RESUMEN DEL CAPITULO 18

Metodos de Ecología Microbiana

Los Métodos comprenden el enriqueciemiento y el aislamento, los metodos de tincion de celulas, tanto especificos como inespecificos, el aislamiento y carazterización de genes, y la medición de las actividades de microorganismos in situ (en el medio natural).

La forma como los microbiologos aislan los microorganismos, consiste en separar los organismos de interes de una comunidad microbiana, un procedimiento que se conoce como enriquciemiento, que permite despues aislarlos en un cultivo axenico. El aislamiento es importante porque se obtienen cultivos para estudios detallados y controlados de laboratorio y para su aplicación en biotecnología y en microbiología ambiental e industrial. Lo que existen son comunidades microbianas, y el desarrollo de métodos y procedimientos de interés es un reto parar el ecologo microbiano. El enfoque mas corrientes para alcanzar este propósito es la técnica del cultivo de enriquecimiento. Este método requiere que el cultivo medio de cultivo y las condiciones de incubación sean seelctivos para el organismoque se desea aislar y contraselectivos para los organismos no deseados. Por tanto, reproducir lo más fielmente posible los recursos y las condiciones que se dan en este nicho ecológico y buscar luego los habitantes potenciales de aquiel hábitat capaces de desarrollarse en las condiciones de enriquecimiento seleccionadas.

Este tipo de cultivo establece sembrando el inóculo directamente en un medio altamente selectivo, literalmente, son centenares los métodos que se han ideado para los cultivos de enriquecimiento.

La columna de Winogradsky

Se ha utilizado en el cultivo de enriquecimiento para el aislamiento de bacterias fototroficas rojas y verdes, de bacterias sulfato reductoras y de muchos otros anarebios. El nombre viene del famoso microbiologo ruso Sergei Winogradsky.

La columna de winogradsky es un ecosistema anóxico en miniatura que puede usarse como suministro a largo plazo de bacterias para cultivos de enriquecimiento. Se prepara con un cilindro de vidrio grande que se llena aproximadamente hasta la mitad con lodo rico en materia orgánica, y que preferiblemente contenga sulfuro. Los sustratos de carbono se mezclan previamente con el lodo; se debe evitarse los sustratos facilmente fermentables. Al lodo se le añade CaCO3 y CaSO4 como tampón y como fuente de sulfato, respectivamente. El lodo se compacta en el envase, cuidando de no atrapar aire. El lodo se cubre con agua de un lago, embalse o acequia (o agua de mar si se prepara una columna marina), y se tapa el

cilindro para evitar la evaporación. Se coloca el cilindro cerca de una ventana donde reciba luz solar atenuada y se deja durante varias semanas.

Los organismos aparecen en generalemente como zonas de crecimiento en el lodo de la columna, pero tambien pueden desarrollarse profusamente en el agua si los fototrofos oxigenicos son escasos; para el muestro de bacterias se introduce una pipeta larga con la que se recoge un poco de lodo o agua coloreados, ya estas muetras se usan en microoscopia y para inocular medios de enriquecimiento, para aislamiento y caracterización.

Sesgo de Enriquecimiento

Es cuando desgraciadamente, el organismo más adaptado en los cultivos de laboratorio a menudo es sólo un componente minoritario del ecosistema microbiano, en lugar de ser el mayoritario o el más relevantes desde el punto de vista ecológico.

Aislamiento en cultivo axénico

Los cultivos axénicos ( o puros) se pueden obtener de muchas maneras a partir de un enriquecimiento; los métodos empleados mas frecuente son la siembra por estría en superficie (en placa de Petri), la siembra en profundidad (agar-shake) y la dilución en líquido. Para aquellos microorganismos que crecen bien en medio de cultivo sólido (con agar), el método de elección es la siembra por estría. A partir de una población mixta, mediante la siembra por estría se obtienen colonias separadas; repitiendo esta técinica con una de estas colonias ausladas se consigue un cultivo axénico, que puede ser transferido a un medio líquido.

Siembra en profundidad y numero mas probable (NMP)

El método de siembra en profundidad consiste en la dilución de un cultivo mixto en tubos de agar fundido; cuando el agar solidifica, las colonias se derrollan embebidas en el tubo de agar en vez de en laa superficie, como ocurre en la siembra por estría en placa.

