Apuntes completos temario Microbiologia PDF

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Apuntes completos del curso 2012/2013 de la asignatura de Microbiología. Dada por Paqui Reyes...

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Tema 1: Los microorganismos y la microbiología.

Microbiología: Ciencia que estudia a los microorganismos. Microorganismos  Son seres vivos de pequeño tamaños (entre 0,4 μm y 10 μm generalmente), en la mayor parte de los casos no visibles a simple vista. Existen excepciones como la bacteria gigante Epulopiscium fishelsoni, que pueden llegar a medir hasta 0,6 mm. [El tamaño de los microorganismo está delimitado por tres factores: ácidos nucléicos, ribosomas y nutrientes).  Son organismos sencillos, unicelulares, coloniales o filamentosos, sin separación de funciones entre sus células y capaces de llevar una vida independiente. Toda la población hace todas las funciones: auto-alimentación, auto-replicación, señalización química, evolución de forma independiente y diferenciación (algunas células pueden diferenciarse dentro de una población) Los microorganismos representan más del 90 % de las especies conocidas. Dentro de ellos tenemos tanto con organización procariota (Bacterias o Eubacterias y arqueas) como eucariota (Eucariotas). ¿¿DIFERENCIAS ENTRE PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS?? No creo que lo pregunte Para los estudios filogenéticos se utilizan los ribosomas, ya que son orgánulos muy conservados. Concretamente se compara la secuencia de los ARN16s que forman los ribosomas.

Bacterias  Son los seres vivos más abundantes del planeta (con diferencia).  Son formas unicelulares o filamentosas, con células típicamente procarióticas y pared celular de peptidoglicano.

 Gran diversidad de adaptaciones metabólicas y fisiológicas que les permite colonizar la inmensa mayoría de los hábitats terrestres.  Tienen rutas metabólicas muy variadas

 Presentan formas muy variadas: cocos, diplococos, bastón (o bacilo), vibrios (agrupaciones de bacilos), espirilos, espiroquetas…

 Pueden formas esporas, estructura muy resistente. Si la bacteria consigue formarlas, es muy difícil expulsarlas del organismo al que infectan

 Un tipo de bacterias muy importante son las cianobacterias, bacterias fotosintéticas oxigénicas. Son productores primarios (forman materia orgánica a partir de materia inorgánica) 1

Arqueas  Microorganismos procariotas unicelulares, con paredes celulares sin peptidoglicano (diferentes al resto).

 Su linaje se separó de bacterias y eucariotas muy pronto, y comparten características con ambos.

 Presentan adaptaciones metabólicas y fisiológicas que les permiten colonizar hábitats extremos (donde ni si quiera hay bacterias). Por ejemplo, en los geiser de Yellwstone se han encontrado arqueobacterias, donde la temperatura supera el punto de ebullición del agua.

Eucariotas Pertenecen todos ellos a líneas evolutivas diferentes.

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Hongos o Grupo filogenéticamente coherente de microorganismos eucarióticos. o Son heterótrofos utilizan y degradan la materia orgánica o Tienen una pared celular diferentes al resto de microorganismos o Organización unicelular o filamentosa, nutrición por absorción y reproducción asexual y sexual. o Tradicionalmente se han clasificado como hongos otros dos grupos de microorganismos, los mohos acuáticos y los mohos mucosos, que no presentan relación filogenética con éstos. o Ejemplo: Sacharomyces cerevissiae y mucor circenelloides

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Algas o Organismos eucarióticos unicelulares, coloniales o filamentosos o Normalmente tienen con pared celular y cloroplastos o Viven en hábitat acuático o Son capaces de llevar a cabo fotosíntesis oxigénica (son productores primarios fundamentales por su capacidad de fijar CO2.

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o Favorecen la eutrofización de las aguas (enriquecimiento de nutrientes) o Hay al menos 5 linajes de algas, de los cuales sólo uno (algas verdes) está emparentado con las plantas. Otros tienen más relación con ciertos protozoos (euglenoides, dinoflagelados) u hongos (algas pardas).

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Protozoos o Grupo de microorganismos eucarióticos filogenéticamente muy diverso. o Unicelulares o Normalmente móviles (los parásitos no se mueven) o Sin pared celular. o Ecológicamente muy diversos pero requieren ambientes húmedos. o Patógenos, simbióticos o predadores. o Al menos 5 linajes, todos muy antiguos en el árbol de los eucariotas. Algunos más cercanos a algas. o Hay varios tipos:  Esporozoos: sin movilidad, son parásitos obligados (Plasmudium)  Ciliados: Se mueven gracias a sus cilios (Paramecium)  Flagelados: Se mueven gracias a los flagelos (Tripanosoma brucei)  Sacordinas: se desplazan por medio de pseudópodos (Amoeba proteus)

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Virus o Agregados macromoleculares acelulares (no transmiten señales, no se nutren) estructurados. Constan de una cápsida de proteínas y material genético (ADN o ARN). o Parásitos intracelulares obligados. Fuerzan al hospedador a hacer copias de su estructura. o Se encuentran en el límite de la definición de la vida. o Se usan como vectores

Ramas de la Microbiología según el ámbito de estudio     

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Arqueas y bacterias  Bacteriología (Organismos procarióticos) Algas  Ficología Hongos  Micología (Organismos eucarióticos) Protozoos  Protozoología Virus  Virología (Organismos acelulares)

Importancia medioambiental de los microorganismos

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Son los 1º seres vivos de los cuales hay fósiles  Fueron los primeros seres vivos de la Tierra Descomposición: Son esenciales para el reciclaje de materia, incluso de algunos productos recalcitrantes (productos no biodegradables). Fueron los creadores de la atmósfera de oxígeno, hoy en día son la mayor producción de O2 del planeta. Representan la mayor parte de biomasa sobre la Tierra Colonizan todos los hábitats en los que es posible la vida

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Capaces de vivir en hábitats extremos (115º hasta -15º) Controlan los ciclos de los nutrientes

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Constituyen un acervo inagotable de actividades bioquímicas y metabólicas

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Los microorganismos y el hombre 

Patógenos.

