Leccin 7 Fundamentos del metabolismo microbiano 1 Concepto

Lección 7: Fundamentos del metabolismo microbiano 1. Concepto de metabolismo. 2. Mecanismos de obtención de energía. 3. Metabolismo quimioorganotrofo. 3. 1 Fermentación. 3. 2 Respiración aerobia. 3. 3 Respiración anaerobia. 4. Metabolismo quimiolitotrofo 5. Fotosíntesis microbiana. Fijación de CO 2 : Ciclo de Calvin Benson.

Metabolismo microbiano Productos de desecho nutrientes Anabolismo (biosíntesis) Componentes celulares E E Movimiento Transporte de solutos Catabolismo (degradación) Fuente de energía Luz Compuestos orgánicos Compuestos inorgánicos

Clasificación de microorganismos atendiendo a la fuente de energía Compuestos químicos Qumiotrofía Compuestos orgánicos Quimioorganotrofos Fototrofía Compuestos inorgánicos Quimiolitotrofos Fototrofos

Clasificación de los microorganismos atendiendo a la fuente de Carbono AUTÓTROFOS Utilizan compuestos inorgánicos (CO 2) HETERÓTROFOS Utilizan compuestos orgánicos (glucosa)

Clasificación de microorganismos atendiendo a la fuente de energía y de carbono E QUIMIOORGANOTROFOS QUIMIOLITOTROFOS FOTOTROFOS Litoautótrofos Fotoautótrofos Litoheterótrofos (mixotrofos) Fotoheterótrofos c AUTÓTROFOS HETERÓTROFOS Quimioheterótrofos (Heterótrofos)

Ejemplo de una reacción de oxidación-reducción Media reacción de cesión de un electrón Media reacción de captación de un electrón Formación de agua Dador de electrones Aceptor de electrones Reacción global

Torre de electrones Pares redox ordenados de más reductor a más oxidante Ejemplo de reacciones con Par redox H 2 como dador de e- ∆G 0‘ producido al reaccionar el H 2 con tres aceptores diferentes: 1 fumárico 2 nitrato 3 oxígeno Cuando los e- son donados desde el extremo superior de la torre, pueden ser capturados por aceptores a distintos niveles. Cuanto mayor sea la diferencia de E’ 0 entre el dador y el aceptor de e-, mayor será la energía liberada (∆G 0‘)

Transportador de electrones

Uniones de alta energía

Conservación de la energía en la fermentación y en la respiración Membrana activada Membrana menos activada Fosforilación a nivel de sustrato Fosforilación oxidativa

Metabolismo Quimioorganotrofo Hongos El O 2 R. aerobia Protozoos Procariotas Fuente de energía: Compuestos Orgánicos Aceptor de electrones exógeno = Respiración Aceptor de e. SO 42 - sulfato reductoras NO 3 - desnitrificantes El O 2 R. anaerobia Fe 3+ bacterias del Fe Quimioorganotrofos CO 2 Metanogénicas y homoacetogénicas Aceptor de electrones bacterias endógeno = Fermentación levaduras

Glucolisis FERMENTACIÓN Etapa I: Reacciones Preparatorias Producción de gliceraldehido-3 -P Etapa II: Oxidación Obtención de ATP y pirúvico Etapa III: Reducción Formación de los productos de fermentación

Tipos de Fermentación F. Alcohólica Etanol + CO 2 Saccharomyces cerevisiae Glucosa Pirúvico F. Láctica Ácido láctico Lactobacillus F. Ácido-Mixta Succínico Ácido acético Láctico Etanol Escherichia coli ↓ p. H F. Butanodiólica Butanodiol Etanol Ácido láctico Ácido fórmico Enterobacter F. Acetona-Butanol Acetona Butanol Butírico Isopropanol Clostridium F. Propiónica Ácido propiónico Ácido láctico Propionebacterium

Ciclo del ácido Cítrico RESPIRACIÓN

RESPIRACIÓN AEROBIA Ejemplo de un sistema transportador de electrones que media la transferencia de electrones desde el sustrato al oxígeno

