actividad 3 mapa conceptual unidad 2

5/20/2018 Actividad 3 Mapa Conceptual Unidad 2

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Tema 4.- Principios generales demetabolismo, respiracin y

fermentacinMicrobiologa GeneralCurso 2008-2009


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Principios generales de metabolismo, respiracin

y fermentacin Esquema general de metabolismo. Catabolismo y anabolismo. Metabolismo primario y secundario. Categoras de microorganismos segn su metabolismo. Mecanismos de generacin de energa:

fotosntesis fosforilacin oxidativa fosforilacin a nivel de substrato

Conceptos de respiracin y fermentacin.

Respiracin aerobia y anaerobia. Metabolismo central: catabolismo y anabolismo Diversidad de fermentaciones:

alcohlica, homolctica,

heterolctica, cido-mixta, butanodilica, Propinica acetona-butanol.

Otras fermentaciones. Metabolismo secundario. Fijacin de nitrgeno.

MICGRAL2007


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Esquema general de metabolismo


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Kenneth Todar University of Wisconsin-Madison Department of Bacteriology

Esquema general de metabolismo


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Categoras de los organismos segn su

metabolismo

LuzEnlacesqumicos

Fuente deEnerga

Fuente de

carbono

Orgnico

(azcares, lpidos,aminocidos)

Inorgnico

(CO2)

Foto - Quimio -

- lito - - organo -

Fotolitotrofos

PlantasBacterias y arqueas

fotosintticas

Quimiolitotrofos

BacteriasArqueas

Fotoorganotrofos

BacteriasArqueas

Quimioorganotrofos

Bacterias, Arqueas,Hongos y Animales

MICGRAL2007


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metabolismoLuz Enlacesqumicos

Fuente deEnerga Foto - Quimio -

Fuente decarbono

Orgnico(azcares, lpidos,

aminocidos)

Inorgnico(CO2)

- lito - - organo -

Fotolitotrofos Quimiolitotrofos Fotoorganotrofos Quimioorganotrofos

PlantasBacterias y arqueas

fotosintticas

BacteriasArqueas

BacteriasArqueas

Bacterias, Arqueas,Hongos y Animales

Lwoff, van Niel, Ryass, Tatum (1946)

Auttrofo: capaz de sintetizar sus propios metabolitos esencialesHetertrofo: incapaz de sintetizar sus propios metabolitos esenciales


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Autotrophs

Heterotrophs:

Light Inorganic Photoautotroph Most photosynthetic bacteria,e.g.Chromatium(anaerobic),Cyanobacteria(aerobic)

Inorganic InorganicChemolithotrophic

autotroph

(chemoautotroph)

Nitrobacter

Organic Inorganic Chemoorganotrophicautotroph Pseudomonas oxalaticus

Light Organic Photoheterotroph Purple and greenphotosynthetic bacteria,e.g. Rhodospirillum

Inorganic Organic Chemolithotrophicheterotroph ("mixotroph") Desulphovibrio

EnergySource

CarbonSource Name Example

Organic Organic (Chemo)heterotroph E. coli


metabolismo


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Mecanismos de generacin de energa fotofosforilacin: fotosntesis fosforilacin oxidativa fosforilacin a nivel de substrato

FosforilacinAMP-P + Pi AMP~PP

E


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Mecanismos de generacin de energa fotosntesis

Fotosntesis anoxignica

Slo PSI Bacterias rojas y prpura

Fotosntesis oxignica PSII y PSI Cianobacterias


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Cross-section of the R. sphaeroidesICM, illustrating the function of the major components of thisbioenergetic membrane. The figure depicts the orientation of ICM components relative to thecytoplasmic and periplasmic compartments. Abbreviations: Bchl, bacteriochlorophyll; Bchl2,

bacteriochlorophyll special pair; ADP, adenosine diphosphate; ATP, adenosine triphosphate; Pi,phosphate; e, electron; Q, ubiquinone; cyt c2, cytochrome c2; B800850 & B875, light harvestingcomplexes, respectively.

doi:10.1016/j.mib.2006.10.005


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Mecanismos de generacin de energa fosforilacin oxidativa

