Nutricion bacterias
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Este documento describe los requerimientos nutricionales y el metabolismo bacteriano. Explica que las bacterias requieren nutrientes como carbono, nitrógeno, fósforo, azufre y oligoelementos para su crecimiento y metabolismo. Además, cubre los diferentes tipos de bacterias según su fuente de energía y carbono, así como los factores que afectan su crecimiento como pH, temperatura y oxígeno. Finalmente, resume las etapas del metabolismo catabólico bacteriano que incluyen quimiotaxis, digestión, absorción
Nutricion bacterias
- 1. NUTRICIÓN, CRECIMIENTO Y METABOLISMO BACTERIANO
- 2. Todo organismo debe de encontrar en su ambiente todas las substancias que requiere para la generación de energía y biosíntesis celular.
- 3. Nutrientes o requerimientos nutricionales Son químicos y elementos del ambiente utilizados para el crecimiento bacteriano
- 4. Nutrientes o requerimientos nutricionales Principales elementos Son revelados por la composición elemental de la célula, que consiste de C, H, O, N, S, P, K, Mg, Fe, Ca, entre otros. Se encuentran en forma de iones inorgánicos, agua, pequeñas moléculas, y macromoléculas que tienen un papel ya sea estructural o funcional en las células.
- 5. Tabla I. Principales elementos, sus fuentes y funciones en células bacterianas % de peso Elemento Fuente Función seco Carbón 50 Compuestos orgánicos o Principal componente del material celular CO2 Oxígeno 20 H2O, compuestos Componente del material celular y agua celular; O2 es un aceptor de orgánicos, CO2 y O2 electrones en la respiración aerobia. Nitrógeno 14 NH3, NO3, compuestos Componente de los aminoácidos, ácidos nucleicos y coenzimas orgánicos, N2 Hidrógeno 8 H2O, compuestos Principal componente de compuestos orgánicos y agua celular orgánicos, H2 Fósforo 3 Fosfatos inorgánicos Componente de los ácidos nucleicos, nucleótidos, fosfolípidos, LPS, (PO4) ácidos teicoicos Sulfuro 1 SO4, H2S, S, compuestos Componente de cisteína, metionina, glutation, y varias coenzimas orgánicos de sulfuro Potasio 1 Sales de potasio Principal catión inorgánico celular y cofactor de ciertas enzimas Magnesio 0.5 Sales de magnesio Catión celular inorgánico, cofactor de ciertas reacciones enzimáticas Calcio 0.5 Sales de calcio Catión celular inorgánico, cofactor de ciertas enzimas y un componente de las endosporas Hierro 0.2 Sales de hierro Componente de los citocromos y ciertas proteínas de hierro no hemo y un cofactor de reacciones enzimáticas
- 6. Nutrientes o requerimientos nutricionales Principales elementos Oligoelementos Son iones metálicos que requieren ciertas células en pequeñas cantidades. Actúan como cofactores de ciertas reacciones enzimáticas de la célula. Los que se clasifican como oligoelementos comúnmente en la nutrición bacteriana son Mn, Co, Zn, Cu y Mo.
- 7. Crecimiento de las bacterias deben tener Una fuente de energía. Una fuente de carbono Un rango permisivo de y otros requerimientos las condiciones físicas nutrimentales. como concentración de O2, temperatura y pH.
- 8. Crecimiento de las bacterias Fuente de energía y requerimiento de carbono Requerimientos de carbono Autótrofos Heterótrofos (organismos que utilizan CO2 (organismos que utilizan como única fuente de carbono carbono orgánico) para el crecimiento) Fuente de energía Fuente de energía Fotoautótrofos Quimioautótrofos Fotoheterótrofos Quimioheterótrofos (usan energía radiante o litótrofos (usan energía radiante o heterótrofos (luz)) (oxidan compuestos (luz)) (usan (oxidan) una forma inorgánicos) orgánica de carbono)
- 9. Tabla II. Mayores tipos nutricionales de procariontes Tipo nutricional Fuente de energía Fuente de carbono Ejemplos Fotoautótrofos Luz CO2 Cianobacterias, y algunas bacterias púrpuras y verdes Fotoheterótrofos Luz Compuestos algunas bacterias orgánicos púrpuras y verdes Quimioautótrofos o Compuestos CO2 Solo pocas bacterias litótrofos inorgánicos e.g. H2, y varias archeas NH3, NO2, H2S Quimioheterótrofos o Compuestos Compuestos La mayoría de las heterótrofos orgánicos orgánicos bacterias y solo pocas archeas
- 10. Crecimiento de las bacterias Otros requerimientos nutrimentales. Factores de crecimiento Son compuestos esenciales para el crecimiento bacteriano y son substancias que el organismo no puede sintetizar. Se requieren en pequeñas cantidades por las células debido a que cumplen con papeles específicos en la biosíntesis. Purinas y pirimidinas Aminoácidos Vitaminas Se requieren para la Se requieren para la Se necesitan como síntesis de ácidos nucleicos síntesis de proteínas. coenzimas y grupos (ADN y ARN). funcionales de ciertas enzimas.
