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Nutrición

I.- INTRODUCCIÓN

- Una característica clave de un sistema vivo es la capacidad de dirigir las reacciones químicas y organizar las moléculas en estructuras específicas: crecimiento.

- Las células microbianas están constituidas de sustancias químicas de una amplia diversidad de tipos y, cuando una célula crece, todos sus constituyentes químicos aumentan en cantidad apropiada.

- Los elementos químicos básicos de una célula, viene del exterior, pero estos elementos químicos son transformados por la propia célula en los constituyentes característicos.

Nutrientes

Se llama así a los productos químicos exteriores a partir de los cuales se construye una célula. Los nutrientes son tomados por la célula y transformados en constituyentes celulares. El proceso por el que una célula se construye a partir de nutrientes simples tomados del medio exterior se denomina ANABOLISMO (Biosíntesis).
La biosíntesis es un proceso que requiere energía, las células también necesitan de energía para otras funciones tales como movimiento celular (motilidad) y transporte de nutrientes. Como otros nutrientes, la energía se obtiene también del medio exterior celular de tal manera que se pueden usar dos fuentes de energía:

  1. Luz
  2. Compuestos químicos
Un determinado grupo de organismos obtienen su energía de la luz, la mayor parte lo hacen por oxidación de compuestos químicos. Los productos químicos utilizados como fuente de energía son rotos en constituyentes más simples, liberándose energía; a este proceso se denomina catabolismo.

II.- TIPOS NUTRICIONALES

Dependiendo de la fuente de energía que utilicen, se agrupan a los microorganismos en clases metabólicas. Todos los términos utilizados para describir estas clases emplean la terminación “trofo” que deriva del griego y significa alimentarse. Los microorganismos pueden ser agrupados en clases nutricionales de acuerdo a cómo satisfacen sus requerimientos de: energía, H+ / e- y carbono.
Existen sólo dos fuentes de energía disponible para los microorganismos y también dos fuentes de átomos de H+ / e-

Clases metabólicas

Pese a la gran diversidad metabólica mostrada por los microorganismos, la mayoría de ellos pueden ser considerados en uno de los cuatro tipos nutricionales de acuerdo a su fuente primaria de obtención de energía, fuente carbonada y de e- / H+.

Tipos nutricionales

Un microorganismo puede pertenecer a uno de los cuatro grupos metabólicos, sin embargo, se observa en algunas una flexibilidad metabólica, como respuesta a cambios medioambientales marcados.
Ejemplo: Muchas bacterias púrpuras no sulfúreas actúan como fotolitótrofas heterótrofas en ausencia de O2, pero oxidan compuestos orgánicos como quimiótrofos en niveles normales de oxígeno: son las bacterias MIXOTRÓFICAS (Combinación de metabolismo autótrofo y heterótrofo).

III.- REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES

Los nutrientes pueden ser divididos en dos clases:

  1. Macronutrientes.- Requeridos en grandes cantidades
  2. Micronutrientes.- Requeridos en pequeñas cantidades
Macronutrientes

Macronutrientes
Micronutrientes (Elementos traza)
Factores de crecimiento

IV.- OTROS

CO2

Ciertos microorganismos pueden desarrollar mejor si se les incrementa la concentración de CO2 en la atmósfera. Ej.: Haemophilus, Neisseria, Brucella, Campylobacter, requieren para iniciar el crecimiento al menos 5 a 10 % de CO2 en la atmósfera.

Oxígeno
El oxígeno es un componente universal de las células y es suministrado siempre en grandes cantidades por el agua (H2O). Sin embargo, los procariotas muestran un amplio rango de respuestas al oxígeno molecular (O2).
Aerobios obligados
Requieren oxígeno para su crecimiento, ellos usan el O2 como un aceptor final de electrones en la respiración.
Anaerobios obligados, o estrictos
No requiere O2, no necesitan el O2 como un nutriente. De hecho, el oxígeno es una sustancia tóxica, el cual mata o inhibe su crecimiento. Los procariotas anaerobios obligados pueden vivir por fermentación, respiración anaeróbica, fotosíntesis bacteriana, o el primitivo proceso de la metanogénesis.
Anaerobios facultativos
Son organismos que pueden cambiar entre tipo de metabolismo aeróbico y anaeróbico. Bajo condiciones anaeróbicas ellos crecen por fermentación o respiración anaeróbica, pero en presencia de oxígeno ellos cambian a respiración aeróbica.
Anaerobios aerotolerantes
Son bacterias con un tipo de metabolismo exclusivamente anaeróbico (fermentativo), pero ellos son insensibles a la presencia de O2. Ellos viven solamente por fermentación sin importar si el oxígeno está o no presente en su entorno.

Microorganismos y oxígeno
Hidrógeno

Los requerimientos de H+ están limitados al mundo microbiano a aquellas bacterias litótrofas que utilizan el hidrógeno como fuente de energía.
La concentración de iones de hidrógeno en términos de pH tiene mucha importancia. Cada especie tiene un pH definido de crecimiento y un pH óptimo:

pH óptimo

En general, las bacterias son consideradas neutrófilas, los hongos en ambientes ligeramente ácidos (pH 4-6). Al margen de las variaciones de pH en el medio externo, en el ambiente interno de los microorganismos el pH se mantiene cercano a la neutralidad.

