Energetica del metabolismo microbiano

1. Energética del
metabolismo
microbiano

2. Nutrición
Una característica clave de un sistema
vivo es la capacidad de dirigir las
reacciones químicas y organizar las
moléculas en estructuras específicas:
crecimiento.
Las células microbianas están constituidas
de sustancias químicas de una amplia
diversidad de tipos y, cuando una célula
crece, todos sus constituyentes químicos
aumentan en cantidad apropiada.
Los elementos químicos básicos de una
célula, viene del exterior, pero estos
elementos químicos son transformados
por la propia célula en los constituyentes
característicos.
2

3. NECESIDADES METABÓLICAS
BIOSÍNTESIS
ENERGÍA
NUTRIENTES
METABOLISMO
3

4. Las bacterias deben obtener o
sintetizar:
• Carbohidratos
• Aminoacidos
• lípidos
Necesidades mínimas para su
crecimiento: C, N, Energía, H2O
NECESIDADES METABÓLICAS
4

5. Tipos de metabolismo microbiano
1. La forma como el organismo obtiene el carbono para la construcción de
la masa célular:
– Autótrofo: El carbono se obtiene del dióxido de carbono (CO2).
– Heterótrofo: El carbono se obtiene de compuestos orgánicos.
– Mixótrofo: El carbono se obtiene tanto de compuestos orgánicos como
fijando el dióxido de carbono.
2. La forma en la que el organismo obtiene los equivalentes reductores
para la conservación de energía o en las reacciones biosintéticas:
– Litotrofo: Los equivalentes reductores se obtienen de compuestos
inorgánicos.
– Organotrofo: Los equivalentes reductores se obtienen de compuestos
orgánicos.
3. La forma en la que el organismo obtiene la energía para vivir y crecer:
– Quimiotrofo: La energía se obtiene de compuestos químicos externos.
– Fototrofo: La energía se obtiene de la luz. 5

6. Clasificación según la fuente de
carbono y de energía
Fuente de energía Fuente de carbono
Fototrofos Luz
Quimiotrofos Química
Autotrófos CO2
Heterótrofos Compuestos orgánicos
Fotoautotrofos Luz CO2
Fotoheterótrofos Luz Compuestos orgánicos
Quimioautótrofos Química CO2
Quimioheterótrofos Química Compuestos orgánicos
6

7. 7

8. Dividen dependiendo del efecto del oxigeno:
1.Aerobios estrictos:
Los que requieren oxigeno como aceptor terminal de
electrones, no proliferan en ausencia de O2. ej. Mycobacterium
bovis o tuberculosis
8

9. 2.Microaerofilos:
Utilizan O2 a niveles muy bajos. Un 12%. No proliferen en la superficie de
un medio sólido. Ej. Haemophillus suis
3.Anaerobios estrictos: las que no emplean
oxigeno para su metabolismo, sino que obtienen su
energía de reacciones fermentativas. Ej.
Clostridium tetani, prefirgens.
4.Anaerobios aerotolerantes: pueden
crecer en presencia o ausencia de
oxigeno, pero la energía la obtienen por
fermentación. Ej. Bacterias acidolacticas
5. Anaerobios facultativos:
Bacterias que proliferan mediante
procesos oxidativo.
Utilizando oxigeno como aceptor terminal
de electrones, o en anaerobiosis,
empleando reacciones de fermentación
para obtener energía.
Ej. Streptococcus, E. coli
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10. METABOLISMO BACTERIANO
• Transformaciones químicas que ocurren dentro de la
célula.
Anabolismo
(biosíntesis):
síntesis de macromoleculas
Catabolismo
(metabolismo degradativo):
obtener energía o para convertirlos
en unidades precursoras de
biosíntesis
Energía(ATP)
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11. METABOLISMO BACTERIANO
11

