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El cultivo es el proceso de proliferación de microorganismos al proporcionarles un entorno con condiciones apropiadas. Los microorganismos en proliferación producen réplicas de sí mismos y necesitan los elementos presentes en su composición química. Los nutrientes deben proporcionar estos elementos en una forma que sea accesible desde el punto de vista metabólico. Además, los microorganismos requieren energía metabólica para sintetizar macromoléculas y mantener gradientes químicos esenciales a través de sus membranas. Los factores que deben controlarse durante la proliferación incluyen nutrientes, pH, temperatura, aireación, concentración de sales y fuerza iónica del medio.
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NECESIDADES PARA EL CRECIMIENTO
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La mayor parte del peso seco de los microorganismos es materia orgánica que contiene elementos como carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre. Además, se necesitan iones inorgánicos como potasio, sodio, hierro, magnesio, calcio y cloruro para facilitar los procesos enzimáticos y mantener los gradientes químicos a través de la membrana celular.
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En su mayor parte, la materia orgánica consiste en macromoléculas formadas por enlaces anhidro entre los bloques de construcción. La síntesis de enlaces anhidro requiere energía química, que es proporcionada por dos enlaces fosfodiéster contenidos en el trifosfato de adenosina (ATP, cap. 6). La energía adicional necesaria para mantener la composición citoplásmica relativamente constante durante la proliferación se deriva de la fuerza motriz protónica, que consiste en energía potencial que puede derivarse del paso de protones a través de una membrana. En células eucariotas la membrana puede ser parte de las mitocondrias o de los cloroplastos. En células procariotas la membrana corresponde a la membrana citoplásmica de la célula.
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La fuerza motriz protónica es un gradiente electroquímico con dos componentes: una diferencia en pH (concentración de iones hidrógeno) y diferencia en la carga iónica. La carga en el exterior de la membrana bacteriana es más positiva que en el interior, y la diferencia en las cargas contribuye a la liberación de energía libre cuando un protón entra al citoplasma desde fuera de la membrana. El proceso metabólico que genera la fuerza motriz protónica se revisa en el capítulo 6. La energía libre puede utilizarse para el desplazamiento de la célula, para mantener los gradientes iónicos o moleculares a través de la membrana, para sintetizar enlaces anhidro en el ATP o para diversos propósitos combinados. Asimismo, la célula puede utilizar una fuente de ATP con sus enlaces anhidro de energía para crear una fuerza motriz protónica que a su vez puede utilizarse para desplazar la célula y conservar los gradientes químicos.
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Para su desarrollo, un microorganismo requiere todos los elementos en su materia orgánica y cantidades adecuadas de iones para la producción de energía y reacciones catalíticas. Además, debe haber una fuente de energía para establecer la fuerza motriz protónica y permitir la síntesis de macromoléculas. Los microorganismos varían ampliamente en sus demandas nutricionales y sus fuentes de energía metabólica.
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FUENTES DE ENERGÍA METABÓLICA
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