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METABOLISMO
Son todos los procesos
químicos que tienen lugar
dentro de una célula
Microbiología 2016- UNSL
Brock, Biología de los microorganismos. 12ª. Edición, Prentice-Hall.
Tortora G.J., Funke B.R. , Case C.L. Introducción a la Microbiología. 9a
ed. Editorial Médica Panamericana S.A.
Metabolismo celular
Porque estudiar metabolismo??
Para el desarrollo
microorganismos
de
medios
de
cultivo
para
Para obtención de procedimientos útiles que impidan el
crecimiento de microorganismos indeseables
Para identificación de microorganismos mediante pruebas
metabólicas
En microbiología médica (enfermedades infecciosas)
En microbiología industrial: producción de compuestos
útiles
Para entender la bioquímica del crecimiento microbiano
CATABOLISMO
Conjunto de reacciones bioquímicas que
conducen a la producción de ENERGIA, PODER
REDUCTOR y PRECURSORES para la
biosíntesis.
ANABOLISMO
Suma total de todas las reacciones biosintéticas
de la célula.
Catabolismo y anabolismo: papel de la obtención de
energía en vincular estos procesos
La energía se requiere para:
Biosíntesis (anabolismo)
Transporte activo
Translocación de proteínas a través de la
membrana citoplásmica
Movimiento flagelar
Bioluminiscencia
Conservación de energía intracelular
Principalmente por síntesis de ATP
¿Cómo se obtiene el ATP?
Fosforilación a nivel de sustrato
Fosforilación oxidativa
Fotofosforilación
Diferencias entre fosforilación a nivel de sustrato y
fosforilación oxidativa
La generación de ATP es consecuencia
de la transferencia de un P de alta energía
desde un compuesto fosforilado hacia el ADP
La generación de ATP esta asociada a la fuerza motriz de
protones y se transfieren electrones desde compuestos
orgánicos hacia NAD+ o FAD+ y luego a través de
transportadores de electrones hasta el O2 u otras
moléculas orgánicas o inorgánicas
CATABOLISMO
Rutas para la obtención de energía, poder
reductor y precursores metabólicos:
- Fermentación
- Respiración
- Fotosíntesis
FERMENTACIÓN
Son vías catabólicas en las que un compuesto
orgánico actúa sucesivamente como donador y
aceptor de electrones.
Es un proceso ANAEROBIO.
FOSFORILACIÓN
A NIVEL DE SUSTRATO
La energía se obtiene únicamente por
Esquema de la Fermentación
Glucólisis
REACCIONES ENDERGÓNICAS
DE GLUCÓLISIS
glucosa
ATP
ADP
invierte 2 ATP
Hexoquinasa
P
glucosa–6–fosfato
Isomerasa
P
fructosa–6–fosfato
ATP
Fosfofrutoquinasa
ADP
P
fructosa–1,6–difosfato
P
DiHidroxiAcetona P
Glucólisis
REACCIONES EXERGÓNICAS
Aldolasa
P
P
PGAL
PGAL
NAD+
Gliceraldehido 3P
NAD+
NADH
Pi
NADH
Pi
P
P
P
P
1,3–difosfoglicerato
1,3–difosfoglicerato
fosforilización a
nivel de sustrato
ADP
ADP
ATP
ATP
Gliceraldehido 3P
deshidrogenasa
P
P
3–fosfoglicerato
3–fosfoglicerato
fosfogliceroquinasa
produce 2 ATP
Glicólisis
P
P
2–fosfoglicerato
2–fosfoglicerato
H2O
P
H2O
Enolasa
P
PEP
PEP
ADP
ADP
ATP
ATP
fosforilización a
nivel de sustrato
produce 2 ATP
Piruvato quinasa
piruvato
piruvato
Fermentaciones:
- regeneración de NAD+ y
- productos de fermentación
PRINCIPALES VÍAS DE FERMENTACIÓN
Fermentación
propiónica
Propionibacterium
Hidrogenolasa
fórmica
Fermentación
ácido mixta
Escherichia coli
Fermentación
alcohólica
Levaduras
Fermentación
láctica
Lactobacilos
Fermentación
Láctica
Alcohólica
Ácida mixta
Butilenglicólica
Acetono-butírica
Fermentación
acetoínica
Enterobacter
Fermentación
butírica
Clostridium
Productos principales
Láctico
Etanol, CO2
Etanol, succínico, H2 CO2,
acético, fórmico, láctico,
Butilenglicol, CO2
Acético, acetona,
butírico, butanol, CO2, H2
glucólisis
C6H12O6
2
ATP
inversión
4
2 ADP
2 NAD+
2
ATP
NADH
2 piruvato
cosecha
2 ATP net
forma etanol
2 H2O
2 CO2
2 acetaldehídos
Fermentación
Alcohólica
electrones,
hidrógeno forma
NADH
2 etanol
Bacterias propiónicas
Bacterias
lácticas
Bacterias
lácticas
RESPIRACIÓN
Proceso de oxidación de sustratos usando
un aceptor final de electrones exógeno
Aeróbica
Anaeróbica
Proceso por el cual
se oxida un
compuesto usando
O2 como aceptor
final de electrones
Cuando el aceptor
final de electrones
es diferente del O2
(NO3-, SO4=, CO3=
fumarato, etc.)