Es un método de gran utilidad para purificar dterminados tipos de de microorganismos anaerobios. Es posible obtener cultivos axénicos mediante diluciones sucesivas de una suspensión de células en tubos de agar fundido. A partir de una colonia crecida en el tubo mayor dilución utilizada como inoculo.

Cultivos axénicos de alta tecnología: las pinzas de laser

Consisten en un microscopio óptico invertido equipado con laser infrarrojo enfocado con presición y un instrumento de micromanipulación. Una célula individual del campo de visión es atrapada por el haz de rayos láser y separada del resto de microorganismos. La célula queda atrapada porque la fuerza creada por el laser empuja hacia abajo los objetos pequeños (como

las células microbianas) y los mantiene en el lugar, cuando el haz de láser se desplaza, las células atrapadas se mueven junto con él. Si la muestra está en un tubo capilar, se atrapa una unica célula que deespués se aisla rompiendo el tubo en un punto entre la célula y el resto de la población. La célula recogida se introduce entonces en un tubo pequeño de medio estéril para iniciar su crecimiento como un cultivo axénico; La tecnología de pinzas láser es especialmente útil para el aislamiento de bacterias de lento crecimiento, que son opacadas por otras en los medios de enriquecimiento típicos o en los organismos prsentes en muy bajos numero.

ANÁLISIS MOLECULAR DE LAS COMUNIDADES MICROBIANAS

La microbiología ha ido desarrollando a lo largo de los años métodos de tinción muy diversos; algunos de ellos son apropiados para la cuantificación de microorganismos de muestras naturales.

Tinción fluorescente con DAPI

Esta tinción se han usado mucho para teñir microorganismos en hábitats opacos. El colorante DAPI se utiliza con frecuencia para este proposito ; las células teñidas con DAPI presentan fluorescencia azul brillante y son muy faciles de ver y enumerar.

Esta tinción solo sirve para muestras de suelo y agua, debido a que tiñes todas las celulas por que no diferencia entre celulas vivas y muertas, ni permite el rastreo de organismos especificos en el ambiente.

Tinción de Viables

Existe un tinción con colorantes flourencentes que diferencia entre celulas vivas y muertas, Proporcionando información no solo del número de organismos de una muestra sino también de su viabilidad. Esta distinción se basa en la integridad de la membrana citoplasmática celular. A la muestra se añaden dos colorantes, verde y rojo; el colorante flouorencente verde penetra en todas las celulas, viables o no, mientras que el rojo, que contiene yoduro de propidio, penetra sólo en aquellas cuya membrana ya no se encuentra intacta y por obvio estas muertas, lo que ofrece una evalución instantánea de la viabilidad.

Anticuerpos Fluorescentes

Son técnicas de tinción con sustancias flourescentes pueden hacerse más específicas con el empleo de anticuerpos fluorescentes.

Proteína Fluorescente verde para el etiquetado celular.

se le inserta un gen que codifica una proteína fluorescente verde (. Al expresarse, las células que contienen la GFP aparecen de color verde cuando se observan con un microscopio de luz ultravioleta.

Limitaciones de la microscopía

El microscopio no es suficiente para el estudio de los microorganismos en sus hábitat naturales. La principal problema son las células pequeñas, también es dificil diferenciar entre células vivas y células muertas y la materia inerte. Sin embargo, el principal incoveniente del microoscopio y las tinciones es la imposibilidad de evaluar la diversidad génetica de los microorganismos en un hábitat natural, debido a que es fácil equivocarse.

Tinciones Genéticas

La técnica se conoce como hibridación fluorescente in situ (FISH, fluorescent in situ hybridization) de cual se describen 3 aplicaciones.

Tinción filogénetica con FISH

Los colorantes filogéneticos son oligonucleótidos fluorescentes complementarios en la secuencia de base a las secuencias signatura en el rRNA 16S (en procariotas) o 18S (en eucariotas). Los colorantes penetran en la célula, donde hibridan con el RNA ribosómico directamente en los ribosomas. El grado de especifidad de un colorante filogenético puede controlarse mediante la secuencia de la sonda fusionada al colorante.