Cadena de transporte de electrones de Paracoccus, similar a la de mitocondrias

ESQUEMA DE LA ATP SINTETASA CITOPLASMA membrana AMBIENTE

RESPIRACIÓN ANAEROBIA

Algunos aceptores de electrones alternativos en la respiración anaerobia

Metabolismo Quimiolitotrofo Fuente de energía: Compuestos inorgánicos Quimiolitotrofos SH 2, S 0 y S 2 O 3 - Bacterias no coloreadas del S NH 3 Bacterias nitrificantes NO 2 - Bacterias nitrificantes Fe 2+ Bacterias del hierro H 2 Bacterias del hidrógeno

Quimiolitotrofía Formación de ATP y poder reductor en bacterias del H 2

Quimiolitotrofía Formación de ATP y poder reductor en bacterias del S

Ciclo de Calvin

Bacterias del hierro: Thiobacillus ferrooxidans

FOTOSÍNTESIS Poder reductor el H 2 O Fuente de energía La luz Fotosíntesis oxigénica Algas Cianobacterias Fototrofos Poder reductor un compuesto reducido Fotosíntesis anoxigénica SH 2, S 0 Bacterias coloreadas del S Verdes del S Rojas del S H 2, Compuestos orgánicos Verdes no del S Rojas no del S

Fotosíntesis anoxigénica

Fotosíntesis oxigénica

Fotosíntesis anoxigénica Clorosoma

β Hidroxi-butirato Cromatóforos Membranas lamelares de bacterias púrpura halófilas

Fotofosforilación cíclica durante la fotosíntesis anoxigénica

Fotofosforilación no cíclica durante la fotosíntesis oxigénica

Microorganismos Fotosintéticos Producción de O 2 Fuente de H Fuente de C Clasificación Algas oxigénica H 2 O CO 2 Fotoautótrofos Cianobacterias oxigénica H 2 O CO 2 Fotoautótrofos Bacterias verdes del S Chlorobiaceae anoxigénica H 2, H 2 S, S 2 O 32 - CO 2, acetato, butirato Principalmente fotoautótrofos Bacterias púrpura del S Chromatiaceae anoxigénica H 2, H 2 S, S 2 O 32 - CO 2, acetato, butirato Principalmente fotoautótrofos Bacterias púrpura no del S anoxigénica H 2, compuestos orgánicos CO 2, compuestos orgánicos Principalmente fotoorganotrofos, pueden ser quimioorganotrofos en oscuridad y sin O 2 Bacterias verdes deslizantes Chloroflexaceae anoxigénica H 2, compuestos orgánicos CO 2, compuestos orgánicos Principalmente fotoorganotrofos, pueden ser quimioorganotrofos en oscuridad y sin O 2 Compuesto s orgánicos Compuestos orgánicos Fotoorganotrofos Heliobacterias

Diversidad metabólica de microorganismos La luz Poder reductor el H 2 O Fotosíntesis oxigénica Poder reductor un compuesto reducido Fotosíntesis anoxigénica Fototrofos Algas Cianobacterias SH 2, S 0 Bacterias coloreadas del S Verdes del S Rojas del S H 2, Compuestos orgánicos Verdes no del S Rojas no del S Fuente de energía Inorgánicos SH 2, S 0 y S 2 O 3 - Bacterias no coloreadas del S Quimiolitotrofos NH Bacterias nitrificantes 3 NO 2 - Bacterias nitrificantes Fe 2+ Bacterias del hierro H 2 Bacterias del hidrógeno El O 2 R. aerobia C. químicos Quimiotrofos Orgánicos Aceptor de electrones exógeno = Respiración Quimioorganotrofos Hongos Protozoos Procariotas Aceptor de e- SO 42 - sulfato reductoras El O 2 R. anaerobia NO 3 - desnitrificantes Fe 3+ CO 2 Metanogénicas y homoacetogénicas Aceptor de electrones bacterias endógeno = Fermentación levaduras

Mecamismos de regulación génica en bacterias

Inducción enzimática utilizando un inductor

represión enzimática utilizando un correpresor