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METABOLISMO MICROBIANO
FUNDACIÓN H.A BARCELÓ
TECNICATURA DE ANÁLISIS CLÍNICOS
MICROBIOLOGÍA 1° CUATRIMESTRE 2015
Lic. Maria Andrea Camilletti
1) Degradación y obtención de Energía (Catabolismo)
2) Biosíntesis (Anabolismo)
Necesarios para
NUTRIENTES
Fuentes de C
CO2
Moléculas orgánicas
Autótrofos

Obtienen el C para la
síntesis de componentes
celulares por reducción
del CO2
E

CO2
Poder
reductor
(CH2O)n
Heterótrofos


Compuesto orgánico se
puede degradar hasta CO2
Estas reacciones involucran
oxidaciones que proveen
energía y poder reductor
(CH2O)n
CO2 +
E
+ Poder
reductor
1) Transporte activo, movimiento, división celular
2) Biosíntesis
Necesaria para
ENERGÍA
Luz
Fuentes
Ruptura de uniones químicas
Fototrofos


Fotosíntesis anoxigénica
Fotosíntesis oxigénica
Quimiotrofos

Reacciones REDOX
a) Puede ser oxidación de un comp.
inorgánico (Quimiolitotrofos)
b) U Orgánico (Quimioorganotrofos)
REPASAMOS
ALGUNOS CONCEPTOS DE
QUÍMICA
Regla de “LOPE REGA”
La Oxidación Pierde Electrones, la Reducción Gana
REDUCCIÓN
Dador
e-
Dador oxidado
Aceptor eOXIDACIÓN
Aceptor
reducido
REACCIONES REDOX
Siempre ocurre de a pares:
Necesito un compuesto que se oxide (pierde e-) y otro compuesto que
gana e- (se reduce).
Se oxida
Ej:
Lactato + NAD+
NADH + H+ + Piruvato
Se reduce
Potencial REDOX y G°
E° o potencial REDOX refleja
la tendencia a captar o perder
e-.
Cuanto mayor es la diferencia
entre
los
compuestos
involucrados en reacción > es
la energía liberada
E° = E° Dador – E° Aceptor
G°: Cambio de energía libre. Es lo que miramos para ver cuanta
energía nos dá un proceso
G° = -n.F. E
G° < 0 Reacción exergónica, libera E
G° > 0 Reacción endergónica, requiere E
FOTÓTROFOS
Fotótrofos: Fotosíntesis Oxigénica

CO2 + 2 H2O  CH2O + O2 + H2O

Procesos ocurren en la membrana de los procariotas.
Ej: Cyanobacterias
Fotosist I y II
b)
b) P700  P700* (oxidada)
+ e-
Fotofosforilación
Cíclica –Fuerza
Protón Motriz –
Síntesis de ATP
c) Estos e- son captados por
NADP+ (se reduce)
c)
Fotofosforilación
no cíclica –
Fuerza protón
Motriz – Síntesis
de ATP
a) Moléculas de clorofila
del fotosistema I (P700)
son excitadas por la luz y
emiten e-
a)
Simultáneamente
d)
Fotofosforilación
Cíclica –Fuerza
Protón Motriz –
Síntesis de ATP
Fotofosforilación
no cíclica –
Fuerza protón
Motriz – Síntesis
de ATP
e)
d) Moléculas de clorofila
del fotosistema II (P680)
también son excitadas
por la luz y emiten e-,
que pasan por una
cadena de transporte y
reducen a P700*, esto
genera una fuerza H+
motriz que dá lugar a la
síntesis de ATP
(fotofosforilación no
cíclica)
e) P680* es un agente
fuertemente oxidante,
toma e- del H2O
generando O2.
Fotosíntesis: Fase luminosa
Complejo
ATP-Sintetasa
12 H2O + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi  6 O2 + 12 NADPH + 12 H+ + 18 ATP
Las bacterias requerirán la generación de PODER REDUCTOR
neto, pues usan CO2 como principal fuente de carbono.
Fotosíntesis: Fase oscura
6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH + 12 H+ +  (CH2O)6 + 6 H2O + 18ADP + 18Pi +12 NADP+
En la fase oscura se requieren de varias moléculas de ATP y de
NADPH para reducir una molécula de CO2
Fotótrofos: Fotosíntesis anoxigénica

No se forma oxígeno en la fotosíntesis realizada por estas
bacterias. Ej: Bacterias púrpuras del azufre
H2S + CO2
S° + CO2
(CH2O)n + S°
(CH2O)n + H2SO4
 Este tipo de bacterias fotosintéticas, carecen del fotosistema II
 Producen ATP sólo por fotofosforilación cíclica
 Usan como dadores de electrones H2, H2S, S°
Fotosíntesis anoxigénica
H2S
S°
Fotosíntesis Oxigénica
CO2
e-
H2O
ADP
e-
CO2
ADP
hv
eATP
ATP
SO42-
hv
(CH2O)n
½ O2
(CH2O)n
QUIMIOTROFOS
Quimiotrofos

