TIPOS DE METABOLISMO MICROBIANO SEGUN SU: CREACION DE ENERGIA, UTILIZACION DE OXIGENO, DE NITROGENO Y ESTILO DE VIDA.

El trmino metabolismo se refiere al conjunto de reacciones qumicas que tiene lugar en la clula, y tiene 3 funciones especficas a saber: - obtener energa qumica del entorno, almacenarla, para utilizar luego en diferentes funciones celulares, -convertir los nutrientes exgenos en unidades precursoras de los componentes macromoleculares de la clula bacteriana, - formar y degradar molculas necesarias para funciones celulares especficas, como por ejemplo, movilidad y captacin de nutrientes. El metabolismo tiene lugar a travs de secuencias de reacciones catalizadas enzimticamente, y se divide en anabolismo y catabolismo. El proceso por el cual la clula bacteriana sintetiza sus propios componentes se conoce como anabolismo, y como resulta en la produccin de nuevo material celular, tambin se denomina biosntesis.El metabolismo microbiano es el conjunto de procesos por los cuales un microorganismo obtiene la energa y los nutrientes (carbono, por ejemplo) que necesita para vivir y reproducirse. Los microorganismos utilizan numerosos tipos de estrategias metablicas distintas y las especies pueden a menudo distinguirse en funcin de estas estrategias. Las caractersticas metablicas especficas de un microorganismo constituyen el principal criterio para determinar su papel ecolgico, su responsabilidad en los ciclos biogeoqumicos y su utilidad en los procesos industriales.RESPIRACION AEROBIA Es el proceso por el cual un substrato es oxidado completamente a CO2 y H2O, con participacin de una cadena de e- (ubicada en la membrana citoplasmtica) y el aceptor final es el oxgeno molecular. Los primeros pasos en la respiracin de la glucosa son idnticos a los de la gluclisis, pero mientras en esta ltima el piruvato es convertido en productos finales de la fermentacin (cido lctico, propinico, etc.) en la respiracin es oxidado completamente a CO2 a travs del ciclo de Krebs. Por cada molcula de piruvato oxidada a travs del ciclo se generan 3 molculas de CO2. Al igual que en la fermentacin, los e- generados en el ciclo de Krebs, pasan a coenzimas que tienen NAD. Sin embargo, en la respiracin, los e- del NADH son transferidos al oxgeno para regenerar NAD a travs de un sistema transportador, en lugar de cederlos al piruvato.LA RESPIRACION El resultado neto de las reacciones del ciclo de Krebs es la oxidacin completa del piruvato a CO2 con formacin de 4 molculas de NADH y 1 de FADH. El NADH y el FADH pueden ser reoxidados por el sistema transportador de e-. Un total de 15 molculas de ATP son sintetizadas en cada vuelta del ciclo, por lo tanto, ya que la glucosa rinde 2 molculas de piruvato, 30 molculas de ATP son sintetizadas por cada molcula de glucosa que entra al ciclo de Krebs. Esto, sumado a las 6 molculas de la reoxidacin del NADH y las 2 del va glucoltica da un total de 38 molculas de ATP por molcula de glucosa respirada. Adems de sus funciones como mecanismo generador de energa, el ciclo de Krebs sirve como productor de metabolitos claves para la biosntesis. La reduccin del oxgeno da lugar a la formacin de radicales libres que son muy txicos para la bacteria. Entre los ms importantes se encuentra el radical superxido.RESPIRACION ANAEROBIA: En las bacterias 5 aerobias obligadas el O2 es el aceptor final de e-. Sin embargo, las bacterias anaerobias facultativas pueden utilizar, en ausencia de O2, una variedad de compuestos inorgnicos como aceptores finales de e- por ejemplo, nitrato, fumarato, sulfato, etc.Oxgeno: Las exigencias de oxgeno de una bacteria en particular reflejan en parte el tipo de metabolismo productor de energa. De acuerdo a su relacin con el oxgeno tenemos: -

Anaerobios obligados: Hay de 2 tipos, estrictos y aerotolerantes, los primeros crecen en ausencia de O2 y este es sumamente txico, incluso letal cuando la exposicin es breve. Los segundos tambin crecen slo en ausencia de O2 pero toleran ms que los anteriores su presencia; -

Anaerobios facultativos: Son capaces de crecer en presencia o ausencia de oxgeno. - Aerobios obligados: Rrequieren oxgeno para su desarrollo.

Microarfilos: Crecen mejor con tensiones de oxgeno bajas (3%-5%), las concentraciones elevadas (21%) tienen un efecto inhibidor para estas bacterias. En los aerobios, anaerobios facultativos y anaerobios aerotolerantes la enzima superoxidodismutasa impide la acumulacin del radical superxido; esta enzima est ausente en los anaerobios estrictos. El perxido de hidrgeno formado por la accin de la superoxidodismutasa es destruido con rapidez por la enzima ccatalasa o por peroxidasas, como vimos ms arriba.

