Nutrición microbiana
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Toda la naturaleza es, como se ha dicho, una conjugación activa y pasiva del verbo comer
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Nutrientes
Son sustancias que se emplean en la biosíntesis y producción de energía
Son necesarios para el crecimiento microbiano
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Macronutrientes ó macroelementos
Son captados por los m.o. en cantidades relativamente grandes
95% de la célula microbiana esta constituido por C, O, H, N, S, P, K, Ca, Mg y Fe.
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C,O,H,N, S y P Son componentes de carbohidratos, lípidos, proteínas y
ácidos nucleícos. Carbono
Fuente de energía y/o compuestos para biosíntesis Nitrógeno y azufre
Se encuentra en las células en forma reducida como grupos amino y sulfhidrilo. Generalmente en forma reducida, aunque algunos m.o. los asimilan en forma oxidada. Sulfatos, nitratos, peptonas (N y S) y cisteina.
Fijación de N2 (N2 NH3)
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K, Ca, Mg y Fe. Se encuentran en la célula en forma de cationes necesarios para actividades enzimáticas, síntesis
de proteínas (K+), termorresistencia de endosporas (Ca2+), cofactores de enzimas.
Forma complejos con el ATP y estabiliza los ribosomas y las membranas celulares (Mg2+).
Forma parte de los citocromos, cofactor de enzimas y de proteínas transportadoras de electrones (Fe2+ y Fe3+).
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Micronutrientes o microelementos u oligoelementos Son aquellos que se requieren en cantidades
tan pequeñas que contaminantes presentes en agua, y otros componentes del medio de cultivo son suficientes.
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Mn, Zn, Co, Mo, Ni y Cu Son normalmente parte de enzimas y
cofactores, facilitan la catálisis de reacciones y mantenimiento de la estructura de proteínas.
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Factores de crecimiento
Son sustancias precursoras de ciertos constituyentes orgánicos de la célula que el m.o. es incapaz de sintetizar, generalmente se requieren en pequeñas concentraciones. Aas proteínas purinas y pirimidinas ácidos nucleicos vitaminas grupos prosteticos o centros activos
de ciertas enzimas.
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Elemento Funciones fisiológicasHidrógeno Constituyente de agua celular, materiales celulares
orgánicosOxígeno Constituyente de agua celular, materiales celulares
orgánicos; como O2, aceptor de electrones en larespiración de los aerobios
Carbono Constituyente de materiales celulares orgánicosNitrógeno Constituyente de proteínas, ácidos nucleicos,
coenzimasAzufre Constituyente de proteínas (como aminoácidos
cisteína y metionina), de algunas coenzimas (porejemplo, CoA, cocarboxilasa).
Fósforo Constituyente de ácidos nucleicos, fosfolípidos,coenzimas
Potasio Uno de los principales cationes inorgánicos de lascélulas, cofactor de algunas enzimas.
Magnesio Importante catión celular, cofactor inorgánico enmuchas reacciones enzimáticas, incluyendoaquellas que requieren ATP; funciona uniendo lasenzimas a los sustratos; constituyente de lasclorofilas.
Manganeso Cofactor inorgánico de varias enzimas, a vecesremplazando al Mg.
Calcio Importante catión celular, cofactor de algunasenzimas (por ejemplo proteasas)
Hierro Constituyente de citocromos y otras hemo o nohemoproteínas; cofactor de cierto número deenzimas.
Cobalto Constituyente de la vitamina B12 y de sus coenzimasderivados.
Cobre, zinc, níquel,molibdeno
Constituyentes inorgánicos de enzimas especiales.
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Clasificación por requerimientos nutricionales(Fuente de carbono)
Heterotrofos M.o. que utilizan moléculas orgánicas
preformadas y reducidas como fuente de carbono
Autotrofos M.o. que utilizan CO2, como principal y única
fuente de carbono
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Clasificación energética de m.o.
Quimiótrofos (oxidación de compuestos orgánicos o inorgánicos)
Quimioautotrofos Quimioheterotrofos
Fototrofos (luz)
Fotoautotrofos Fotoheterotrofos
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Clasificación Fuente de carbono Fuente de energía
Autotrofos CO2 -------
Heterotrofos Compuestosorgánicos
--------
Quimiotrofos --------- Compuestos químicos
Quimiolitotrofos _______ Compuestos químicosinorgánicos
Quimiorganotrofos _______ Compuestos químicosorgánicos
Quimioautotrofos CO2 Compuestos químicos
Fototrofos _______ Luz
Fotoautotrofos CO2 Luz
Fotoheterotrofos Compuestosorgánicos
Luz
Quimioheterotrofos Compuestosorgánicos
Compuestos químicos
Necesidades nutricionales debidas a mutaciones. Prototrófo
Es un m.o. que precisa los mismos nutrientes que la mayoría de los miembros de su especie
Auxotrofo Es un m.o. mutado que carece de la
capacidad para sintetizar un nutriente esencial y por ello, debe obtenerlo o del medio o mediante transformación de un precursor.