Fuente de energía es un dador de e-

Compuesto reducido  compuesto oxidado
Al oxidarse, se convierte en dador de electrones.
A partir del transporte de e-  Obtiene Energía
Puede ser:
Inorgánico  Quimiolitotrofos
Ej: H2  2H+ + 2eFe2+  Fe3+ + 1e-
Orgánico  Quimioorganotrofos
Ej: C6H12O6  CO2 + 24e-
¿Qué hace el microorganismo con la Energía liberada en las
Reacciones REDOX?
Usarla en otras reacciones inmediatas
Transportarla con transportadores de electrones intermediarios
Convertirla en ATP
Transportadores de eNAD+ / NADH
NADP+ / NADPH
En rxnes CATABÓLICAS
Cuando actúan como aceptor
de e-, se reducen:
NADP+  NADPH
En rxnes ANABÓLICAS
Son dadores de e-, se oxidan:
NADH  NAD+
Coenzimas, NO
son consumidas
durante la
reacción, hay
reciclaje de las
mismas
¿Cómo genero ATP?
Fosforilación a nivel del
sustrato:
Ocurre durante la
degradación del sustrato
que es usado como fuente
de energía
Fosforilación oxidativa:
Proceso respiratorio
Fotofosforilación:
Usa luz para generar ATP
Fuerza Protón-Motriz
Fuerza mediante la
cual puedo sintetizar
ATP por medio de un
gradiente de carga y
H+.
•
•
La membrana celular puede existir en un estado “cargado”
energéticamente donde quedan separados H+ y OH- en ambos lados de la
membrana. Esta separación de carga es un forma de energía análogo al
potencial de energía en una batería cargada.
Este estado energizado de la matriz llamado Fuerza protón Motriz es
responsable de las funciones que realiza la cél dependientes de energía
tales como sintetizar ATP.
Metabolismo Quimiolitotrofo
Fuente de energía
(dador de e-)
Compuesto inorgánico
(H2S, H2, NH3)
Flujo de e-
Fuerza motriz
De H+
ATP
CO2
Flujo de
Carbono
NADH
NADPH
Biosíntesis
O2
Respiración Aeróbica
Metabolismo Quimiolitotrofo
En la naturaleza las fuentes que proveen los compuestos inorgánicos son:
 Actividad volcánica (H2S)  Origen geológico
 Agua de mar, sedimentos  Origen biológico
 Hierro  Minería
 Desechos agrícolas, tratamiento de aguas  Actividad humana
Grandes grupos de acuerdo al sustrato:
1.
2.
3.
4.
5.
Bacterias
Bacterias
Bacterias
Bacterias
Bacterias
que oxidan H2
que oxidan compuestos reducidos de S
que oxidan Fe2+
Nitrosificantes (NH3  NO2-)
Nitrificantes (NO2-  NO3- )
Metabolismo Quimioorganotrofo
Compuesto orgánico
Flujo de
Carbono
Flujo de e-
Fuerza motriz
De H+
Aceptores
orgánicos de
e-
ATP
O2
Respiración Aeróbica
NO3SO42S°
Respiración Anaeróbica
CO2
Biosíntesis
Vías catabólicas generadoras de ATP en bacterias quimioorganotrofas
y quimiolitotrofas
Quimioorganotrofas
Quimiolitotrofas
Compuestos
químicos orgánicos
FERMENTACIÓN
Compuestos químicos
inorgánicos reducidos
ATP
RESPIRACIÓN
Compuestos
inorgánicos
Metabolitos
orgánicos
RESPIRACIÓN
ADP
Compuestos
inorgánicos
Vías catabólicas que producen la oxidación de compuestos químicos y
la conservación de la energía en ATP
Respiración
Fermentación

Proceso de óxido-reducción
entre diferentes compuestos
orgánicos derivados del mismo
sustrato fermentable

No requiere O2

Proceso de óxido-reducción en
el que el dador de e- puede ser
un compuesto orgánico o
inorgánico reducido y el
aceptor final de e- es un
compuesto inorgánico:
a)
Si es el aceptor final de e- es
O2 Respiración Aeróbica
a)
Si el aceptor final de e- es otro
comp. inorgánico como nitrato,
sulfato, carbonato o Fe (III) 
Respiración Anaeróbica
Vías catabólicas que producen la oxidación de compuestos químicos y
la conservación de la energía en ATP
Respiración
Fermentación
Formación de piruvato
Ocurre en fermentación y en
respiración
Formación del Piruvato
Glucosa
Piruvato
Proceso anaeróbico
Via Glucolítica
ó de
Embden-MeyerhofParnas
Via del ácido 2-ceto3desoxi-6fosfoglucónico ó de
Entner Doudoroff
Via del Fosfogluconato
ó de
Vía de los fosfatos de
pentosas
Via Glucolítica ó de
Embden-Meyerhof-Parnas (EMP)
Obtención de ATP por
fosforilación a nivel del sustrato
Via del Fosfogluconato ó de
Vía de los fosfatos de pentosas
Via del ácido 2-ceto-3desoxi-6-fosfoglucónico ó de
Entner Doudoroff
Fermentación
Fermentación

