CONCEPTOS SOBRE METABOLISMO Y NUTRICIÓN BACTERIANA

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CONCEPTOS SOBRE METABOLISMO Y 
NUTRICION BACTERIANA 
Se entiende por metabolismo bacteriano el conjunto de 
reacciones bioquímicas catabólicas y anabólicas que ocurren � 
una bacteria, destinadas a transformar las sustancias nutritivas 
para obtener energía, que será utilizada en los componentes 
estructurales, funcionales y reproductivos. El catabolismo y el 
anabolismo son procesos interdependientes que interactúan de 
manera acoplada y sirven para dar origen a todas las reacciones 
bioquímicas, que se utilizarán en el trabajo celular. 
Se denomina anabolismo al conjunto de reacciones de síntesis 
de compuestos estructurales, como las proteínas de la membrana 
plasmática, y ftmcionales, como las enzimas. Por otro lado, el cata­
bolismo es el conjunto de reacciones de degradación de compuestos 
orgánicos destinados .a formar la materia prima para sintetizar otros 
comp\le!\tos y para transformar la energía. :Las reacciones químicas 
que suceden. dentro de los organismos pueden ser exorgánicas ( con 
li�ión de encgía}•o,�.� COPIJIPDO rle energía) y
en su conjunto constituyen el metabolismo bacteriano. 
FASES DEL METABOLISMO Y PRODUCCION 
DE LAENERGIA 
En las bacterias, al igual que en otros tipos celulares, la conser­
vación intracelular de energía ocurre principalmente por medio de 
la síntesis del adenosintrifosfato (ATP), !ps métodos usados para 
generar el ATP son en.1special la fosforilación del sustrato, la fos­
forilación oxidativa y la rotofosforilación. Estos procesos implican 
una serie de reacciones de oxidorreducción, que liberan energía y
que se acoplan al �jo celular. La obtención de los nutrientes y 
la energía permiten distinguir los diferentes tipos de bacterias. 
La función del ATP es suministrar energía al hidrolizarse en 
ADP y P. Esta energía puede usarse para diferentes actividades de 
las bacterias. El ATP es un nucleótido compuesto por la adenina 
(base nitrogenada), un azúcar (ribosa) y tres grupos fosfato. 
Una de las fases del metabolismo es el catabolismo, en el que 
se cambia la energía según las leyes de la teonodinámica y las 
transformaciones son totalmente eficaces. Los procesos enlos que 
se descomponen las moléculas grandes en pequeñas ocurren con los 
de proteínas, lípidos y carbohidratos que son descompuestos enzi­
máticamente. El producto de esta descomposición o degradación lo 
forman las moléculas �simp_le� y pequeñas como, por ejemplo, 
el ácido láctico, el ácido acético, el dióXI<lo de carnonci, 'el amoníaco
y la urea. De estas reacciones químicas de degradación se obtiene 
la energía química liberada que se conserva temporalmente en las 
estructuras de estas grandes moléculas. Esta energía se conserva en 
forma de molécula conocida como ATP, que es de vital importancia 
en el metabolismo de cualquier organismo vivo. 
El anabolismo es la fase del metabolismo durante la cual se 
sintetizan nuevas moléculas que la bacteria o célula necesita para 
mantenerse o dividirse: lípidos, proteúias, carbohidratos y_ ácidos 
nucleicos propios (DNA y RNA), que forman parte funcional 
o estructural del organismo. Estos procesos los lleva a cabo el 
microorganismo a partir de los constituyentes primarios que se 
obtienen de los nutrientes. Sin embargo, tales procesos de síntesis 
requieren de energía y ésta la proporciona el ATP que fue generado 
durante el catabolismo. Cuando se requiere energía durante el ana­
bolismo, ésta se desprende de los enlaces del ATP liberando unas 
8 kcal de energía. Así, el anabolismo y el catabolismo, se realizan 
simultáneamente y cada uno está regulado en forma precisa, ya 
que ambos procesos son interdependientes. 
ENZIMAS 
El metabolismo está altamente regulado y depende del accionar 
de un conjunto de cataliz.adores biológicos de naturaleza proteica 
denominados enzimas, que transforman a los nutrientes orgánicos 
complementados en algunos casos con sustancias inorgánicas. Las 
-enzimaS'·están constituidas por aminoácidos, con sus correspon­
dientes grupos carboxilo y anüli<f: Son de un tamaño molecular
aproximado de 104 a 106. El acciOillll' de las enzimas es esencial en
el metabolismo bacteriano y permite entender div� ·procesos,
como la fennentación y la respiración bacteriana. Las enzimas
tienen la propiedad de reconocimiento de manera específica de
sus sustratos. Como base de estas propiedades, obedecen a rutas
preprogramadas: como vías biosintéticas (anabolismo) o como vías
catabólicas (catabolismo). La actividad de las enzimas se demostró
a partir de un extracto lfüre de células, donde se logró reproducir
la· fennentación alcohólica. Ellas actúan de manera específica, a
través de su sitio activo; produciendo un-efecto catalítico sobre las
moléculas del sustrato y provocando su ruptura o escisión Este es 
un proceso rápido, eficiente y regulado por la aparición del producto
final, resultante de la reacción química. La eficiencia de una enzima
es extremadamente alta, ellas pueden cataliz.ar la transformación de 
hasta 106 moléculas por minuto. Tienen un. alto grado de especificidad
de unión a la molécula del sustrato y la convierten en un producto
específico. Estos procesos, están regulados por diversos factores
como la cantidad del sustrato, el pH, la temperatura, el producto
final de la reacción química y la regulación genética del proceso.
