Por Roberto Rustom Laura Meléndez y Matías San Martín Microbiología General Clase n 06 04/06/02 Odontología II año U. de Chile

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1 Introducción: La clase anterior vimos cómo funciona la célula bacteriana incluyendo también sus requerimientos básicos. Factores Nutricionales y Ambientales: Son sustancias que están en el medio externo y que las introduce para su metabolismo ó para sintetizar macromoléculas. Estos factores varían según la especie. Ambos factores son considerados determinantes ecológicos, es decir estos afectan la distribución y la cantidad de microorganismos, esto determina las sucesiones microbianas en un hábitat determinado y esto se va a relacionar con estados de salud o enfermedad. Ejemplo: La E. Coli necesita de pocos y simples nutrientes y, por lo tanto, tienen una diversidad de ambientes, pudiendo causar enfermedades a los hospederos susceptibles, además de que es muy fácil de cultivar In-vitro, en el laboratorio. Patógenos periodontales: Se limitan a habitar el espacio subgingival, y por lo tanto, es difícil de cultivar en el laboratorio. Factores Nutricionales Básicos Fuente de C + N: Frente a este factor existen especies bacterianas que utilizan fuentes de carbono (corresponde al 50% del peso seco) y nitrógeno, se desarrollan y forman estructuras a partir de elementos nutricionales muy simples, lo que determina que estén altamente distribuidos en la naturaleza, es decir presentan una gran flexibilidad nutricional. Como ejemplo podemos mencionar algunos componentes de la flora intestinal normal del hombre, son microorganismos que se desarrollan fácilmente en un hábitat simple por lo que los encontramos muy diseminados en la naturaleza. Son microorganismos que en su hábitat no producen patología, pero en otro hábitat si pueden producir patología. Esto hace que por ejemplo algunos microorganismos de la flora intestinal sean la principal causa de las infecciones intrahospitalarias. Requerimientos Particulares Es dependiente de la especie bacteriana y esta determinado genéticamente, Ej.: Pgingivalis, este es un microorganismo que requiere para su crecimiento llevar a cabo funciones esenciales para lo que necesita factores nutricionales muy especiales, por lo que el hábitat es restringido: el área subgingival. Estos microorganismos son muy difíciles de propagar en medios artificiales. De acuerdo a las fuentes de carbono que utilicen: Autotróficos. Aquellos que utilizan como fuente de carbono elementos tan simples como el C0 2 del aire, a partir de este son capaces de sintetizar moléculas más complejos como por ejemplo algunos hidratos de carbono, monosacáridos, la acción de éstos microorganismos está avalado por un gran equipo enzimático. Heterotróficos: Requieren como fuente de carbono elementos orgánicos complejos como por ejemplo algunos hidratos de carbono, monosacáridos, glucosa, este grupo posee un equipo enzimático mucho más pobre. Prof.: Silva 1

2 **Trofo = comida** Otros requerimientos: Fuentes de Nitrógeno. El nitrógeno es un elemento muy abundante en moléculas orgánicas como, las proteínas y en los ácidos nucleicos y en moléculas inorgánicas como N 2 (nitrógeno gaseoso), NO - 3 (nitrato), y en el NH 3 (amoníaco). En el caso de los organismos autotróficos ellos sintetizan moléculas nitrogenadas complejas como por ejemplo aminoácidos y polipéptidos que van a llevar a la síntesis de estructuras bacterianas a partir de nitrógeno atmosférico a través de un proceso que se conoce como fijación del nitrógeno, este proceso sólo se observa en organismos procarióticos y esta restringido a ciertas especies bacterianas. Las bacterias heterotróficas obtienen el nitrógeno de elementos complejos como péptidos pequeños y aminoácidos a partir de los cuales el microorganismo puede seguir sintetizando moléculas más grandes. Elementos Trazas IONES: Se llamen así porque corresponden a factores que ocupa el microorganismo en muy poca cantidad y dentro de ellos podemos mencionar, el Fe, Mg, Ca, entre otros. Son elementos que participan en muchas reacciones enzimáticas, es lo que nosotros conocemos como cofactores o activadores de las reacciones enzimáticas. Algunas funciones de los cofactores: Ca ++ : Estabiliza la pared celular y es responsable de la termoresistencia de la endospora. Mg ++ : Estabiliza a la membrana celular, los ácidos nucleicos y participa de muchas reacciones enzimáticas. Fe + : Existe polémica sobre si se clasifica como micronutriente, pues lagunos lo consideran un macro nutriente, es importante en la respiración bacteriana porque participa con el citocromo, además está presente en proteínas que participan en la cadena respiratoria. Este elemento se encuentra en sales muy insolubles y para poder ser incorporado la bacteria debe sintetizar compuestos sideróforos (también lo hacen los hongos y levaduras) capaces de solubilizar al Fe para así poder incorporarlo. S: Los microorganismo lo obtienen directamente del metabolismo de los aminoácidos que poseen este elemento, es decir metionina, cisteina y de vitaminas del complejo B. K: Participa en muchas reacciones enzimáticas. Na: es un elemento que no se requiere en grandes cantidades y su demanda de este elemento depende de las condiciones del medio. Factores de Crecimiento: No siempre son sintetizados por los microorganismos, sino que los obtienen del hábitat natural, en el caso del laboratorio se deben adicionar al medio de cultivo, dentro de estos factores tenemos a vitaminas del complejo B, coenzimas, aminoácidos, purinas, pirimidinas etc. Gracias a todos estos elementos la célula es capaz de funcionar y de llevar a cabo todas las reacciones que son esenciales para el microorganismo como síntesis de macromoléculas, síntesis de estructuras, que le permitan generar movimiento en el caso de microorganismos que presenten flagelos. La célula bacteriana utiliza los mismos nutrientes que la célula eucariótica, es decir el microorganismo es capaz de metabolizar hidratos de carbono, lípidos, proteínas. Prof.: Silva 2

