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METABOLISMO MICROBIANO TEMARIO Clasificación Metabolismo Quimio-órgano-heterótrofo (QOH). Vías oxidativas de la glucosa. Tipos de metabolismo QOH: respiración aeróbica y anaeróbica, fermentación y oxidación incompleta. Metabolismo Quimio-lito-autótrofo (QLA). Nitrificación. Sulfatación. Oxidación del H2 Metabolismo Foto-lito-autótrofo (FLA). Fotosíntesis oxigénica y anoxigénica. Eficiencia de obtención de energía: a) b) diferencia de potencial entre pares redox. cantidad de reacciones intermedias. CLASIFICACIÓN METABÓLICA QUIMIO ORGANO FOTO LITO HETEROTROFO AUTOTROFO 1) Fuente de energía: (química o luz) 2) Compuesto que se oxida (orgánico o inorgánico) 3) Fuente de C celular (orgánico o inorgánico) QUIMIO-ÓRGANO-HETERÓTROFOS (QOH) Tipos metabólicos QOH a) Respiración aeróbica b) Fermentación c) Respiración anaeróbica d) Oxidación incompleta VIAS OXIDATIVAS DE LA GLUCOSA GLUCÓLISIS ATP Glucosa G6P 2 NADH 2 G3P Producción ATP 2 DPG F6P 2 ATP FDP 2 ATP 2 NADH 2 ATP 2 PG 2 PEP 2 Piruvato VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATO G6P NADPH Fosfogluconato CO2 NADPH Producción Ribulosa5P 2 NADPH Xilulosa 5P Sedoheptulosa7P Xilulosa 5P G3P Eritrosa4P F6P Ribosa5P G3P F6P VÍA ENTNER-DOUDOROFF Glucosa ATP G6P NADPH Fosfogluconato Producción 1 ATP H2O 1 NADH 2 ceto 3 desoxi 6 gluconato 1 NADPH Piruvato G3P NADH ATP Glucólisis ATP Piruvato A) RESPIRACIÓN AERÓBICA Piruvato Glucosa CoA NADH CO2 AcetilCoA 2 NADH OAA NADH 2 ATP Citrato Malato Isocitrato 2 Piruvatos NADH Fumarato CO2 α-cetoglutarato FADH2 Succinato GTP NADH Succinil-CoA CO2 4 H+ 2 H+ 4 H+ E C A D F0 F G B NADH NAD+ FADH2 O2 F1 H2O FAD REFERENCIAS A. NADH deshidrogenasa B. Succinato deshidrogenasa C. Ubiquinona D. Citocromo reductasa E. Citocromo c F. Citocromo oxidasa G. ATP sintasa ADP + Pi ATP Balance energético de la oxidación de un mol de glucosa en condiciones aeróbicas Glucosa 2 Piruvato 2 AcetilCoA 2 Piruvato 2 NADH 2 ATP 2 AcetilCoA 2 NADH Ciclo de Krebs 6 NADH 2 FADH2 2 ATP 10 NADH 2 FADH2 30 ATP 4 ATP CR y fosforilación oxidativa 2 CO2 38 ATP 4 CO2 B) FERMENTACIONES FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA ORGANISMOS: Levaduras: Hongos unicelulares, aeróbicos facultativos. Bacterias: (Zymomonas). PRODUCTOS: Etanol, CO2, 2 ATP VÍAS DE OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA: Glucólisis (levaduras), Entner-Doudoroff (bacterias). SUSTRATOS: azúcares simples. IMPORTANCIA: industria alimenticia (pan, cerveza, vino). Levaduras Glucosa 2 Piruvato Glucólisis Glucosa 2 Piruvatos 2 NAD+ 2 NADH CO2 Bacterias Vía Entner-Doudoroff Glucosa 2 Piruvatos 2 Etanol 2 Acetaldehido FERMENTACIÓN LÁCTICA ORGANISMOS: Lactobacilaceas: Gram +, sin esporas, inmóviles, anaeróbicas o microaerófilas. PRODUCTOS: Homofermentativas: ácido láctico. Heterofermentativas: ac. láctico, CO2,, etanol y acético. VÍAS DE OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA : Glucólisis (homofermentativas). Vía de las PP (heterofermentativas). SUSTRATOS: azúcares simples. IMPORTANCIA: industria alimenticia (lácteos, encurtidos), silos. Glucosa 2 NAD+ Lactato 2 NADH Piruvato Homofermentativa 2 NAD+ 2 NADH 2 ADP 2 ATP Glucosa Ganancia neta 2 NADH 2 NAD+ 2 Piruvato 2 ATP 2 Lactato 2 Lactatos Glucosa ATP ADP G6P 2 NADP+ Fase oxidativa de las PP 2 NADPH CO2 Ganancia neta Ribulosa5P 1 ATP Xilulosa5P Heterofermentativa 2 NADPH G3P Acetil P NADH NAD + NAD + NADH 2 ADP 1 Lactato 1 Etanol Acetaldehido 2 ATP NADH Piruvato NAD NADH Etanol NAD + Lactato + 1 CO2 FERMENTACIÓN PROPIÓNICA ORGANISMOS: Propionibacterias: Gram +, sin esporas y anaeróbicas. PRODUCTOS: Ácido propiónico. VÍA DE OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA: GLUCÓLISIS. SUSTRATOS: Azúcares simples. IMPORTANCIA: metabolismo ruminal. Almidón G1P G6P