Metabolismo microbiano y nutrición

2. Metabolismo: (µεταβολε = cambio) actividad celular muy
coordinada y dirigida en la que muchos sistemas multi-
enzimáticos cooperan para cumplir 4 funciones:
• Obtener energía química a partir de nutrientes ricos en
energía
• Convertir moléculas nutrientes en moléculas características de
la propia célula de la propia célula
• Polimerizar precursores monoméricos a proteínas, ácidos
nucleícos, lípidos, polisacáridos y otros
• Sintetizar y degradar biomoléculas requeridas en funciones
celulares especializadas
Definiciones

3. SE DERIVA DE
metabole
QUE SIGNIFICA
CAMBIO OTRANSFORMACIÓN
¿EN QUE SETRANSFORMA ?
A LOS NUTRIENTES
LOS CUALES SON
CARBOHIDRATOS
LÍPIDOS
PROTEÍNAS
VITAMINAS
MINERALES
AGUA
ATRAVÉS DE
REACCIONES QUÍMICAS
CONOCIDAS COMO
REACCIONES
METABÓLICAS
PARA OBTENER
MASAY ENERGÍA
NECESARIA PARA
CRECER, REPARARSE
REPRODUCIRSE, ETC.
O
R
I
G
E
N
D
E
L
A
P
A
L
A
B
R
A
SE DEFINE COMO
NECESARIAS
METABOLISMO

4. NO2, NO3, N2,
H20, CO2, PO4
=,
Sº, SO4
=
Metabolismo
DNA
mRNA
Proteínas
NH4
Proteína péptido + aa
Enzima extracelular
Ácidos orgánicos
Polisacáridos
Ácidos orgánicos,
Alcoholes,
Hidrocarburos
Polisacáridos
Enzima
extracelular Mono y
disacáridos

5. Definiciones
— Metabolito: es una substancia producida por el metabolismo.
— Metabolito esencial: es un constituyente necesario de un
proceso metabólico.
◦ Catabolismo (χατα βολε = hacia abajo): es la desasimilación
o degradación de moléculas complejas, generalmente para
propósitos de obtener energía o compuestos simples
necesarios para la síntesis de otras moléculas.
◦ Anabolismo (ανα βολε = hacia arriba): es un proceso de
biosíntesis de macromoléculas a partir de moléculas
pequeñas (bajo PM)
— Anfibolismo (ανφι = doble): reacciones metabólicas que tiene
como fin proporcionar precursores biosintéticos (anabolismo)
y obtener energía (catabolismo).
— Anaplerosis (ανα = volver a llenar): enlace entre procesos
metabólicos, flujo invertido del C.

6. Definiciones
— Metabolismo periférico: es la conversión de la
fuente de C a un número de precursores
biosintéticos.
◦ Heterotrófo es catabólico
◦ Autótrofo es anabólico
— Metabolismo central: es la conversión de los
productos del metabolismo periférico en los
demás precursores biosintéticos.
◦ Heterótrofo es anfibólico
◦ Autótrofo es anabólico

7. Características principales del metabolismo:
1. Las vías metabólicas son irreversibles
2.Las vías anabólicas y catabólicas deben ser diferentes
3. Cada vía metabólica tiene un primer paso limitante
4.Todas las vías metabólicas están reguladas finamente
5. En los eucariotes las vías metabólicas transcurren en
localizaciones celulares específicas
Definiciones

8. Definiciones
— Nutrición: acción y efecto de aumentar las substancias
celulares por medio del nutriente reparando las partes
que van perdiendo en virtud de las acciones metabólicas.
— Nutrimento: substancia que los microorganismos
necesitan tomar del ambiente para satisfacer los
requerimientos del organismo en materias primas para
la biosíntesis y obtención del energía.
— Digestión: proceso por medio del cual un compuesto es
transformado en uno de menor peso molecular por
acción de enzimas.
— Asimilación: transformación de los nutrimentos en
constituyentes protoplásmicos

9. Es el conjunto de reacciones químicas que
le permiten a la célula o al organismo, la
producción de masa y energía.
¿Cómo se define el metabolismo?

10. SON DE DOSTIPOS
CATABÓLICAS ANABÓLICAS
DEL
GRIEGO Χαταβολε
QUE SIGNIFICA
HACIA ABAJO
SON LAS QUE
DEGRADAN MOLÉCU-
LAS COMPLEJAS HASTA
MOLÉCULAS SIMPLES
POR LO QUE
SE DESGASTAN
MATERIALES
Y SE PRODUCE
ENERGÍA Y MA-
TERIA PRIMA
DEL
GRIEGOΑναβολε
EJEMPLO
CARBOHIDRATOS CO2 + H2O + ENERGÍA
NECESARIO PARA
CRECER, REPARARSE
REPRODUCIRSE, ETC.
HACIA ARRIBA
SON LAS QUE
PRODUCEN MOLÉCU-
L A S C O M P L E J A S A
PARTIR DE MOLÉCU-
LAS SIMPLES
EJEMPLO
POR LO QUE
SE PRODUCEN
NUEVOS MATE-
RIALES Y SE AL-
MACENA ENER-
GÍA
OCURREN EN
EL INTERIOR DE
LA CÉLULA
REACCIONES METABÓLICAS

11. Nutrientes
1- Fuente de energía luz
química
2- Macronutrientes
H K
O Mg
C Na
N 95% Ca
S Fe
P
3- Micronutrientes (elementos traza)
Co, Zn, Mo, Cu, Mn, Ni, Se,W
4- Factores de crecimiento
• Vitaminas
• Bases nitrogenadas (Purinas y pirimidinas)
• Aminoácidos

12. NUTRIENTES
Son las sustancias que se encuentran en el
ambiente, las cuales son requeridas por los organismos
para la síntesis de materiales celulares y para la
generación de energía.
Estos se pueden dividir en dos clases:
1. Macronutrientes, los que se requieren en grandes
cantidades.
2. Micronutrientes, aquellos que se necesitan en
pequeñas cantidades.
ver la parte de requerimientos nutricionales de la clase de cultivo de microorganismos.