Algunas enzimas tienen asociádas otras moléculas. La mayoría de las
vitaminas son coenzimas. Por ejemplo, la niacina es aun precursor
usado en la síntesis de NAD+ y el ácido pantoténico es una parte
de la coenzíma A. Las vitaminas son cruciales en el catabolismo y
son necesarias en pequeñas cantidades.
Actividad enzimática
Las enzimas que llevan a cabo las diferentes reacciones en el
metabolismo funcionan en forma�cial, lo ,que qtriere decir que
el producto de una reacciónenzipiática� a su ve:z. degradado por la
siguiente enzima de la cadena de reacciones de alguna vía metabólica,
proceso que se conoce como de sistemas multienzimáticos. La com­
plejid;lcl de es� sist.eQ:la es varillble; en ª1gunos casos, las enzimas se
encuentran en el interior de la célula y las moléculas. que van a ser
degradadas, en el exterior; y ellos,interaccionan libremente. Estos
 
sistemas funcionan con base en la difusión libre de los productos del 
metabolismo (metlbolitos) en el interior de la bacteria. 
Existen sistemas multienzimáticos organizados espacialmente 
en la membrana celular; esto permite que las reacciones ocurran 
de una manera organizada, funcionando juntas como una perfecta 
obra de alta ingeniería. La interacción íntima entre sus compo­
nentes facilita la difusión de los metabolitos y, por lo tanto, la 
velocidad a la que ocurren las reacciones es también muy alta. El 
metabolismo se presenta asociado a la membrana impermeable, 
un complejo multienzimático que promueve la síntesis de ATP, 
luego de lograr que los protones del interior celular sean sacados 
al exterior de la membrana de la bacteria. . . 
Las enzimas de la membrana componen la cadena res¡,íratork, 
utilizan los compuestos proveniemi,s del catabolismo del ciclo de 
Krebs, que al ceder un electrón y sumado a un protón furmará un 
�' éste será transportado al lado el<l:erior de la meÍnbrana en 
donde pierde e! electrón yse hberaal medio el proron. Luego de varios 
ciclos similares,se acumularan g¡an cantidad de protones y se generará 
una diferencia elevada de éstos, que tenderán a sostener el equilihtio, 
y la energía libtnda permitirá que se sintetice el ATP. 
CAMlNOS METABOLICOS DE LAS 
BACTERIAS 
Las bacterias en: su conjunto disponen de diferentes VlllS me­
tabólicas pata generar su propia energía y los elementos propios 
para su supervivencia en la nat1iraleza; éstas son: 
- Fermentaciones a través de la vía de Embden-Meyerhof o a
través de fosfoquetolasa y vías de Entner-Doudoroff.
• Respiración anaeróbica que usa otra sustancia distinta al O,
como un aceptar final de electrones de energía.
• Litotrofia: uso de sustancias ínorgánicas como fuentes de
energía.
• Fotosíntesis anoxigénica: fotofosforilaeiónen la ausencia
de O,.
- Metanogénesis: metabolismo arcaico que usa H, como
fuente de energía y produce metano.
• Fosforilaeiónoo fotosintética mediada por la luz: metabolis­
mo que convierte energía de la luz en energía quimica.
FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO: 
FERMENTACIONES 
La fosforilación a nivel de sustrato está asociada a un proceso 
me!llbólico denominado fermentación, durante el cual el sustrato 
OJ:1!ánÍCO teducído escatabolizado y a partir de esto se genera elATP. 
Esta degradación del sustrato genera cofuctores reducidos e interme­ 
diarios oxidados que producen un cofiictor para el siguiente ciclo. 
El rendimiento en ATP es tajo en comparacíón con la respíracíón 
aeróbica, el organismo necesita degradar más cantidad de sustrato. 
Las fermentaciones se dan en determinados microorganismos 
anaerobios obligados o anaerobios facultativos ( cuaodocrecen en 
ausencia de O,). Hay una gran variedad de fermentaciones micro­
bianas, y cada tipo libera uno ovarios productos derermentación 
característicos, como lactato, etanol, metano!, succinato, butano!, 
butirato, a<:etato, acetooa;·butilenglicol, frumiato y CO ,H,. 
Las células pueden producir fundamentalmente ATP de dos 
maneras: porrosforilación de susntos y transporte de eleclronespor 
fusforilacíón La manera más simple, más antigua, menos evolucio­
nada de hacer ATP es por el nivel de fosforilación de susttlltoS. 
En fermentación láctica por Lactobacillus, el sustrato (gluco­
sa) se oxida a piruvato, y éste se reduce a ácido láctico. 
En procariotes existen tres vías principales de glucólisis: la 
clásica vía de Embden-Meyerbof, la via de la fosfoquetolasa o 
heteroláctica relacionada con la desviación de hexosa-pentosa; 
y la vía de Entner-Doudoroff. 
