Este documento describe los requerimientos nutricionales de los microorganismos, incluyendo macronutrientes, micronutrientes, fuentes de carbono, nitrógeno y azufre. También explica los mecanismos de captación de nutrientes como la difusión facilitada, el transporte activo y la traslocación de grupos. Por último, detalla los componentes y tipos de medios de cultivo, así como técnicas para el aislamiento de cultivos puros como la siembra en profundidad, por extensión y en estría.

1. Unidad 3. Nutrición, metabolismo,
crecimiento y control de microorganismos
Objetivos
• Conocer
-Las características de los principales grupos nutricionales de microorganismos, su
crecimiento y control
-Las diferentes aplicaciones de la microbiología
-Las peculiaridades metabólicas de los microorganismos y su diversidad
-Las pautas del crecimiento microbiano y los factores que lo influyen
-Los agentes antimicrobianos más comunes y sus mecanismos de acción
• Asimilar
-El mantenimiento adecuado de cultivos puros de microorganismos solo es posible
con la práctica de técnicas asépticas
-El metabolismo microbiano es enormemente versátil y plástico
• Capacidad
-Prepara cultivos y manejar varias técnicas de esterilización
-Realizar técnicas básicas de recuento de bacterias
-Aislar microorganismos
-Actualizar su formación y necesidades en microbiología a través del manejo
herramientas bioinformáticas

2. Unidad 3. Nutrición, metabolismo,
crecimiento y control de
microorganismos
Capítulo 5. Nutrición: Requerimientos,
toma de nutrientes, medios de cultivo,
aislamiento de cultivos puros

3. Requerimientos
•Requerimientos nutritivos esenciales
macroelementos (macronutrientes)
-C, O, H, N, S, P, K, Ca, Mg, y Fe
-son requeridos en cantidades relativamente altas
micronutrientes (elementos traza o oligoelementos)
-Mn, Zn, Co, Mo, Ni, y Cu
-son requeridos en cantidades traza
frecuentemente suministrado entre las impurezas del agua
o los componentes del medio de cultivo
•Requerimientos de carbono, hidrógeno y oxígeno
-Normalmente se satisfacen simultáneamente
-Autótrofos (emplean dióxido de carbono como única o principal
fuente de carbono)
Heterótrofos (emplean moléculas orgánicas como fuente de carbono)

4. Requerimientos
Tipos nutricionales de microorganismos

5. Requerimientos
mixotrofos: combinan diferentes procesos metabólicos, por ej.
quimiolitoautotróficos y heterotróficos
•fuente de energía química inorgánica
•fuente de H/e- inorgánica
•fuente orgánica de carbono

6. Requerimientos
Requerimientos de nitrógeno, fósforo y azufre
• necesario para la síntesis de importantes moléculas (ej.,
aminoácidos, ácidos nucleicos)
• el nitrógeno se puede suministrar de muchas formas
• el fósforo se suministra en general en forma de fósforo
inorgánico
• el azufre se suministra en general en forma de sulfato y
se adquiere a través de la vía asimilatoria de reducción
de sulfato
Fuentes de nitrógeno
• moléculas orgánicas
• amonio
• nitrato y nitrito a través de sus vías de asimilación
• nitrógeno gas a través de la fijación de nitrógeno

7. Requerimientos
Factores de crecimiento
• compuestos orgánicos
• componentes esenciales (o sus precursores) que la célula no puede
sintetizar
• deben ser suministrados por el ambiente en el que crece la célula para
que la célula sobreviva y se reproduzca
Importancia práctica de los factores de crecimiento
• desarrollo de ensayos cuantitativos crecimiento-respuesta para
determinar la concentración de factores de crecimiento en preparaciones
• producción industrial de factores de crecimiento por microorganismos

8. Requerimientos
Clases de factores de crecimiento
• aminoácidos, necesarios para la síntesis de proteínas
• purinas y pirimidinas, necesarios para la síntesis de ácidos nucleicos
• vitaminas, funcionan como cofactores enzimáticos

