Factores ambientales

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• Factores ambientales

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EFECTO DEL pH SOBRE LOS MICROORGANISMOS

• Acidófilosintervalos de 2-5
• Acidófilas obligadas Thiobacillus y Archaea que
  incluyen Sulfolobus y Thermoplasma
• Alcalófilos intervalos de 10-11
• género Bacillus
• Neutrófilos intervalos de 6-8

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Existen tres tipos de aditivos ácidos

• 1. Acidos fuertes (e.g., ácidos clorhídrico y
  fosfórico) aumenta la concentración externa de
  protones, acidificando el pH interno.
• 2. Acidos débiles acidifican el pH interno
  inhibiendo el transporte de nutrientes, además el
  transporte de aniones afecta el metabolismo de
  m.o.
• 3. Iones potenciados por ácido como sulfito y
  nitrito son más inhibitorias a pH bajos.

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H
HA
HA-
HA
HA-
H
H
H
H
H
HA
HA-
H
H
H
H
H
H
H
HA
HA-
H
H
H
HA
HA-
HA
HA-
5
H
HA
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HA
HA-
H
H
H
HA
H
A-
A-
H
H
HA
HA-
H
H
H
H
HA
H A-
HA
HA-
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Influencia del tipo de ácido, pH del medio de
cultivo y pH interno de las levaduras

• pH del pH interno
• Buffer medio 1 min 10 min
• Acetato 6.2 6.1 6.2
• Fosfato 6.2 6.2 6.3
• Acetato 4.2 4.9 5.1
• Fosfato 4.1 5.7 5.8
• Acetato 3.0 4.3 4.3
• Fosfato 3.0 6.5 5.5-6.5

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Mecanismos

• Desnaturalizar o al menos inhibir la actividad de
  enzimas y moléculas ácido-lábiles como el ATP y
  DNA.
• Las concentraciones de hidrógenos afectan el
  estado iónico del m.o. Las enzimas ligadas a
  membrana regulan el tamaño y variación del flujo
  de protones para proveer nutrientes y energía.

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Mecanismos

• Bajo condiciones adversas, a pH ácidos, los
  procesos productores de energía situados en la
  membrana celular pueden revertir y bombear
  protones del interior de la célula, de tal forma
  que las reacciones enzimáticas puedan llevarse a
  cabo a condiciones neutras.
• Se distinguen dos factores a ser regulados
• El flujo de protones entre el interior de la
  célula y el ambiente y,
• La concentración interna de H. El balanceo de
  esos 2 factores juega un papel en determinar la
  economía de la célula
• (Brown, M.H. y Mayes, T. 1980 The Growth of
  microbes at low pH values. En Microbial growth
  and survival in extremes of environment. Gould,
  G.W. y Corry, J.E.L. (eds.) Ed. Academic Press.
  Estados Unidos. 71-98 pp.)

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EFECTO DE LA CONCENTRACION DE SOLUTOS SOBRE LOS
MICROORGANISMOS

• Mecanismos de transporte
• Osmoregulación mantienen las concentraciones
  de solutos a valores óptimos para la actividad
  microbiana.

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Presión osmótica
11
Qué le pasa a la célula en altas concentraciones
de solutos?Qué le pasa a la célula en bajas
concentraciones de solutos?
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• Osmófilos m.o. que crecen en una elevada
  osmolaridad
• Halófilos altas concentraciones de sales
• no halófilos
• moderados
• extremos
• Sacarófilos

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Tolerancia osmótica

• 1. Acumulación intracelular de potasio
• 2. Presencia de aminoacidos prolina
• 3. Eliminación de putrescina bajo altas presiones
  osmóticas

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Requerimientos de sodio
Halófilo extremo
100
Actividad enzimática ()
No halófilo
Concentración de sodio
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EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS
MICROORGANISMOS

• Termófilospor arriba de 55C
• Mesófilos intervalos de 20-45C
• Psicrófilos crecen a 0C
• Psicrotrofos pueden crecer a 0C

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Ecuación de Arrhenius

• Log10n -DH C
• 2.303 RT
• donde
• n representa la velocidad de la reacción, DH la
  energia de activación de la reacción, R la
  constante de los gases y T la temperatura en
  grados Kelvin.
• De ahi que la representación gráfica de la
  velocidad de una reacción química en función de
  T-1 es una línea recta con pendiente negativa.

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Ecuación de Arrhenius
Log10n
1/K
18
Representación de Arrhenius de la velocidad de
crecimiento de E. coli
19
Velocidad de crecimiento
Temperatura
20

• Temperatura máxima
• Temperatura óptima
• Temperatura mínima

21
Estabilidad de las proteínas citoplasmiticas de
bacterias mesofilas y termófilas a 60 C
22
Efecto de la temperatura de crecimiento
sobre la cantidad de los principales ácidos
grasos de E. coli (expresada como porcentaje de
ácidos grasos totales) Temperatura de
crecimiento Ácido graso 10C 43C ÁCIDOS
GRASOS SATURADOS Miristico 3,9 7,7 Palmitic
o 18,2 48,0 ÁCIDOS GRASOS INSATURADOS Palmito
leico 26,0 9,2 Oleico 37,9 12,2 Procedencia
Datos de A. G. Marr y J. L. Ingranar4 ltltEffect el
Temperature on the Composition of Fatty Acids in
E. coii. J. Bac
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RELACIONES DE LOS MICROORGANISMOS CON EL OXIGENO

• La atmósfera actual de la Tierra contiene
  alrededor de un 20 (v/v) de oxígeno, un gas muy
  reactivo.
• Con excepción de muchas bacterias y unos pocos
  protozoos, gusanos y moluscos. todos los
  restantes organismos dependen de la
  disponibilidad del oxígeno molecular como
  nutriente.

