Metabolismo Bacteriano Conceptos NUTRICIN BACTERIANA METABOLISMO BIOSNTESIS NUTRIENTES
Metabolismo Bacteriano Conceptos
NUTRICIÓN BACTERIANA METABOLISMO BIOSÍNTESIS NUTRIENTES ENERGÍA
Nutrientes Agua n CO 2 n n n Macronutrientes n n Como fuente de carbono para reducirlo (f. a) u oxidarlo (q. a. l. ) Como aceptor de electrones (metanogénicas) Reacciones de carboxilación C, H, O, N, P, S, K, Mg (reacciones enzimáticas) Micronutrientes o elementos traza n Co, Cu, Zn, Mo
Requerimientos nutritivos üMacronutrientes: Carbono, Nitrógeno, Fósforo, Azufre, Potasio, Magnesio, Hierro, Agua üMicronutrientes: Cobalto, Zinc, Cobre, Manganeso üFactores de crecimiento: Aminoácidos, Vitaminas y Bases nitrogenadas
Metabolismo bacteriano Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que tiene lugar en la célula. Tres funciones específicas: - obtenergía química del entorno, almacenarla, para utilizar luego en diferentes funciones celulares, - convertir los nutrientes exógenos en unidades precursoras de los componentes macromoleculares de la célula bacteriana, - formar y degradar moléculas necesarias para funciones celulares específicas, como por ejemplo, movilidad y captación de nutrientes.
Metabolismo bacteriano Secuencias de reacciones catalizadas enzimáticamente, y se divide en anabolismo y catabolismo. Anabolismo: proceso por el cual la célula bacteriana sintetiza sus propios componentes, también se denomina biosíntesis. Catabolismo: conjunto de reacciones degradativas de los nutrientes para obtenergía o para convertirlos en unidades precursoras de biosíntesis.
GRUPOS NUTRICIONALES Grupo nutricional Fuente de carbono Fuente de energía Fotoautótrofos CO 2 Luz Fotoheterótrofos Compuesto orgánico Luz Quimioautótrofos CO 2 Sales inorgánicas Quimioheterótrofos Compuesto orgánico
Metabolismo bacteriano n La energía es obtenida de reacciones de oxido-reducción n Transferencia de electrones o de átomos enteros de hidrógeno, por lo que se conocen también con el nombre de reacciones de deshidrogenación.
TIPOS DE REACCIONES METABÓLICAS üReacciones energéticas üReacciones de biosíntesis üReacciones de polimerización üReacciones de ensamblaje
REACCIONES ENERGÉTICAS: FASES ü Digestión extracelular ü Paso a través de la envuelta: § Difusión simple § Difusión facilitada § Transporte activo ü Degradación y obtención de energía
Transporte de Nutrientes. Difusión simple o pasiva n Difusión facilitada n Traslocación en grupo n Transporte activo n
Difusión simple Difusión facilitada Transporte pasivo Transporte activo
REACCIONES ENERGÉTICAS: ü Vía glucolítica de Embder Meyerhof ü Vía pentosa fosfato ü Ciclo de Krebs ü Vía de Entner Doudoroff
REACCIONES ENERGÉTICAS ü Fermentación: § Aceptor final de e- compuesto orgánico § 1 glucosa/2 ATP ü Respiración: § Aceptor final de e- compuesto inorgánico § 1 glucosa/38 ATP
Tipo de bacteria Aerobia estricta Anaerobia estricta Producción Catalasa Aerobio Anaerobio SOD Crecimiento Vía metabólica + - + Respiración - + - Fermentación Facultativo + + + Respiración/ Fermentación Indiferente/ Aerotolerante + + + Fermentación Microaerófilo (+) + (+) Fermentación
n En algunas bacterias, al final de la cadena de transporte electrónico, puede existir un aceptor diferente del oxígeno (respiración anaerobia). Los aceptores y sus respectivos productos reducidos (A à AH 2) son: n n n NO 3 -- à N 2 SO 42 - à SH 2 fumarato à succinato CO 2 à CH 4 Fe 3+ à Fe 2+ Con estos aceptores se obtiene menos energía que con el oxígeno, porque la pareja O 2/H 2 O es más oxidante que las otras.
REACCIONES DE BIOSÍNTESIS ü Formación de elementos estructurales: § Ácidos grasos § Azúcares § Aminoácidos § Nucleótidos
REACCIONES DE POLIMERIZACIÓN Y ENSAMBLAJE ü Formación de macromoléculas: ADN, ARN, proteínas, peptidoglicano, fosfolípidos, LPS. . . ü Formación de las distintas estructuras celulares
REGULACIÓN DEL METABOLISMO ü Regulación de la actividad enzimática ü Regulación de la síntesis enzimática: § Represión § Inducción
Aerobiosis vs anaerobiosis n Aerobios obligados n n Deben vivir en ambientes donde el oxígeno está presente Anaerobios obligados Deben vivir donde no hay oxígeno. n Obtienen su energía por procesos de fermentación. n n Anaerobios facultativos n Pueden vivir con o sin oxígeno
Nutrición Bacteriana Fotoautótrofos: utilizan la energía solar y producen azúcares. Quimoautótrofos: necesitan sólo dióxido de carbono para obtenergía de elementos inorgánicos. Fotoheterótrofos: son únicos y necesitan la luz solar para producir energía, a partir de compuestos orgánicos. Quimoheterótrofos: utilizan moléculas orgánicas para producir su energía necesaria.