9. Toma de nutrientes Captación celular de nutrientes
Los mecanismos más comunes son 3:
• difusión facilitada
• transporte activo
• translocación de grupos
Difusión facilitada
• similar a la difusión pasiva
– el movimiento de moléculas no es Efecto de
dependiente de energía saturación del
– el movimiento de las moléculas es transportador
desde la alta concentración a la
baja concentración
– la diferencia de concentración (el
gradiente) determina la velocidad
de toma
• difiere de la difusión pasiva
– emplea moléculas transportadoras
(poros y canales)
– una pequeña concentración de
gradiente es necesaria para que
haya una toma significativa de
moléculas •la velocidad de difusión facilitada
– transporta efectivamente glicerol,
azucares y aminoácidos aumenta más rápidamente y a menores
• más común en células eucariotas que concentraciones
en procariotas •la difusión facilitada alcanza un máximo
cuando el transportador se satura

10. Toma de nutrientes
Transporte activo
• el proceso es dependiente de energía
– ATP o fuerza protomotriz
• movilizan las moléculas en contra del gradiente
• concentra las moléculas en el interior celular
• requiere proteínas transportadoras (transportadores y
translocadores)
– se observa un efecto de saturación del transportador
Mediado por ATP
ABC transportadores
• contienen una proteína
a la que se une el ATP
• se observa en
bacterias, arqueas y
eucariotas
• algunos confieren
resistencia a
antibióticos

11. Toma de nutrientes
El transporte de
electrones se emplea
Mediado por gradiente para bombear protones
al exterior de la
de protones y sodio membrana
El gradiente de
protones dirige la
expulsión de sodio
• Simporte mediante un mecanismo
de antiporte
– se transportan dos
sustancias en la El sodio se une al
complejo proteico
misma dirección transportador
• Antiporte
– se transportan dos
La unión del sodio
sustancias en provoca un cambio
direcciones opuestas conformacional hace
posible la unión de otra
molécula a transportar
Esto hace que se
liberen ambas
moléculas en el interior
(mecanismo de
simporte)

12. Toma de nutrientes Traslocación de grupo
• las moléculas son modificadas a medida que se transportan a través de la
membrana
• es un proceso dependiente de energía
• ej. el sistema fosfotrasferasa de E. coli
Sistema fosfotransferasa de Escherichia
coli

13. Toma de nutrientes
Captación de hierro
• el ión férrico es muy insoluble
y su captación en difícil
• los microorganismos emplean
sideróforos para poder
captarlo más eficazmente
• los sideróforos forman
complejos con el ión férrico
• el complejo es posteriormente
transportado al interior celular
• algunos patógenos animales
pueden captar grupos hemo

14. Toma de nutrientes
Clasificación de las proteínas
transportadoras de la membrana
1. Poros y canales
1.A Canales α-Helicoidales
1.B Porinas de hojas plegadas β
1.C Toxinas formadoras de poros
1.D Canales de síntesis no ribosómica
1.E Holinas
2. Transportadores dependientes del potencial electroquímico
2.A Transportadores (uniporters, simporters y antiporters)
2.B Transportadores de síntesis no ribosómica
3. Transportadores primarios
3.A Dependientes de un grupo fosfato (ABC)
3.B Dependientes de descarboxilaciones
3.C Dependientes de la transferencia de grupos metilo
3.D Dependientes de oxidoreducción
3.E Dependientes de luz
4. Traslocadores de grupos
5. Transportadores de electrones
International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB) 2002

15. Medios de cultivo
Medios de cultivo
• preparación líquida (caldo) o sólida (agar) utilizada para el crecimiento,
transporte o mantenimiento de microorganismos
– los medios sólidos se solidifican generalmente con agar
• fundamentales para el estudio de los microorganismos
Medios sintéticos o definidos
• se conocen todos sus
componentes y su concentración

16. Medios de cultivo
Medios complejos
• contiene algunos
componentes de
composición y/o
concentración
desconocida

17. Medios de cultivo
Algunos componentes de los medios de cultivo
• peptonas
– hidrolizados de proteínas obtenidos tras la digestión parcial de varias fuentes de
proteínas (carne, caseína, harina de soja, gelatina)
• Peptona ácida de caseína: Digestión ácida de la caseína (proteína mayoritaria
de la leche) a aminoácidos, a excepción de triptófano que prácticamente
desaparece. También desaparecen las vitaminas durante su obtención
• Peptona de carne: Digestión parcial con la proteasa pepsina.
• Peptona de gelatina: Digestión pancreática de gelatina. Tiene bajo contenido e
cisteína y triptófano y ausencia total de azúcares fermentables. Poder nutritivo
bajo. Se utiliza con microorganismos poco exigentes.
• Peptona pancreática de caseína: Digestión de caseína con extractos
pancreáticos. Es el más utilizado en procesos de fermentación industrial.
• Peptona de soja: Digestión con la proteasa papaina de la harina de soja. Por s
alto contenido en azucares no es recomendable en estudios de fermentación.
• Peptona trípsica de caseína: Digestión con la proteasa trípsina de la caseina
• extractos
– extractos acuosos frecuentemente de carne o levadura
• agar
– polímero sulfatado normalmente extraído de algas rojas empleado para solidificar
medios líquidos. Funde a 80-90 ºC y solidifica a 40-42 ºC. No es degradado por la
mayor parte de los microorganismos

