Este documento describe los principales mecanismos de producción de energía en los organismos. Explica que la oxidación libera energía que se almacena en ATP mediante fosforilación acoplada al sustrato, fosforilación oxidativa o fotofosforilación. También clasifica los organismos en fotoautótrofos, fotoheterótrofos, quimioautótrofos y quimioheterótrofos dependiendo de sus fuentes de carbono y energía.

1. MECANISMOS DE
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA
Sebastián Urueña Varón
Julián Antonio López
Microbiología Fundamental
Ingeniería Agroindustrial

2. INTRODUCCION
Las moléculas de nutrientes, como todas las
moléculas tienen energía almacenada en los
enlaces que unen sus átomos. Cuando esta
energía está diseminada por toda la molécula
es mas difícil para la célula utilizarla. Sin
embargo, varias reacciones de las rutas
catabólicas concentran la energía que va
siendo liberada en los enlaces de alta
energía del ATP, que se utiliza como un
adecuado transportador de energía.

3. INTRODUCCION
• Oxido – Reducción
• Mecanismos de generación de ATP
• Clasificación de los microorganismos
atendiendo a sus modelos de
producción de energía

4. Oxido – Reducción
- La oxidación es la separación de
electrones (puesto que la mayoría de
las oxidaciones biológicas conllevan la
perdida de átomos de hidrogeno se
denominan “reacciones de
deshidrogenación”.
- La reducción es una ganancia de
electrones y es lo opuesto a la
oxidación.

5. Oxido – Reducción
• Cuando una sustancia se oxida los átomos de
hidrogeno liberados no permanecen libres en la
célula sino que son transferidos inmediatamente
por coenzimas a otro compuesto.
NIACINA
Nicotinamida adenín dinucleótido (NAD+)
Nicotinamida adenín dinucleótido fosfato
(NADP+)

6. Oxido – Reducción
• En las reacciones de óxido – reducción la
oxidación es una reacción que normalmente
libera energía. Las células toman nutrientes,
algunos de los cuales les sirven de fuente de
energía y los degradan desde formas
altamente reducidas hasta compuestos
fuertemente oxidados.
• Los compuestos como la glucosa que tienen
muchos átomos de hidrogeno están muy
reducidos y contienen más energía potencial
que los compuestos oxidados.

7. Generación de ATP: Tipos de
Fosforilación
• La energía que se libera en las reacciones
de oxidación es atrapada dentro de la
célula mediante la formación de ATP.
Un grupo fosfato (P) se añade al ADP por mediación de energía para
formar ATP (el símbolo ~ representa un enlace de alta energía que puede
romperse fácilmente para liberar energía util. El enlace de alta energía que
une al tercer fosfato contiene la energía almacenada en esta reacción.

8. Generación de ATP: Tipos de
Fosforilación
• Fosforilación: Adición de un (P) a un compuesto
químico.
• Los organismos utilizan tres mecanismos de
fosforilación para generar ATP a partir de ADP.
- Fosforilación acoplada al sustrato
- Fosforilación oxidativa*
- Fotofosforilación*
*Implican el paso de electrones por los aceptores de una
cadena de transporte de electrones.

9. Generación de ATP: Tipos de
Fosforilación
Fosforilación cíclica:
Los electrones
liberados por la
clorofila vuelven a ella
tras pasar por una
cadena de transporte
de electrones. El ATP
se forma utilizando la
energía liberada en el
transporte de
electrones.

10. Generación de ATP: Tipos de
Fosforilación
Fosforilación acíclica: Los
electrones liberados por
la clorofila son
reemplazados por
electrones procedentes
del agua. Los electrones
de la clorofila pasan a
través de la cadena de
transporte de electrones
y son incorporados a la
coenzima NADP para
formar NADP+

11. Generación de ATP: Mecanismo
Quimioosmótico (Quimioósmosis)
Fue propuesto primeramente por el biólogo
británico Peter Mitchell en 1961.
- Las sustancias difunden pasivamente a través
de las membranas desde zonas de mayor a
menor [ ] y que esta difusión libera energía.
- El movimiento de sustancias en contra de un
gradiente de [ ] requiere energía.
- En ese transporte activo de iones o moléculas a
través de las membranas biológicas la energía
necesaria es facilitada normalmente por el ATP.
- En la quimioósmosis la energía liberada cuando
una sustancia* se mueve a favor de un
gradiente es utilizada para sintetizar ATP.
* La “sustancia” se refiere en este caso a los protones (H+)

12. Generación de ATP: Mecanismo
Quimioosmótico (Quimioósmosis)

13. Generación de ATP: Mecanismo
Quimioosmótico (Quimioósmosis)
• Tanto las células procarióticas como las
eucarióticas utilizan el mecanismo
quimioosmótico para generar energía para la
producción de ATP, tanto por fosforilación
oxidativa como por fotofosforilación.
• La membrana que contiene los transportadores
de electrones y la ATPasa puede ser la
membrana citoplasmática de las procariotas, la
membrana interna de las mitocondrias en las
eucariotas, o la membrana de los tilacoides en
las cianobacterias y en los cloroplastos
eucarióticos.