Nutrición Bacteriana Desde el punto de vista biosintético: n Litotrofas: que sólo requieren sustancias inorgánicas sencillas (SH 2 S 0, NH 3, NO 2 -, Fe, etc. ) n Organotrofas: requieren compuestos orgánicos (hidratos de carbono, hidrocarburos, lípidos, proteínas, alcoholes. . . ). n Autotrofas: crecen sintetizando sus materiales a partir de sustancias inorgánicas sencillas. El concepto de autotrofía se limita a la capacidad de utilizar una fuente inorgánica de carbono (CO 2). n Heterotrofas: su fuente de carbono es orgánica (si bien otros elementos distintos del C pueden ser captados en forma inorgánica).
Tipos de quimiolitotrofos n La capacidad de obtenergía por fosforilación oxidativa a partir de donadores inorgánicos de electrones sólo se presenta en ciertos grupos de procariotas.
Cada grupo fisiológico de quimiolitotrofos usa un tipo de donador inorgánico: bacterias de hidrógeno (H 2) n bacterias del hierro (Fe 2+) n bacterias del azufre (S 2 -, S 0). n n bacterias nitrificantes, con dos subtipos diferentes: n las oxidadoras de amoniaco (llamadas nitrosas) ny las oxidadoras del nitrito (llamadas nítricas).
n El uso desasimilativo de nitrato se llama desnitrificación, y ocurre por medio de una serie de fases donde el N va cambiando su estado de oxidación: NO 3 -- à NO 2 - (nitrito) à NO (óxido nítrico) à N 2 O (óx. nitroso) à N 2 (dinitrógeno)
n n Sólo las bacterias sulfatorredutoras usan el sulfato como aceptor de electrones Por una ruta especial en la que el sulfato primero tiene que activarse con ATP formando la adenosina-fosfosulfato ( APS). n La mayoría son quimiorganotrofas, pero algunas quimiolitotrofas pueden usar H 2 donador de electrones.
n Las arqueobacterias metanogénicas son los únicos seres vivos capaces de obtenergía acoplando la oxidación del hidrógeno molecular con el uso de CO 2 como aceptor de electrones Actúan en estas condiciones como quimiolitotrofos: 4 H 2 + CO 2 à CH 4 + 2 H 2 O
A partir la glicólisis pueden darse la respiración aerobia o la anaerobia.
Ciclo de Calvin o del C 3 CO 2 Ribulosa 1, 5 difosfato Ribulosa 1 fosfato H 2 O Compuesto inestable H 2 O Fructosa 6 -fosfato Acido 3 -difosfoglicérico 3 -fosfo gliceraldehído ATP NADPH 2 ADP +NADP Acido 1, 3 -difosfoglicérico GLUCOSA Pi
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-Co. A + 3 H 2 O + 3 NAD+ + FAD+ + ADP + Pi 2 CO 2 + Co. A + 3 NADH 2 + FADH 2 + ATP n n Una molécula de glucosa da lugar a dos de acetil. Co. A, que pueden entrar en este ciclo El total será el doble del indicado en esta reacción
n Rendimiento total en ATP por molécula de glucosa
Catabolismo de los lípidos Ácido graso Glicerina Ácido graso Lípido Glicerina 3 Ácidos grasos
Todos los compuestos 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 n Los esqueletos carbonados de los aminoácidos entran en el ciclo ATC para sufrir una mayor oxidación vía acetil Co. A, ácido cetoglutárico, ácido succínico, ácido fumárico o ácido oxaloacético
Almidón Glucosa 6 C Azúcares complejos Glicerol 3 C RUTAS DE OTROS COMPUESTOS EN LA RESPIRACIÓN AERÓBICA Gliceraldehído 3 P 3 C Aminoácidos 3 C Ácido pirúvico 3 C Ácido Láctico 3 C Ácidos Grasos Aminoácidos 2 C Otros aminoácidos de más de 3 C Acetil Co. A 2 C Ciclo de los ácidos tricarboxílicos Alcohol 2 C
BIOSÍNTESIS (Anabolismo)
Intermediarios de bajo peso molecular Ribosa carbamil fosfato Unidades estructurales Mono nucleóticos Macromoléculas (Alto peso molecular) Ácidos Nucléicos Asociaciones supra moleculares Organelas Cetoácidos Fosfopiruvato, Malato Acetato, Malonato Aminoácidos Azúcares sencillos Ácidos grasos, Glicerina Proteínas Poli sacáridos Lípidos Complejos enzimáticos, Ribosomas, Sistemas contráctiles Núcleo, mitocondria, cloroplasto, etc.
RELACIÓN ENTRE LAS TRANSFORMACIONES CATABÓLICAS Y ANABÓLICAS
Lípidos Proteínas Polisacáridos FASE I Hexosas Pentosas Acidos grasos Glicerina Aminoácidos Gliceraldehido 3 -fosfato FASE II Fosfoenolpirúvato Á. Pirúvico Acetil Co. A Acido Cítrico A. Oxaloacético Acido Málico Acido Isocítrico Ciclo de los ácidos tricarboxílicos Acido �- cetoglutárico Acido Fumárico FASE III Succinil Co. A Acido Succínico CO 2
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