13. Macronutrientes
Fuente de
carbono
- CO2
- Compuestos
orgánicos
Carbohidratos, azúcares,
proteínas, aminoácidos,
lípidos, ácidos grasos,
glicerol
Fuente de
nitrógeno
- Inorgánica
- Orgánica
NH4, NO3
-
, N2
Proteínas, peptonas, aa,
bases púricas y
pirimídicas, urea
Fuente de
fósforo
- Inorgánica
- Orgánica
Fosfatos
Esteres del ácido
fosfórico
Fuente de
azufre
- Inorgánica
- Orgánica
Sulfuros y sulfatos
Aminoácidos sulfurados,
vitaminas

14. Las bacterias necesitan fundamentalmente para
sobrevivir:
Ø Agua
Ø Fuente de Carbono:
Ø Nitrógeno (N2):
Ø Azufre (S):
Este elemento es utilizado por la bacteria para
sintetizar aminoácidos azufrados, tales como cisteína y
metionina. También, forma parte de vitaminas, como
biotina y tiamina.
Ø Donadores y aceptores de electrones.

15. Ø Iones inorgánicos (P, K, Mg):
El fósforo es esencial en estructuras como ácidos nucleicos, ATP,
fosfolípidos de membrana y algunas coenzimas, como NAD y FAD.
Ø Elementos traza u oligoelementos:
Son aquellos elementos que las bacterias requieren en cantidades
muy pequeñas, como Fe, Cu, Mo, Zn. Generalmente, basta con la
cantidad que contiene el H2O u otros elementos del medio..
Ø Factores de crecimiento:
Aquellas sustancias que son indispensables para la vida de la
bacteria, pero que esta es incapaz de sintetizar
Ej.: vitaminas, bases nitrogenadas, aminoácidos y colesterol.
Estos compuestos hay que aportarlos al medio, puesto que su
carencia no es compatible con la vida bacteriana.

17. Tipos nutricionales Fuente de
energía
Fuente de
C
Ejemplos
Fotoautótrofos Luz CO2
Cianobacterias,
bacterias
púrpuras y
verdes
Fotoheterótrofos Luz
Compuestos
orgánicos
Algunas
bacterias
púrpuras y
verdes
Quimioautótrofos o
litótrofos
Compuestos
inorgánicos
ej.: H2, NH3,
NO2
-
, H2S
CO2
Algunas
Eubacterias y
muchas Archaea
Quimioheterótrofos
o heterótrofos
Compuestos
orgánicos
Compuestos
orgánicos
La mayoría
Eubacterias,
algunas Archaea

19. — Tipos de energía que captan las bacterias y los
correspondientes tipos de metabolismos
energéticos:
1.-Si la energía procede de radiaciones (en los cuantos
de una determinada longitud de onda de la luz visible):
bacterias fototrofas, que a su vez pueden ser
a. fotolitotrofas: captan energía lumínica en presencia
de sustancias inorgánicas;
b. fotoorganotrofas: captan energía lumínica con
requerimiento de sustancias orgánicas.

20. 2. Si la energía se desprende a partir de moléculas
químicas en reacciones biológicas de óxido-
reducción: bacterias quimiotrofas, que a su vez
pueden ser:
— quimiolitotrofas: captación de energía química a
partir de sustancias inorgánicas.
— quimiorganotrofas: captación de energía química
a partir de sustancias orgánicas.

21. Los métodos usados por las bacterias para
generar este ATP son principalmente:
— fosforilación a nivel de sustrato
— fosforilación oxidativa
— fotofosforilación

22. — Las fosforilaciones a nivel de sustrato se caracterizan
por lo siguiente:
Son procesos escalares (es decir, no influye su
situación espacial dentro de la célula);
Son series de reacciones bioquímicas en las que la
transferencia de un grupo químico (ej., el fosfato) se
cataliza por enzimas solubles (en el citoplasma)
Existen intermediarios metabólicos (antes de llegar al
ATP) en los que el fosfato está unido
covalentemente.

23. NUTRICION:
Tiene por objeto el aporte de sustancias necesarias para
el proceso de síntesis de componentes celulares o biosíntesis.
Este proceso requiere energía, la cual puede ser
obtenidas por las bacterias desde dos fuentes: LUZ y
COMPUESTOS QUÍMICOS.
En base a la fuente de energía, las bacterias pueden ser
clasificadas como organismos:
F OTO S I N T É T I C O S O Q U I M I O S I N T É T I C O S ,
respectivamente.
En ambos grupos, la energía se conserva en forma de
ATP.

24. METABOLISMO MICROBIANO
Es la actividad química, osmótica y quimiosmótica,
catalizada por enzimas, a través de la cual las células
intercambian materia y energía con el medio.
ANABOLISMO:
Es el metabolismo constructivo o de biosíntesis.
CATABOLISMO .
Es el metabolismo degradativo de aquí se obtiene la
energía requerida en el anabolismo.
ANFIBOLISMO.
Es el metabolismo simultáneamente catabólico y anabólico.