14. Modelos nutricionales de los
organismos
Fuente de principal
Fuente de energía
de carbono
Autótrofos
(Litótrofos) Fotótrofos
Heterótrofos
(Organotrofos) Quimiotrofos
Combinando las fuentes de energía y de carbono llegamos a la clasificación
nutricional de los organismos: “fotoautótrofos”, “fotoheterótrofos”,
“quimioautótrofos” y “quimioheterótrofos”.

15. Modelos nutricionales de los
organismos
• Fotoautótrofos: Utilizan la luz como fuente de
energía y el dióxido de carbono como fuente principal
de carbono.
• El proceso por el cual transforman CO2 y H2O en
azúcares y oxígeno se llama fotosíntesis (conversión
de energía luminosa en energía química) y son las
moléculas de clorofila las que captan las luz.
• Se transforma el CO2 atmosférico en compuestos de
carbono más reducidos, en principio azúcares (fijación
de carbono).
• El mantenimiento de la vida sobre la Tierra depende
de este reciclado del carbono así como de la
producción de O2 (respiración aeróbica).

16. Modelos nutricionales de los
organismos
• La Fijación de carbono requiere gran cantidad
de energía procedente del ATP y una fuente de
electrones para llevar a cabo la reducción de
CO2 hasta azúcares.
• Tanto la producción de ATP como la liberación
de electrones forman parte de una serie de
reacciones movidas por la luz y llamadas en
conjunto reacciones de fase luminosa.
• Los electrones empleados para reducir el CO2
provienen del NADPH.

17. Modelos nutricionales de los
organismos
• En las reacciones de fase oscura* se
utiliza la energía del ATP y los electrones
del NADPH para incorporar CO2 a los
azúcares.
• Constituyen una ruta cíclica compleja
llamada ciclo de Calvin-Benson, en la
que se fija el CO2.
* Reciben este nombre porque no requieren directamente
luz para que tengan lugar.

18. Modelos nutricionales de los
organismos
Versión
fsdfsdfdsfdsfdsfsd
simplificada del
fsdfdfdsfdsfsdfsdf
ciclo de Calvin-
dsfdsfdsfdsfdfdsf
Benson para
dsfdsfsdfdsfdsfsdf
fabricar una
sdfsdfsdfsdfsdfsdf
molécula de
glucosa.
El ciclo tiene que transcurrir tres veces, fijándose tres
moléculas de CO2 para obtener la síntesis neta de una
molécula de azúcar de tres carbonos llamado
gliceraldehido-3-fosfato. Estas tres vueltas del ciclo
suponen el consumo de nueve moléculas de ATP y seis
moléculas de NADPH. Para fabricar una molécula de
glucosa (un azúcar de 6 carbonos) hacen falta en total seis
vueltas del ciclo y consumir 6 CO2, 18 ATP y 12 NADPH.

19. Modelos nutricionales de los
organismos
• Fotoheterótrofos: Utilizan la luz como
fuente de energía pero no pueden
convertir el dióxido de carbono en
azúcares; en su lugar utilizan compuestos
orgánicos como fuente de carbono.
• Entre estos compuestos orgánicos se
incluyen alcoholes, ácidos grasos, otros
ácidos orgánicos e hidratos de carbono.
• Son anoxigénicos.

20. Modelos nutricionales de los
organismos
• Quimioautótrofos: Utilizan compuestos
inorgánicos como fuente de energía y dióxido de
carbono como principal fuente de carbono. Las
fuentes inorgánicas de energía para estos
organismos incluyen:
• Sulfuro de hidrógeno (SH2) para Beggiatoa
• Azufre (S) para Thiobacillus
• Amoniaco (NH3) para Nitrosomonas
• Nitritos (NO2) para Nitrobacter
• Hidrogeno gaseoso (H2) para Hydrogenomonas
• Hierro (Fe²+) para Thiobacillus ferrooxidans
→ La energía derivada de la oxidación de estos
compuestos inoránicos se almacena finalmente en
el ATP, que se produce inmediatamente
fosforilación oxidativa.

21. Modelos nutricionales de los
organismos
• Quimioheterótrofos: Ambas fuentes, la de
energía y la de carbono, suelen ser el mismo
compuesto orgánico. Por tanto se clasifican
atendiendo a su respectivo compuesto (fuente):
- Los saprofitos; viven en materia orgánica muerta.
- Los parásitos; obtienen nutrientes de un huésped
vivo.
• La mayoría de las bacterias y todos los hongos,
protozoos y animales, son quimioheterótrofos.