- 11. Algunas bacterias como E. coli no requiere de ningún Otras bacterias como Lactobacillus requiere de purinas, factor de crecimiento: pueden sintetizar todas las pirimidinas, vitaminas y ciertos aminoácidos para poder purinas, pirimidinas, aminoácidos y vitaminas esenciales, crecer. comenzando por su fuente de carbono.
- 12. Tabla. Vitaminas comunes requeridas en la nutrición de ciertas bacterias Vitamina Forma de coenzima Función Ácido p- Precursor para la biosíntesis de ácido fólico aminobenzoico (PABA) Ácido fólico Tetrahidrofolato Transferencia de unidades de un carbono y se requiere para la síntesis de timina, bases purinas, serina, metionnina y pantotenato Biotina Biotina Para reacciones biosintéticas que requieren la fijación de CO2 Ácido lipoico Lipoamida Para la transferencia de grupos acilo en la oxidación de ceto ácidos Ácido sulfónico Coenzima M Producción de CH4 por metanogenes mercaptoetano Ácido nicotínico NAD (nicotinamida adenina Portador de electrones en reacciones de deshidrogenación dinucleotido) y NADP Ácido pantotenico Coenzima A y la proteína Oxidación de ceto ácidos y portador de grupos acilo en el metabolismo portadora de acilo (ACP) Piridoxina (B6) Fosfato piridoxal Transaminación, desaminación, decarboxilación y raceminación de aminoácidos Riboflavina (B2) FMN (flavin mononucleotido) y Reacciones de óxido-reducción FAD (flavina adenina dinucleotido) Tiamina (B1) Tiamina priofsofato (TPP) Decarboxilación de cetoácidos y reacciones de transaminación Vitamina B12 Cobalamina unida a nucleósidos Transferencia de grupos metilo de adenina Vitamina K Quinones y naptoquinones Procesos de transporte de electrónes
- 13. CRECIMIENTO BACTERIANO • Sigue tres fases • Fase de adaptación o fase lag: cuando una población bacteriana se encuentra en un nuevo ambiente con elevada concentración de nutrientes que le permiten crecer. En esta fase el crecimiento es muy lento, las células se preparan para comenzar un rápido crecimiento. Existe una elevada tasa de biosíntesis de proteínas necesarias para el crecimiento rápido. • Fase exponencial: se caracteriza por el crecimiento exponencial de las células. La velocidad de crecimiento durante esta fase se conoce como la tasa de crecimiento k y el tiempo que tarda cada célula en dividirse como el tiempo de generación g. Los nutrientes son metabolizados a la máxima velocidad posible, hasta que dichos nutrientes se agoten. • Fase estacionaria: se produce como consecuencia del agotamiento de los nutrientes en el medio, las células reducen drásticamente su actividad metabólica y comienzan a utilizar como fuente energética aquellas proteínas
- 15. Factores que afectan el crecimiento bacteriano Nutrientes Fuentes Condiciones energéticas fisicoquímicas Nutrientes Factores de pH Temperatura básicos crecimiento Presión Luz y otras osmótica radiaciones Humedad Oxígeno
- 16. pH pH pH Organismo mínimo óptimo máximo Thiobacillus thiooxidans 0.5 2.0-2.8 4.0-6.0 Acidófilo Neutrófilo Alcalófilo Rango de crecimiento Sulfolobus acidocaldarius 1.0 2.0-3.0 5.0 Bacillus acidocaldarius 2.0 4.0 6.0 Zymomonas lindneri 3.5 5.5-6.0 7.5 Lactobacillus acidophilus 4.0-4.6 5.8-6.6 6.8 Staphylococcus aureus 4.2 7.0-7.5 9.3 Escherichia coli 4.4 6.0-7.0 9.0 Clostridium sporogenes 5.0-5.8 6.0-7.6 8.5-9.0 Erwinia caratovora 5.6 7.1 9.3 Pseudomonas aeruginosa 5.6 6.6-7.0 8.0 Thiobacillus novellus 5.7 7.0 9.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Streptococcus pneumoniae 6.5 7.8 8.3 pH Nitrobacter sp 6.6 7.6-8.6 10.0
