METABOLISMO

Son todos los procesos qumicos que tienen lugar

dentro de una clula

Microbiologa General 2014 Lic en Bioqumica- UNSLBrock, Biologa de los microorganismos. 12. Edicin , Prentice-Hall.

Tortora G.J., Funke B.R. , Case C.L. Introduccin a l a Microbiologa. 9a ed. Editorial Mdica Panamericana S.A.

Metabolismo celular

Para el desarrollo de medios de cultivo para microorganismos

Para obtencin de procedimientos tiles que impidan el crecimiento de microorganismos indeseables

Para identificacin de microorganismos mediante pru ebas metablicas

En microbiologa mdica (enfermedades infecciosas)

En microbiologa industrial: produccin de compuest os tiles

Para entender la bioqumica del crecimiento microbi ano

Porque estudiar metabolismo??

CATABOLISMO

Conjunto de reacciones bioqumicas que

conducen a la produccin de ENERGIA, PODER

REDUCTOR y PRECURSORES para la

biosntesis.

ANABOLISMO

Suma total de todas las reacciones biosintticas

de la clula.

Catabolismo y anabolismo: papel de la obtencin de energa en vincular estos procesos

La energa se requiere para:

Biosntesis (anabolismo) Transporte activo Translocacin de protenas a travs de la

membrana citoplsmica Movimiento flagelar Bioluminiscencia

Conservacin de energa intracelular

Principalmente por sntesis de ATP

Cmo se obtiene el ATP? Fosforilacin a nivel de sustrato Fosforilacin oxidativa Fotofosforilacin

Diferencias entre fosforilacin a nivel de sustrato y fosforilacin oxidativa

La generacin de ATP es consecuencia de la transferencia de un P de alta energadesde un compuesto fosforilado hacia el ADP

La generacin de ATP esta asociada a la fuerza motr iz deprotones y se transfieren electrones desde compuest os

orgnicos hacia NAD+ o FAD+ y luego a travs de transportadores de electrones hasta el O 2 u otras molculas orgnicas o inorgnicas

CATABOLISMO

- Fermentacin

- Respiracin

- Fotosntesis

Rutas para la obtencin de energa, poder reductor y precursores metablicos:

FERMENTACIN

Son vas catablicas en las que un compuesto orgnico acta sucesivamente como donador y

aceptor de electrones.

Es un proceso ANAEROBIO.

La energa se obtiene nicamente por FOSFORILACIN A NIVEL DE SUSTRATO

Esquema de la Fermentacin

ATP

ATP

invierte 2 ATP

REACCIONES ENDERGNICASDE GLUCLISIS

glucosa

ADP

ADP

P

P

P

P

glucosa6fosfato

fructosa6fosfato

fructosa1,6difosfato DiHidroxiAcetona P

Gluclisis

Hexoquinasa

Isomerasa

Fosfofrutoquinasa

ATPADP

REACCIONES EXERGNICAS

NAD+

PPGAL

1,3difosfoglicerato fosforilizacin anivel de sustrato

Pi

1,3difosfoglicerato

ATP

NADHNADH

PPGAL

NAD+

Pi

P PP P

3fosfoglicerato 3fosfogliceratoP P

produce 2 ATP

ADP

Gluclisis

Gliceraldehido 3P

Aldolasa

Gliceraldehido 3Pdeshidrogenasa

fosfogliceroquinasa

produce 2 ATP

ATPADP

P

fosforilizacin a nivel de sustrato

2fosfoglicerato

ATP

P

piruvato piruvato

ADP

P P

2fosfoglicerato

H2O H2O

PEP PEP

Gliclisis

Enolasa

Piruvato quinasa

Fermentaciones : - regeneracin de NAD+ y - productos de fermentacin

PRINCIPALES VAS DE FERMENTACIN

Hidrogenolasafrmica

Fermentacincido mixta

Escherichia coli

Fermentacinbutrica

Clostridium

FermentacinacetonicaEnterobacter

Fermentacinlctica

LactobacilosFermentacinalcohlicaLevaduras

Fermentacinpropinica

Propionibacterium

Fermentacin Productos principalesLctica LcticoAlcohlica Etanol, CO2cida mixta Etanol, succnico, H2 CO2,

actico, frmico, lctico, Butilngliclica Butilenglicol, CO2Acetono-butrica Actico, acetona,

butrico, butanol, CO2, H2

C6H12O6ATP

ATPNADH

2 acetaldehdos

electrones, hidrgeno forma NADH

2 NAD+

2

2 ADP

2 piruvato

2

4

cosecha

inversin

gluclisis

forma etanol

2 ATP net

2 etanol

2 H2O

2 CO2

FermentacinAlcohlica

Bacteriaslcticas

Bacterias propinicas

Bacteriaslcticas

En la fermentacin se libera una pequea cantidad de energa porque:

1) Los tomos de carbono del compuesto inicial son oxidados slo parcialmente

2) La diferencia entre los potenciales de reduccin (E0) del donador primario de e- y del aceptor final de e-, es pequea.