Tinción de cromosomas y transcripción inversa in situn

Otras técnicas del FISH son la tinción de cromosomas y la transcripción inversa in situ.

La primera se aplica para identificar genes especificos de la microbiota de muestra naturales, y la sgeunda se dirige aun m RNA específico .

Medición de la actividad microbiana en la naturaleza

Se utilizan los radioisótopos y microelectrodos, la medida directa de las transformaciones químicas es suficiente para evaluar las que seproducen en el ambiente. Cuando s enecesita una elevada sensibilidad, cuandoes preciso determinar las tasas de recambio, o cuando se sigue una molecula en especifico los radioisotopos son muy utiles.

Microelectrodos

Son pequeños electrodos de cristal , para estudiar la actividad de los microorganismos en la naturaleza. Los más utilizados son los que miden pH, O, N2O , CO2, H2 o H2S. Como su nombre indican, son muy pequeños , y las puntan tienen diametro que oscila entre 2 y 100 um.

Isotopos Estables

Muchos elementos químicos tienen diferentes isótopos, que no son radioactivos y se utilizan para el estudio de diversas transformaciones microbianas en la naturaleza.

Los elementos con mayor utilidad para estudios con isotpos estables son el carbono y el azufre, ellos reaccionan en un fenomeno conocido como fraccionamiento isotopico, el fraccionamiento tiene diversas aplicaciones en en ecologia microbiana, es fácil reconocer a loas bacterias sulfato reductoras.

Bibliografía:

10ª Edición, Brock, Biología de los Microorganismos

Capitulo 18

CAPITULO 19 HABITAT MICROBIANOS, CICLOS DE NUTRIENTES E INTERACCIONES CON PLANTAS Y

ANIMALES

1 ECOSISTEMAS MICROBIANOS

POBLACIONES, GREMIOS Y COMUNIDADES

En un sistema microbiano, el crecimiento celular formo poblaciones. Las poblaciones metabólicamente relacionadas se denominan gremios, y los conjuntos de agrupaciones interaccionan formando comunidades microbianas, que interaccionan con comunidades de macroorganismos y con el ambiente. “las comunidades microbianas consisten en poblaciones de células de varias especies”.

CICLOS BIOGEOQUIMICOS

Los ciclos biogeoquimicos tienen un papel clave en el reciclado de los elementos, especialmente en el caso del carbono, azufre, nitrógeno, y hierro. Un ciclo biogeoquimico es el resultado del conjunto de procesos biológicos y químicos durante el reciclado de estos elementos esenciales de los sistemas vivos. A menudo, esos ciclos implican reacciones de oxidación-reducción a medida, que el elemento se desplaza a través del ecosistema.

AMBIENTES Y MICROAMBIENTES

Los hábitats naturales de los microorganismos son extremadamente diversos. Cualquier hábitat que sea adecuado para el crecimiento de organismos superiores, también lo es para el crecimiento de microorganismos. Hay muchos hábitats donde; debido a las condiciones físicas o químicas extremas, no se encuentran organismos superiores y algunos pueden, incluso, vivir en el interior de plantas y animales. En dichos hábitat, sus poblaciones pueden ser muy numerosas y ser muy beneficiosas para la planta o el animal en relación con su nutrición.

EL MICROORGANISMO Y SU MICROAMBIENTE

El crecimiento de los microorganismos en la naturaleza depende de los recursos disponibles y de las condiciones del crecimiento. Las diferencias en el tipo y cantidad de los diferentes recursos y en las condiciones fisicoquímicas de un hábitat definen el nicho ecológico de cada organismo. La teoría ecológica indica que para cada organismo existe al menos un nicho, el principal, que es aquel en el que crece

más. El mismo organismo puede habitar otros nichos, pero en ellos no tendrá tanto éxito como el principal.

El termino microambiente se refiere exactamente al lugar del hábitat en el que el microorganismo vive y lleva a cabo su metabolismo.

CRECIMIENTO BACTERIANO EN SUPERFICIES Y BIOFILMES

La superficies suelen tener considerable importancia como habitat microbianas debido a que absorben nutrientes. Como consecuencia, la concentracion de microorganismos, que crecen en una superficie suele ser mayor que la concentracion de adherencia puede ser tambien un nutriente.