Sea una bacteria fermentadora o no, probablemente degraden 
azúcar a través de una o más de estas vías . 
Los microbiólogos de diagnósticos usan los perfiles metabóli­
cos de la fermentación bacteriana para la identificación de bacte• 
rias en género y especie o subespecies a través de la fermentación 
o no de azúcares, o analizando el producto final de un metabolíto,
y es por ello que se debe comprender la vía de Embden-Meyerhof
y el ciclo de tricloroacético (CTA), porque son dos vías metabó­
licas utilizadas por gran número de organismos.
l. Fermentación bomoláctica. El ácido láctico es el único
producto del final (LactobacilJus y la mayoría de los
Streptococcus). Las bacterias son usadas para fermentar
leches y productos lácteos fermentados.
2. Fermentaciones ácidas mixtas. Principalmente la vías de las
Enterobacteriaceae. Los productos finales son una mezcla
de lactato, acetato, formato, succinato y etanol.
2a. Fetmentación de butanediol. Forma ácidos mixtos y
gases además, 2,3 butanediol de la condensación del 
2 piruvato. 
3. Las fermentaciones ácidas butíricas,así como la�""""' ión
de la butmiol-acetona, son desarrolladas por los clostridios.
3a. Fermentación de la butanol-acetona. Se descubrieron
butanoly acetona como los principales productos finales 
de.la fermentación por el Clostridium acetobutylicum. 
4. La fermentación ácida propióníca. Esta es una fermentación
rarallevllllaacaboporbacteríasácidaspropiónicasqueinclu­
yen � Propionihacterium y Btfidobacterium.
TRANSPORTE DE ELECTRONES POR 
FOSFORILACION 
La respiración, la fotosíntesis, la lítotrofia y posiblemente 
otros tipos de metabolismo bacteriano requieren que los elec­
trones tomados del sustrato sé descarguen eo un sistema de 
transporte de electrón (STE) contenido dentro de una membrana. 
Los electrones se ceden a un aoeptor final en la membrana (como 
O, en la respiración aeróbica), mientras su opuesto a través del 
STE produce la exttusíón de protones y el establecimiento de 
una fuerza motora de protón (fmp) a través de la membrana. Un 
componente esencial es la enzimaATPasa unida a la membrana, 
donde utiliza la fmp y genera ATP. 
RESPIRACION: 
FOSFORILACION OXIDATIVA 
La respirllción es la obtención de energía por oxidación de 
sustratos orgánicos en bacterias qoimiorganotrofas o de compues­
tos ínorgánicos en bacterias qoimiolitótrofas, donde las coenzimas 
reducidas(por ej., NADH) transfierenlos electrones a un aceptor 
final oxidado, no directamente ( como en la fermentación), sino a 
través de una cadena transportadora de electrones. Si el acepror 
final es el o,, se denomína respiración aeróbica, y si es distinto 
del oxigeno, se llama respiración anaeróbica, Es decir, cuando 
un compuesto orgánico utiliza el CTA para la oxidación del sus­
trato y el resultado final es la formación de dióxido de carbono, 
-i 
asociados a la membrana celular y la cadena transportadora de 
electrones relacionada con un aceptor final de electrones. En 
su pasaje por la cadena transportadora, los electrones generan 
liberación de energía para la síntesis de ATPporel mecanismo de 
f osforilación por transporte de electrones, que a su vez induce una 
fuerza moviliiadora de protones a través de la membrana, donde 
el aceptorfinal es el O,, finalmente reducido a H,O.
Aprovecliando todos estos procesos la enzimaATPasa utiliza 
la fuerza movilizadora de protones para sintefuar ATP. Un SUS• 
trato como la glucosa es oxidado completamente a C0
2 
por VÍl!S 
combinadas de glucólisis y CTA. Los electr0nes provenientes de 
la glucosa, removidos por el NAD y transportados por el STE¡..;.
cruzan la membrana y reducen el O,, y se conforma una fuerza
motora de protones que es usada por la ATPasa para generar el 
ATP, por el mecanismo de la fosfürilación oxidativa. 
ESQUEMA Y BALANCE DE LA 
FOSFORILACION OXIDATIVA 
El mecanísmo de la fosforilación oxidativa se explica sobre 
la base de la teoría quimiosmótica de Mitcbell, según la cual 
una serie de moléculas transportadoras situadas en la membrana 
citoplásmica de las bacterias sufren oxidaciones y reducciones 
reversibles, y los principales tipos de componentes de las cadenas 
transportadoras de electrones (como llavoproteínas, proteínas no 
hémí"% quip,anas, ubiq_\lÍnOllall,menaquinonas, citocromos) in­
tervienen en estos procesos. Co1lstitnyen U!! transporte en el que 
los electrones ingresan a la (célula y los protones salen de ella, 
siendo la membrana impermeable al reingreso de éstos. 
CADENAS DE ELECTRONES RAMIFICADAS 
Muchas cadenas respiratorias aerobias muestran ramificacio­
nes alternativas, sobre todo a nivel de los citocromos terminales. 