25. La mayoría de las reacciones en los organismos vivos
no ocurren espontáneamente, sino que requieren la acción
de un catalizador, el cual incrementa la velocidad de la
reacción.
Los catalizadores de las reacciones biológicas son
proteínas llamadas ENZIMAS.
Las enzimas son catalizadores específicos: cada
enzima cataliza un solo tipo de reacción, y casi siempre
actúa sobre un único sustrato o sobre un grupo muy
reducido de ellos.

26. Las enzimas bacterianas pueden clasificarse según su lugar de acción en:
ENDOENZIMASY EXOENZIMAS.
Las endoenzimas (intracelulares):
Son aquellas enzimas que actúan en el interior de la célula.
Vr.Gr., oxidasas, reductasas y transaminasas.
Las exoenzimas (extracelulares):
Son enzimas que siendo también sintetizadas en el interior de la célula,
para ejercer su función deben ser exportadas al medio extracelular.
Su función principal es degradar macromoléculas, las que por su
tamaño no atraviesan las capas superficiales de la célula procariótica.

27. Las enzimas bacterianas, también pueden ser clasificadas considerando
sí su síntesis es o no modificada por el medio ambiente.
De acuerdo a esto, las enzimas pueden ser:
CONSTITUTIVAS o INDUCIBLES.
Enzimas constitutivas: son aquellas cuya síntesis es independiente del
medio externo. Se sintetizan siempre, Ej. enzimas que degradan la
glucosa.
Enzimas inducibles: son aquellas cuya síntesis depende de la presencia o
ausencia del sustrato en el medio, p.e. La enzima β-galactosidasa, la
cual actúa sobre la lactosa, sólo es sintetizada cuando existe lactosa en
el medio.
Las bacterias son metabólicamente eficientes ya que la mayoría de sus
enzimas son inducibles.

28. Clasificación
— Exoenzimas (extracelulares): se sintetizan en el interior de
la célula y son secretadas por las células y catalizan las
reacciones fuera de la célula.
◦ Proteína peptonas o péptidos
◦ Almidón maltosa
◦ Maltosa glucosa
◦ Lactosa + H2O glucosa + galactosa
◦ Sacarosa + H2O glucosa + fructosa
◦ Triglicéridos glicerol + 3 R-COOH
proteasa
α-amilasa
maltasa
β-galactosidasa
invertasa
lipasa

29. Clasificación
— Endoenzimas (intracelulares): se sintetizan dentro de la
célula y catalizan las reacciones dentro de la célula:
◦ Permeasas o translocasas
◦ Hidrolasas
◦ Oxido-reductasas
◦ Deshidrogenasas
◦ Catalasa

30. Clasificación
— Constitutivas: se sintetizan independientemente de la
presencia del sustrato
— Inducibles: se sintetizan sólo en presencia del sustrato

31. En una reacción catalizada por una enzima:
La sustancia sobre la que actúa el enzima se llama sustrato.
El sustrato se une a una región concreta del enzima, llamada
centro activo.
El centro activo comprende:
Ø Un sitio de unión formado por los aminoácidos que están en
contacto directo con el sustrato y
Ø Un sitio catalítico, formado por los aminoácidos directamente
implicados en el mecanismo de la reacción
Una vez formados los productos el enzima puede comenzar un
nuevo ciclo de reacción

32. 1.- El enzima y su sustrato 2.- Unión al centro activo 3.- Formación de productos
Las enzimas, a diferencia de los catalizadores inorgánicos
catalizan reacciones específicas.
Las enzima actúa con máxima eficacia sobre el sustrato
natural y con menor eficacia sobre los sustratos análogos.
Entre los enzimas poco específicos están las proteasas.
REACCION ENZIMATICA

33. PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
Estas derivan del hecho de ser proteínas y de actuar como
catalizadores. Como proteínas, poseen una conformación natural
más estable que las demás conformaciones posibles.Así, cambios
en la conformación suelen ir asociados en cambios en la
actividad catalítica. Los factores que influyen de manera más
directa sobre la actividad de un enzima son:
v pH
v Temperatura
v Cofactores

34. Estructura
apoenzima + grupo prostético = holoenzima
Apoenzima: parte proteica, alto PM, coloidal y termosensible

35. Estructura
Cofactor, coenzima: parte no proteica, bajo PM, no coloidal
y termorresistente

36. Algunas enzimas dependen para su actividad catalítica
además de la estructura proteica, de otras moléculas de
naturaleza no proteica. Estas estructuras reciben el nombre
de:
COFACTORES.
Estos son resistentes al calor mientras que las proteínas
generalmente no lo son.

37. COFACTORES.
Los cofactores pueden ser simplemente IONES METÁLICOS
como el Fe++, Mg++, Mn++, Zn++ etc.
Cuando el cofactor es una molécula orgánica se llama
COENZIMA. Muchos de estas coenzimas se sintetizan a partir de
vitaminas.
Cuando los cofactores y las coenzimas se encuentran unidos
covalentemente a la enzima se llaman GRUPOS PROSTÉTICOS.
La forma catalíticamente activa de la enzima, es decir, el
enzima unida a su grupo prostético, se llama holoenzima.