BIOFILMES : ESTRUCTURA

Los microorganismos crecen incluidos en biofilmes son microconios revestidos de celular bacterianas adosadas a una superficie mediante polisacaridos adhesivos excresados por las propias celulas. Los biofilmes atrapan nutrientes para el crecimiento de las poblaciones microbianas y ayudan a impedir el despendimiento de las celulas que crecen sobre las superficies expuestas.

BIOFILMES: CONSECUENCIA Y CONTROL

El desarrollo biofilme tiene implicaciones significativas en la salud humana.. En el cuerpo, la celulas bacterianas de un biofilde se encuentran protegidas ante ataques del sistema inmunitario y los antibioticos, ademas los biofilmes aparecen en diversos alteraciones dentales, en la formacion de calculos en el riñon, en la tuberculosis etc.

HABITAT MICROBIANOS TERRESTRES Y AGUA DULCE

Entre los habitat principales de los microorganismos estan los suelos y las masas de agua dulce, entre las que se encuentran lagos, estanques y rios.

Ambientes terrestres

Los ambientes terrestres se dirigen hacia el suelo y las plantas, donde tienen lugar los procesos determinantes para el funcionamineto del ecosistema en la formacion del suelo se producen interacciones complejas entre el material original, la topografia del terreno, el clima y los seres vivo. Los suelos pueden clasificarse en dos amplios grupos suelos minerales y suelos organicos.

Formacion del sueloLos suelos se forman como resultado de uan combinacion de procesos fisicos, quimicos y biologicos. La sheladas, el deshielo y otros procesos fisicos originan la formacion de grietas en las rocas. Las raices de las plantas van penetrando por las hendiduras y aumentan la fragmentacion de la roca y sus excreciones causan el desarrollo de uan rizosfera (el suelo que rodea las raices de las plantas) cuando las plantas mueren, sus restos pasan a formar parte del suelo y se convierten, en nutrientes para eldesarrollo microbiano mas extenso. Los minerales se solubilizan a un mas extenso, los minerales son sutancia hacia capas profundas.

EL SUELO COMO HABITAT MICROBIANO

El crecimiento microbiano mas importante tiene lugar en la superficie de las particulas del suelo. Uno de los principales factores que influyen en la actividad microbiana en la disponibilidad del agua.

Ambientes de agua dulce

Los ambientes acuaticos difieren considerable de cualquier otro en sus propiedades fisicoquimicas y no es sorprendente que tambien sea distinta la composicion de especies microbianas que viven en ellas. Los organismos fototroficos predominantes en la mayoria de los ambientes acuanticos son microorganismos.

Relaciones en el oxigeno de algas y rios

Aunque el oxigeno es uno de los gases mas abundantes en la atmosfera, subilidad en el agua es limitada, y que el intercambio entre el oxigeno disuelto y el oxigeno atmosferico en las grandes masas de agua es lento. La produccion sintetica (fotosintetica) donde hay luz disponible. La materia organica que no se consume en estos estratos superiores va a parar al fondo, donde se descompone por la accion de microoranismos facultativos, que utilizan el oxigeno disuelto en el agua, en los lagos, cuando se han consumido el oxigenos disuelto, las xapas mas profundas se vuelven anoxicas.

Rios

El oxigeno es un factor de particulas inertes especialmente en los rios que reciben mucha materia organica procedentes de aguas reciduales y contaminacion industrial. Aunque las aguas de un rio se mezclen mucho debido al flujo del agua y a turbulencias, si el aporte de materia organica es muy elevada puede producirse un deficit de oxigeno debido a la respiraccion bacteriana. A medida que el agua se aleja del lugar donde se produce la descarga de residuos, la materia organica es consumida gradualmente y la concentracion d eoxigeno se acerca a la normalidad.

Demanda biologica de oxigeno

La capacidad de consumir oxigeno que tiene una masa de agua determinada se conoce como demanda biologica de oxigeno (DBO) para determinar la DBO se toma una muestra de agua, se aire bien y se coloca en una botella que se precipita y se pone en incubacion durante un periodo estandar de tiempo. Al final del periodo de incubacion, se determina el oxigeno residual que contiene el agua. La DBO es una medida indirecta de la cantidad de materia organica del agua que puede ser oxidada por los microorganismos.

