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Ciclo celular y crecimiento de poblaciones microbianas




Enviado por Pablo Turmero



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    Ciclo celular y crecimiento de poblaciones microbianas
    SubCrecimiento a nivel individual. Crecimiento de poblaciones: medida de masa y nº de células. Crecimiento balanceado. Cultivo continuo. Curva de crecimiento en sistema cerrado

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    Introducción al crecimiento microbiano (I)
    Crecimiento: incremento ordenado de todos los componentes del sistema biológico ? aumento de la masa celular ? multiplicación celular
    En microorganismos que se dividen por fisión o por gemación ? aumento del nº de individuos
    En microorganismos cenocíticos ? aumento del tamaño de la colonia cenocítica

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    Introducción al crecimiento microbiano (II)
    Puntos de vista de estudio:
    Individual: ciclo celular
    Replicación y segregación de cromosomas
    Síntesis de nuevos materiales de las envueltas (ver tema 5)
    Coordinación de la replicación y la división celular
    Poblacional
    Cinética del crecimiento
    Factores que afectan al tiempo de generación (g)
    Factores ambientales que afectan al crecimiento
    Físicos (tema 13)
    Químicos (tema 14)

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    Ciclo celular
    Secuencia de acontecimientos identificables que ocurren desde que surge una nueva célula hasta que ésta se divide en dos hijas
    En el ciclo procariótico existen períodos
    C: replicación del ADN cromosómico
    D: formación del septo y división celular
    Fase innominada, equivalente a la G1 eucariótica
    C y D son relativamente constantes ? cuando disminuye g lo hace a expensas de G1

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    Ciclo celular en función del tiempo de generación
    g >C+D: existe G1 (intervalo antes de la replicación). C y D están perfectamente diferenciados
    g = C+D: no existe G1. Cada ronda de replicación empieza al terminar una división celular
    g < C+D: rondas de replicación de un ciclo empiezan antes de que haya terminado la división celular del ciclo anterior (C y D parcialmente superpuestas)
    g < C: no se detecta fase D. La síntesis de ADN es continua en todo el ciclo. Replicación dicotómica de los cromosomas

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    Control del ciclo celular en Escherichia coli (I)
    Dos secuencias paralelas de acontecimientos controlan el ciclo:
    Un control es sensible a una masa celular umbral, y está implicado en desencadenar la replicación cromosómica
    Otro control es sensible a una longitud celular umbral, y tiene que ver con el reparto de los cromosomas y la formación del tabique

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    Fase C
    Fase D

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    Control del ciclo celular en Escherichia coli (II)
    Inicio de la replicación (sensible a masa umbral):
    Unidades de DnaA (+ATP) se unen a oriC. El oriC tras la replicación queda hemimetilado, y queda “secuestrado” en la membrana (para evitar la acción de la metilasa Dam)
    Inicio de tabicación (sensible a longitud umbral y a la separación de los cromosomas):
    Formación en el centro celular de un círculo de FtsZ, que se va contrayendo
    Ensamblaje en ese plano del divisoma, incluyendo la PBP3 ? síntesis de PG del tabique

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    Medida del crecimiento por masa celular (I)
    Métodos directos:
    Determinación del peso húmedo
    Determinación del peso seco
    Determinación del N total
    Determinación de algún componente característico:
    PG
    ADN, ARN
    Proteínas
    ATP
    Clorofilas (en fotosintéticos)

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    Medida del crecimiento por masa celular (II)
    Métodos indirectos:
    Consumo de nutrientes
    QO2 (consumo de oxígeno)
    QCO2 (consumo de dióxido de carbono)
    Producción de ciertos metabolitos
    Producción de ácidos orgánicos
    Métodos turbidimétricos (ópticos):
    Espectrofotómetro (mide luz transmitida)
    Nefelómetro (mide luz dispersada)

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    Espectrofotómetro en medida del crecimiento

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    Medida del número de individuos (I)
    Métodos directos:
    Cámara de Petroff-Hauser (para bacterias)
    Cámara de Thoma (para levaduras y células mayores que las bacterianas)
    Contadores electrónicos de partículas (contador Coulter)

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    Cámara de Petroff-Hauser

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    Medida del número de individuos (II)
    Métodos indirectos:
    Recuento de viables por siembra de muestras de diluciones en placas de Petri
    Recuento de viables a partir de grandes volúmenes de suspensiones diluidas: se hacen pasar por filtros de nitrocelulosa o equivalentes (ej.: sistema Millipore®), y se incuban sobre medio sólido

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    Dispersión sobre la superficie de placas Petri
    Medio en sobrefusión se añade a una muestra

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    Alícuotas 0.1 ml
    10 x
    106
    Recuento de viables por siembra en placas Petri

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    Sistema de filtración en membrana de Millipore®

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    Filtración por membrana de Millipore® de una muestra

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    Crecimiento balanceado (=equilibrado) (I)
    El incremento por unidad de tiempo constituyentes de la población es un valor constante y similar en cada caso:
    velocidad de aumento del componente = K · [cantidad de ese componente] (cinética orden 1)
    Es decir: el nº de células, la masa u otros componentes se duplican en un mismo lapso de tiempo ?
    tiempo de generación (g)

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    Crecimiento balanceado (=equilibrado) (II)
    Otra manera: todos los constituyentes aumentan proporcionalmente por un mismo factor en la unidad de tiempo ? coeficiente exponencial de crecimiento µ
    Se deduce fácilmente la relación entre µ y el tiempo de generación (g):
    µ = 0.693/g (en h-1)

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    Cultivo continuo(sistema abierto)
    cultivo balanceado mantenido por tiempo indefinido por un sistema abierto de flujo compuesto por:
    Una cámara de cultivo de volumen constante
    A la que llega un suministro de nutrientes desde una cámara reservorio
    Desde la cámara de cultivo se elimina parte del cultivo y de sustancias tóxicas por un dispositivo de rebosadero

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    Medio fresco desde reservorio
    Válvula para controlar el flujo
    f (en ml/h)
    f (en ml/h)

    v
    x
    Pérdida neta céls: -dx/dt = x·D
    Crecimiento bruto: dx/dt = x· µ
    Crecimiento neto: dx/dt = x· µ – x·D = = x (µ-D)
    En equilibrio µ = D; luego dx/dt = 0 y x se hace constante

    D = f/v (en h-1)

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    SR
    D = f/v
    v
    Reservorio de medio fresco, con un sustrato limitante (SR)
    Válvula de control del flujo
    Suministro de aire
    Filtro de aire
    Cámara de cultivo
    Receptor del efluente rebosado

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    g
    x
    DC
    DM

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    Crecimiento en sistemas cerrados líquidos
    El más habitual en laboratorio
    Cultivo en frascos, tubos, etc.
    No hay aporte nuevo de nutrientes ni es posible eliminar los productos de desecho del cultivo
    Se desarrolla a través de una curva característica de crecimiento7

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