METABOLISMO MICROBIANO
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.
TEMARIO
Eficiencia de obtención de energía:
a) diferencia de potencial entre pares redox.
b) cantidad de reacciones intermedias.
QUIMIO ORGANO HETEROTROFO
FOTO LITO AUTOTROFO
1) Fuente de energía: (química o luz)
2) Compuesto que se oxida (orgánico o
inorgánico)
3) Fuente de C celular (orgánico o
inorgánico)
CLASIFICACIÓN METABÓLICA
QUIMIO-ÓRGANO-HETERÓTROFOS (QOH)
TIPOS DE METABÓLISMOS QOH
a) Respiración aeróbica
b) Fermentación
c) Respiración anaeróbica
d) Oxidación incompleta
VÍAS OXIDATIVAS DE LA GLUCOSA
a) Glucólisis
b) Vía de las Pentosas Fosfato (VPP)
c) Vía de Entner-Doudorof
Etapa preparatoria
Etapa de recuperación
de energía
GLUCOSA
GLUCOSA-6P
FRUCTOSA-6P
FRUCTOSA-1,6DP
DIHIDROXIACETONA-P (DHAP) 2 GLICERALDEHIDO-3P
2 ACIDO 1,3 DIFOSFOGLICÉRICO
2 ACIDO 3 FOSFOGLICÉRICO
2 ACIDO 2 FOSFOGLICÉRICO
2 ACIDO FOSFOENOLPIRUVICO (PEP)
2 ACIDO PIRUVICO
GLUCÓLISIS
Producción
2 ATP
2 NADH
2 PIRUVATO
Glucosa- 6P
Fosfogluconato
Ribulosa- 5P
Sedoheptulosa 7P Gliceraldehido 3P
Eritrosa 4P Fructosa 6P
Fructosa- 6PGliceraldehido 3P
Ribulosa 5P Xilulosa 5P
Xilulosa 5P
Fase Oxidativa
Fase No Oxidativa
NADP+
NADPH
NADPH
NADP+
VÍA ENTNER-DOUDOROFF
G6P
Fosfogluconato
NADPH
H2O
2 ceto 3 desoxi 6 gluconato
Piruvato G3P
Piruvato
Glucólisis
NADH
ATP
ATP
Glucosa
ATP
Producción
1 ATP
1 NADH
1 NADPH
A) RESPIRACIÓN AERÓBICA
Glucosa
2 Piruvatos
2 NADH
2 ATP
Piruvato
AcetilCoA
NADHCO2
CoA
OAACitrato
Isocitrato
α-cetoglutarato
NADH
CO2
Succinil-CoA
NADH
CO2
Succinato
GTP
Fumarato
FADH2
Malato
NADH
Complejo NADH
deshidrogenasa
Complejo
Citocromo
reductasa
Complejo
Citocromo
oxidasa
ATP
sintasa
Citoplasma de célula
procariota o matriz
mitocondrial de célula
eucariota
Espacio intermembrana mitocondrial
Matriz mitocondrial
Espacio
periplasmático
Pared celular
CADENA RESPIRATORIA Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Glucolisis
2 piruvatos
Acetil-CoA
Ciclo de
Krebs
2 ATP
2 GTP
(2ATP)
34 ATP
38 ATP (TOTAL)
2 NADH + 2 H+
2 NADH + 2 H+
6 NADH + 6 H+
2 FADH2
10 NADH
2 FADH2
+ 10 H+
(TOTAL)6 O2 + 12 e-
6 H2O
Flujo de electrones Producción de ATP
2 CO2
4 CO2
Glucosa (6 C)
Rendimiento de ATP durante la respiración aeróbica procariota de
una molécula de glucosa
Vía metabólica Rendimiento en ATPGLUCÓLISIS
Oxidación de Glucosa a Piruvato 2 ATP (fosforilación a nivel de sustrato)
Producción de 2 NADH 6 ATP (fosforilación oxidativa)
DECARBOXILACIÓN DEL PIRUVATO
Producción de 2 NADH 6 ATP (fosforilación oxidativa)
CICLO DE KREBS
Oxidación de SuccinilCoA a
Succinato
2 GTP (2 ATP fosforilación a nivel de
sustrato)
Producción de 6 NADH 18 ATP (fosforilación oxidativa)
Producción de 2 FADH2 4 ATP (fosforilación oxidativa)
TOTAL 38 ATP/ por molécula de glucosa oxidada
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICAORGANISMOS: 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).