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

• Aerobiosrequieren del oxígeno para desarrollarse
• Microaerófilos se desarrollan a concentraciones
  de oxígeno menores al atmósferico.
• Anaerobios
• Estrictos
• Facultativos

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(No Transcript)
26
Toxicidad del oxigeno mecanismos químicos

• Las oxidaciones de flavoproteinas por O2 conducen
  inevitablemente a la formación de un compuesto
  tóxico, H2O2, como producto principal.
• Estas oxidaciones (y probablemente otras
  oxidaciones u oxigenaciones catalizadas por
  enzimas) producen además pequeñas cantidades de
  un radical libre (superoxido lleva una carga
  negativa) mucho más tóxico.
• En los aerobios y anaerobios aerotolerantes, el
  enzima superóxido dismutasa impide la acumulación
  potencialmente letal de superóxido (O2) al
  catalizar su conversión en oxigeno y peróxido de
  hidrógeno

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Tolerancia al oxigeno

• En los aerobios y anaerobios aerotolerantes, el
  enzima superóxido dismutasa impide la acumulación
  potencialmente letal de superóxido (O2) al
  catalizar su conversión en oxigeno y peróxido de
  hidrógeno.
• Casi todos estos organismos contienen también el
  enzima catalasa, que descompone el peróxido de
  hidrógeno en oxígeno y agua.
• Existe un grupo bacteriano capaz de crecer en
  presencia de aire que no contiene catalasa (las
  bacterias del ácido láctico). Sin embargo, la
  mayoría de estos organismos no acumulan
  cantidades significativas de H2O2, puesto que lo
  descomponen por medio de peroxidasas.
• Otros emplean una reacción similar a la de la
  catalasa que depende de altas concentraciones
  intracelulares de Mn2.

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• O2e- O2-?(radical
  superóxido)
• O2e-2H H2O2(peróxido de hidrógeno)
• H2O2e-H H2O OH ?(radical hidroxilo)

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• 2 O2-? 2H superóxido dismutasa O2 H2O2
• 2H2O2 catalasa 2 H2O O2

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

• Contiene
• Bacteria Superóxido dismutasa
  Catalasa
• Aerobios o anaerobios facultativos
• Escherichia coli
• Pseudomonas spp.
• Deinecoccus radiodurans
• Bacterias aerotolerantes
• Butyribacterium rettgeri -
• Streptococcus faecalis -
• Streptococcus lactis -
• Anaerobios estrictos
• Clostridiam pasteurianum - -
• Clostridiam acetobutylicum - -

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Efecto fotooxidante

• La toxicidad del O2 para los organismos vivos se
  intensifica enormemente si se exponen las células
  a la luz en presencia de aire y de unos pigmentos
  conocidos como fotosensibilizadores. La luz
  convierte el fotosensibilizador (F) en una forma
  muy reactiva conocida como estado de triplete
  (F)
• Una reacción secundaria entre F y O2 produce
  oxígeno en estado de sínglete (102).
• Al igual que el radical superóxido, el oxígeno en
  estado de sínglete (102) es un poderosa oxidante
  y su formación dentro de la célula es rápidamente
  letal.

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• Los carotenoides actuan como atenuadores del
  oxigeno en estado de síngulete, protegiendo así a
  la célula de la muerte fotodinámica. Esta función
  es de particular importancia en los fototrofos,
  ya que las clorofilas son poderosos
  fotosensibilizadores el aparato fotosintético
  contiene invariablemente pigmentos carotenoideos.
  
• Su función para impedir las fotooxidaciones
  letales mediadas por las clorofilas fue
  demostrada por primera vez en la bacteria roja
  Rhodobacter sphaeroides, la cual crece
  fotosintéticamente bajo condiciones estrictamente
  anaeróbicas y puede crecer también aeróbicamente,
  a la luz o en la obscuridad.

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

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Enzimas sensibles al oxígeno

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

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Función de las oxigenasas en los microorganismos
aeróbicos

• Aunque la función metabólica primaria del O2 en
  los aerobios estrictos es la de servir de aceptor
  terminal de electrones, funciona también como
  cosubstrato de enzimas que catalizan algunos
  pasos en la asimilación de compuestos aromáticos
  y alcanos.
• Estos enzimas se denominan oxigenasas e
  intervienen en la adición directa de uno o dos
  átomos de oxígeno al substrato orgánico. Un
  ejemplo es la rotura del anillo del catecol
  mediante oxigeno, un intermediario en la
  asimilación de muchos compuestos aromáticos.