38. Elemento Enzima Activada
Zn++ Deshidrogenasas, anhidrasa carbónica, RNA y DNA polimerasas.
Mg++ Fosfohidrolasas, fosfotransferasas, fosfatasas.
Mn++ Arginasas, peptidasas, quinasas.
Mo Nitratoreductasa, nitrogenasa.
Fe2+, Fe3+ Citocromos, catalasas, ferredoxina, peroxidasas, nitritoreductasa.
Cu2+ Citocromo oxidasa, tirosinasa, ácido ascórbico oxidasa,
plastocianina
Ca2+ 1,3 β glucan sintetasa, calmodulina.
K+ Piruvato fosfoquinasa, ATPasa.
Co Vitamina B12 hallada en microorganismos y animales, pero no en
plantas. Importante en la fijación simbiótica de nitrógeno.
Ni Ureasa.
ACTIVADORES METALICOS

39. Moléculas orgánicas necesarias para la actividad de la enzima. Muchos de
estas coenzimas se sintetizan a partir de vitaminas:
q NADPH + H (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato reducido),
q NAD (nicotinamida adenina dinucleotido).
q FAD (flavina adenina dinucleótido).
q Piridoxal.
q Biotina.
q Tiamina.
q Ácido tetra hidrofólico.
q Cobalamina.
ACTIVADORES COENZIMAS

40. RNA CATALÍTICO O RIBOZIMAS
Las ribozimas son moléculas
de RNA con actividad
catalítica, capaces de
c a t a l i z a r r e a c c i o n e s
químicas en el interior
celular.
E l R N A c a t a l í t i c o o
ribozima, funciona como
enzima. En las células se
utiliza como auxiliar en el
procesamiento de los
productos finales: rRNA,
tRNA y mRNA

41. RIBOZIMA:
Se creó este nombre cuando se descubrió que existen ciertas moléculas
de RNA que ejercen actividad catalítica y, por tanto, no todas las
moléculas con actividad enzimática son proteínas.

42. Funciones del metabolismo
— El metabolismo tiene cuatro funciones relevantes:
1. Abastecimiento
– De energía. La célula toma del entorno ciertas formas de
energía, como la luz o una molécula oxidable, las cuales son
transformadas, a través de las vías metabólicas adecuadas,
en las formas que definimos como energía metabólica .
– De materia. La célula toma del entorno ciertas formas de
materia, como el CO2 o una molécula carbonada reducida
(las únicas fuentes de carbono que no son utilizadas son el
grafito y el diamante), las cuales son transformadas, a
través de las vías metabólicas adecuadas, en las formas que
definimos como precursores biosintéticos:
– Glucosa-6P, dihidroxiacetona-P, gliceraldehído-3P, glicerato-3P,
fosofenolpiruvato, piruvato, acetil-CoA, a-ceto-glutarato,
succcinil-CoA, oxalacetato, ribosa-5P, eritrosa-4P.

43. Funciones del metabolismo
Abastecimiento
Glucosa Glucosa-6P
Quinasa
Glucosa Glucosa-6P
PEP
Piruvato
(Glucosa)n (Glucosa)n-1 + Glucosa-1P Glucosa-6P
Pi
Mutasa
Vías de degradación
• Embden-Meyer-Parnas
• Etner-Doudorof
• Fosfocetolasa
• Bifidiobacterias
• Pentosas
Glucosa-6P Gliceraldehído-3P

44. Funciones el metabolismo
Abastecimiento
Oxidación de azúcares (obtención y almacenamiento de energía)
Gli-3P Gli-1,3-Bi-P Gli-3P Gli-2P
PEP
Pirúvico
DHasa
Pi
NAD+
NADH+
Quinasa
ADP ATP
Independiente del aceptor de e-
ADP
ATP
Sin O2
Con O2Acetil CoA
Colplejo Piruvato-DHasa
TCANADH+
ATP
CO2
Ganancia neta
de energía Fermentación

45. Funciones del metabolismo
Respiración aeróbica
Sustrato oxidable
Aceptor de e-
O2
Pir
ADP + Pi
ATP + H2
F
A
N
S
Productos de
la respiración
H2O
NAD+
NADH
ADP + Pi
ATP + H2O F
A
C
T
E

46. Funciones del metabolismo
Respiración anaeróbica
Sustrato oxidable
Aceptor de e-
NO3
SO4
Fumarato
Pirúvico
acetaldehído
ADP + Pi
ATP + H2
F
A
N
S
Productos de
la respiración
SO3
NO2
NAD+
NADH
ADP + Pi
ATP F
A
C
T
E
Alcoholes
Ácidos
excepto láctico

47. RENDIMIENTOTOTAL
38 ATP
GLICOLISIS
FERMENTACIÓN
4 ATP
2 NADH
2 H2O
2 CO2
2 Etanol
2 Lactato
2ATP
RENDIMIENTOTOTAL
2 ATP
GLICOLISIS
4 ATP
2ATP
2 NADH
2 H2O
OXIDACIÓN DEL PIRUVATO
FACTE
2 NADH
6 NADH
2 ATP
4 CO2
CICLO DE KREBS
(Ciclo del citrato)
2 H2O
34 ATP
EN PRESENCIA DE 02 EN AUSENCIA DE 02
2 CO2
2 FADH2
Glucosa Glucosa
O2
FANS