12. PROTEINAS
Principal constituyente nitrogenado de los sistemas biologicos.
Compuestas aprox. De 20 aminoácidos unidos por enlaces
Peptídicos.
Estructura básica del aminoacido, un carbono central unido a
Cuatro grupos funcionales.
Grupo amino
-NH2
Grupo carboxílico
-COOH Hidrogeno
Grupo variable
GV
BACTERIAS QUE PUEDEN PRODUCIR ENZIMAS PROTEOLITICAS
Clostridium Bacillus Proteus Pseudomonas
Proteólisis
1ra Etapa. Enzimas
degradan la proteína a
moléculas mas sencillas
(péptidos)
2da Etapa. Conversión de
péptidos en aminoácidos,
por la peptidasa.
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13. Grasas
Compuestos resultantes de la esterificación o combinación de la
Glicerina y ácidos grasos.
Triacilgliceroles o
trigliceridos
Forma de los lípidos en la mayoría de los organismos.
Lípido
Lipasa
Triacilglicerol
Hidrólisis
Acido
graso
Glicerol
13

14. 14

15. • La conservación intracelular de energía ocurre
principalmente por medio de la síntesis deATP:
- + -
ADP3 + H + PO4H2- -------->ATP4 + H2O
• La hidrólisis deA
TP hastaADP y P genera una
variación de energía libre Go'= -31 kJ (= -7,3
kcal). La síntesis deA
TP a partir deADP y P
requiere una Go' de +31 kJ.
ATP
15

16. Métodos para generarATP
• Fosforilación a nivel de sustrato (en las
fermentaciones).
• Fosforilación oxidativa (en las respiraciones).
• Fotofosforilación (durante la fotosíntesis).
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17. Mecanismos de obtención ATP
• Fosforilación a nivel de sustrato: el ATP se forma a partir de
ADP por transferencia de un grupo fosfato de alta energía de
un intermediario de una ruta catabólica.:
Acido 2 fosfoglicérico -----> Acido fosfoenolpirúvico + ADP -
----> Acido pirúvico + ATP
• Fosforilación oxidativa (Transporte de electrones): el ATP
se genera por transporte de electrones a través de una cadena
de moléculas transportadoras. Cada miembro de la cadena es
capaz de ser reducido por la molécula transportadora que le
precede y oxidado por la que le sigue.
El aceptor final puede ser inorgánico: oxígeno o NO3;
orgánicos: fumarato. 17

18. Vías o rutas catabólicas comunes en el
metabolismo fermentativo y respiratorio :
acido piruvico
:
:
Catabolismo
Vía de Embden-
Meyerhof-
Parnas
(glucolítica):
Acido Lactico Alcohol
Vía de las
pentosas-
fosfato
Vía de Entner-
Doudoroff
Ciclo del ácido
tricarboxílico
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19. Catabolismo de la glucosa
• Ruta de Embden-Meyerhof (EM). Es la más común
en todo tipo de organismos incluyendo hongos filamentosos,
levaduras y muchos tipos de bacterias. Esta ruta puede funcionar
tanto en condiciones aerobias como en anaerobias y se lleva a
cabo por una serie de 10 enzimas citoplásmicas.
Glucosa (C6) + 2ADP + 2NAD+ 2 piruvato (C3) + 2ATP + 2NADH + 2H+
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20. Vía de Embden-Meyerhof- Parnas
(glucolítica):
• Mecanismo común de fermentación de la glucosa, transforma al fosfato
de hexosa en dos triosas y a estos en dos moléculas de piruvato.
Esta vía produce un rendimiento neto de dos moles de ATP por mol de
glucosa fermentada y forma 2 NADH.
• Proceso poco eficiente por la cantidad de energía que aún queda en el
sustrato.
• La fermentación es distintiva de grupo y especie
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21. FERMENTACION: RUTA GLUCOLÍTICA
21