Substratoreducido

Substratooxidado

Energa

C6H12O6 + 6 O2 6CO2 + 6H2O

G0= - 317.66 kcal/mol

C6H12O6 + [NAD+

] 6CO2 + [NADH + H+

][NADH + H+] + 6O2 [NAD+] + 6 H2O

Energa

Glucolisis + Ciclo KrebsRespiracin


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Mecanismos de generacin de energa fosforilacin a nivel de substrato

1,3-difosfoglicerato

Fosfoglicerato quinasa

G'o= - 4.5 kcal/mol

3-fosfoglicerato

ADP

ATP


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Conceptos de respiracin y fermentacin

C6H12O6 + [NAD+] 6CO2 + [NADH + H+]

[NADH + H+] + 6O2 [NAD+] + 6 H2O

El contenido de NAD+ de la clula es limitado y puede agotarse

La respiracin y la fermentacin son procesosque recuperan el contenido celular de NAD+

En la RESPIRACIN, el [NADH2] se oxida usando un aceptor de electrones EXTERNO

En la FERMENTACIN, el [NADH2] se oxida usando un aceptor de electrones INTERNO


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Respiracin aerobia

Compuesto orgnico

CO2

Biosntesis

O2

ATP Flujo de carbono

Flujo de electrones

sntesis

NADH + H+ + O2 NAD+ + H2O


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Respiracin anaerobia

Compuesto orgnico

CO2

Biosntesis

Aceptores deelectrones orgnicos

SO4=

NO3-

ATP Flujo de carbono

Flujo de electrones

sntesis

NADH + H+ + 2 NO3- NAD+ + 2 NO2- + H20

P d d / tT d l t


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Potenc

ialreduc

tor

CO2/glucosa (-0.43) 24 e-

2H+ / H2 (-0.38) 6 e-

CO2 / metanol (-0.38) 6 e-NAD+ / NADH (-0.32) 2 e-

CO2 / acetato (-0.28) 8 e-

S0 / H2S (-0.28) 2 e-

S04= / H2S (-0.22) 8 e-

Piruvato / lactato (-0.19) 2 e-

S4O62- / S2O32- (-0.024) 2 e-

Fumarato / succinato (+0.03) 2 e-

Citocromobox/red (+0.035) 1 e-

Ubiquinona ox/red (+0.11) 2 e-

Citocromocox/red (+0.25) 1 e-

Citocromoaox/red (+0.39) 1 e-

NO3- / NO2- (+0.42) 2 e-

NO3- / N2 (+0.74) 5 e-

Fe3+ / Fe2+ (+0.76) 1 e-

O2 / H2O (+0.82) 2 e-

Par donador / aceptorTorre de electronese-

Cuanto ms grande sea la

cada de potencial, mayorser la energa liberada

Potencialoxidante


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Respiracin aerobia

GLUCOSA

Glicolisis

+ ciclo TCA

ATPasaSISTEMA DE

TRANSPORTE

DE ELECTRONES

Respiracin anaerobia

GLUCOSA

Glicolisis

+ ciclo TCA

ATPasa SISTEMA DE

TRANSPORTE

DE ELECTRONES

NO3- NO2

-

Respiracin

Exterior de la clula


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Interior dela clula

Cadenatransportadora

de e-Membrana celular

Transportador

de e-

oxidado

Transportador

de e-reducido

Glucosa

Metabolismode la glucosa


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Conversin de la energa por la ATPasa


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Principios generales de metabolismo, respiracin

y fermentacin Esquema general de metabolismo. Catabolismo y anabolismo. Metabolismo primario y secundario. Categoras de microorganismos segn su metabolismo.

Mecanismos de generacin de energa: fotosntesis fosforilacin oxidativa fosforilacin a nivel de substrato

Conceptos de respiracin y fermentacin.

Respiracin aerobia y anaerobia. Metabolismo central: catabolismo y anabolismo Diversidad de fermentaciones:

alcohlica, homolctica, heterolctica, cido-mixta, butanodilica, Propinica acetona-butanol.

Otras fermentaciones.

Metabolismo secundario. Fijacin de nitrgeno.


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Metabolitos primarios ysecundariosMETABOLITOS PRIMARIOS:-Se producen en el curso de las reacciones metablicas anablicas o catablicas quetiene lugar durante las fases de crecimiento y que contribuyen a la produccin debiomasa o energa por las clulas.