B) FERMENTACIONES
Levaduras
Glucólisis
Glucosa 2 Piruvatos
Bacterias
Vía Entner-Doudoroff
Glucosa 2 Piruvatos
Glucosa 2 Piruvato
2 Acetaldehido2 Etanol
CO22 NAD+ 2 NADH
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
Piruvato
Lactato
2 NADH2 NAD+
Glucosa 2 Piruvato
2 NAD+2 NADH2 ADP 2 ATP
2 Lactato
2 NADH 2 NAD+
Homofermentativa
Heterofermentativa
Ganancia neta
2 ATP
2 Lactatos
Ganancia neta
1 ATP
2 NADPH
1 Lactato
1 Etanol
1 CO2
Glucosa
G6P
ADP
ATP
Ribulosa5P
Fase oxidativa de las PP
CO2
2 NADP+
2 NADPH
Xilulosa5P
G3P Acetil P
NADH
NAD+
2 ATP
2 ADP
Piruvato
NADH
NAD+
Lactato
NADH
NAD+
Acetaldehido
NADH
NAD+
Etanol
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 Glucólisis Piruvato
OxalacetatoMalatoFumaratoSuccinato
PropionatoSuccinil CoA MetilmalonilCoA PropionilCoA
FERMENTACIÓN ÁCIDO MIXTA (fórmica)
ORGANISMOS: Enterobacterias: Gram -, bacilos flagelados, aeróbicos facultativos,
sin esporas, habitan intestino.
Glucosa Piruvato
2 ATP
2 NADH
Acetoina Butanodiol
CO2NADH
AcetilCoA
Ácido
Fórmico
CO2H2Acetato Etanol
NADH
ATP
(Aerobacter)
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 ÁCIDO MIXTA (fórmica)
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
Piruvato
ATP
NADH
AcetilCoA
NADH
CO2
Acetato
Acetaldehido
Etanol
2 H+
2 H+
H2
ATPADP
AcetoacetilCoAAcetoacetato
Acetona
CO2
Isopropanol
2 H+ButirilCoA
2 H+
2 H+
ATPADP
Butirato
2 H+
2 H+
Butanol
PIRUVATO
FERMENTACIÓN
ORGANISMO
PRODUCTOS DE
LA
FERMENTACIÓN
AlcohólicaLáctica
homofermentativa
Láctica
heterofermentativaPropiónica
Acido
mixtaButírica
Levaduras
y bacterias
Etanol y
CO2
Streptococcus
Ácido láctico
Leuconostoc
Ácido láctico
Etanol y CO2
Propioni-
bacterium
Ácido
propiónico
Enterobacter
(E. Coli)
Ác. Fórmico
Etanol
Acetato
Butanodiol
CO2 y H2
Clostridium
Butirato
Butanol
Acetato
Isopropanol
Etanol
CO2
VÍAS OXIDATIVAS DE LA GLUCOSA:
Glucólisis
Vía de las pentosas fosfato
Vía Entner-Doudoroff
CICLO DE KREBS.
CADENA RESPIRATORIA.
C) RESPIRACIÓN ANAERÓBICA
ACEPTOR DE H+: COMPUESTOS INORGÁNICOS: SO4= y NO3
–
PRODUCTOS: SH2, N2 , N2O.
BALANCE ENERGÉTICO: ~ 34 ATP
ACEPTOR DE e-: NO2-, NO3
-
MICROORGANISMOS: 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.
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.
Denitrificación
Desulfatación
D) OXIDACIONES INCOMPLETAS:
PRODUCTOS: ÁCIDOS ORGÁNICOS (Ciclo de Krebs) y CO2
BALANCE ENERGÉTICO: DEPENDE DEL PRODUCTO.
Organismos con respiración aeróbica completa
Exceso de alimento metabolismo de superávit ácidos orgánicos
QUIMIO-LITO-AUTÓTROFOS (oxidaciones inorgánicas)
CADENA RESPIRATORIA.
CARBONO CELULAR: FIJA CO2 (ciclo de Calvin).
Nitrosomonas
NH4+ + O2 NO2
- + H2O
Nitrobacter
NO2- + O2 NO3
- + H2O
Nitrificación
Nitrobacterias: Gram +, aeróbicas estrictas
Sulfatación
SH2 So S2O3 SO4-2 (Tiobacterias)
SH2 O2+ SO4
-2 H2O+
SH2 NO3-
+ SO4-2
+ N2
Aeróbico
o
anaeróbico
Oxidación del H2
Aeróbico
o
anaeróbico
H2 O2+ H2O
H2 CO2+ CH4
Hidrogenomonas
Metanomonas
Gram -, flagelación polar
FOTO-LITO-AUTÓTROFOS
• FOTOSÍNTESIS CÍCLICA O ANOXIGÉNICA
SISTEMA: I (cíclico).
PODER REDUCTOR: H2S S0 S2O3.
BACTERIAS FOTÓTROFAS
(Gram negativas, anaeróbicas, flagelación polar).
• Tiorrodaceas o púrpuras del S (carotenos).
• Clorobiaceas o verdes del S (bacterioclorofila).
Bacterias púrpuras
del azufre
Bacterias verdes
del azufreLuz roja o
infrarroja
P
870
P
870
NADPH
Donantes externos
de electrones
(H2S, S2O3-2, S0
NADP+
Flujo cíclico de electrones
Citosol
Membrana
plasmática
2 H+
Espacio
periplasmático
Centro de reacción P870Citocromo bc1
ATP sintasa
H+2 H+
4 H+
4 H+
Citocromo
• 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).