48. MMI
MME
Ciclo del citrato (ciclo de Krebs)
Glucosa
(6 C)
Glucosa 6P
(6C)
Fructosa 6P
(6C)
Fructosa 1,6 diP
(6C)
Gliceraldehido 3P
(3C)
Gliceraldehido 1,3 diP
(3C)
3-fosfoglicérico
(3C)
2-fosfoglicérico
(3C)
Fosfoenolpiruvato
(3C)
Piruvato
(3C)
Acetil CoA
(2C)
Oxalacetato
(4C)
Citrato
(6C)
α-cetoglutarico
(5C)
Succinil co A
(4C)
Succínico
(4C)
Fumárico
(4C)
Málico
(4C)
Isocitrato
(6C)
ATP
CO2
ATP
ATP
ATP
GTP
CO2
CO2
H2O
ADP ADP
ADP
ADP
GDP
+
PiATP
ADP
NAD+
NAD+
FAD+
NAD+
NAD+
Pi
NADH
H+
NAD+
H2OCoA
x2
FADH2
x2
CoA
NADH
H+
NADH
H+
NADH
H+
NADH
H+
NADH
H+
FADH2
NAD+
e-
H+
H+ H+
H+ H+ H+
H+
H+ H+
2H + ½ O2 H2O
H+ H+
H+ H+ H+
H+
ADP+Pi H+
ATP
Cadena de transporte electrónico Síntesis ATP
Cadena respiratoria
Glicolisis
Oxidación del piruvato
x2
RUTA DEL EMPLEO DE GLUCOSA EN CONDICIONES AEROBIAS
RENDIMIENTO: 30 ATP (procedentes de 10xNADH) + 4 ATP (procedentes de 2xFADH2) + 6 ATP – 2 ATP= 38 ATP
(2 ATP pueden emplearse en la entrada de 2xNADH de la glicolisis en la mitocondria)

49. Glucosa
(6 C)
Glucosa 6P
(6C)
Fructosa 6P
(6C)
Fructosa 1,6 diP
(6C)
Gliceraldehido 3P
(3C)
Gliceraldehido 1,3 diP
(3C)
3-fosfoglicérico
(3C)
2-fosfoglicérico
(3C)
Fosfoenolpiruvato
(3C)
Piruvato
(3C)
ATP ATP
ATP
ATP
ADP ADP
ADP
ADP
NAD+
Pi
H2O
x2
NADH
H+
Acetaldehido
(2C)
Lactato
(3C)
Etanol
(2C)
NAD+
CO2
NAD+
Glicolisis
x2
Fermentación alcohólica
Fermentación láctica
RUTA DEL EMPLEO DE GLUCOSA EN CONDICIONES ANAEROBIAS RENDIMIENTO: 4 ATP – 2 ATP = 2 ATP

50. Ciclo del citrato (ciclo de Krebs)
Glucosa
(6 C)
Glucosa 6P
(6C)
Fructosa 6P
(6C)
Fructosa 1,6 diP
(6C)
Gliceraldehido 3P
(3C)
Gliceraldehido 1,3 diP
(3C)
3-fosfoglicérico
(3C)
2-fosfoglicérico
(3C)
Fosfoenolpiruvato
(3C)
Piruvato
(3C)
Acetil CoA
(2C)
Oxalacetato
(4C)
Citrato
(6C)
α-cetoglutarico
(5C)
Succinil co A
(4C)
Succínico
(4C)
Fumárico
(4C)
Málico
(4C)
Isocitrato
(6C)
ATP
CO2
ATP
ATP
ATP
GTP
CO2
CO2
H2O
ADP ADP
ADP
ADP
GDP
+
PiATP
ADP
NAD+
NAD+
FAD+
NAD+
NAD+
Pi
NADH
H+
NAD+
H2OCoA
x2
FADH2
x2
CoA
NADH
H+
NADH
H+
NADH
H+
NADH
H+
Acetaldehido
(2C)
Lactato
(3C)
Etanol
(2C)
NAD+
CO2
NAD+
NADH
H+
FADH2
NAD+
e-
H+
H+ H+
H+ H+ H+
H+
H+ H+
2H + ½ O2 H2O
H+ H+
H+ H+ H+
H+
ADP+Pi H+
ATP
Cadena de transporte electrónico Síntesis ATP
MMI
MME
Cadena respiratoria
Glicolisis
Oxidación del piruvato
x2
x2
Fermentación alcohólica
Fermentación láctica
RUTAS IMPLICADAS EN LA OBTENCIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE GLUCOSA

51. Funciones del metablismo
— Conservación de la energía (1ª Ley de la
termodinámica)
— Transducción de la energía
◦ Las únicas estructuras donde se lleva a cabo el
proceso es la membrana citoplásmica en
procariotes y membrana interna de mitocondria y
cloroplastos de eucariotes

52. Funciones del metabolismo
ADP + Pi ATP + H2O
DG°’ = -7.3 kcal/mol
Proceso
Redox
Gliceraldehído-3P Glicerato-3P
ATP
DG°’ = -7.3 kcal/mol
“Evento exergónico”Lítico no
Redox
Piruvato Acetil CoA Acetato
ATP

53. Funciones del metabolismo
Estructuras de alta energía
FANS
No hay relación temporal entre eventos
Si hay relación física (forma un gradiente de e-)
Redox (DHasa)
Lítico (Liasa)
Estructura de alta energía
Compuesto químico PEP,
Acil-P,Aciltioester
ATP
Proceso endergónico (ΔG°’ = negativo), baja energía
Fermentación y piruvato quinasa:AMP y Glu-6P
Proceso exergónico (DG°’ = positivo), alta energía

54. Funciones del metabolismo
FACTE
No hay relación física
Si hay relación temporal
Redox Cadena tranportadora de e- (gradiente de e-)
Sistemas ATP sintetasas endergónico

55. Funciones del metabolismo
2. Biosíntesis: a partir de los precursores biosintéticos
obtenidos en la fuente de C, y con el aporte energético
(ATP) obtenido de la fuente de energía, y del NADH
obtenido del donador de electrones, la célula construye los
llamados “bloques de construcción”, moléculas de bajo
PM, todas orgánicas, a partir de las cuales la célula forma
moléculas poliméricas.
Ejemplos de estos bloques de construcción son:
monoazúcares, aminoácidos, nucleótiods, ácidos grasos,
vitaminas, etc.

