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METABOLISMO
MICROBIANO
No puede haber vida sin una fuente de energía.
María Cecilia Arango Jaramillo
FASES DEL METABOLISMO:
• ANABOLISMO : Formación o síntesis
de compuestos químicos
• CATABOLISMO : Degradación o
descomposición de compuestos
TRANSPORTADORES DE
ENERGÍA
COMPUESTOS RICOS EN ENERGÍA :
• Compuestos ricos en energía :
 Adenosina trifosfato ( ATP )
 Guanosina trifosfato ( GTP )
 Acetil fosfato
 Ácido 1,3-difosfoglicérido
 Ácido fosfoenolpirúvico ( PEP )
El ATP actúa como transportador de energía o
como intermediario entre aquellas reacciones que
proporcionan energía y las que la consumen.
Glucosa Energía  ATP


CO2 + H2 O
ADP + P
 Energía  Lípido


ADP + P
Ácido Graso
+ Glicerol
UTILIZACIÓN DE LA
ENERGÍA POR LOS
MICROORGANISMOS
La célula microbiana utiliza la energía para:
• El movimiento.
• La producción de calor.
• La electricidad.
• Biolumniscencia.
La célula microbiana utiliza la energía química para :
• Transportar sustancias hacia
la célula microbiana y
organizarlas en su interior.
 Sacar las sustancias de
desecho de la célula
microbiana o para realizar la
secreción
• Sintetizar grandes
moléculas a partir
de otras más
pequeñas.
• El trabajo mecánico de
las célula microbianas.
Transporte de Nutrientes.
•
•
•
•
Difusión simple o pasiva
Difusión facilitada
Traslocación en grupo
Transporte activo
OBTENCIÓN DE LA
ENERGÍA CELULAR
La célula microbiana obtiene su
energía de dos maneras :
• Degradando compuestos y
liberando su energía
• Almacenando la energía
lumínica del sol mediante el
proceso de fotosíntesis.
Los procesos por los cuales los
microorganismos obtienen su energía
son:
• FOTOSÍNTESIS
• QUIMIOSÍNTESIS
• RESPIRACIÓN
– Aeróbica
– Anaeróbica
– Fermentación
FOTOSÍNTESIS
Naturaleza
de la luz
FOTOSÍNTESIS
CO2 + 2 H2O
En presencia de
luz y clorofila
(CH2O )x + O2 + H2O
Carbohidrato
La fotosíntesis es el proceso que convierte la
energía lumínica en energía química
Estructura del cloroplasto y de las membranas
fotosintéticas.
• Los organismos
fotosintéticos procariotes y
eucariotes poseen sacos
aplanados o vesículas
llamadas tilacoides, que
contienen los pigmentos
fotosintéticos
• Pero solamente los
cloroplastos de los
eucariotes están rodeados
por una doble membrana.
• Excitación de la
molécula de clorofila
FASES
DE LA
FOTOSÍNTESIS
• Fase lumínica
Clorofila
12 H2O
18 ATP+ 12 NADPH2 + 6 O2
ADP NADP
Productos de la fase lumínica y reacciones de
la fase oscura
6CO2 + 18 ATP + 12 NADPH2
 Enzima
C6H12O6—P+ 18 ADP + 17 P inorgánico + 12 NADP
Hexosa
Ciclo de Calvin o del C3
CO2
Ribulosa 1,5
difosfato
Ribulosa 1
fosfato
H2O
Compuesto
inestable
Fructosa
6-fosfato
H2O
Acido
3-difosfoglicérico
3-fosfo
gliceraldehído
ATP
NADPH2
ADP +NADP
Acido
1,3-difosfoglicérico
GLUCOSA
Pi
• Fotosíntesis: reacciones de luz y oscuridad
•• Por
del ciclode
delCO
carbono,
todas las
La medio
conversión
2 en compuestos
célula
microbianas,
orgánicos
requiereautótrofas
energía. o no, pueden
utilizar el bióxido de carbono.
NO FOTOSINTÉTICOS
• Obtienen energía para
sintetizar compuestos
orgánicos del
desdoblamiento de otros
compuestos orgánicos
preexistentes.
• No hay ganancia en la
cantidad total de
compuestos orgánicos.
• Transforman biomasa.
FOTOSINTÉTICOS
• Forman compuestos
orgánicos durante la
fotosíntesis
• Utilizan
energía
procedente de la luz
• Aumentan la cantidad
total de compuestos
orgánicos. Sintetizan
biomasa.
QUIMIOSÍNTESIS
LAS BACTERIAS QUIMIOSINTÉTICAS:
• No necesitan nutrientes orgánicos porque
utilizan bióxido de carbono para producir
sus nutrientes
• Obtienen la energía de la oxidación de
compuestos inorgánicos como hidrógeno
molecular, amoníaco, nitrito, tiosulfato, etc.
Los electrones resultantes entran en la
cadena respiratoria con producción de
ATP.
RESPIRACIÓN:
DESASIMILACIÓN DE
COMPUESTOS ORGÁNICOS
Y LIBERACIÓN DE ENERGÍA
RESPIRACIÓN: Proceso por el cual la célula
microbiana libera la energía almacenada en
los alimentos.
• Respiración aerobia.
• Fermentación
• Respiración anaerobia.
RESPIRACIÓN AERÓBIA
C6H12O6 + 6 O2
 Enzimas
6CO2 +6 H2O+Energía (38 ATP)
G = -686 Kcal
http://www.umb.edu.co/umb/cursos/Bioquimica/Modulo3/mod3a.htm
Rata de producción de energía por combustión
y por respiración celular
COMBUSTIÓN
RESPIRACIÓN
E
E
E
E
C
C
CCC
GLUCOSA
C
CC
C
CCC
CC
C
CC
C
C
E
CC
C
C
C
E
La glucólisis, ruta
metabólica común a
todos los organismos
A partir la glicólisis pueden darse la
respiración aerobia o la anaerobia.
Ciclo de
Krebs
o
Ciclo del
ácido
tricarboxílico
(ATC)
El conjunto de reacciones del ciclo ATC se puede
resumir en la siguiente forma:
Acetil-CoA + 3H2O + 3NAD+ + FAD+ + ADP + Pi