22. FERMENTACIÓN: ALCOHOLICA
Reacción oxido-reduccion interna
equilibrada.
22

23. Catabolismo de la glucosa
• Ruta de las Pentosas Fosfato (PF). Presente en
muchas bacterias y en la mayoría de los eucariotes. En muchos
casos se lleva a cabo simultáneamente a la ruta E.M. Funciona
en condiciones aerobias y anaerobias y tiene importancia en
procesos catabólicos y en anabólicos tales como en la síntesis
de nucleótidos y de aminoácidos aromáticos.
3 Glucosa-6-fosfato (C6) + 6NADP+ + 3H2O 2 fructosa-6-fosfato (C6)
+ gliceraldehido-3-fosfato (C3) + 3CO2 + 6NADPH + 6H+
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24. Vía de las pentosas-fosfato
• cumple dos funciones vitales para el metabolismo:
• a) Produce la ribosa-5-fosfato para la síntesis de ácidos nucleicos.
• b)Elabora gran parte de NADPH requerido en la biosíntesis.
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25. Catabolismo de la glucosa
• Ruta de Etner-Doudoroff (ED). Es una ruta usada por
un número reducido de microorganismos carentes de la ruta EM.
La mayoría son bacterias Gram-negativas tales como
Pseudomonas. Muy rara en hongos.
Glucosa (C6) + ADP + NAD+ + NADP+ 2 piruvato (C3) + ATP + NADH +
NADPH + 2H+
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26. Vía de Entner-Doudoroff:
Produce sólo una molécula de fosfato de triosa a partir de
la glucosa, por tanto, la producción de energía es baja,
sólo un ATP y dos NADH.
• Es una vía solo para procariotas
26

27. CICLO DEL ACIDO TRICARBOXILICO
Ruta principal de producción de ATP en aerobios. Genera compuestos intermediarios
requeridos en rutas biosintéticas.
.
27

28. Respiración
• Obtención de energía por oxidación de sustratos reducidos
(orgánicos en quimiorganotrofas, e inorgánicos en
quimiolitotrofas), pero los coenzimas reducidos (NADH)
transfieren los electrones a un aceptor final oxidado, no
directamente (como en la fermentación), sino a través de
una cadena transportadora de electrones al final de la
cual existe un aceptor exógeno oxidado que se reduce.
– Si el aceptor final es el O2, hablamos de respiración
aerobia.
– Si el aceptor final es distinto del O2 (nitrato, sulfato),
respiración anaerobia.
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29. • La energía libre se va a traducir en un
potencial electroquímico de protones, cuya
disipación a través de ATP-asas de
membrana origina ATP, conociéndose este
proceso como fosforilación oxidativa.
• Los donadores de electrones inmediatos
para las c.t.e son el FADH2 y el
NADH+H+.
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30. DIVERSIDAD DE LAS
RESPIRACIONES
SEGÚN LOS TIPOS DE DONADORES DE ELECTRONES:
• QUIMIORGANOTROFÍA: organismos que “respiran” una
fuente orgánica de electrones se denominan quimiorganotrofos.
– La oxidación de la fuente orgánica de carbono no solo
sirve como donante de electrones para la fosforilación
oxidativa, sino que también sirve para generar
intermediarios metabólicos que serán usados para las
reacciones biosintéticas.
• QUIMIOLITOTROFÍA: En los quimiolitotrofos, el donador
de electrones es una molécula inorgánica reducida. Esta
capacidad de obtener energía por fosforilación oxidativa a
partir de donadores inorgánicos de electrones sólo ha
evolucionado en ciertos grupos de procariotas.
30