3 Metabolismo Conjunto de reacciones químicas que tiene lugar en el interior de una célula bacteriana, el mismo concepto lo aplicamos a la célula eucariótica dependiendo de la actividad metabólica que ocurra; CATABOLISMO: El catabolismo corresponde a reacciones de tipo degradativo en las cuales las grandes moléculas son fragmentadas hasta elementos simples como por ejemplo puede ser C0 2 y agua. En esta ruta catabólica como resultado de esta fragmentación paulatina de un determinado precursor nosotros tenemos que hay producción de energía libre, es decir son reacciones exergónicas. Esta energía el microorganismo la va a ocupar en un proceso de síntesis, en trabajo, en movimiento en los microorganismos flagelados. ANABOLISMO: Reacciones biosintéticas, que a partir de precursores simples el microorganismo va a sintetizar macromoléculas y estructuras. Estas reacciones requieren del aporte de energía, por lo tanto es una reacción endergóníca, esta energía la obtienen de las reacciones catabólicas. Principales nutrientes: Proteínas Lípidos Hidratos de Carbono. La ruta más usada para obtener energía, para realizar sus funciones biosintéticas es la ruta de los hidratos de carbono. Ruta o vía de los hidratos de carbono: Los hidratos de carbono que va a encontrar el microorganismo son generalmente polisacáridos presentes en la naturaleza, estas moléculas al ser tan grandes no pueden entrar al interior de la célula, en este proceso son fundamentales las enzimas extracelulares, son estas las que ven a actuar sobre el polisacárido pero producir la fragmentación hasta moléculas simples: monosacáridos, son ellos los que van a ingresar a la célula bacteriana a alguna ruta metabólica. La molécula que puede ingresar a la célula es la glucosa. Rutas Catabólicas Rutas que puede seguir la glucosa en el interior de la célula bacteriana: 1. Vía Glicolítica o Glicólisis: Esta glucosa que entra a la célula bacteriana sufre oxidaciones sucesivas que finalmente van a transformar a Resumen de las reacciones químicas: esta molécula en piruvato o ácido pirúvico. Glucosa +2ATP +4ADP +2Pi +2NAD + 2Piruvato +2ADP +4ATP +2NADH +2H + +2H 2 O 2. Fermentación Láctica: Reducción del ácido pirúvico formando Ac. Láctico o lactato, tie Prof.: Silva 3