Ej. Organismos acidófilos como Thiobacillus ferrooxidans que vive en ambientes de pH 2 y tiene un pH interno de 6.0. La bacteria utiliza el gradiente electroquímico creado a nivel de membrana por esta diferencia de pH, para la síntesis de ATP.

Los microorganismos que crecen a un pH óptimo por debajo de la neutralidad (7.0) son llamados acidópfilos. Aquellos que crecen mejor a un pH neutral son llamados neutrófilos y aquellos que crecen mejor bajo condiciones alcalinas son llamados alcalinófilos. Los acidófilos obligados tales como algunas especies de Thiobacillus, realmente requieren un pH bajo para su crecimiento dado que su membrana se disuelve y la célula se lisa en la neutralidad. Varios géneros de Archaea incluyendo Sulfolobus y Thermoplasma, son acidófilos obligados. Entre los eucariotas, muchos hongos son acidófilos, y el campeón del crecimiento a pH bajo es el alga Cyanidium, el cual puede crecer a un pH de 0.

pH mínimo, máximo, óptimo

V.- REQUERIMIENTOS DE AGUA

La disponibilidad de agua depende de dos factores:

  1. Factores de absorción.- La cantidad de agua disponible a los microorganismos puede ser reducida por adsorción a la superficie de sólidos (efecto mátrico).
  2. Factores de solución.- Por interacción con moléculas de soluto (efecto osmótico)
Todos los microorganismos requieren de agua para sobrevivir. La cantidad de agua varía en diferentes ambientes. El grado de disponibilidad de agua se expresa cuantitativamente como Aw. La actividad de agua de una solución es la relación entre la presión de vapor de la solución (pa) y la presión del agua pura (po) y se estima midiendo la humedad relativa de la fase vapor.

actividad de agua

La Aw es inversamente proporcional a la presión osmótica. Si una solución tiene una alta presión osmótica su actividad de agua es baja.
Los microorganismos difieren grandemente en su habilidad para adaptarse en hábitat con baja actividad de agua, lo cual requiere alcanzar internamente una alta concentración de solutos que permita retener agua.

Osmotolerantes: Crecen en un amplio rango de valores de actividad de agua
Ej. Staphylococcus aureus, Saccharomyces rouxii

Halóliflos : Adaptados completamente a condiciones salinas, a tal grado que requieren altos niveles de NaCl en el medio para crecer (aprox. 3-6 M). Ej. Halobacterium sp.

Actividad de agua

VI.- REQUERIMIENTOS FÍSICOS

Temperatura
Es uno de los factores ambientales más importantes que influyen en la proliferación y sobrevivencia de los organismos. Conforme aumenta la temperatura, las reacciones químicas y enzimáticas en la célula tienen lugar a velocidades más rápidas, Sin embargo, más allá de cierta temperatura, las proteínas, los ácidos nucleicos y otros componentes celulares se vuelven sensibles a estas temperaturas elevadas y pueden inactivarse en forma irreversible.
Generalmente, conforme la T° aumenta, dentro de cierto límite, la proliferación y las funciones metabólicas aumentan hasta un punto en donde se inician las reacciones de inactivación. Por encima de este punto, las funciones celulares caen drásticamente. Así pues, para cada organismo existe una temperatura mínima (por debajo del cual no tienen lugar la proliferación), temperatura óptima (el crecimiento es más rápido) y temperatura máxima (por encima de la cual no existe crecimiento).
La temperatura óptima siempre está más cerca de la máxima que de la mínima. A estas tres temperaturas se les denomina temperaturas cardinales y suelen ser características de cada organismo y pueden modificarse debido a factores ambientales.
Temperatura máxima: reflejo principalmente de inactivación.
La temperatura mínima: no es bien conocida, puede ser congelamiento de membrana (transporte de nutrientes, gradiente de protones): Incorporación de diferentes ácidos grasos en sus fosfolípidos modificando la fluidez.
Las temperaturas cardinales de los diferentes microorganismos varían ampliamente, algunos microorganismos tienen un temperatura óptima de apenas 5 a 10 ° C otros de 90 a 100 ° C. Los límites de temperatura dentro de los cuales tiene lugar la proliferación son aún más amplios: van desde -12° C a superior a la de ebullición (105° C). Los límites usuales para un organismo determinado están entre los 30 y 40° C.

Se distinguen tres grupos de microorganismos:

Temperatura

Los microorganismos mesófilos se encuentran en animales de sangre caliente y en entornos terrestres y acuáticos, en latitudes templadas y tropicales.
Psicrófilos y termófilos se encuentran en entornos excepcionalmente fríos o calientes, respectivamente. En los manantiales calientes se encuentran termófilos extremos, así como en los géiseres y en las aberturas de los mares profundos.

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