Rutas metabolicas

1. RUTAS ASIMILATIVAS Y DISIMILATIVAS: CRECIMIENTO EN FOSFORO,
NITROGENO,HIERRO, AZUFRE Y ARSENICO
Introducción
El conjunto de reacciones en un organismo se conoce como metabolismo. Para un organismo
sobrevivir es de suma importancia poder llevar a cabo reacciones metabólicas que le provean
los nutrientes necesarios para su supervivencia. Es por esto que los organismos llevan a cabo
dos tipos de reacciones metabólicas: anabolismo y catabolismo. En el anabolismo el organismo
lleva acabo biosíntesis, es decir, de moléculas mas simples, produce moléculas mas complejas.
Este proceso conlleva un consumo de energía. Esta energía proviene de rutas de catabolismo,
donde moléculas más complejas se rompen liberando energía en el proceso.
Los organismos necesitan unos componentes en mayor cantidad conocidos como
macronutrientes estos son : Carbono, Nitrógeno, Azufre, Fósforo, Hidrógeno y Oxígeno. A
excepción de carbono, el resto de los elementos se obtienen usualmente de sustratos
inorgánicos. Para utilizar dichos sustratos inorgánicos los organismos llevan a cabo unas
reacciones conocidas como asimilativas y disimilativas. Las asimilativas son de tipo
anabolismo: el organismo utiliza sustratos inorgánicos para obtener productos orgánicos por
medio de biosíntesis. Por el otro lado, las disimilativas son de catabolismo; utilizan sustratos
inorgánicos para obtener energía.
El entendimiento de estas reacciones nos provee ciertas ventajas:
• Proveen los macro y micro nutrientes necesarios para la vida
• Mantienen el flujo de los ciclos biogeoquímicos.
• Establecen relaciones simbióticas con otros organismos.
• Hacen disponible el uso de nutrientes en el ambiente.
• Nos permite estudiar nuevos métodos de control microbiano
• Proveen potencial para uso biotecnológico.
En esta presentación aprenderás como organismos logran crecer en medios con Nitrógeno,
Fósforo, Azufre, Hierro y Arsénico.
Nitrógeno
Asimilación-La asimilación del nitrógeno
requiere una serie compleja de reacciones
bioquímicas con un alto costo energético
Fijación de Nitrógeno- Bacterias toman el
Nitrógeno del aire y del suelo lo convierten
en Amonio NH4+ Nitrificación- Transición de
Amonia a Nitrito y después a nitrato por
oxidación, el nitrato de dirige a las plantas y
luego los animales se alimentan de dichas
plantas.
Amonificación – La descomposición de la
planta y/o el animal muerto. Se descompone
a amonia y comienza el ciclo de nitrificación o desnitrificación
Desnitrificación- El nitrato es convertido a Nitrógeno y liberado a la atmósfera.
Nitrato->Oxido Nítrico->Nitrógeno.

2. Azufre
Muchas bacterias utilizan diferentes formas
de azufre para producir biomoléculas con
azufre incorporado o para sintetizar ATP
utilizando azufre como el último aceptador de
electrones para apoyar la respiración
anaeróbica. El sulfato antes de ser
metabolizado, primero se activa por
adenilación para formar adenosina 5-
fosfosulfato (APS), proceso que consume
ATP. El APS al fosforilarse puede ser
utilizado en la ruta asimilativa en la cual
mediante reacciones enzimáticas el azufre
se incorpora a O-acetilserina o para
convertilo a cisteína. Por otro lado, si no se
fosforila el APS este puede seguir
reduciéndose mediante reacciones
enzimáticas a través de una cadena de
transporte de electrones hasta producir
sulfuro de hidrogeno el cual es secretado.
Las enzimas al estar acopladas a la cadena
de transportes de electrones producen un gradiente de protones que producen ATP al pasar
por la ATPasa.
Fósforo
El ciclo del fósforo se diferencia de los otros ciclos biogeoquímicos importantes en que no
incluye una fase gaseosa; aunque pequeñas cantidades de ácido fosfórico (H3PO4) pueden
llegar a la atmósfera, contribuyendo a veces a la lluvia ácida. Muy poco circula el fósforo en la
atmósfera debido a las temperaturas de la Tierra y presiones normales, fósforo y sus diversos
compuestos no son gases. La mayor reserva de fósforo está en roca sedimentaria. La mayoría
de las bacterias lo usan en forma inorgánica como PO4. Se requieren cantidades muy
pequeñas de fosfato pero son imprescindibles en la nutrición. Se obtiene fósforo por
precipitación, por drenaje superficial y por drenaje subterráneo. El fósforo asimilable es la
cantidad de fósforo soluble en agua y en una solución neutra de citrato de amonio, expresado
convencionalmente en porcentaje de anhídrido fosfórico.
Ruta asimilativa (Fosforilación)
La ruta asimilativa en fósforo se lleva a cabo con la ayuda de las enzimas mediadoras llamadas
quinasas. Estas usan el ATP y lo incorporan en los grupos fosfatados mediante la materia
orgánica en descomposición. Se asimila un grupo fosfato y lo convierte en un compuesto
químico orgánico. Por ejemplo: la etanolamina se convierte fosfoetanolamina, luego se
biosintetiza fosfatidiletanolmina. El fosfato se retiene en su mayoría en los microorganismos
hasta la muerte, y al descomponerse vuelve continua el ciclo.
Ruta disimilativa