El papel pr.ncípal de estas ramiñcaciones es lograr flexibilidad en 
la ruta de transferencia de electrones, de manera que se obtengan 
rendimientos máximos en ciertos sustratos y condiciones de ere• 
cimiento para minimizar los efectos nocivos de otros. 
MECANISMO DE LAATP-SINTASA 
DEPENDIENTE DE PROTONES 
Las ATP-asas de membrana pueden funcionar también en 
sentido inverso al de slntesis, es decir, como ATP-llidrolasas: se 
produce hidrólisis deATPy extrusión de protones al exterior. Por lo 
tanto, en este sentido de funcionamiento, se genera un gradiente de 
protones a expensas de gasto deATP Intracelular. Esto muestra una
vez másq11e elATPy el gradiente de protQ!les se pueden considerar 
como formas diferentes e ínterconvertibles de energía celular. 
LasATP-asas productoras de gradientes de protones existen en 
bacterias no respiralnrias, que carecen de cadenas tnlnSportadoras 
de electrones, como las bacterias anaerobias del ácido láctico, que 
obtienensuATP por füsforilación a nivel de sustrato, en sus proce­
sos defennentación y, a su vez, parte delATP lo convierten, por las 
ATP,asas hidro líticas, en una fuerza protón-motriz que se usa para 
transporte de nutrientes y para alimentar al motor flagelar. 
RESPIRACIONES A.�AEROBICAS 
Como ya hemos dicho, en algunas bacterias, al final de la 
STE puede existir un aceptor diferente del oxigeno (respiración 
anaerobia). Los aceptores y sus respectivos productos reducidos 
son nitratos, sulfatos, fumarato, succínato1 C02 o CH4, Fe/ o F� "'; 
con estos aceptares se obtiene menos energía. El uso de nitratos, 
sulfatos y CO 
2 
cerno aceptores finalesde electrones (y no como 
material a incorporar al metabolismo plástico) se denomina 
metabolismo desasimilativo, para distinguirlo del asimilativo. El 
producto reducido se excreta al ambiente de la bacteria. 
El uso desasimílativo de nitrato se llama desnitrificación, y 
ocurre por medio de una serie de fases donde el N va cambiando 
su estado de oxidación: 
NO,- a NO,· (nitrito), NO (óxido nítrico) o N,O (óxido 
nitroso) o N
2 
{dinitró¡¡eno). 
Hasta la llegada de las actividades industriales humanas, 
todo el dinitrógeno de la atmósfera procedía de estos procesos 
desnitrificantes. 
El uso de sulfato como aceptor de electrones sólo lo hacen 
las bacterias sulfatorreductoras, por una ruta especial en la 
que el sulfato primero tiene que activarse con ATP (fonnando 
la adenosina-fosfo-sulfato, APS). La mayoría son quimiorga­
notrofos, pero algunos pueden usar H, donador de electrones 
(quimíolitotrofos). 
Las arqueobacterias metanogénícas son los únicos seres vivos 
capaces de obtener energía acoplando la oxidación del hidrógeno 
molecular con el uso de CO, como aceptorde electrones (actuan­
do en estas condiciones oomo quimiolitotrofos ). 
Tipos de quimiorganotrofos 
La obtención de energía por fosforilación oxldativa a partir de 
dooadoresmorg4,úcosdeelectronessólohaevolucionadoenciertos 
grupos deprocariotas. �grupo fisiológico usa un tipo de donador 
ínorgánico: bacterias de hidnlgeno, bacterias de hierro, bacterias del 
azufre, bacterias desnitrificantes de dos tipo nitrosas y nítricas. El 
mecanismo para generar e!ATP es similar al de quimiorganotrofas 
respúadoras. Los electrones extraídos del donador exógeno ( en este 
caso, ínotgáníco) pasan a una cadena transportadora de electrones 
hasta un aceptor final, que suele ser el oxigeno. 
Quimiotrofos dependientes 
Los organismos quimiotrofos dependen de los fotótrofus, de 
manera directa o indirecta, al tomar oomplejas moléculas orgáni­
cas; ellos puedan oxidarlas y generar energía a partir de ellas. La 
energía es generada por fosfürilación a nivel del sustrato o por 
fosforilación a nivel del transporte de electrones. 
Quimiotrnfos independientes 
Recientes investigaciones revelan la presencia de mícroorga• 
nismos que viven en la profundidades de los mares y océanos, en 
áreas de erupción de lava, donde se forman vientos bídrotennales. 
Los microorganismos que viven en dichas zonas no dependen de 
plantas o de la energía lumínica del sol, generan su energía por 
oxidación y reducción química en los respiraderos del fondo del 
mar y fabrican su material celular a partir CO, por los mismos 
mecanismos usados por organismos fotótrofos. 
BACTERIAS FOTOSINTETICAS 
Sou las bacterias que utilizan la luz como fuente de energía. 
Estas desempeñan un papel fundamental en la naturaleza, son 
responsables de la producción de !Illl.lma orgánica en los lagos y 
de importancia en la cadena biológica. Estos organismos son muy 
antiguos y están relacionados con las primeras células forosintéticas 
que existieron en la Tierra. entre las que se pueden citar las algas 
verdeazules y las bacterias fotosintéticas verdes y púrpuras. 