- 17. Ambiente Grupo Aeróbico Anaeróbico Efecto del O2 Se requiere (utilizado para Aerobias estrictas Crecen No crecen respiración aeróbica) Crecen si el nivel no Se requiere pero a Microaerófilas No crecen es muy alto niveles bajos Anaerobias estrictas No crecen Crecen Tóxico No se requiere para el crecimiento pero Anaerobias Crecen Crecen se utiliza cuando facultativas está presente Anaerobias Crecen No se requiere y no Crecen aerotolerantes se utiliza
- 18. Termófilas Termófilas Termófilas extremas extremas Rango de crecimiento moderadas tipo bacteria tipo archea Mesófilas Psicrófilas ? 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Temperatura °C
- 19. METABOLISMO BACTERIANO Se define como el conjunto de reacciones químicas mediante as cuales las bacterias se nutren y aseguran su supervivencia por medio de la reproducción
- 20. Metabolismo bacteriano Metabolismo catabólico Metabolismo anabólico (energético) (sintético) Reacciones químicas llevadas a cabo Reacciones que, aprovechando los por los seres vivos con la finalidad de productos intermedios y la energía asimilar nutrientes. procedentes del catabolismo, sintetizan materiales constitutivos de las bacterias, así como otros que pueden eliminarse al Se degradan compuestos orgánicos exterior. complejos en otros más sencillos y obtienen energía para luego ser utilizada en los procesos de biosíntesis. Síntesis proteica y síntesis de polisacáridos intracelulares.
- 21. Metabolismo catabólico (energético) Metabolismo catabólico (energético) 5. Oxidación 1. Quimiotaxis 2. Digestión 3. Absorción 4. Preparación biológica
- 22. 1. QUIMIOTAXIS • Algunas bacterias móviles, gracias a unos receptores localizados en el periplasma, detectan compuestos hipotéticamente aprovechables como nutrientes, se unen a algunas de sus moléculas, las transfieren a proteínas de la membrana citoplasmática que las reconocen como tóxicas o no, evalúan las variaciones de sus concentraciones, transmiten señales a elementos sensoriales a los flagelos y, según los casos, éstos se mueven haciendo que las bacterias se alejen o no de aquellos.
- 23. Metabolismo catabólico (energético) 5. Oxidación 1. Quimiotaxis 2. Digestón 3. Absorción 4. Preparación biológica
- 24. 2. DIGESTIÓN • Casi todos los nutrientes se encuentran en el entorno de las bacterias de interés humano en forma de macromoléculas. Gracias a una serie de enzimas vertidas al exterior (exoenzimas), pueden ser escindidas a compuestos más simples, que ya son asimilables. Como por ejemplo: • Las proteínas, mediante proteasas, son degradas a péptidos y éstos por peptidasas hasta aminoácidos. • Los triglicéridos son descompuestos en ácidos grasos y glicerol por la acción de lipasas. • Los carbohidratos en oligosacáridos y monosacáridos por sacarasas.
- 25. Metabolismo catabólico (energético) 5. Oxidación 1. Quimiotaxis 2. Digestón 3. Absorción 4. Preparación biológica
- 26. 3. ABSORCIÓN • Es el proceso por el que las moléculas sencillas, que surgieron mediante la digestión o que se encontraban como tales, una vez salvada la barrera de la pared celular, penetran en el citoplasma tras atravesar la membrana citoplasmática: • Difusión simple o pasiva (iones). • Difusión por osmosis (agua). • Transporte asociado a permeasas • Difusión facilitada • Transporte con consumo energético. • Translocación de grupo (sacarosa).
