Microrganismos de inters: caractersticas, clasificacin, hbitats, mecanismos de reproduccin, aplicaciones. Metabolismo.

Ing. C. Mabel Luna Chvez

Microrganismos de Inters: caractersticas, clasificacin, hbitats, mecanismos de reproduccin, aplicaciones. Metabolismo.

El propsito de un microorganismo..es hacer otro microorganismo

El propsito del ing. de bioprocesos puede ser:

Que los microorganismos se reproduzcan los ms rpido posible.2. Manipular al microorganismo para que modifique su propsito y produzca el compuesto deseado.

Microorganismos Seres inferiores en tamao a 0,1mm. Protoctistas y hongos. Tambin virus.No se detectan con la vista, pero pueden detectarse por el olor, color, presencia de gases, etc. Alteran las condiciones habituales. Pueden encontrarse en todas las formas de vida posibles y en todos los lugares imaginables. Extremfilos.Formas de vida: libre, parsitos, simbiontes, saprfitos, etc.Algunos son beneficiosos: papel ecolgico, elaboracin de productos alimenticios (yogur, pan, vino, etc.), frmacos (vacunas), industrial (alcohol, enzimas, ingeniera gentica, etc.).Tambin existen perjudiciales: Virus y distintos individuos del resto.

bacteriasProtozooariosalgashongosvirusMicroorganismos con y sin organizacin celularNo tienen membranas plasmticas. Son parsitos sin organizacin celular

Tipos de microbiosAcelulares: Virus, viroides, priones

De clula Procariota: Archea, bacterias, cianobacterias,micoplasmas.

De clula eucariota: Protozoos, algas, hongos

Otros microbiosProtozoos: Clula animal. Unicelulares pero pueden formar agregados celulares. Hetertrofos: depredadores,saprofitos o parsitosProtofitos: (Algas). Clula vegetal. Auttrofas fotosintticas Unicelulares o pluricelulares, sin tejidos. De vida libre, formando el fitoplancton, o simbiontes.Hongos: clula con pared celular no de celulosa. Hetertrofos con digestin externa. Unicelulares (levaduras por ejemplo) o pluricelulares sin tejidos diferenciados. Saprofitos, parsitos o simbiontes.

Relaciones de los microorganismos con los seres vivos o el medio ambientePerjudiciales: parsitos que perjudican produciendo enfermedades.Mineralizadores: Descomponen la materia orgnica a mineral y cierran los ciclos biogeoqumicos. Se encuentran en el suelo y el agua. Fermentadores: de gran importancia industrial por producir alimentos, (queso, yogur, vino, etc.) aunque algunos son responsables de intoxicaciones alimentarias.Simbiontes: de gran importancia ecolgica. Los hay que fijan el N2 atmosfrico, como las bacterias del gnero Rhizobium, o los que digieren la celulosa de los herbvoros. Los de la piel o el intestino.Biodegradadores: eliminan del suelo o el agua productos de desecho como restos, basuras, aguas fecales, as como petrleo o sus derivados, e incluso compuestos sintticos como algunos plaguicidas.Los que fabrican sustancias de inters: Productores de antibiticos, (como los actinomicetos y mohos), disolventes, cidos, enzimas, hormonas, vacunas, etc.Procariotas - ArqueobacteriasCaractersticas importantes: Tiene las mismas estructuras que el resto de las bacterias procariotas pero estn constituidas por compuestos qumicos diferentes. Las diferencias a nivel molecular entre arqueas y el resto de los procariotas son tan fundamentales que se las clasifica en grupos distintos. Debido a estas diferencias, las arqueas exhiben una ALTA RESISTENCIA contra los antibiticos y los agentes lticos, presin osmtica, etc. Actualmente se las considera ms cercanas a los eucariotas

Tamao y formaDimetros 0,1 m y ms de 15 m Diversas formas, esferas, barras, espirales, placas, finos filamentos, cuadradas y planas

Fsiles vivientes por que viven en hbitats semejantes a las condiciones de la Tierra primitiva.Ambientes termales con temperaturas > a 100 C, medios halfilos (muy salados) Uso de Archaea en tecnologa e industria