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Compuesto Bacteria(% base seca)
Levaduras(% base seca)
Hongos(% base seca)
Promedio Promedio Promedio
Carbono 48 46-52 48 46-52 48 45-55Nitrógeno 12.5 10-14 7.5 6-8.5 6 4-7Proteínas 55 50-60 40 35-45 32 25-40Carbohidratos 9 6-15 38 30-45 49 40-55Lípidos 7 5-10 8 5-10 8 5-10Acidos nucleicos 23 15-25 8 5-10 5 2-8Cenizas 6 4-10 6 4-10 6 4-10
Composición típica de compuestos orgánicos e inorgánicos de microorganismos
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g/100 g en peso secoElemento Bacteria Hongos LevadurasFósforo 2-3 0.4-4.5 0.8-2.6Azufre 0.2-1.0 0.1-0.5 0.01-0.24Potasio 1-4.5 0.2-2.5 1-4Magnesio 0.1-0.5 0.1-0.3 0.1-0.5Sodio 0.5-1 0.02-0.5 0.01-0.1Calcio 0.01-1.1 0.1-1.4 0.1-0.3Fierro 0.02-0.2 0.1-0.2 0.01-0.5Cobre 0.01-0.02 --------- 0.002-0.01Manganeso 0.001-0.01 --------- 0.0005-0.007Molibdeno -------- --------- 0.0001-0.0002Total Cenizas 7-12 2-8 5-10
Composición típica de compuestos orgánicos e inorgánicos de microorganismosConstituyentes inorgánicos
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Substratos
S1
S2
Sn
Células
X
Productos
P1
P2
Pn
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Producto Compuesto químico diferente de material
celular que es liberado al medio Sustrato
Compuestos que son consumidos a partir del medio como resultado de crecimiento celular o formación de producto.
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WiXi=0
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Factores que limitan la formulación de medios de cultivo Algunos elementos de sustrato liberados como
productos no asimilados a material celular Velocidades limitantes y estequiometría, debe
considerarse rendimientos Nutrientes específicos pudieran ser limitantes o
productos específicos que pueden ser inhibitorios
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Factores que limitan la formulación de medios de cultivo Factores ambientales Factores de crecimiento
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Crecimiento microbiano: Descripción química
ACaHbOc + BO2 + DNH3 MCHO N+ PCO2 + QH2O C
donde: A, B, D, P y Q son moles
CaHbOc fuente carbono-energía
M son moles de una unidad celular CHO N
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Datos de composición celular
Bacterias
C 0.53; N 0.12; O 0.19 H0.07
Levaduras
C 0.47; N 0.075; O 0.31 H0.065
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aCHxOy + bO2 + cNH3 CHO N+ dCO2 + eH2O
C: a=1+dH: ax+3c=+2eO:ay+2b=+2d+eN:c=
RQ=moles de CO2/moles de O2=d/b
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Rendimiento biomasa sustrato (YX/S)
YX/S=X/ s
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Medios de Cultivo
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Medio sintético o definido
Son medios en que se conocen todos los componentes.
Los medios definidos se emplean ampliamente en investigación dado que con frecuencia se requiere conocer qué esta metabolizando el m.o.
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Medio BG-11 para cianobacterias
Cantidad (g/l)
NaNO3 1.5
K2HPO4.3H2O 0.04
MgSO4.7H2O 0.075
CaCl2.2H2O 0.036
Ácido cítrico 0.006
Citrato amónico férrico 0.006
Na2CO3 0.02
EDTA 0.001
Solución de metales traza 1 ml/lKeiko Shirai:
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Medios complejos
Son medios suficientemente ricos para satisfacer las necesidades nutricionales de diversos microorganismos.
De gran utilidad cuando se desconoce los requerimientos nutricionales de un m.o. en particular.
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Agar MacConkey
Cantidad (g/l)
Peptona de gelatina 17
Peptona de caseína 1.5
Lactosa 10
Sales biliares 1.5
Cloruro sódico 5
Rojo neutro 0.03
Cristal violeta 0.001
Agar 13.5Keiko Shirai:
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Tipos de medio
Selectivos Favorecen el crecimiento de m.o. particulares
Diferenciales Permiten distinguir entre grupos distintos de
m.o. según sus características biológicas
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