Vía metabólica donde los compuestos orgánicos generan piruvato y las
transformaciones posteriores de este compuesto se dan en anaerobiosis

Es poco eficiente para generar ATP (fosforilación a nivel del sustrato)
a) Fermentación alcohólica
b) Fermentación láctica
Ej. Saccharomyces, Zymomonas
Ej. Lactobacillus, Lactococcus,
Streptococcus
Resumiendo…

Las fermentaciones son procesos microbianos en los cuales
ocurren transformaciones de compuestos orgánicos
controladas enzimáticamente

Por medio de la ruptura de la molécula de glucosa
(glucólisis) se pierden e- que pasan al piruvato

El producto resultante de desecho es excretado fuera de
la célula

Estos productos de fermentación pueden ser: etanol,
butanol, ácido láctico, acetona, dióxido de carbono, etc.
Respiración
Respiración
I. Formación del piruvato
II. Ciclo de Krebs
III.Cadena respiratoria
(Fosforilación oxidativa)
Via Glucolítica ó de
Embden-Meyerhof-Parnas (EMP)
Obtención de ATP por
fosforilación a nivel del sustrato
Ciclo de Krebs
Cadena Respiratoria – Fosforilación oxidativa
Cadena respiratoria
Fosforilación oxidativa
Cadena respiratoria

Conjunto de proteínas ancladas en la membrana

Cadena de transporte de e-, siempre es unidireccional

Los componentes pueden ser difusibles (ej: NAD+, NADP+) o
fijos (Flavoproteínas, quinonas, citocromos); y transportan ey H+

Como consecuencia tengo un gradiente: Carga
H+
Fuerza
ProtónMotriz
Síntesis ATP
Fosforilación oxidativa
Formación de ATP asociado a un proceso REDOX
Proceso complejo que permite obtener > Energía
Requiero de:
Dador eEj: Compuesto
orgánico o
inorgánico
reducido
Aceptor eEj: O2 (aerobios)
NO3-; SO3-; SO42- (aerobios)
Cadena de
transporte de e-
RESUMIENDO
CATEGORÍAS NUTRICIONALES DE LOS
MICROORGANISMOS
Fuente de Carbono
Fuente de Energía
Dadores de
electrones o de
átomos de Hidrógeno
AUTÓTROFOS
HETERÓTROFOS
CO2
Nutrientes orgánicos
FOTOTROFOS
QUIMIOTROFOS
Luminosa
Oxidación de
compuestos químicos
orgánicos e
inorgánicos
LITOTROFOS
ORGANOTROFOS
Compuestos
inorgánicos
reducidos
Compuestos
orgánicos reducidos
CONSUMIDORES = HETERÓTROFOS
Respiración
aerobia
M.O +
Respiración
anaerobia
CO2
M.Org + O2
CO2 + H2O
PRODUCTORES = AUTÓTROFOS
Fotosíntesis
oxigénica
CO2
+
SO4 2S 2S°
S 2-
Fotosíntesis
Anoxigénica
NO3 NO2 -; N2O; N2
M.O
+
Fe 3+
Fe 2+
Litoautotrofia
Fermentación
CO2 + H2O
M.Org+ O2
M.O (alta energía)
M.O (baja energía)
SH2; NH3;
CH4; H2
Fe2+
SO42-; NO2-; NO3; CO2; H2O
Fe3+
SH2
S°
S2O32H2
Comp. Org. reducidos
S°
SO42H 2O
Comp. Org. Oxidados
CO2
M.O
CATEGORÍAS NUTRICIONALES DE LAS
BACTERIAS
Categoría
Fuentes de
Energía
Fuentes de
Electrones/
Hidrógeno
Fuente de
Carbono
Bacterias
representativas
Fotolitoautótrofos
Luz
H2O, H2S, S
CO2
Cianobacterias,
Bacterias sulfúreas
púrpuras y verdes
Fotoorganoheterótrofos
Luz
Compuestos
orgánicos
Compuestos
Orgánicos
Bacterias púrpuras
no sulfúreas
Quimiolitioautótrofos
Oxidación
de
compuestos
inorgánicos
Compuestos
Inorgánicos:
H2 ,
S, H2S,
Fe (II), H3N,
NO2-
CO2
Bacterias del
hidrógeno,
Thiobacillus
thiooxidans y
otros. Thiobacillus
ferrooxidans.
Nitrosomonas spp.
Nitrobacter spp.
Quimioorganoheterótrofos
Oxidación
de
compuestos
orgánicos
Compuestos
orgánicos
(glucosa)
Compuestos
orgánicos
Mayoría de
bacterias
quimiotrofas,
incluyendo las
patógenas