-Se producen principalmente en la trofofase o fase de crecimiento.

METABOLITOS SECUNDARIOS:-Se producen por rutas anablicas especializadas cuando no hay crecimiento.

-Significado evolutivo controvertido por ser imprescindibles. Pueden ser unaestrategia para mantener en funcionamiento los sistemas metablicis cuando no haycrecimiento.

-Son indicativos de diferenciacin y se producen durante la idiofase de los cultivos.


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Catabolismo de la Glucosa

RUTA DE EMBDEN-MEYERHOF (EM)RUTA ENTNER-DOUDOROFF

RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATORUTA DE LA FOSFOCETOLASA

Ruta de Embden Meyerhoff


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- La ms comn- Funciona en condiciones aerobias y en anaerobias.- La ruta produce: 2 piruvato (C3)

2ATP2NADH + 2H+

Ruta de Embden-Meyerhoff

Efecto Pasteur

FFK

ATP AMPTransporte

de la glucosa

Ruta de Embden Meyerhoff


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KennethTodarUniversityofWiscons

in-MadisonDepartment

ofBacteriology

Ruta de Embden-Meyerhoff

Ruta de Entner-Doudoroff


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E

Ruta de Entner Doudoroff

Glucosa + 2 NAD + ADP+ Pi 2 Piruvato + 2 NADH + ATP

Ruta de Entner-Doudoroff


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(KDPG)

KennethTodarUniversityofWiscons

in-MadisonDepartment

ofBacteriology

Ruta de Entner Doudoroff

- Presente en ciertas Gram-negativas aerobiascomo Pseudomonas.

- Muy rara en hongos- Relativamente infrecuente como va de

fermentacin


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gave azul

Zymomonas

Aguamiel

PulqueTequila


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Ruta de las Pentosas fosfato

- Presente en muchas bacterias y enla mayora de los eucariontes.- Puede ser simultnea a la ruta EM.

- Funciona en condiciones aerobias yanaerobias.-Importancia en catabolismo y enanabolismo.

3 Glucosa-6-fosfato (C6)

6NADP+ + 3 H2O

2 fructosa-6-fosfato (C6)

gliceraldehdo-3-fosfato (C3)3CO2 + 6NADPH + 6H+

R t d l F f t ls


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Ruta de la Fosfocetolasa ode Warburg-Dickens (WD)


Fosfocetolasa

Fermentacin

heterolctica

Ruta

dela

spe

ntos

as

Es la ruta que siguen ciertas bacterialcticas (especialmente LactobacillusyLeuconostoc) Se puede considerar una variante de laruta de la PF puesto que se forma un

azcar C5 y, por consiguiente, tiene lugaruna descarboxilacin. Sin embargo, en la ruta WD la enzimafosfocetolasa rompe el azcar C5 y delugar a dos ramas que coinciden a laformacin de lactato y etanol en un

proceso de fermentacin heterolctica.

Ciclo de Krebs


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Ciclo de Krebs

Nucletidosreducidos

Nucletidosoxidados



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Interior dela clula

Cadenatransportadora

de e-Membrana celular

Transportadorde e-

oxidado

Transportador

de e-

reducido

Glucosa

Metabolismode la glucosa

P in ipi s n l s d m t b lism spi in


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Principios generales de metabolismo, respiraciny fermentacin

Diversidad de fermentaciones: alcohlica, homolctica, heterolctica, cido-mixta, butanodilica,

Propinica acetona-butanol.


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FermentacionesALCOHLICA:- En la fermentacin etanlica o alcohlica: el piruvato se

reduce para formar etanol y CO2 :

Glucosa + 2ADP + 2Pi 2etanol + CO2 + 2ATP- Es el proceso de fermentacin que lleva a caboSaccharomyces cerevisiae (pocas bacterias).


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FermentacionesHOMOLCTICA:-Su nico producto final es el cido lctico. Su ecuacin global es:

Glucosa + 2ADP + 2Pi 2 cido lctico + 2 ATP

Estas bacterias producen el piruvato por catabolismo de la glucosasiguiendo la ruta de Embden-Meyerhof.

-Proceso presente en muchas bacterias lcticas: Streptococcus(grupoenterococos), Pediococcusy varios grupos de Lactobacillus.