- 27. Metabolismo catabólico (energético) 5. Oxidación 1. Quimiotaxis 2. Digestón 3. Absorción 4. Preparación biológica
- 28. 4. PREPARACIÓN • Las sustancias que ingresaron experimentan una serie de reacciones catalizadas por endoenzimas hasta llegar a productos sobre los que tiene lugar una oxidación biológica. • Los carbohidratos y los polialcoholes siguen fundamentalmente la ruta de Embden-Meyerhof o glucólisis y alternativamente otras dos, como la de las pentosas fosfato y de Entner- Doudoroff que conectarán con la vía glucolítica, la cual termina formando dos moléculas de piruvato
- 29. Glucosa 6-P-Gluconolactona ATP G6PDH HC LACT ADP Glucosa-6-P Gluconato-6-P GLUC6PDH GPI NADP+ Ruta de las Gluconato-6-P Vía de Entner- NADPH+H+ pentosas Fructosa-6-P Doudoroff CO2 fosfato ATP PFC Ribulosa-5-P ADP 6-fosfogluconato RPE RPI Fructosa-1,6-diP ALD Xilulosa-5-P Ribosa-5-P TA Vía de Embden- Dihidroxiacetona-P Gliceraldehído-3-P* Meyerhof 2NAD+ TC (glucólisis) GADPH 2Pi 2NADH+H+ 1,3-Difosfoglicerato* 2ADP PGC 2ATP 3-Fosfoglicerato* PGM Oxidación 2-Fosfoglicerato* HC: hexocinasa. GPI glucosa-fosfato isomerasa. PFC: fosfo-fructocinasa. ALD: aldosa. GADPH: anaeróbica del gliceraldehído-fosfato deshidrogenasa. PGC: fosfato-glicerocinasa. PGM: fosfo-gliceromutasa. ENOL: ENOL enolasa. PC: piruvatocinasa. G6PDH: glucosa-6-fosfato deshidrogenasa. LACT: lactonasa. GLUC6PDH: piruvato H2O gluconato-6-fosfato deshidrogenasa. RPE: ribulosa-fosfato epimerasa. RPI: ribulosa-fosfato isomerasa. Fosfoenolpiruvato* TA: transaldosa. TC: transcetolasa. LDH: lactato deshidrogenasa NADH+H+ NAD+ PC LDH Lactato* Piruvato* Algunas rutas de catabolismo de carbohidratos
- 30. 4. PREPARACIÓN • En las bacterias aerobias el proceso finaliza con una oxidación completa del piruvato hasta CO2 y H2O mediante el ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos. • En el caso de los triglicéridos, tanto el glicerol como los ácidos grasos se integran, respectivamente, en la vía glucolítica y en el ciclo de Krebs. • Los aminoácidos sufren procesos catabólicos hasta compuestos que se integran en diversas rutas incluída la glucolítica y el ciclo de Krebs.
- 31. Proteínas Carbohidratos y Trigliceridos derivados de alcohol Monosacáridos Aminoácidos Nucleótidos Glucólisis de purina LDH: lactato deshidrogenasa. PFL: piruvato formato liasa. ADH: aldehído Glicina Gliceraldehído-3-P Dihiroxiacetona-P deshidrogenasa. FC: fosfocetolasa. FAT: fosfo-acetiltransferasa. AC: Etner-Doudoroff acetatocinasa. Glicerol Ácidos grasos 3-Fosfoglicerato Pentosas fosfato Piruvato Xilulosa-5-P Ribosa-5-P LDH NADH+H+ FC Ácido PFL nucleico Formato Acetil-P Acetato NAD+ AC Lactato FAT CoA Acetil CoA NADH+H+ NAD+ NADH+H+ NAD+ ADH NAD+ NADH+H+ Etanol Acetaldehído CoA ALDH H2O Ciclo de Krebs CO2 FAD Algunas integraciones metabólicas de proteínas, carbohidratos, FADH2 derivados alcohólicos y ácidos grasos.
- 32. Metabolismo catabólico (energético) 5. Oxidación 1. Quimiotaxis 2. Digestón 3. Absorción 4. Preparación biológica
- 33. 5. OXIDACIÓN BIOLÓGICA • La oxidación celular se separan a las vez dos electrones y dos iones hidrógeno (hidrogeniones o protones, H +). • Cuando un compuesto toma electrones, se dice que se reduce y cuando los cede, que se oxida. La energía que se libera en las reacciones de oxidorreducción puede utilizarse para formar ATP a partir de ADP+Pi: • Fosforilación a nivel de sustrato acontece en el citoplasma: FEP + ADP Piruvato + ATP • Fosforilación oxidativa sucede en la membrana citoplasmática a través de una cadena transportadora de electrones: ADP + Pi + energía ATP
- 34. 5. OXIDACIÓN BIOLÓGICA • Los procesos de oxidoreducción se llevan a cabo por la respiración, que es una fosforilación oxidativa, y por la fermentación que es una fosforilación a nivel de sustrato. • Existe una respiración aerobio y otra anaerobia que se diferencian por el aceptor final de electrones. • Respiración aerobia: 2H+ 2H+ 2H+ 3ATP (NADH) 4CO2 + 2H2O + 2ATP (FADH) FMNH2 Q Cit b Cit a3 FADH2 NADH+H+ FADH2 2H+ NAD+ FAD ADP + Pi ATP H2O
- 35. • Respiración anaerobia: fermentación Glucosa Gliceraldehído-3-P NAD+ NAD+ NADH+H+ NADH+H+ 1,3-difosfoglicerato Fosfoenolpiruvato ADP NAD+ NADH+H+ ATP LDH Lactato* Piruvato