Fosforilación oxidativa. Respiraciones
Respiración: obtención de energía por oxidación de sustratos reducidos
(DH2), en la que los coenzimas reducidos (ej.: NADH) transfieren los ee a
un aceptor final a través de una c.t.e.
gradiente H+
ATP
La obtención de energía ligada a las respiraciones se llama fosforilación
oxidativa
Respiraciones según el tipo de donador y de
aceptor de electrones
Según el tipo de donante de ee:
En los quimiolitotrofos el donante es una
sustancia inorgánica
En los quimiorganotrofos respiradores el
donante es una sustancia orgánica
Según el aceptor final de electrones:
Si es O2: respiración aerobia
Si es distinto del O2: respiración anaerobia
Ciclo de Krebs
Rica en energía
Ciclo de Krebs o del ácido cítrico: el acido pirúvico se reduce totalmente a
CO2 mediante reacciones de hidratación, decarboxilación y oxidación
Respiración aerobia: Cadena de
transporte de electrones
NADH deshidrogenasas:
aceptan H
Flavoproteínas (con FMN o
FAD): aceptan H, ceden ee.
FeS-proteínas no hémicas:
solo transportan ee.
Quinonas (ubiquinona,
menaquinona): aceptan H,
ceden ee.
Citocromos: aceptan y ceden
ee.
Tomado de Tórtora, 2007
Funcionamiento
de la c.t.e.
de Paracoccus
La ATPasa
Porción transmembrana F0 {a, b2, c12} :
La subunidad “a” canaliza los H+
Las dos “b” salen hacia el citoplasma,
interaccionando con la porción F1
Las 12 subunidades “c” forman un cilindro que
puede rotar en ambos sentidos
Porción citoplásmica F1 {α3, β2, γ, δ, ε}:
Fuerza protón motriz y
ATP sintetasa
Unos 3-4 protones
pasan a través de “a”
de F0, y pone en
marcha la síntesis
rotacional del ATP:
La entrada de los H+
rotación del cilindro de
c12
torsión se comunica
a F1 a través de γ, ε
cambio
conformacional en
subunidades b
se
une ADP+P
ATP
El papel de b2 δ es de
estator (inmovilizador),
impidendo que αβ giren
con εɤ
Las bacterias anaerobias fermentadoras
usan ATPasa
Pero la usan en sentido inverso, como
ATP-hidrolasa
Aunque su ATP lo obtienen por
fosforilación a nivel de sustrato, necesitan
generar gradientes de H+ para el
transporte activo y el flagelo
Lo que hacen es convertir parte del ATP
en gradiente de H+
La fuerza protón motriz hace
posible los siguientes
trabajos en bacterias:
* movimiento flagelar
* transporte de iones a través
de la membrana
RESPIRACION: integración entre vía glicolítica, ciclo de
Krebs y transporte de electrones
Principales vías que convergen en el ciclo de
Krebs
El ciclo de Krebs constituye la segunda etapa del
catabolismo de carbohidratos. La glucólisis rompe la
glucosa (6 carbonos) generando dos moléculas de
piruvato (3 carbonos).
El ciclo de Krebs siempre es seguido por la
fosforilación oxidativa.
Este proceso extrae la energía en forma de electrones
de alto potencial de las moléculas de NADH y FADH2,
regenerando NAD+ and FAD, gracias a lo cual el ciclo
de Krebs puede continuar.