Si el donador primario pudiera oxidarse totalmente a CO2, usando un aceptor final de e-, el rendimiento energtico sera mayor. Esto ocurre en la RESPIRACION.

RESPIRACIN

Aerbica Anaerbica

Proceso de oxidacin de sustratos usando un aceptor final de electrones exgeno

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.)

Fosforilacin oxidativa. Respiraciones

Respiracin: obtencin de energa por oxidacin de sustratos reducidos (DH2), en la que los coenzimas reducidos (ej.: NADH) tr ansfieren los ee a un aceptor final a travs de una c.t.e. gradiente H + ATP

La obtencin de energa ligada a las respiraciones se llama fosforilacin oxidativa

Respiraciones segn el tipo de donador y de aceptor de electrones

Segn el tipo de donante de ee: En los quimiolitotrofos el donante es una

sustancia inorgnica En los quimiorganotrofos respiradores el

donante es una sustancia orgnica

Segn el aceptor final de electrones: Si es O2: respiracin aerobia Si es distinto del O2: respiracin anaerobia

Ciclo de Krebs o del cido ctrico: el acido pirvic o se reduce totalmente a CO2 mediante reacciones de hidratacin, decarboxilacin y oxidacin

Rica en energa

Ciclo de Krebs

NADH deshidrogenasas: aceptan H Flavoprotenas (con FMN o FAD): aceptan H, ceden ee. FeS-protenas no hmicas: solo transportan ee. Quinonas (ubiquinona, menaquinona): aceptan H, ceden ee. Citocromos: aceptan y ceden ee.

Respiracin aerobia: Cadena de

transporte de electrones

Tomado de Trtora, 2007

Funcionamiento de la c.t.e.

de Paracoccus

La ATPasa

Porcin transmembrana F0 {a, b2, c12} :

La subunidad a canaliza los H+

Las dos b salen hacia el citoplasma, interaccionando con la porcin F1

Las 12 subunidades cforman un cilindro que puede rotar en ambos sentidos

Porcin citoplsmica F1 {3, 2, , , }:

Fuerza protn motriz y ATP sintetasa

Unos 3-4 protones pasan a travs de ade F0, y pone en marcha la sntesis rotacional del ATP:

La entrada de los H+ rotacin del cilindro de c12

torsin se comunica a F1 a travs de ,

cambio conformacional en subunidades b se une ADP+P ATP

El papel de b2 es de estator (inmovilizador), impidendo que giren con

Las bacterias anaerobias fermentadoras usan ATPasa

Pero la usan en sentido inverso, como ATP-hidrolasa

Aunque su ATP lo obtienen por fosforilacin 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 protn motriz hace posible los siguientes trabajos en bacterias:

* movimiento flagelar

* transporte de iones a travs de la membrana

RESPIRACION: integracin entre va glicoltica, cic lo de Krebs y transporte de electrones

Principales vas que convergen en el ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs constituye la segunda etapa del catabolismo de carbohidratos. La gluclisis rompe la glucosa (6 carbonos) generando dos molculas de piruvato (3 carbonos).

El ciclo de Krebs siempre es seguido por la fosforilacin oxidativa.

Este proceso extrae la energa en forma de electrones de alto potencial de las molculas de NADH y FADH2, regenerando NAD+ and FAD, gracias a lo cual el ciclo de Krebs puede continuar.

Los electrones son transferidos a molculas de O2, rindiendo H2O.

Pero esta transferencia se realiza a travs de una cadena transportadora de electrones capaz de aprovechar la energa 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 fosforilacin oxidativa.

Por cada molcula de glucosa la energa obtenida mediante el metabolismo oxidativo, es decir, glucolisis seguida del ciclo de Krebs, equivale a unas 36 molculas de ATP.

Respiracin Anaerbica

- Los aceptores finales de electrones son diferentes del oxgeno:

- NO3-

- Fe+++

- SO4=

- CO3=

- Fumarato

- Se libera menos energa cuando se usan estos acepto res de electrones

- La fuerza electromotriz de protones tambin se real iza

FOTOSNTESIS

Es la conversin de la energa lumnica en energa qumica

Los microorganismos que realizan fotosntesis se llaman FOTOTROFOS

Produccin de energa y poder reductor

Bacteriasfottrofas

Plantas verdesAlgas

Cianobacterias

PIGMENTOS FOTOSENSIBLES

Clorofila, Bacterioclorofila

Su presencia es necesaria para que se realice la fotosntesis

Carotenoides

Ficobilinas

Clorofila a

Fottrofos

oxignicos

Bacterioclorofila a

Fottrofos

anoxignicos

PIGMENTOS FOTOSENSIBLES

CIANOBACTERIAS BACTERIAS ROJAS