3. -Bacterias solubilizadoras de fosfato hidrolizan fósforo orgánico e inorgánico y lo hacen
disponible a las plantas. Se genera energía al romper los compuestos complejos. No solo
asimilan el elemento sino que solubilizan una porción del mismo, liberándolo en cantidades
mayores a las demandadas. Otro método libera ácidos orgánicos para disminuir pH y solubilizar
fosfato.
Microorganismos participantes
Bacterias: los cuales son capaces de mineralizar en medios de cultivo que contengan ácido
nucleico y glucosa.
Levaduras: que degradan los glicerofosfatos.
Otros: hongos, actinomicetos.
Hierro
El hierro es el cuarto metal más abundante de la tierra y se puede encontrar en sus dos
estados como hierro ferroso Fe(II) cuando esta reducido y hierro férrico Fe(III) cuando esta
oxidado. Estos juegan un papel importante en los procesos redox que ocurren en suelos
anóxicos y sedimentos y en general en los
ciclos biogeoquímicos de este en la
tierra, además se ha encontrado que
todos los organismos necesitan hierro
para sus procesos metabólicos de una
forma u otra. Debido a la poca solubilidad
de los compuestos de hierro estas
raciones de oxidación y reducción ocurren
en pH relativamente básicos. En la ruta
asimilativa de hierro este se utiliza en su
estado de hierro ferroso para ser oxidado
utilizando como aceptado de electrones
oxígeno en ambientes aeróbicos y azufre
o nitrato (bacterias púrpuras no-
sulfurosas, bacterias verdes, ect) en
ambientes anaerobios. En la ruta
disimilativas las bacterias en un ambiente

4. anaeróbico ganan energía al utilizar compuestos orgánicos para ser o oxidados y el hierro
férrico como último aceptador de electrones. Muchas bacterias en sedimentos del fondo de
cuerpos acuíferos utilizan esta ruta pero también se ha encontrado en bacterias
fotoquimiotróficas.
Arsénico
El elemento Arsénico, es uno altamente tóxico para el medio ambiente. Sin embargo, una gran
diversidad de procariotas lo utilizan para su metabolismo y crecimiento celular, como lo es el
uso de arsénico para hacer arsenolípidos y arsenobetaina (Stolz et al., 2006). Muchos de estos
microorganismos se han estudiado en diferentes partes de China, donde la contaminación por
arsénico es común, con el propósito de posible bioremediación. Entre estos estudios,
conseguimos que hay secuencias de genes derivados de bacterias como Rhodopseudomonas,
Shewanella, Pseudomonas, Anaeromyxobacter,
Desulfovibrio y Geobacter, todos Proteobacterias que
son capaces de resistir el arsénico y eran capaces de
respiración arsénica disimilatoria (Xiong et al, 2012).
Además, conseguimos que se pueden llevar a cabo los
procesos de oxidación de arsenito (As(III)), respiración
de arsenato (As(V)), reducción de As (V) y metilación de
As(III) (Xiao et al., 2016). Xiao y su equipo también
demuestran los procesos de oxidación anaerobia de
As(III) con los microorganismos Alkalilimnicola ehrlichii
cepa MLHE-1 y Ectothiorhodospira sp. cepa PHS – 1.
Los estudios de Xiao et al., nos hablan sobre cuatro tipos
de genes para el metabolismo de arsénico:
genes aio: oxidación de As(III)
genes arr: respiración de As (V)
genes ars: reducción de As (V)
genes arsM: metilación de As (III)
Referencias
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Madigan, Michael T. "Microbial Metabolism." Brock Biology of Microorganisms. Boston ; Munich: Pearson,
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Presentado por:
Manuel Quiñones, Mariannette Gonzalez, Alfredo Reyes, Hiram Morales, Felix Semidei, Valerie
Medina y Christian Camacho