Por ser extremfilas, en particular las resistentes a las ALTAS TEMPERATURAS o a los EXTREMOS DE ACIDEZ O ALCALINIDAD, son una importante fuente de ENZIMAS capaces de funcionar bajo estas duras condicionesEn la industria, las AMILASAS, GALACTOSIDASAS realizan su funcin a ms de 100 C, lo que permite la elaboracin de alimentos a altas temperaturas, tales como leche baja en lactosa y suero de leche. Las enzimas de estas arqueas termfilas tambin son muy estables en solventes orgnicos, por lo que pueden utilizarse en una amplia gama de procesos relacionados a la SNTESIS DE COMPUESTOS ORGNICOS.Son una parte vital del tratamiento de aguas residuales, realizando la digestin anaerbica de los RESIDUOS Prometedores en minera para la extraccin de metales talescomo ORO, COBALTO Y COBREOrganismos unicelularesFunciones: gran variedad de funciones que ayudan a mantener los ciclos bio-geo-qumicos.

Constituyen la mayora de las bacteriasLas bacterias son los organismos ms abundantes del planeta 40 millones de clulas bacterianas en 1g de tierra1 milln de clulas bacterianas en un 1 ml agua dulceEn total, aproximadamente 51030 bacterias en el mundo PROCARIOTAS

ProcariotasOrganismos unicelulares - mayora de las bacteriasTamao: 1 a 10 m Son tan pequeas que no necesitan citoesqueletoHbitat: adaptados a vivir en cualquier ambiente terrestre o acuticoNutricin: auttrofas: fotosintticas, quimiosintticas hetertrofas: saprfitas, simbiticas, parasitariasProcariotas

La mayor parte de las bacterias adoptanformas caractersticas, aunque en ocasiones la configuracin puede verse influida por las condiciones del medio de cultivo. Son unicelulares, pero tambin aparecen agrupadas cuando se mantienen unidas tras la divisin. 14

BIOMASA, protenas

Pocesos como TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

En la produccin de QUESOS, YOGURT, VINAGRE Fabricacin de MEDICAMENTOS, antibiticos de bacilos

PRODUCTOS QUMICOS: CIDOS ORGNICOS, SOLVENTES

ENZIMAS: amilasas, catalasa lactasa, etc.

Uso de las Eubacterias (procariotas) en tecnologa e industria MICROORGANISMOS CON ORGANIZACIN CELULAR EUCARIOTAprotozoos

Presentan una mayor complejidaden su organizacinAlgas microscpicasunicelulares

levadurasHongos filamentososHONGOSBIOMASA, BEBIDAS, PAN

Pocesos como TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

En la produccin de ENZIMAS: amilasas, catalasa glucosa oxidasa, invertasa, lipasa

Fabricacin de ANTIBITICOS a partir de hongos, VITAMINAS.

PRODUCTOS QUMICOS: CIDOS ORGNICOS, SOLVENTES, ETHOL (levaduras)

Eucariotes -levaduras y hongos filamentosos-en tecnologa e industria

Nucleolo (cuerpo granular, RNA y protenas)Ncleo (Nucleolo y Cromosomas: DNA y protenas llamadas cromatina)Retculo endoplasmtico rugoso (sntesis y secrecin)Aparato de Golgi (modifica, empaca y distribuye protenas a otros organelosCitoesqueleto MicrotbulosRetculo endoplasmtico liso (red de membranas internas)MitocondriasPeroxisomasCitoplasmaLisosomas(enzimas degradadoras)Membrana celular Ribosomas (grnulos RNA y protenas)Clulas animales.INTERFERN leucocitos humanosVACUNAS VIRALES: InfluenzaRubeolaFiebre amarilla

Eucariotes - clulas animales-en tecnologa e industria Se emplean clulas, tejidos u rganosEucariotas - Clulas vegetales -

OBTENCIN DE PRODUCTOS FARMACOLGICOS

MICROORGANISMOS RECOMBINANTESLa incorporacin de la ingeniera gentica permite optimizar la eficiencia del proceso de produccin y/o la calidad del producto (modificar el control de vas metablicas, por ejemplo para la sobreproduccin de algn producto)

La incorporacin de la ingeniera gentica permite obtener a partir de un microorganismo, cultivo de clulas, planta o animal un producto completamente ajeno.Esto se consigue por introduccin y expresin del gen de inters en un organismo hospedador fcil de cultivar *produccin de insulina en bacterias, *anticuerpos humanos en plantas *vacunas en levaduras. Son los organismos obtenidos ingeniera gentica

COMO SE REPRODUCEN LOS MICROORGANISMOS?