56. Funciones del metabolismo
3. Polimerización: es una función del metabolismo, los
bloques de construcción son polimerizados a
macromoléculas, es decir:
Monoazúcares polisacáridos
Aminoácidos proteínas
Nucleótidos ácidos nucleícos
Ácidos grasos lípidos
Etc.
La polimerización es un proceso que consume una gran
cantidad de energía metabólica, principalmente de
hidrólisis en su forma de nucleósidos trifosfato
(ATP)

57. Funciones del metabolismo
4. Ensamble: finalmente, las estructuras subcelulares
se forman del ensamble de los polímeros.
Por ejemplo: proteínas y lípidos forman
membranas, proteínas y ácidos nucleícos forman
ribosomas, etc.
Esta última función del metabolismo no significa un
gran gasto de energía metabólica.

58. Enzimas inducibles

59. Agar almidón
• YODO

60. Hidrólisis de la caseína
• L a c a s e a s a e s u n a
exoenzima que hidroliza a la
proteína presente en la
leche.
• El medio contiene caseína,
extracto de carne y peptona.
• Si el microorganismo
produce la caseasa, se verá
un halo claro alrededor del
crecimiento de la bacteria

61. Hidrólisis (licuefacción) de la gelatina

62. Fosfolipasas
Las fosfolipasas hidrolizan uno de los grupos acilo de los
fosfoglicéridos o los o los glicerofosfatidatos. La fosfolipasa A1
hidroliza el grupo acilo unido a la posición 1 y la fosfolipasa A2
hidroliza el grupo acilo unido a la posición 2.

63. Fosfolipasas
α: Se abren poros en la membrana de los
glóbulos rojos y se libera la hemoglobina. El
grupo hemo de la hemoglobina es oxidado
hasta biliverdina. Por eso el color verde del
medio.
β: Hay hemolisis completa de los glóbulos
rojos.Y por eso se observa translúcido

64. Leche tornasolada (Litmus milk):
1.Acidificación:
Lactosa
Fermentación
ácido
indicadorLitmus
rosa

65. Leche tornasolada (Litmus milk):
2.Alcalinización :
Caseína
Digestión
Aminas
indicadorLitmus
Azul

66. Leche tornasolada (Litmus milk):
3. Coagulación (fermentación tormentosa):
Fermentación
Lactosa ácido + gas
Caseína Coagulación
coágulo Fermentación
tormentosa

67. Leche tornasolada (Litmus milk):
4. Licuefacción:
Peptidasas
Fermentación
tormentosa
Precipitado
blanco (Ca+2)

68. 5. Reducción:
Indicador redox
e-
Leche tornasolada (Litmus milk):

69. De donde obtienes su energía las células para realizar sus funciones
metabólicas?
Las células pueden utilizar 3 tipos distintos de fuente de energía:
1. LUZ
2. COMPUESTOS ORGÁNICOS
3. COMPUESTOS INORGÁNICOS.
Cuando estos compuestos químicos se rompen originan
compuestos más simples, con la consiguiente liberación de energía.
Este proceso se denomina catabolismo. Las células también
necesitan energía para otras funciones celulares como es la motilidad
(movimiento celular) y transporte de nutrientes.

70. CLASIFICACIÓN DE LOS ORGANISMOS SEGÚN SU
FUENTE DE CARBONOY ENERGÍA
FUENTE DE ENERGIA FUENTE DE CARBONO
FOTOTROFOS Física (LUZ)
QUIMIOTROFOS QUIMICA
AUTOTROFOS CO2
HETEROTROFOS COMPUESTOS
ORGANICOS
FUENTE DE ENERGIA FUENTE DE CARBONO
FOTOAUTOTROFOS LUZ CO2
FOTOHETEROTROFOS LUZ COMPUESTOS
ORGANICOS
QUIMIOAUTOTROFOS QUIMICA CO2
QUIMIOHETEROTROFOS
QUIMICA
COMPUESTOS
ORGANICOS

71. Ejemplos de organismos:
Fotoautotrofos:Vegetales, algas, bacterias fotosintéticas.
Fotoheterotrofos: Bacterias
Quimioautotrofos: Bacterias.
Quimioheterotrofos:Animales, Protozoos, bacterias.

72. DONADOR
INICIAL DE
ELECTRONES
ACEPTOR FINAL DE
ELECTRONES
LITOTRÓFICOS INORGÁNICA
ORGANOTRÓFICOS ORGÁNICA
FERMENTACIÓN ORGÁNICO
RESPIRACIÓN
ANAEROBIA
INORGÁNICO
RESPIRACIÓN AEROBIA O2
FOTOSÍNTESIS CO2

73. PROCESOS QUE CONDUNCEN A LA OBTENCIÓN DE ENERGÍA
y SU CONVERSION A ATP
Fermentación:
Se obtiene el ATP por fosforilación a nivel de sustrato.
Respiración:
Se obtiene ATP por fosforilación oxidativa.
Se utiliza al oxígeno molecular o algún otro agente oxidante
como aceptor final de electrones.
Aeróbica: oxígeno
Anaeróbica: Nitrato, Sulfato, Fumarato, Oxido deTrimetilamina.
Fotosíntesis:
Se obtiene ATP por fotofosforilación.