18. Medios de cultivo
Tipos de medios
• Medios para fines generales
– pueden mantener el crecimiento de numerosos microorganismos
– ej. : caldo de triptona y soja
• medios enriquecidos
– medios para fines generales suplementados con sangre o otros nutrientes
especiles
– ej.: agar sangre
• medios selectivos
– favorecen el crecimiento de algunos microorganismos e inhiben el crecimiento
de otros
– ej.: agar MacConkey
• selecciona bacteria gram negativas por contener cristal violeta
• medios diferenciales
– diferencian entre grupos distintos de bacterias e incluso permiten una
identificación tentativa
– ej., agar sangre: diferencia bacterias hemolíticas de no hemolíticas
– muchos estreptococos y estafilococos aislados de la garganta producen
zonas claras alrededor de sus colonias debido a la lisis de los eritrocitos
– ej., Agar MacConkey: diferencia fermentadores de lactosa de no fermentadores

19. Aislamiento de cultivos puros
• cultivo puro
Aislamiento de cultivos puros
– población de células que proviene de una sola célula
• Para aislar cultivos puros se emplean frecuentemente la siembra en
profundidad, la siembra por extensión y la siembra en estría
Siembra en profundidad
•La muestra original se diluye
varias veces para reducir la
concentración bacteriana, se
mezcla con agar templado y se
vierte

20. Aislamiento de cultivos puros
Siembra por extensión
•La muestra original se diluye varias veces para reducir la concentración
bacteriana, se vierte sobre una superficie de agar y se extiende con un asa
de Digralski de forma que las colonias resultantes estén bien separadas

21. Aislamiento de cultivos puros
Siembra en estría
•La muestra original (sólida o líquida) se recoge con un asa de siembra y se
aplica secuencialmente en estrías esterilizando el asa entre estría y estría
•En cada estría se va
diluyendo la muestra
original de forma que en la
última estría se obtienen
bacterias que darán lugar a
colonias aisladas

22. Aislamiento de cultivos puros
Morfología de la colonia
las especies de microorganismos forman colonias de aspecto característico
Forma
Puntiforme Circular Filamentoso Irregular Rizoide Fusiforme
Elevación
Plana Elevada Convexa Pulvinada Umbonada
Margen
Entero Ondulado Lobulado Erosionado Filamentoso Rizado

23. Aislamiento de cultivos puros
la morfología de la colonia
puede variar según el medio en
el que crezca.
Ej, Bacillus subtilis creciendo en
un medio pobre en nutrientes
Crecimiento de colonias
• la colonia crece más
rápidamente en la periferia
– hay más disponibilidad de
oxígeno y nutrientes en la
periferia
• el crecimiento es más lento en
el centro de la colonia, hay
mayor mortalidad
• en la naturaleza muchos
microorganismos se agrupan
formando biofilms

24. Medios de cultivo
¿Dónde encuentro la composición de los medios de
cultivo o los medios preparados?
• En las páginas web de los suministradores de organismos. Por ejemplo: La
ATCC (http://www.atcc.org, la colección americana de cultivos tipo) indica la
composición del medio de cultivo junto a los organismos que suministra. Lo
mismo sucede con la CECT (www.cect.org, colección española de cultivos
tipo)
• La composición detallada de cada medio se encuentra en las páginas de los
proveedores de medios de cultivo. El más detallado es el manual DIFCO (
http://www.maplica.com)
• En España los suministradores más comunes son Microkit (http://
www.laboratoriosmicrokit.com/) , Sigma Aldrich
http://www.sigmaaldrich.com/Area_of_Interest/Analytical__Chromatography/Mi
y biomerieux (http://www.biomerieux.com)