MICROBIOLOGIA MARINA

Los oceanos difieren en muchos aspectos de los ambientes de agua dulce. La aplicación a la ecologia microbiana de tecnicas moleculares, especialmete la tincion genetica, asi como el aislamiento y secuenciacion de genes. Esta proporcionando nueva informacion sobre los micoorganismos marinos.

Ambientes marinos y distribucion de microorganismos.

Los niveles nutritivos en el mar abierto con frecuencia resultan limitantes, la actividad de los productos primarios se ven contreñida por esas deficiencias en al nutricion lo que provoca que el numero de celulas en este medio sea inferior a los ecosistemas de agua dulce.

Produccion primaria

Una parte importante de la produccion primaria en mar abierto; incluso a profundidades significativas, se debe a la actividad fotosintetica de los proclorofitos diminutos procariontas ue contienen clorofilas a y b; prohlorococus es un destacado producto primario. Las celulas de trichodesmuim forman penachos de filamentos que contituyen una fraccion significativa de la biomasa suspendida en esas deficiencias en la nutricion.

Microbiologia de mar abierto

A pesar de los bajos niveles de nutrientes inorganicos y de carbono organico, en el mar abierto se han encontrado numerosos significtivos en suspension entre 105

y 106 celulas procariontas por mililitro, ademas hay celulas eucariontas muy pequeñas presentes.

Bacterias barotolerantes y barofilicas

Los organismos aislados a profundidades de alrededor de 3000m y utilizados en estudios que relacionan el crecimiento o la actividad metabolica con la presion, demuestran que son barotolerantes.

Efectos moleculares de las altas presiones

La presion afecta a la fisiologia y a la bioquimica de la celula. Se ha demostrado que el aumento de la presion disminuye la capacidad de fijacion de los enzimas a sus sustratos, por lo tanto, los enzimas de los barofilos extremos deben estar plagadas de manera que el efecto causado por las altas presiones sea minimo.

MICROBIOLOGIA DE LAS PROFUNDIDADES MARINAS

La luz solar penetra hasta un maximo de unos 300mts en el mar abierto; esa parte superior iluminada se denomina zona fotica. Por debajo aproximadamente hasta unos 100m de profundidad, se produce una intensa actividad biologica como resultado de la accion de animales y microorganismos.

Condiciones en la profundidades marinas

Los organismos que habitan las profundidades deben de estar adaptadas a tres condiciones extremas; bajas temperaturas altas presiones y concentraciones de nutrientes muy pequeñas. Los microorganismos que habitan en las profundidades marinas deben ser capaces de resistir las enormes presiones hidrostaticas asociadas a estas profundidades.

Fuentes hidrotermales submarinas

Distribuida por todos los fondos marinos se encuentran comunidades muy activas de animales cuya subsitencia esta segura por la actividad de microorganismos que se encuentran agrupados alrededor de fuentes hidrotermales que surgen en las grandes profundidades. El agua marina que se filtra por las grietas en esas zonas. Se mezcla con minerales calientes y vuelve a salir a gran presion. Debido a sus caracteristicas excepcionales.

Animales que viven en las fuentes hidrotermales submarinas

Se ha encontrado comunidades muy activas de invertebrados , que incluyen gusanos tubicolas de mas de 2 metros de longitud, y un gran numero de mejillones y almejas gigantes, de 20 y 25 cm.

Bibliografía:

10ª Edición Brock, Biologia de los Microorganismos

Capitulo 19

Universidad Popular de la Chontalpa

Alumno: Francisco Javier León Cab

Asignatura: Microbiología

Maestro: M.C. Eduardo Maldonado Chávez

Semestre 2° Grupo : B

Turno Vespertino

Trabajo: Resumen de capitulo 5, 18 y 19

H. Cárdenas, Tabasco, 17 de junio del 2011.

Universidad Popular de la Chontalpa

Alumno: Marcela Méndez Cano

Asignatura: Microbiología

Maestro: M.C. Eduardo Maldonado Chávez

Semestre 2° Grupo : B

Turno Vespertino

Trabajo: Resumen de capitulo 5, 18 y 19

H. Cárdenas, Tabasco, 17 de junio del 2011.