74. FERMENTACIÓN:
Oxidación parcial de los átomos de carbono del compuesto
orgánico, aquí se produce poca energía.
La glucosa, tanto en el metabolismo respiratorio como en el
fermentativo, se transforma en ácido pirúvico
Las bacterias pueden producir productos fermentativos finales
distintos al ácido láctico y al etanol debido a las diferencias en el
metabolismo del ácido pirúvico.
Entre los productos finales pueden ser: ácido fórmico, 2,3
butanodiol, isopropanol, ácido butírico, butanol. La mayor parte de las
fermentaciones bacterianas pueden originar varios productos finales,
pero ninguna fermentación da lugar a todos los productos finales.
Fermentación butanodiólica

76. La glucosa, tanto en el metabolismo respiratorio como en el fermentativo, se
transforma en ácido pirúvico por una de las siguientes rutas:
a) Embden-Meyerhof (eucariotas y procariotas)
b) Pentosa fosfato (eucariotas y procariotas)
c) Entner Doudoroff (sólo en ciertos procariotas como alternativa a la ruta
Embden-Meyerhof)
Glucosa + 2ATP + 4ADP + 2Pi + 2NAD+ =>
Acido pirúvico + 2ADP + 4ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O

77. Caldo rojo de fenol
• Peptona
• Tubo invertido: tubo de
Durham o campana de
fermentación
• Un carbohidrato
• Indicador de pH, es el
rojo de fenol: a pH < 6.8
vira a amarillo (ácido); a
pH 7 el medio es rojo; a
pH > 7.4 es rojo fucsia
(alcalino)
Prueba de Durham

78. Medio de Kligler
Por la fermentación de
los azúcares, se producen
ácidos, que se detectan
por medio del indicador
rojo de fenol, el cual vira
al color amarillo (pH <
6.8) en medio ácido. El
tiosulfato de sodio se
reduce a sulfuro de
h i d r ó g e n o e l q u e
reacciona luego con una
sal de hierro forma el
típico sulfuro de hierro de
color negro.
Lactosa
Glucosa
Gas
H2S

79. Rojo de Metilo
La fermentación de la
glucosa produce como
productos finales ácidos
orgánicos (ácidos fórmico,
acético, láctico y succínico)
que provocan un fuerte
descenso del pH inicial del
medio. Puede detectarse
por el viraje del indicador
de rojo de metilo que
permanece amarillo por
encima de pH 5.1 y rojo
por debajo de 4.4.

80. Voges-Proskauer
L o s p ro d u c t o s f i n a l e s d e l a
fermentación de la glucosa son
compuestos neutros como el
butanodiol y el etanol, produciéndose
acetil metil carbinol (acetoína) como
intermediario que podrá ser
detectada añadiendo al medio KOH
(reactivo A de Voges-Proskauer) y
alfa-naftol (reactivo B de Voges-
Proskauer) que reaccionarán con
este compuesto produciendo un
color rojo característico.

81. Voges-Prokauer

82. Voges-Proskauer

83. Citrato de Simmons
El medio de cultivo es diferencial en base a que
los microorganismos capaces de utilizar citrato
como única fuente de carbono, usan sales de
amonio como única fuente de nitrógeno, con la
consiguiente producción de alcalinidad.
El metabolismo del citrato se realiza, en aquellas
bacterias poseedoras de citrato permeasa, a
través del ciclo del ácido tricarboxílico. El
desdoblamiento del citrato da progresivamente,
oxalacetato y piruvato. Este último, en presencia
de un medio alcalino, da origen a ácidos
orgánicos que, al ser utilizados como fuente de
carbono, producen carbonatos y bicarbonatos
alcalinos. El medio entonces vira al azul y esto es
indicativo de la producción de citrato permeas
Indicador de pH: azul de bromotimol > 7.6 azul de Prusia

84. Caldo malonato
La capacidad que tienen los
microorganismos de utilizar el
malonato como única fuente de
carbono.
El malonato es un inhiobidor
(inhibición competitiva) de la enzima
succinico deshidrogenasa
Principio igual al del citrato de
Simmons
+

85. Metabolismo de aminoácidos
• La descarboxilación se lleva acabo por
enzimas inducibles, son sintetizadas en
medio ácido.
• La cadeverina se produce en
condiciones anaeróbicas, el proceso es
irreversible y requiere de la coenzima
fosfato piridoxal-
• Las desaminación es un proceso
aeróbico (oxidativo)
• Púrpura de bromocresol a pH 5.2 vira a
amarillo y a púrpura cuando el pH > 6.8
• Rojo de cresol a pH 7.2 amarillo y 8.3 es
rojo
Descarboxilación
Desaminación
+
+

86. SIM
CHO
N(CH3)2
N
H
+
HCl
alcohol
CondensaciÛn por
calentamiento
Color rojo viol·ceo
NH
CH N(CH3)2
La triptofanasa deasmina dejando
intacto el anillo (indol).
Coenzima: piridoxal fosfato
Ruta: oxidativa y reductiva
Productos: indol, amoníaco, pirúvico y
energía
La estructura pirrólica por medio de
una reacción de condensación con el p-
d i m e t i l a m i n o - b e n z a l d e h í d o y
deshidratación con el alcohol forma
una estructrura quinoide ce color rojo

87. CaldoTriptona
BA
Indol +
NH3+ +

88. RESPIRACIÓN
La respiración se desarrolla en dos etapas:
a) El ciclo de Krebs y
b) El transporte terminal de electrones (cadena respiratoria).
E n e l c u r s o d e l a
respiración, las moléculas de tres
carbonos de ácido pirúvico
producido por la glucólisis son
degradadas a grupos acetilo de
dos carbonos, que luego entran al
ciclo de Krebs.
En el ciclo de Krebs, el
g r u p o a c e t i l o e s ox i d a d o
completamente a dióxido de
carbono.