2CO2 + CoA + 3NADH2 + FADH2 + ATP
• Una molécula de glucosa da lugar a dos de acetilCoA, que pueden entrar en este ciclo
• El total será el doble del indicado en esta reacción
• Fosforilación oxidativa: formación directa de
ATP a partir de ADP y Pi
• La ATPasa utiliza el potencial eléctrico que se
crea por la diferencia entre la concentración de
protones (H+) entre el lado externo y el lado
interno de la membrana interna de la mitocondria:
una verdadera pila voltáica biológica
Sustancia oxidada
Sustancia reducida
CADENA DE TRANSPORTE
ELECTRÓNICO :
Secuencia de reacciones de
oxidación-reducción para la
generación de ATP.
NAD+
NADH2
ATP
ADP + P
Flavoproteína
FMNH2
FADH2
FAD
CoQ
Coenzima Q
• La cadena se acopla al ciclo de
Krebs para convertir la energía
liberada en él,
en ATP-->
fosforilación oxidativa.
• Capta electrones a partir de
compuestos reducidos y los
transfire al aceptor final, el
oxígeno, con la consiguiente
formación de agua.
FMN
CoQH2
H+
Fe+3
Citocromo
b-
Fe+2
ADP + P
ATP
Fe+3
Citocromo c1Fe+2
Fe+3
Citocromo c-
Fe+2
Fe+3
Citocromo a-/a3
Fe+2
ATP
ADP + P
H2O
O2
Figura 45. Cadena de transporte electrónico
• Rendimiento
total en ATP
por molécula
de glucosa
El rendimiento total en ATP por respiración
aeróbica a partir de una molécula de
glucosa
• La oxidación completa de la glucosa, vía
glucólisis, ciclo ATC y cadena respiratoria, se
resume en la reacción siguiente:
C6H12O6 + 6O2

6CO2 + 6H2O + 38 ATP (= 686 Kcal)
FERMENTACIÓN O
RESPIRACIÓN ANAEROBIA
GLUCOSA
 Glucólisis
2C3H4O3 (ácido pirúvico) +
4H

2C2H5OH
Alcohol etílico
+
2CO2
Dióxido de carbono
+2 ATP
Energía
• En ausencia de oxígeno, para actuar como aceptor
final, el ácido pirúvico sirve a sí mismo como aceptor.
COOH
COOH
2 C O + 2 NADH + 2
H+
2 H C CH +2NAD+
3
CH3
CH3
Ácido
pirúvico
Ácido láctico
Cuando el aceptor de electrones es un ácido
orgánico se le llama fermentación, cuando el
aceptor es una sustancia inorgánica como NO2,
NO3, SO4, CO3 y fumarato
Diferentes rutas de fermentación
GLUCOSA
Ácido succínico
Ácido pirúvico
Ácido acético
+ Ácido fórmico
Acetona
Ácido acético
Acetil CoA
Alcohol etílico
Ácido acético
Ácido fórmico
CO2
H2
Catabolismo de los lípidos
Ácido graso
Glicerina
Ácido graso
Glicerina
3 Ácidos grasos
Ácido graso
Lípido
Glicerina
Glicerina quinasa
ADP
+
-------
+
ATP
Mg+2
Glicerina3 fosfato
NAD

+
Glicerina
-3 fosfato
Glicerina
fosfato
deshidro
genasa
-------------
NADH2
+
Fosfato de
dihidro
acetona
compuestos de esta reacción entran a la vía glucolítica.
TodosTodos
losloscompuestos
de esta reacción entran
a la vía glucolítica.
Oxidación de los ácidos grasos
CATABOLISMO DE PROTEÍNAS
Las proteínas son demasiado grandes para
atravesar las membranas
Los microorganismos excretan proteasas que
hidrolizan las proteínas exógenas a péptidos.
Proteasas
Peptidasas
Proteínas----- Péptidos------- Aminoácidos
• Los esqueletos carbonados de los aminoácidos
entran en el ciclo atc para sufrir una mayor oxidación
vía acetil coa, ácido cetoglutárico, ácido succínico,
ácido fumárico o ácido oxaloacético
Almidón
Glucosa
6C
Azúcares
complejos
Glicerol
3C
RUTAS DE
OTROS
COMPUESTOS
EN LA
RESPIRACIÓN
AERÓBICA
Gliceraldehído 3
P
3C
Aminoácidos
3C
Ácido Láctico
3C
Ácido pirúvico
3C
Ácidos
Grasos
Aminoácidos
2C
Otros
aminoácidos de
más de
3C
Acetil CoA
2C
Ciclo
de los ácidos
tricarboxílicos
Alcohol
2C