4 3. Fermentación Alcohólica: La glucosa sufre una descarboxilación y una reducción, vamos a tener la producción de etanol. 4. Ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxilicos: La molécula es degradada totalmente hasta la producción de C0 2 y agua. 5. Cadena Respiratoria Sea cual sea la ruta que siga la glucosa, siempre van a haber una serie de oxidaciones con la consecuente reducción de nucleótidos como el NAD y el FAD que van pasando de un estado oxidado a un estado reducido. Luego estos nucleótidos se van a oxidar en otra ruta metabólica paralela conocida como cadena respiratoria, en la cual el aceptor final va a depender del tipo de microorganismo. Esta cadena respiratoria no es otra cosa que el paso de los protones y electrones provenientes del NADH a través de sistemas enzimáticos de la membrana celular (sistema de citocromos) hasta el aceptor final de los electrones. Los protones son eliminados fuera de la célula bacteriana a través de la membrana. En el caso de las bacterias aerobias el aceptor final de los electrones es el 0 2. Anaerobios obligados: Los microorganismos anaerobios también necesitan energía, la que obtienen también gracias a cadenas respiratorios donde el aceptor final es una molécula distinta al oxigeno, puede ser nitrato que se reduce a nitrito, sulfato a ácido sulfhídrico H 2 S. Un ejemplo de esto son las bacterias periodontales que producen el ácido sulfúrico que es muy tóxico. 6. Fosforilación oxidativa: Sistema o complejo enzimático denominado ATP sintetasa, es el que produce las moléculas de enlaces con alto contenido de energía, es decir es el que genera el ATP, esto ocurre en las células eucariontes y procariontes. La cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa ocurren en la membrana celular. Los hidrógenos que son expulsados fuera de la membrana celular crean una gradiente electroquímica a nivel de la membrana, la cual se denomina fuerza protón matriz, esta fuerza es la que va a activar al complejo ATP sintetasa para que se realice la fosforilación oxidativa (síntesis de ATP). Los organismos anaerobios obtienen la energía a través de cadenas respiratorias anaeróbicas donde el aceptor final de los electrones va a ser una molécula inorgánica distinta al 0 2. También se puede obtener energía a través de la fosforilación a nivel del sustrato, esto es la generación de ATP en la misma ruta metabólica, sin que ocurra la fosforilación oxidativa. Prof.: Silva 4

5 Ganancia de moléculas de ATP: En la glicólisis tenemos una ganancia neta por cada molécula de glucosa degradada hasta ácido pirúvico de dos moléculas de ATP y cuando es degradada hasta C0 2 y agua, de 38 ATP. El ciclo de krebs ocurre en presencia de oxígeno por lo tanto los organismos anaerobios producirán mayor cantidad de energía. La glicólisis y la fermentación son procesos que se llevan a cavo sin la presencia de oxígeno. Las rutas catabólicas que acabamos de ver sirven para entregarle energía a la ruta anabólica. Rutas anabólicas: Síntesis de toxinas Las toxinas constituyen un factor de virulencia. Dentro de las toxinas sintetizadas por los microorganismos tenemos las exotoxinas y las endotoxinas. Exotoxinas: Son de naturaleza proteico, el organismo las sintetiza y las secreta tienen un carácter de termosensibilidad y buenos antigénico. Son producidas principalmente por microorganismos gram+, algunos gram - también las producen. Algunas exotoxinas de los Gram + está la Titánica y la diftérica. A nivel bucal existe otra exotoxina producida por un gram - que es la leuco toxina producida por Aa, este constituye mecanismos de virulencia actuando sobre polimorfo nucleares neutrófilos, es decir, sobre la primera barrera defensiva del organismo hospedero también está la vibrión cólera. Endotoxinas: Es una ruta biosintética muy importante para los microorganismos gram- y un constituyente de su pared (en el LPS) son termo resistentes. Estas endotoxinas constituyen otro mecanismo de virulencia, para que estas puedan actuar sobre el organismo hospedero deben lisarse. Además son responsables de la sintomatología que ocurre cuando tenemos infecciones por gram-, como la fiebre. A nivel bucal tienen gran relevancia en los patógenos periodontales, ya que actúan sobre el complemento de la vía alternativo, trayendo como consecuencia la inflamación, además ejercen una estimulación de la actividad osteoclástica trayendo consigo una reabsorción ósea (enfermedad periodontal). La relevancia que tienen estas vías anabólicas es que constituyen factores de virulencia. Síntesis del péptidoglican: El péptidoglican es una estructura compleja que le da la forma y resistencia a la bacteria, sólo está en la bacteria y no en el hospedero. El péptidoglican la protege de los cambios osmóticos que sufre la bacteria con respecto al medio externo. Toda bacteria que se ve alterada en la síntesis de su péptidoglican, es presa fácil de los mecanismos defensivos y es fagocitada con mucha facilidad. Síntesis de Polímeros Extracelulares: Glicocalix: llámese Cápsula o copa mucoide, las bacterias capsuladas son difícilmente fagocitadas, evaden la primera respuesta defensiva del organismo hospedero frente a la agresión bacteriana. Dextrano: Polímero extracelular a nivel de la cavidad bucal, es sintetizado por S.Mutans, tiene la particularidad de adherirse firmemente a la superficie del diente, la bacteria queda adherida, se multiplica y como produce una gran cantidad de ácido a partir de hidratos de carbono, lo que produce es la desmineralización del esmalte, lo que finalmente va a llevar a la caries. Prof.: Silva 5

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