Las algas verdeazules se pueden encontrar en la tierra, los 
ríos, los lagos y los océanos. Estos organismos pueden vivir 
utilizando dióxido de carbono como única fuente de carbono y 
algunos fijan el nitrógeno atmosférico. 
Las bacterias fotosintéticas verdes que producen azufre 
(sulfurosas) habitan en ambientes desprovistos de oxigeno, en el 
fondo de algunos lagos, y les dan un color verde característico 
a estas aguas. 
Las bacterias púrpuras sulfurosas se encuentran en al�s 
lagos y en manantiales de aguas termales sulfurosas, babi tan en am­
bientes carentes de oxígeno y utilizan azufre en su metabolismo. 
Las bacterias púrpuras no sulfurosas utilizan la luz en ausencia de 
oxígeno, pero pueden utilizar oxígeno durante los períodos de oscu­
ridad. Tienen en su interior una compleja organización de moléculas 
conocidas corno pigmentos antena o cromatoforos que captan la luz 
solar y conservan la energía en forma de energía química. 
La capacidad de llevar a cabo el proceso de fotosíntesis se 
encuentra en una gran variedad de organismos, como algunas 
bacterias, plantas y algas. 
FOTOFOSFORILACION 
Los otganisrnos fotosintéticos usan energía de la luz para 
convertir el co, en material celular, la fotosíntesis oxigéníca y la 
ano xi génica. Pueden coexistir ambos mecanismos de obtención de 
energía a partir de la luz visible en procesos de fotofosforilación 
cíclica y acíclíca. En la fotofosforilación cíclica no hay aporte ex• 
terno de un agente reductor o agente oxidante, la energía fotónica 
es transformada en un gradiente de protones, que genera ATP, no 
se originan equivalentes de reducción (NADPH), y, por lo tanto, 
no hay asimilación de dióxido de carbono. En la futofosforilación
acíclica, un donador exógeno de electrones permitirá, por acción 
de la luz, que se produzcan equivalentes de reducción (NADPH o 
NADH) que se usarán para la reducción de co, hasta materia orgá­
nica produciendo un gradiente de protones, convertible en ATP. 
COMPONENTESDELAPARATO 
FOTOSINTETICO 
El aparato fotosintético está constituido por el complejo captu­
rante de energía fototónica en la bacterioclorofila y a través de la 
cadena transportadora de electrones que generan energía útil. Las 
bacterioclorofilas son retrapirroles cíclicos quelados con Mg* que 
forman parte tanto de los pigmentos antena como de los centros de 
reacción. Al excitarse con la luz, se oxida y puede ceder electrones. 
Los carotenoides fonnan parte del complejo antena. Sus funciones 
son captar la luz y proteger de los efectos nocivos de ésta. En las 
ox:ifotobacterias, las ficobíliproteínas esmn orgaru,.arlas en las de­
nominadas ficobillsomas. Las principales ficobíliproteínas son la 
ficocianina, la ficoeritrina y la aloficocianína; constituyen el complejo 
antena en las cianobacterias, las ii:ofitinas y las bacteriofeofitinas. Son 
similares a las respectivas bacterioclorofilas, excepto que no están 
queladas con Mg-. Quinonas especiales compl�adas con Fe. 
FUNCIONAMIENTO DE UN FOTOSISTEMA 
El complejo antena es un conjunto de pigmentos ( desde unos 
50 hasta miles) captadores de fotones que transfieren energía de 
unos a otros, en un flujo de excitones en dirección al centro de 
reacción, en un proceso conoéido como resonancia inductiva. E1 
centro de reacción tiene cuatro bacteriocloroñlas, dos de ellas -
asociadas con proteínas del centro de reacción, dos bacterio­
feofitinas, dos ubiquinonas y un Fe, que constituye·el complejo 
Q.Fe. El fotón llega a una bacteríoclorofila, se excita, el electrón
es captado por la biofitina que a su vez lo cede a la quinona más
cercana y ésta lo transfiere a otra quinona ubicada por fuera del
sistema de reacción. El electrón pasa a la cadena transportadora
de electrones, y provoca una translocación de protones fuera de
la membrana, activa la ATP-asa y origina la producción de ATP,
con lo cual da lugar a la fotofosforilación.
NUTRICION BACTERIANA 
INTRODUCCION 
Las bacterias, al iguar que otros seres vivos, requieren del me­
dio ambiente elementos nutricionales, con la finalidad de obtener 
energía para la bíosíntesis y el funcionamiento celular. Los elemen­
tos químicos del ambiente que son utilizados para el crecímiento 
bacteriaoo se deoomimm nutrientes o requerimientos nutricionales. 
Las fuentes de los requerimientos nutricionales definen el perfil 
del microorganismo ett la natmaleza. La llllljO!la me las bacteiias 
pueden sintetizar sus éOillplejas moléculas a partir de. minerales
básicos, pero otras requieren de moléculas orgánicas elaboradas 
como vitaminas, compuestos orgánicos como aminoácidos, ácidos 
grasos; ácidos nucleicos y carnohidratos. Los elementos nutritivos 
se pueden clasificar de diversas maneras, de acuerdo con las nece­
. sidades nutrk:íonales de los microorgmlism.os. Se pueden encontrar 
en forma de soluciones, gases, iones inorgánicos, pequeñas molé­
culas y macromoléculas.Ellos se utilízarán para fines estructurales 
y funcionales en la célula bacteriana. 