Succinato Fumarato Succinil CoA MetilmalonilCoA Glucólisis Malato PropionilCoA Piruvato Oxalacetato Propionato FERMENTACIÓN ÁCIDO MIXTA (fórmica) ORGANISMOS: Enterobacterias: Gram -, bacilos flagelados, aeróbicos facultativos, sin esporas, habitan intestino. (Aerobacter) NADH CO2 Acetoina 2 ATP Glucosa Butanodiol Piruvato 2 NADH AcetilCoA Ácido Fórmico NADH ATP H2 CO2 Acetato Etanol FERMENTACIÓN ÁCIDO MIXTA (fórmica) PRODUCTOS: Ac. Acético, Fórmico, Etanol, CO2, H2, Butanodiol (gen. Aerobacter). VÍAS DE OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA: Glucólisis. SUSTRATOS: azúcares simples. IMPORTANCIA: indicadores de contaminación cloacal, enfermedades de plantas (Erwinia) y animales (tifus, gastroenteritis, neumonía, etc.). FERMENTACIÓN BUTIRICA ORGANISMOS: Clostridios: Gram +, esporulados, bacilos, anaeróbicos estrictos, móviles. PRODUCTOS: Varios ácidos (siempre butírico), varios alcoholes (siempre butanol), CO2, H2. VÍAS DE OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA : Glucólisis. SUSTRATOS: azúcares simples y compuestos polimerizados (almidón, proteínas, celulosa). IMPORTANCIA: enfermedades de animales Gangrena gaseosa (carbunclo sintomático y edema maligno) Enterotoxemias (riñon pulposo en ovinos y hepatitis necrótica infecciosa) Enfermedades neurotópicas (tétano y botulismo) Glucosa NADH ATP Piruvato NADH CO2 H2 ATP ADP AcetilCoA Acetato Acetaldehido 2 H+ Acetoacetato Etanol AcetoacetilCoA 2 CO2 H+ 2 H+ 2 H+ ADP Acetona ButirilCoA 2 H+ 2 H+ Isopropanol 2 H+ Butanol ATP Butirato Fermentación ácido mixta Aerobacter C) RESPIRACIÓN ANAERÓBICA VÍAS OXIDATIVAS DE LA GLUCOSA: Glucólisis Vía de las pentosas fosfato Vía Entner-Doudoroff CICLO DE KREBS. CADENA RESPIRATORIA. ACEPTOR DE H+: COMPUESTOS INORGÁNICOS: SO4 = y NO3 – PRODUCTOS: SH2, N2 , N2O. BALANCE ENERGÉTICO: ~ 34 ATP Denitrificación ACEPTOR DE e-: NO2-, NO3MICROORGANISMOS: Anaeróbicos facultativos (Pseudomonas: bacilos Gram -, flagelación polar. Bacillus: bacilos Gram +, con flagelación peritrica, con esporas). PRODUCTOS: N2, y óxidos de nitrógeno (NO, N2O) IMPORTANCIA: pérdidas de N del suelo y del agua. Desulfatación ACEPTOR DE e- : SO4=. MICROORGANISMOS: anaeróbicos estrictos. (Desulfovibrio: vibrio. Desulfotomaculum: bacilo Gram + esporulado, flagelado). PRODUCTO: H2S IMPORTANCIA: pérdidas de S del suelo y del agua. D) OXIDACIONES INCOMPLETAS: Organismos con respiración aeróbica completa Exceso de alimento metabolismo de superávit ácidos orgánicos PRODUCTOS: ÁCIDOS ORGÁNICOS (Ciclo de Krebs) y CO2 BALANCE ENERGÉTICO: DEPENDE DEL PRODUCTO. OXIDACIONES INCOMPLETAS QUIMIO-LITO-AUTÓTROFOS (oxidaciones inorgánicas) CADENA RESPIRATORIA. CARBONO CELULAR: FIJA CO2 (ciclo de Calvin). Nitrificación Proceso Aeróbico Nitrosomonas NH4+ + O2 NO2- + H2O O2 NO3- + H2O Nitrobacter NO2- + SH2 So S2O3 SO4-2 (Tiobacterias) Sulfatación SH2 + O2 SO4-2 + H2O SH2 + NO3- SO4-2 + N2 Aeróbico o anaeróbico Oxidación del H2 H2 H2 + + O2 CO2 H2 O CH4 Hidrogenomonas Metanomonas Aeróbico o anaeróbico FOTO-LITO-AUTÓTROFOS • FOTOSÍNTESIS CÍCLICA O ANOXIGÉNICA SISTEMA: I (cíclico). PODER REDUCTOR: SH2 S0 S2O3. BACTERIAS FOTÓTROFAS (Gram negativas, anaeróbicas, flagelación polar). • Tiorrodaceas o púrpuras del S (carotenos). • Clorobiaceas o verdes del S (bacterioclorofila). 2 H+ H+ Citosol 4 H+ Membrana plasmática 2 H+ 4 H+ Espacio periplasmático Citocromo Centro de reacción P870 ATP sintasa Citocromo bc1 • FOTOSÍNTESIS ACÍCLICA U OXIGÉNICA SISTEMA: II (no ciclico). PODER REDUCTOR: H2O (fotólisis del agua). Cianobacterias: clorofila y ficocianina. Algas: clorofila y carotenos. CARBONO CELULAR: FIJA CO2 (Ciclo de Calvin). 2 H+ Plastoquinona H+ Estroma Membrana tilacoide 2 H+ 2 H+ Plastocianina Lumen Clorofila P680 Fotosistema II o P680 Clorofila P700 Citocromo bf Fotosistema I o P700 ATP sintasa