La clula es una mquina que necesita energa para realizar sus trabajosEL METABOLISMO CELULARSistema abierto Intercambio de materia y energa

Los seres vivos y las clulas que los forman son sistemas abiertos, en equilibrio y que realizan un trabajo.Equilibrio. Sus variables se mantienen dentro de unos niveles de tolerancia.Trabajo. Realiza trabajos dentro de su propia actividad de ser vivo (moverse, reproducirse, renovar tejidos)Clula

EnergaMateriaEnergaMateriaConcepto de metabolismo

El metabolismo es el conjunto de reacciones qumicas que se producen en el interior de las clulas y que conducen a la transformacin de unas biomolculas en otras.

Las distintas reacciones qumicas del metabolismo se denominan vas metablicas y las molculas que intervienen se llaman metabolitos.

Todas las reacciones del metabolismo estn reguladas por enzimas, que son especficas para cada metabolito inicial o sustrato y para cada tipo de transformacin.

Las sustancias finales de una va metablica se denominan productos.

Las conexiones existentes entre diferentes vas metablicas reciben el nombre de metabolismo intermediario.

Se pueden considerar tres fases en el metabolismo:

Catabolismo: Transformacin de molculas orgnicas complejas en otras ms sencillas, con liberacin de energa que se almacena en ATP.

Anabolismo: Sntesis de molculas orgnicas complejas a partir de otras ms sencillas. Se necesita suministrar energa, en forma de ATP

Anfibolismo: (una fase intermedia). Procesos en los que se almacena gran cantidad de energa (para los posteriores procesos anablicos)

Tipos de metabolismo

Las clulas se encuentran siempre en un proceso constante de autodestruccin y autoregeneracin.

El metabolismo forma una unidad, aunque se estudia fragmentado en rutas o vas metablicas.

Las rutas metablicas no son independientes entre si , poseen encrucijadas comunes.

Un mismo metabolito comn a dos rutas podr seguir por una o por otra en funcin de las condiciones celulares.Para crecer y desarrollarse, todos los seres vivos necesitan incorporar materia y energa y en funcin de estas clasificamos los distintos tipos de metabolismo de los seres vivos.MATERIA. Si la fuente de carbono es el dixido de carbono (CO2 atmosfrico) o carbono inorgnico, se habla de metabolismo auttrofo Si la fuente es la propia materia orgnica (formas ms o menos reducidas del carbono como metano, glucosa, grasas, etc., es decir, el llamado carbono orgnico), se habla de metabolismo hetertrofo.

ENERGIAFotosintticos si la fuente de energa es la luz.Quimiosntticos si es energa desprendida en reacciones qumicas.INFORMACION: ADNTIPO DE ORGANISMOFUENTE DE ENERGAFUENTE DE CORGANISMOSFotolittrofoLuz solarCO2Vegetales. Bact. fotosintticasFotoorgantrofoLuz solarComp. orgnicosBacterias purpreasQuimiolittrofoReacciones redoxCO2Bacterias desnitrificantesQuimioorgantrofoReacciones redoxComp. orgnicosAnimales y HongosMuchas de las reacciones del catabolismo suponen la oxidacin de un sustrato, lo cual libera electrones.

Por el contrario, el anabolismo frecuentemente consiste en reacciones de reduccin que requieren electrones.

Los electrones son transportados desde las reacciones catablicas de oxidacin hasta las reacciones anablicas de reduccin.

Intervienen coenzimas transportadores de electrones, como el NAD o el FAD, que llevan electrones de un punto a otro de la clula de un modo similar a como el ATP transporta la energa.