89. En el ciclo de Krebs. los
carbonos donados por el grupo acetilo
se oxidan a dióxido de carbono y los
electrones pasan a los transportadores
de electrones.
En el ciclo de Krebs se
producen una molécula de ATP, tres
moléculas de NADH y una molécula de
FADH2.
Se necesitan dos vueltas del
ciclo para completar la oxidación de
una molécula de glucosa.
El rendimiento energético total
del ciclo de Krebs para una molécula
de glucosa es dos moléculas de ATP,
seis moléculas de NADH y dos
moléculas de FADH.

90. Anfibolismo

91. La etapa final de la respiración es el transporte
terminal de electrones, que involucra a una cadena de
transportadores de electrones y enzimas embebidas en
la membrana interna de la mitocondria (EUCARIOTES)
Y MEMBRANA CITOPLASMICA (PROCARIOTES).

92. A lo largo de esta serie de
transportadores de electrones, los
electrones de alta energía transportados
por el NADH de la glucólisis y por el
NADH y el FADH2 del ciclo de Krebs
van "cuesta abajo" hasta el oxígeno.
En tres puntos de su pasaje a lo
largo de toda la cadena de transporte de
electrones, se desprenden grandes
cantidades de energía libre que impulsan
el bombeo de protones (iones H+) hacia
el exterior de la matriz mitocondrial.
Esto crea un gradiente electroquímico a
través de la membrana interna de la
mitocondria. Cuando los protones pasan
a través del complejo de ATP sintetasa,
la energía liberada se utiliza para formar
moléculas de ATP a partir de ADP y
fosfato inorgánico.

93. En esta representación de la
cadena respiratoria, las
moléculas que se indican:
flavina mononucleótido
(FMN), coenzima Q (CoQ) y
los citocromos b, c, a y a3, son
l o s p r i n c i p a l e s
transportadores de electrones
de la cadena

94. Reducción del azul de metileno
N
(H3C)2N N(CH3)2
AZUL DE METILENO
(ESTADO OXIDADO)
(COLOR AZUL)
2H
Reductasa
NH
(H3C)2N N(CH3)2
S
LEUCO-AZUL DE METILENO
(ESTADO REDUCIDO)
(INCOLORO)
Reductasa
NADH +H+ NAD+

95. Reducción de Nitratos
B
A
Nitrato (NO3-)
⇓
Nitrito (NO2-)
⇓
Oxido nítrico (NO)
⇓
Oxido nitroso (N2O)
⇓
Nitrógeno (N2)
NH2
SO3H NH2
+ + HNO2
N
N
SO3H
NH2
+ 2H2O
Acido Sulfanilico
Alfa-naftilamina
p-sulfobenceno-azo-alfa-naftilamina

96. Oxidasa
N
CH3H3C
NH2
Dimetil-p-fenildiamina
OH
Alf a-naf tol
+
N
H3C CH3
N
O
Azul de indof enol
+2H2OO2

97. Catalasa
El mecanismo completo de la catalasa no se conoce, aun así la
reacción química se produce en dos etapas:
H2O2 + Fe(III)-E → H2O + O=Fe(IV)-E
H2O2 + O=Fe(IV)-E → H2O + Fe(III)-E + O2

98. FOTOSÍNTESIS:
La fotofosforilación es la forma por la que los
organismos fotosintéticos capturan la energía de la luz solar
mediante pigmentos fotosinteticos y la utilizan para sintetizar
ATP. Este mecanismo se realiza en los cloroplastos
(EUCARIOTES) gracias a una oxidación de agua a oxígeno
utilizando el NADP como aceptor electrónico fundamental.
La fotosíntesis oxigénica resulta ser el principal
mecanismo biológico para la reducción de CO2 en nuestro
planeta.
Podemos resumir dicho proceso en la siguiente ecuación:
6CO2 + 12H2O + ENERGIA RADIANTE (CH2O)6 +
6O2 + 6H2O

99. LA FOTOSÍNTESIS PROCEDE EN DOS ETAPAS:
Una etapa es mediada por reacciones dependientes de luz (fase
luminosa) mientras que la otra es dirigida por reacciones no-
dependientes de luz (fase obscura).
Las reacciones dependientes de
luz son las que permiten la conversión
de energía radiante a energía química
(ej. ATP) y en adición aportan los
electrones (en forma del coenzima
reducido NADPH), para la reducción de
CO2 a materia orgánica.
El donador de electrones en
estas reacciones es el agua, liberándose
oxígeno como un producto de dichas
reacciones.

100. Las reacciones no-dependientes de luz son las que promueven la
reducción de CO2 a materia orgánica a expensas del ATP y el NADPH
generados en las reacciones dependientes de luz.
Existen varios trayectos
metábolicos para lograr la
reducción biológica del
bióxido de carbono, no
obstante, el principal de estos
trayectos en organismos
fototróficos es el llamado
CICLO DE CALVIN.

101. Fase luminosa Fase obscura