REQUERIMIENTOS 
Y FACTORES NUTRICIONALES 
DE LA CELULA BACTERIANA 
Los microorganismos requieren para su desarrollo y actividad 
celular de una serie de elementos básicos, que a continuación se 
enumeran: 
Fuente de energía: puede ser la luz solar o artificial, o sustan­
cias inorgánicas, como el azufre, el monóxido de carbono, el 
amonin o sustancias provenientes de la materia orgánica, como 
los hidratos de carbono, las proteínas y los lípidos. Según los 
requerimientos energéticos, las bacterias se clasificao en: 
l. Fowtrofas: organismosqueusanlaenergía radiante como
fuente energética. Cuando la energía es obtenida por radia•
ciones fotónicas y el aceptar de la energía es una sustancia
inorgánica, se denominan bacterias fotolitotrofas, y cuando
el aceptor es una sustancia Ol)!llníca, quimiofototrofas.
2. Lilotrojas: cuando el microorganísmo utiliza compuestos in­
orgánicos simples. Se desconoce el número total de microbios
que son capaces de usar sustancias inorgánicas, como fuente
de energía y son denominadas literalmente ucomedoras de
rocas". El hábitat común de las bacterias litotróficas incluye
los volcanes, los respiraderos en las profundidades de los océa­
nos, la atmósfera, las minas, el agua de mar, el agua fresca, las
aguas residuales, básicamente en mdos los lugares. La eneigia 
producida por bacterias litrotrólicas es baja en relación con el 
sustrato oxidado, se necesitá gran cantidad de sustrato para 
ser metaboli,,ado y cubrir las necesidades energéticas de los 
microorganiSil'IOG. Los organismos litotrólicos tienen gran 
importancia e impacto en el movimiento cíclico del nitrógeno, 
el azufte y el carbono a través de la biosfera. 
• Autotrofas: usan el carbono como única fuente en forma
de CO,. Las bacterias autotróficas no son dependientes de
compuestos orgánicos preformados como fuente de carbo­
no. Estas bacterias sintetizan glucosa a partir de una fuente
inorgánica de carbono y oxígeno ( dióxido de carbono) n.
una fuente de hidrógeno (agua., gas sulfhídrico, hidrógeno);
sobre la base de estos compuestos producen todas las molé­
culas necesarias para crecer, vivir y reproducirse.
• Heterotrofas: son organismos que usan el carbono. a
partir de compuestos orgánicos. Las bacterias heterótrofas,
también denominadas quimiorganotróficas, requieren la pre•
sencia de una fuente de carbono orgánica preformada en su
medio de cultivo, como sustrato oxidable para la producción
de energía en forma de ATP, para su posterior utilización en
la slntesis de sus componentes estructurales y funcionales.
La glucosa es la fuente de carbono más común, a partir de
la cual otros compuestos orgánicos pueden ser sintetizados.
Otros azúcares como galactosa, manito!, lactosa, rallnosa,
aminoáddos�. lipid0tt.tt:tmbib1 p4e,le1, .ser ntfüzados como
fuente primaria o alternativa de carbooo. La. gnm mayoría
de las bacterias heterotróficas viven como saprofitas. Los
heterotrofos, aunque no usan el CO, como fuente de C ni
como aceptor de electrones, necesitan pequeñas cantidades
para las carboxilaciones en determinadas rutas anabólicas
y catabólicas.
• Míxotrofas: son aquellas bacterias cuyo metabolismo
energético es lítotrofo, pero requieren sustancias orgá­
nicas como nutrientes para su metabolismo biosintético.
La interrelación entre organismos autotróñcos y heterotrófi­
cos créa los diferentes ciclos de la materia, que son de gran
importancia para la conservación de la vida en la Tierra.
Nitrógeno: oble1lido del gas nitrógeno, urea, amonio, nitratos, 
nitritos o sustancias nitrogeruidas como proteínas o ácidos 
nucleicos. Representa el 14% del peso seco del organismo, 
es constituyente de coenzimas, nucleótidos, aminoácidos y 
ácidos nucleicos. Los mecanismos de obtención de nitrógeno 
del medio son la asimilación, fijación o reducción, a través de 
un ciclo por el cual compuestos orgánicos e inorgánicos de 
nitrógeno son utilizados metabólicarnente y reciclados entre 
bacterias, plantas y animales. Procesos de amonificadón, 
mineralización, nitrilicación, denitrificación y fijación del 
nitrógeno son realizados primarimnente por las bacterias. El 
nitrógeno es asimilado por las plantas bajo la forma de nitrato 
o amoniaco, o bien por otros organismos bajo la forma de
aminoácidos. El nitrógeno inorgánico puede ser utilizado en
forma de nitrato; la mayoría de las bacterias lo reducen por
acción de las enzimas nitratorreduelásas a nitritos y éstos por
las nitritorreductasas a compuestos de amonio, que constituirán
parte de los aminoácidos. Los organismos superiores utilizan
las proteínas vegetales como nutrientes y las devuelven al
medio en desechos amoniacales; éstos son transformados por
determinado tipo de bacterias, que a su vez sintetizan nitratos
a partir del amoniaco, que son.utilizados por la plantas.