Cuando uno de estos coenzimas se encuentra cargado de electrones, en estado oxidado, se dice que tiene poder reductor, puesto que al liberarse de los electrones podr reducir a otro compuesto.CATABOLISMO DE AZCARESla glucolisis

Es la primera fase del Catabolismo de los azcares, tiene lugar en el citoplasma de la clula y no necesita la presencia de Oxgeno = Es un proceso Anaerobio.Lo realizan todas las clulas vivas = PROCARIONTES Y EUCARIONTES

Ciclo de Krebs

El producto ms importante de la degradacin de los carburantes metablicos es el acetil-CoA, (cido actico activado con el coenzima A), que contina su proceso de oxidacin hasta convertirse en CO2 y H2O, mediante un conjunto de reacciones que constituyen el ciclo de Krebs punto central donde confluyen todas las rutas catablicas de la respiracin aerobia. Este ciclo se realiza en la matriz de la mitocondria

El ciclo de krebs

La cadena transportadora de electrones: fosforilacin oxidativa.LA CADENA TRANSPOTADORA DE ELECTRONES

Las enzimas de la cresta mitocondrial transportan los H hasta el Oxigeno formndose agua.Hiptesis quimiosmtica

La ATP sintetasa es un gran complejo proteico con canales para protones que permiten la re-entrada de los mismos. La sntesis de ATP se produce como resultado de la corriente de protones fluyendo a travs de la membrana:ADP + Pi ---> ATP Los protones son transferidos a travs de la membrana, desde la matriz al espacio intermembrana, como resultado del transporte de electrones que se originan cuando el NADH cede un hidrogeno. (Ver la animacin transporte de electrones.) La continuada produccin de esos protones crea un gradiente de protones.

Balance del metabolismoNmero de molculas con enlaces ricos en energa (ATP u otros), que se producen por cada metabolito oxidado.

En general:

Rutas catablicas: Balance positivo

Rutas anablicas: Balance negativoEn las reacciones metablicas, la energa generada se transforma, parte en ATP que si puede ser utilizado por la clula, y otra parte, se transfiere al entorno en forma de calor:

Por ejemplo:

Un mol de glucosa por combustin genera 680 Kcal. Mediante reacciones metablicas da 36 ATP (262,8 Kcal) y 417 Kcal se pierden en forma de calor1.- El control bioqumico

Las sustancias que intervienen en el metabolismo celular son muy estables a temperatura ambiente

Sin ayuda no reaccionaran o lo haran tan lentamente que no sera posible la vida. Esta dependencia de ayuda es paradjicamente una gran ventaja, ya que permite al organismo regular qu reacciones se han de dar y en que momento, es decir, el control bioqumico del metabolismo2.- Control hormonal o sistema endocrino.

El elemento fundamental de este sistema de control son las hormonas, que actan especficamente sobre determinadas clulas como mensajeros qumicos, regulando el metabolismo internoControl del metabolismoMuchas sustancias qumicas, desprenden energa calorfica, son las reacciones exergnicas.

Este desprendimiento se debe a que la energa interna de los reactivos, (energa qumica de los enlaces), es mayor que la energa interna de las sustancias producidas (productos).

Estas reacciones no se dan de forma espontnea porque para iniciar una reaccin, primero es necesario suministrar la energa suficiente para debilitar los enlaces de los reactivos y posibilitar as su rotura.

ReactivosProductosE. interna (reactivos) > E. interna (productos)Para acelerar una reaccin qumica tambin hay dos soluciones:Calentar los reactivos.Aadir un catalizador, En los seres vivos, un aumento de temperatura podra provocar la muerte, por lo que se sigue el segundo mecanismo, es decir, el concurso de catalizadores biolgicos o biocatalizadores. Las molculas que desempean esta funcin son las enzimas Enzimas

Las enzimas son los catalizadores de las reacciones biolgicas. Actan rebajando la energa de activacin, y por tanto acelerando la velocidad de la reaccin, la cual se puede medir por la cantidad de producto que se forma por unidad de tiempo. Exceptuando las ribozimas, son protenas globulares, solubles en agua, que se difunden bien en los lquidos orgnicos, y que pueden actuar a nivel intracelular, es decir, en el interior de la clula donde se han formado, o a nivel extracelular, en la zona donde se segregan, como sucede con las enzimas digestivas.Las ribozimas son unos ARN capaces de catalizar a otros ARN, quitndoles o aadindoles nucletidos, sin consumirse ellos mismos. Se considera que en la primera materia viva la funcin cataltica la realizaba el ARN, luego aparecieron las protenas, en las que se deleg la funcin enzimtica, y los ADN, en los que se deleg, por su mayor estabilidad, la funcin de almacenar la informacin.Enzimas