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Fermentacin heterolctica Su producto final no es exclusivamentecido lctico.

El proceso tiene un rendimiento menor

que la fermentacin homolctica.

El piruvato de esta ruta procede de la vade las pentosas.

La reaccin global es:

Este proceso lo llevan a cabo bacteriasdel grupo lctico pertenecientes a losgneros Leuconostocy Lactobacillus.

Ac. Lctico + etanolCO2 + ATP

GlucosaADP + Pi

Fermentacin cido mixta


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Hidrogenoliasa

frmica

Produce cido actico, etanol, H2, CO2yproporciones diferentes de cido lcticoo propinico (frmico) segn las especies.

La llevan a cabo las enterobacterias. En esta ruta de fermentacin seproduce ATP adems de la reoxidacin

del NADH+H+

.

Fermentacin butanodilica


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Variante de la fermentacion cido mixta.

Presente en algunas enterobacterias como

Klebsiella, Serratiay Erwinia.En esta ruta se produce acetona que sedetecta mediante la reaccin de Voges-

Proskauer

Voges-Proskauer

Fermentacin


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Fermentacindel cido propinico

Proceso complejo en el que se generaacetato, CO2y cido propinico comoproductos finales.

Ruta fermentativa la presentan lasbacterias del tipo Propinobacteriumyotras anaerobias estrictas presentes enel rumen de herbvoros

Fermentacin de


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Tipo de fermentacin llevadoa cabo por bacteriasanaerobias estrictas delgnero Clostridium.

Se producen compuestosorgnicos disolventes de gran

importancia industrial

F macetona-butanol


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Fermentacin de aminocidos:


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reaccin de SticklandReaccin de Stickland llevada acabo por algunas bacterias delgnero Clostridium

Alanina

Piruvato + NH3

Acetil-CoA

Acetil-P

Acetato-

Glicina

2 Acetil-P 2 Acetato- + 2 NH3NAD+

NADH

CoA

CO2

NAD+

NADH

2 Pi

Pi

CoAADP

ATP

2 ADP 2 ATP

Aminocidos que participan en la reaccin de Stickland

Aminocidos oxidados Aminocidos reducidos

AlaninaLeucina

Isoleucina

ValinaHistidina

GlicinaProlina

Hidroxiprolina

TriptfanoArginina

Metabolismo


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Metabolismo

central

Rutas anablicas

Caractersticas comunes de los


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m

metabolitos secundarios- Tienden a producirse cuando el crecimiento est limitado (cultivo

contnuo).- Se forman por enzimas especficos a partir del metabolismo central.- No son esenciales para el crecimiento o para el metabolismo central.

- Son especficos para cada especie, y a veces, de cada cepa.

Familias de metabolitos secundariosPOLIQUTIDOSTERPENOS

AMINOCIDOS

POLIQUTIDOS


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Est presente en bacterias, hongos y en plantas. Sirve nicamente para la produccin de metabolitos secundarios.

Parte del malonil-CoA que forma el primer paso en la sntesis de cidos grasos.

Ejemplos:

griseofulvina (antibitico producido por Penicillium griseofulvum) aflatoxinas (toxinas producidas por Aspergillus flavusy por A. parasiticus)

ocratoxinas (toxinas producidas por algunos tipos de Aspergillusy de Penicillium)

lovastatina (producida por A. terreus)

POLIQUTIDOS

Se inician a partir del Acetil-CoA. Produce tanto metabolitos primarios (carotenos, esteroles) como secundarios. Ejemplos:

Ciertos carotenos. Toxinas como la toxina T2 y los tricotecenos (producidos por alguna especie de

Fusarium).

TERPENOS

MICGRAL2007

Rutas de sntesis de las familias de metabolitos secundarios


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Poliqutidos

Terpenos

MICGRAL2007

Rutas de aminocidos


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Rutas de aminocidos

RUTAS QUE PARTEN DE AMINOCIDOS

AROMTICOSCompuestos alucingenos tales como el cido lisrgico,

la psilocibina (Psylocibe) y la muscarina (Amanita muscaria).

RUTAS QUE PARTEN DE AMINOCIDOS

ALIFTICOSPenicilinas (Penincillium chrysogenum)

Toxinas como la falotoxina (Amanita phalloides)


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