Carbono: utilizado en forma de monóxido o dióxido de car­
bono, metano o compuestos de material orgánico, para fuente 
de energía. El carbono representa el 50% del peso seco de los 
microorganismos y constituye gran parte de los componentes 
celulares. El anhídrido carbónico (CO,) es requerido por todo
tipo de bacterias: las autótrollls lo requieren como fuente de 
carbooo; las heterótrofas, aunque no usan el co, como fuen­
te de C ni corno aceptor de electrones, necesitan pequeñas 
cantidades para las carboxilacíones en determinadas rutas 
anabólicas y catabólicas. 
Oxígeno: todas las células usan el oxígeno en una forma encu­
bierta ano y muchas requieren oxígeno gaseoso. Para determina­
do grupo de microorganismos, el oxígeno hbre puede sérmortal. 
Representa el 20% del peso en seco microbiano, su fuente de 
obtención es el agua, los compuestos orgánicos, el dióxido de 
carl>ono y el 0
2 
ambiental. Es parte constituyente del material 
celular del agua intracelular y es el aceptor de electrones en la 
respiración aeróbica. Sobre la base de la utilización del oxígeno, 
las bacterias se pueden clasificar en varios tipos. 
• Aerobios obligados: requieren oxígeno para el desarrollo
y el metabolismo.
• Anaerobios obligados: crecen en total ausencia de oxigeno.
• Anaerobios faeultativos: se desarrollan en presencia o au­
sencia de oxígeno. Utilizan el oxígeno como aceptorñnal de
electrones en la cadena respiratoria; en ausencia de aquél ob­
tienen !,r enetgia poriemientación o respiración anaerobia.
• Anaerobios aerotolerantes: crecen en presencia o ausencia
de oxigeno, pero obtiénen energía por fermentación.
• Microaerótilos: se desarrollan con bajas tensiones de
oxigeno. Obtienen energía ¡ior metabolismo aeróbico o
anaeróbico.
• Capnoicos: crecen con una mayor tensión entre 5 y 10%
deCO,.
. . 
Fósforo: constituye el 3% del peso en seco, requiere de fuentes
de fosfutos orgánicos e inorgánicos y forma parte constiluyente
de los ácidos nucl�icos, las proteínas, los fosfo!lpidos, los lipo­
polisacáridos, el ácido teicoico y las coenzimas. Las bacterias
pueden usar los fosfatos orgánicos a través de las enzimas fos­
fatasas, sin depender exclusivan\Ollle de ellos, y pueden utilizar
igualmente los fosfatos inorgánicos. Los fOSÍA1!lS orgánicos son
degradados por fosfatasas extracelulares o periplásmicas.
Azufre: representa el 1 % del peso en seco, se obtiene del
SO,, H,S, S, azufre de compuestos orgánicos (aminoácidos
azufrados) y forma parte constitutiva de la cistcina, la metio­
nina, la glutatión y numerosas coenzimas. Tiene un papel muy
importante en la estructura terciaria de las proteínas.
Magnesio: representa aproximadamente el 0,5% del peso
en seco del microorganism<l, se obtiene de sales y constituye
un catión celular inorgánico y cofactot de ciertas reacciones
enzimáticas. El ion magnesio (Mg-) estabiliza los ribosomas,
las membranas y los ácidos nlléleicos; actúa como cofactor
en muchas reacciones bioquímicas.
Potasio: representa el 1 % del peso seco, se obtiene de sales de
potasio y su función celular consiste en ser catión inorgánico
y cofactor de ciertas enzimas, activando las que intervienenen la síntesis de proteínas, asociado al ácido teicoico de la
pared celular de las bacterias grampositivas.
Calcio: muchos microorganismos requieren calcio en can ..
tidades importantes y otros en pequeñas trazas. Aproxima-
<lamente el 0,5% del peso en seco del organismo se obtiene 
de sales de calcio y cumple funciones como catión celular 
inorgánico, cofactor de ciertas enzimas y constituyente de tas 
endosporas. En bacterias fotosintéticaa, el ea~ es un cofactor 
de ciertas enzimas, como las proteinasas. 
Agtla: las bacterias requieren importante cantidad de agua. 
Es el principal componente del protoplasto bacteriano; el 
medio donde suceden las reacciones químicas y el producto 
resultante de algunas de ellas. La disponibilidad de agua se 
mide por un parámetro denominado. 
• Actividad de agua o potencial de agua, indicativo �•l
agua libre que se expresa como 8w = P ¡P w donde P, es Ta
presión parcial de vapor de agua en la solución problema
y P w es la presión patcíal de vapor del agua destilada. Si
deseamos conocer la actividad de agua en un líquido deter­
minado, se mide en primer lugar la humedad relativa que
hay por encima del líquido problema y se aplica la fórmula
preeitada. En un caso hipotético P 
5 
= 90, se aplica la fórmula
3w = 90/100= 0,90.