31. SEGÚN LOS TIPOS DE
ACEPTORES DE ELECTRONES
• RESPIRACIÓN AEROBIA: el oxígeno
molecular se usa como captador de los electrones
procedentes de la cadena transportadora, y junto
con protones se reduce hasta agua (½ O2 + 2 ee +
2 H+ à H2O).
• El funcionamiento de la cadena de transporte de
electrones deja el lado externo o periplásmico de
la membrana cargado positivamente y ácido).
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32. • RESPIRACIONES ANAEROBIAS: al final de la c.t.e.
existe un aceptor diferente del oxígeno (respiración
anaerobia). Los aceptores y sus respectivos productos
reducidos son:
Aceptor  prod.
reducido
Procariotas
NO3  NO2  N2
- -
Pseudomonas, Bacillus
NO3  NO2
- -
Enterobacterias
SO 2-  S0 SH
4 2
Sulfatorreductoras
(Desulfovibrio, Desulfotomaculum)
Fumarato  succinato Enterobacterias
CO2  CH4 Arqueas metanogénicas
Fe3+  Fe2+ Shewanella, Geobacter
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33. FERMENTACIÓN
• La respiración anaeróbica (o
anaerobia) es un proceso biológico de
oxido reducción de monosacáridos y
otros compuestos en el que el aceptor
terminal de electrones es una
molécula orgánica distinta del
oxígeno. (Bacterias)
• El proceso de fermentación es
anaeróbico, Esto significa que el
aceptor final de los electrones del
NADH producido en la glucólisis no es
el oxígeno, sino un compuesto
orgánico que se reducirá para poder
reoxidar el NADH a NAD
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34. TIPOS DE
FERMENTACION
Fermentación acética
Fermentación alcohólica
Fermentación butírica
Fermentación láctica
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35. FERMENTACION ACETICA
• Transforma el alcohol etílico en ácido acético, la sustancia característica
del vinagre.
• La fermentación acética del vino proporciona el vinagre debido a un
exceso de oxígeno y es uno de los fallos del vino, un proceso que
degrada sus cualidades. La fermentación acética es un área de estudio
dentro de la cimología.
Es la fermentación bacteriana por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas, que
35

36. del vinagre en presencia del oxígeno del aire. Estas
bacterias, a diferencia de las levaduras productoras de
alcohol, requieren un suministro generoso de oxígeno
para su crecimiento y actividad. El cambio que ocurre
es descrito generalmente por la ecuación:
La formación de ácido acético (CH3COOH) resulta de la oxidación de un alcohol
por la bacteria
C2H5OH + O2 → Acetobacter acetil → CH3COOH + H2O
36

37. Su característica principal es la de transformar el
agua en ácido acético, que como bien es
conocido se lo puede observar dentro de la
composición del vinagre.
La formación de dicho ácido surge de la
oxidación que produce una bacteria sobre el
elemento alcohólico cuando existe oxigeno en el
ambiente.
Considerablemente distintas de otras, las
bacterias que la causan necesitan de la
presencia de mucha cantidad de oxigeno para
poder llevarla a cabo.
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38. FERMENTACION ALCOHOLICA
Proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire (oxígeno - O2),
originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos
de carbono (por regla general azúcares: como por ejemplo la glucosa, la fructosa,
la sacarosa, sirve con cualquier sustancia que tenga la forma empírica de la
glucosa, es decir, que sea una Hexosa.)
38

39. 39

40. • se trata de la realizada por microorganismos que trabajan
sobre los hidratos de carbono, observables en gran cantidad
de frutas y cereales. Su producto resultante es un etanol
(una forma específica de alcohol) o un gas (forma de dióxido
de carbono). El etanol es utilizado industrialmente para la
producción de la mayoría de las bebidas alcohólicas como
cerveza o vino.
• Por otra parte, también dan lugar a algunas moléculas de
ATP pero son consumidas en simultáneo mediante el
metabolismo celular energético de los microorganismos.
En este caso el proceso en su totalidad se dará sin
presencia alguna de oxigeno en el ambiente.
40

41. FERMENTACION BUTIRICA
Es la conversión de los glúcidos en ácido butírico por acción de bacterias de la especie
Clostridium butyricum en ausencia de oxígeno
41

42. Al igual que la anterior se produce únicamente
en ausencia de oxigeno. En particular se trata
de el proceso por el cual se transforman los
glúcidos, específicamente la lactosa, en el
llamado acido butírico. A su vez, puede
encontrarse también como resultado de este
proceso la formación de gas. Los organismos
encargados de esta transformación son
bacterias pertenecientes al grupo Clostridium, y
dentro de este la variedad Clostridium
butyricum.
42

43. FERMENTACION LACTICA
• Es un proceso celular anaeróbico donde se utiliza glucosa para
obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido
láctico
• Este proceso lo realizan muchas bacterias (llamadas
bacterias lácticas) hongos, algunos protozoos y en los tejidos
animales.
43

44. 44

45. Los búlgaros son el tipo
mas común de
bacterias que
fermentan lácteos
como la leche y a base
de esta fermentación
se crean los yogurts.
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