Los electrones son transferidos a moléculas de O2,
rindiendo H2O.
Pero esta transferencia se realiza a través de una
cadena transportadora de electrones capaz de
aprovechar la energía potencial de los electrones
para bombear protones.
De este modo el ciclo de Krebs no utiliza
directamente O2, pero lo requiere al estar acoplado a
la fosforilación oxidativa.
Por cada molécula de glucosa la energía obtenida
mediante el metabolismo oxidativo, es decir,
glucolisis seguida del ciclo de Krebs, equivale a unas
38 moléculas de ATP.
Respiración Anaeróbica
- Los aceptores finales de electrones son diferentes del
oxígeno:
- NO3- Fe+++
- SO4=
- CO3=
- Fumarato
- Se libera menos energía cuando se usan estos aceptores de
electrones
- La fuerza electromotriz de protones también se realiza
FOTOSÍNTESIS
Es la conversión de la energía lumínica en
energía química
Los microorganismos que realizan fotosíntesis
se llaman FOTOTROFOS
Producción de energía y poder reductor
Plantas verdes
Algas
Cianobacterias
Bacterias
fotótrofas
PIGMENTOS FOTOSENSIBLES
Su presencia es necesaria para que se realice
la fotosíntesis
Clorofila, Bacterioclorofila
Carotenoides
Ficobilinas
Clorofila a
Fotótrofos
oxigénicos
Bacterioclorofila a
Fotótrofos
anoxigénicos
PIGMENTOS FOTOSENSIBLES
CIANOBACTERIAS
BACTERIAS ROJAS
Y VERDES
CIANOBACTERIAS
Ficobiliproteínas
βcaroteno
Aumentan la eficacia fotosintética y función protectora (luz perjudicial y sust toxicas del O2
Centros
antena (claros)
y
Centros reactivos
(oscuros)
Cianobacterias
Bacterias púrpuras
Nostoc
tilacoides
Invaginación de la MP:
Lamelas
Bacterias fotosintéticas
Cromatóforos
Membranas
fotosinteticas
vesiculares
Clorosoma: sistemas
antena gigantes
Bacterias verdes
Ficobilinas y ficobilisomas
Fotosíntesis
Oxigénica
acíclica
Ph: feofitina (sin Mg2+)
PC: plastocianina (Cu+)
Cianobacterias
Esquema Z tumbada
Bacterias
rojas
Bacterias
verdes
Poder
reductor
Fotosíntesis
anoxigénica
cíclica
Autotrofia
Es el proceso mediante el cual el CO2 se asimila
como fuente de carbono. Puede utilizar tres vías,
pero la más común es la del Ciclo de Calvin.
Son necesarios: NAD(P)H, ATP y dos enzimas
específicas: Ribulosa difosfatocarboxilasa
(RubisCO) y una fosfoquinasa
RubisCO está presente en bacterias púrpuras,
cianobacterias, algas, plantas verdes,
quimiolitótrofos del dominio Bacteria, y en arqueas
como las halófilas e hipertermófilas
Ciclo de Calvin o del C3
Fosforibulo
quinasa
CO2
H2O
Ribulosa 1,5
difosfato
Ribulosa 1
fosfato
RubisCO
Compuesto
inestable
Fructosa
6-fosfato
H2O
Acido
3-difosfoglicérico
3-fosfo
gliceraldehído
ATP
NADPH2
ADP +NADP
Acido
1,3-difosfoglicérico
GLUCOSA
GLUCOSA
Pi
ANABOLISMO
Reacciones de BIOSINTESIS
- Fijación de CO2 - Ciclo de Calvin
- Derivaciones del TCA
- Glucólisis invertida
- Síntesis de peptidoglicano
Fijación de CO2 (2): Bacterias fotótrofas verdes
Inversa del ciclo de Krebs
CICLO DE KREBS Y BIOSINTESIS:
-alfa-cetoglutarato y oxalacetato, precursores de
aminoácidos
-succinilcoenzima A, contribuye a formar el anillo
porfirínico (que contiene Fe) de los citocromos, la
clorofila y otros compuestos tetrapirrólicos
-oxalacetato, puede convertirse en fosfoenolpiruvato,
un precursor de glucosa.
-acetilCoA, es material necesario para la biosíntesis de
ácidos grasos
Muchas gracias!!