Las bacterias tienen valores de "w normalmente entre 0,90 y
0,99. Las bacterias xerófilas son capaces de vivir a 8w muy
bajos (en torno a 0,75).
La fuente del agua puede ser exógena, de gran importan­
cia, que se difunde a través: de la membrana, o endógena,
producto de las reacciones de oxidorreducción. El agua es
1m solvente ene! cual·las moléculas son dísueltasy llt capa­
cidad del agua ea un. factor critico que afecta el crecimiento
celular. Depende de su presencia en la atmósfera (humedad
relativa), en solución o sustancia.
El poder de actividad del agua ea afectado por la presencia
de solutos como las sales o ázúcares, que son disueltos en
el agua. La alta concentración del soluto de una sustancia
baja la actividad del agua y viceversa. Los microc,ganísmos
viven en un rango de "w de 1,0 a 0,7.
Cloruro de sodio (NaCI): es el soluto más común en la na­
turaleza a urn1 variada concentración. Los microo,ganismos
que tienen afinidad al NáCl se denominan halófilos.
• Halófilos moderados: requieren 1-6% de NaCl.
• Halólilos eitrimlos: requieren entre 15-30% de NaCl.
• Halotolerantes: son las bacterias capaces de crecer con
mínima a moderada concentración de NaCl.
• Xerófilos: son los orgauismos que viven en ambientes
secos.
Tabla Tipo nutricional, fuente de energía y carbono 
Hierro: se obtiene de sales de hierro y fornía parte de los 
citocromos en procesos de respiración y de ciertas proteínas 
no bemáticas, y como cofactor para algunas reacciones 
enzimáticas, es utilizado como ion ferroso (Fe-) en sales 
insolubles. Forma parte de los magnetosomas de ciertas 
bacterias que lo utilizan para orientarse. En otras bacterias se 
encuentra en estructuras denominadas sideróforos. 
Manganeso: ea cofactor de eíertas enzimas, y a veces puede 
sustituir al M¡í. 
Cobalto: se requiere caai exclusivamente para la vitamina B,, 
( de hecho, si se suministra eS1a vitamina al medio, la bacteria 
se vuelve independiente del Co* libre). 
Cinc: interviene en la estabilización de complejos enzimá­
ticos como las DNA y RNA polimerasas. 
Mollbdeoo: participa en las llamadas molibdoflavoproteinas, 
implicadas en la asimilación de nitratos. 
Se debe recordar que muchos de estos elementos son funda­
mentales en las reacciones enzimáticaa celulares como cofactores. 
Como el Mn, Co, Zn, Cu, y Mo. 
FACTORES DE CRECIMIENTO 
Hay bacterias que requieren para crecerpequeilas cantidades 
de ctettDs �owp- o!pllicos elemenmles que son incapaces 
de � .. parcir de vmaoos 11uttieutes. Estos componentes 
se denominan factores de crecimiento y juegan un rol especifico 
en la biosíntesís celular. La falta de estos factores de crecimiento 
puede producir un bloqueo o desaparición de caminos metabó­
licos que imposibilita el crecimiento celular. Estos factores se 
categorizan en tres tipos: 
Aminoácldos: constituyentes elementales para la síntesis 
de proteínas. 
Bases púricas y pirimídicas: requeridas para la síntesis de 
ácidos nucleicos (DNA y RNA), 
Vitaminas: necesarias como coenzimas y como grupo fun, 
cíonal de ciertas enzimas. 
Otros tipos de bacterias no requieren un factor de crecimiento, 
porque a través de su fuente de carbono y energía síntetizán todos 
los elementos esencíalea como aminoácidos, parinas, pírimidinas 
y vitaminas, por su propio metabolismo. Algunas bacterias (por 
aj., Lactobacillus) requieren purillas, pírimídinas, vitaminas y 
numerosos aminoácidos. Estos compuestos deben ser agregados 
Tipo nutrieional 
Fotoautotrofas 
Fuente de energia 
Luz. 
Fuente de carbono 
co, 
Ejemplos 
Algunas algas y bacterias 
fotosíntétícaa (cianobacterias). 
Algunas bacterias fotosintétícas 
y algas. 
F otoheterotrofas 
Quimíoautotrofas 
o Litotrofas
Quimíoheterotrofas 
o Heterotrofas
Luz 
Química 
Química 
Compuestos orgánicos 
Compuestos inorg311Ícos: 
H,, NH,, NO,, H,S, CO, 
Compuestos orgánicos 
Unas pocaaBacterias 
y muchas Archaea. 
Compuestos orgánicos. 
La mayor parte de Bacterias, 
algunas Archaea, Hongos, 
Protezoos, etc. 
-
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l 
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1 
¡ 
en el medio de cultivo utilizado para su crecimiento. Los factores 
de crecimiento no son metabolizados directamente como fuente 
� de carbón o energía, sino que son asimilados por las bacterias 
para su papel específico en el metabolismo. En relación con 
los factores de crecimiento se pueden distinguir dos tipos de 
microorganismos: 
··, 
Protótrofos: microorganismos que sintetizan sus propios 
factores de crecimiento. 
Auxótrofos: microorganismos que requieren una fuente 
exógena de factores de crecimiento debido a su incapacidad 
para elaborarlos. 
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