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En simbiosis. Se ha estudiado que los animales gnotobióticos (animales criados en ausencia de microorganismos) mueren al poco tiempo de nacer. Deterioro de los alimentos. Fabricación de productos fermentados. Formación de nódulos simbióticos de Rhizodium, que permiten la fijación de N2 atmosférico que transforman en NH3 que si es utilizado por la planta.

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Aplicaciones industriales de los microorganismos  

Producir sustancias concretas. Mejorar la resistencia vegetal, a la salinidad, a la temperatura…

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Las quimiolitotrofas son utilizadas en minería para obtener minerales (cobre por ejemplo). Solubilizan el mineral de cobre enriqueciéndolo mediante una reacción de oxidación.

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Biorremediación

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Tema 2: Nutrición y crecimiento microbianos Todos los seres vivos realizan el metabolismo a partir de nutrientes, con ello consiguen: Biomasa (crecimiento y reproducción) y energía para actividades vitales y para fabricar componentes necesarios. Así pueden conseguir su objetivo vital: crecer y reproducir

Requerimientos nutricionales de los microorganismos Composición de los microorganism 

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Macroelementos (>95% peso seco) o Principales (debido a su importancia y abundancia): C, O, H, N, P, S (g/l). o Secundarios: K, Ca, Mg, Fe (mg/l). Suelen ser cofactores o grupos prostéticos. Microelementos (> ks  S/(ks+S) = 1

Cultivos continuos: El quimiostato El cultivo continuo consiste en cultivar microorganismos en un sistema abierto, con condiciones ambientales constantes mantenidas gracias al aporte continuo de nutrientes y la eliminación de los desechos. Con esto se consigue mantener la población microbiana en la fase exponencial de crecimiento y a una concentración de biomasa constate durante largos periodos de tiempo. Los microorganismos suelen tener un fin industrial. 15

Uno de los tipos principales de cultivo continuo es el quimiostato. Es un tanque de producción formado por tres recipientes: - Reservorio: Está lleno de medio fresco de cultivo, el cual contiene cantidades limitantes de un nutriente esencial. Se controla la cantidad de este medio que se aporta al cultivo, pero este aporte es continuo -Recipiente medio o de cultivo: contiene a las células - Colector: Contiene las células y el medio de cultivo que salen del recipiente medio. Estas células son viejas y ya han entrado en fase estacionaria o de muerte. El medio de cultivo ya usado contiene también los excesos de producción, además de otros productos que pudiesen resultar tóxicos para el propio microorganismo, fruto de su propio metabolismo.

La velocidad de crecimiento depende de la velocidad a la que se introduce medio nuevo en el recipiente de cultivo. La velocidad a la que se introduce el medio nuevo es la misma que la que se expulsa medio viejo, por tanto, el volumen del recipiente de cultivo es siempre el mismo. 

Tasa de dilución (D): Es la tasa de intercambio de nutrientes. Se define como el cociente entre el flujo de medio al tanque de cultivo [o velocidad de flujof (mL/h)] y el volumen del recipiente (mL). Es una medida de la velocidad de renovación del medio en el cultivo. D (tiempo -1 ) 

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F (volumen/tiempo) V (volumen)

Relación entre tasa de dilución (D) y tasa de crecimiento (k) o Si x es el número total de células en el cultivo y D la tasa de dilución, la tasa de eliminación de células del cultivo es Dx (células/tiempo). o La tasa de aumento del número de células del cultivo será a su vez kx (células/tiempo). o En el equilibrio, la pérdida de células será igual al aumento. Por tanto, la tasa de crecimiento en un quimiostato es igual a la tasa de dilución.

Dx  kx  D  k

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Al principio, el aporte de nutrientes es pequeño y se observa un crecimiento escaso. Esto se debe a que los nutrientes son utilizados para mantenerse con vida, pero no para el crecimiento y la reproducción. En estas condiciones de velocidad de dilución baja, un incremento de esta provoca un aumento elevado en la cantidad de biomasa ya que la energía es mayor y puede usarse para la reproducción además de para el mantenimiento celular. A medida que aumenta la velocidad de dilución, se va llegando a un equilibrio, en el que la concentración de biomasa es constante y el tiempo de generación disminuye (es decir, la velocidad de crecimiento aumenta). En estas condiciones el sustrato limitante se consume casi por completo, por ello la concentración no aumenta a pesar de que se aporta mayor cantidad de medio nuevo. Si aumenta mucho la velocidad de dilución y supera la velocidad máxima de crecimiento, la concentración de biomasa disminuye drásticamente. Esto se debe a que, como ya se ha mencionado, la velocidad de salida aumenta de igual forma que la de entrada de nutrientes, de forma que las células son eliminadas del recipiente medio antes de reproducirse. A esto se le llama lavado. Concentración del sustrato limitante y densidad del cultivo 

Ya definimos la constante de rendimiento (Y) como:

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Si S es la concentración de sustrato limitante en el cultivo y SR es la concentración de sustrato en el reservorio, entonces:

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En la práctica, S...