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Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM- Iztapalapa

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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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Page 8: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

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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Page 11: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

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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Page 13: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

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

Page 14: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

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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Page 16: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

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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Page 17: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

Substratos

S1

S2

Sn

Células

X

Productos

P1

P2

Pn

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Page 18: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

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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Page 19: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

WiXi=0

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Page 20: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

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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Page 22: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

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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Page 23: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

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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Page 25: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

Rendimiento biomasa sustrato (YX/S)

YX/S=X/ s

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Page 26: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

Medios de Cultivo

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Page 27: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

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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Page 28: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

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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Page 29: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

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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Page 30: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

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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Page 31: Nutrición microbiana Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa Keiko Shirai: UAM-Iztapalapa

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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