FERMENTACION: En la fermentacin, los e- pasan del dador, un intermediario formado durante la degradacin de la molcula de substrato, hacia un aceptor constituido por algn otro intermediario orgnico, tambin generado durante el catabolismo del substrato inicial. Por lo tanto, este proceso de oxidoreduccin no requiere el aporte exgeno de un aceptor final de electrones. Hay distintos tipos de fermentaciones, pero todas llevan a una oxidacin parcial de los tomos de carbono del substrato inicial y liberan por lo tanto slo una pequea parte de la energa potencial contenida. El rendimientoenergtico de este proceso es menor que el de la respiracin. En las bacterias se encuentran las 3 vas centrales del metabolismo intermediario de los hidratos de carbono: - la va glucoltica o de Embden Meyerhof Parnas - la va de pentosa fosfato o shunt de las pentosas - la va de Entner-Doudoroff.ATP por el proceso de fosforilacin a nivel del sustrato (el ATP es generado durante un paso enzimtico especfico), y se forman 2 molculas de piruvato. En la etapa 3 nuevamente ocurren reacciones de oxido-reduccin y se generan los productos finales de la fermentacin, que varan segn la bacteria en cuestin. Slo una pequea parte del total de la energa libre que potencialmente puede derivar de la degradacin de una molcula de glucosa queda disponible por esta va, debido a que los productos finales son compuestos en los que el carbono se encuentra todava en estado reducido.> Fermentacin heterolctica: En este tipo de fermentacin slo la mitad de la glucosa se convierte en cido lctico, el resto en una mezcla de CO2, cido frmico, cido actico, etc. En esta fermentacin se emplea fundamentalmente el shunt de las pentosas, y se da en bacterias del gnero Leuconostoc y Lactobacillus. >Fermentacin del cido propinico: es caracterstica en algunas bacterias anaerobias como Propionibacterium (bacilo Gram+ no esporulado). Este tipo de fermentacin tiene la ventaja de que genera una molcula ms de ATP. - Fermentacin cido-mixta: Es caracterstica de la mayora de las enterobacterias. Bacterias como Shigella, Salmonella y E.coli fermentan las hexosas a travs del piruvato a cido.

Los distintos tipos de metabolismo microbiano se pueden clasificar segn tres criterios distintos:1. La forma la que el organismo obtiene el carbono para la construccin de la masa celular:Auttrofo. El carbono se obtiene del dixido de carbono (CO2).Hetertrofo. El carbono se obtiene de compuestos orgnicos (glucosa, por ejemplo).Mixtrofo. El carbono se obtiene tanto de compuestos orgnicos como fijando el dixido de carbono.

2. La forma en la que el organismo obtiene los equivalentes reductores para la conservacin de la energa o en las reacciones biosintticas:Litotrofo. Los equivalentes reductores se obtienen de compuestos inorgnicos.Organotrofo. Los equivalentes reductores se obtienen de compuestos orgnicos.3. La forma en la que el organismo obtiene la energa para vivir y crecer:Quimiotrofo. La energa se obtiene de compuestos qumicos externos.Fototrofo. La energa se obtiene de la luz.

En la prctica, estos trminos se combinan casi libremente. Los ejemplos tpicos son como sigue:Los quimiolitoauttrofos obtienen energa de la oxidacin de compuestos inorgnicos y el carbono de la fijacin del dixido de carbono. Ejemplos: bacterias nitrificantes, bacterias oxidantes del azufre, bacterias oxidantes del hierro, bacterias oxidantes del hidrgeno.Los fotolitoauttrofos obtienen energa de la luz y el carbono de la fijacin del dixido de carbono, usando compuestos inorgnicos como equivalentes reductores. Ejemplos: Cyanobacteria (agua como equivalente reductor), Chlorobiaceae, Chromaticaceae (sulfuro de hidrgeno), Chloroflexus (hidrgeno).Los quimiolitohetertrofos obtienen energa de la oxidacin de compuestos inorgnicos, pero no pueden fijar el dixido de carbono. Ejemplos: algunos Nitrobacter spp., Wolinella (con hidrgeno como equivalente reductor), algunas bacterias oxidantes del hidrgeno.Los quimioorganohetertrofos obtienen energa, carbono y equivalentes reductores para las reacciones biosintticas de compuestos orgnicos. Ejemplos: la mayora de las bacterias, como Escherichia coli, Bacillus spp., Actinobacteria.Los fotoorganotrofos obtienen energa de la luz y el carbono y los equivalentes reductores para las reacciones biosintticas de compuestos orgnicos. Algunas especies son terminantemente hetertrofas, pero muchas otras pueden tambin fijar el dixido de carbono y son mixtrofas. Ejemplos: Rhodobacter, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Rhodomicrobium, Rhodocyclus, Heliobacterium, Chloroflexus (alterna con fotolitoautotrofa con hidrgeno).METABOLISMO PRODUCTOR DE ENERGIA En los seres vivos, la utilizacin de la energa potencial contenida en los nutrientes se produce por reacciones de oxido-reduccin. Qumicamente la oxidacin est definida por la prdida de electrones (e-) y la reduccin por la ganancia de los mismos. En bioqumica, las reacciones de oxido-reduccin frecuentemente incluyen no slo la transferencia de e-sino de tomos enteros de hidrgeno, por lo que se conocen tambin con el nombre de reacciones de deshidrogenacin. En reacciones de este tipo hay sustancias que ceden e- (dadoras) y otras que los aceptan (aceptoras). En las bacterias de inters mdico los sistemas de oxido-reduccin que transforman la energa qumica de los nutrientes en una forma biolgicamente til, incluyen la fermentacin y la respiracin. En la fermentacin tanto la molcula dadora como la aceptora de electrones, son compuestos orgnicos, mientras que en la respiracin hay un aceptor final exgeno, que cuando es el oxgeno hablamos de respiracin aerobia, y cuando es un compuesto inorgnico hablamos de respiracin anaerobia.FOTOAUTROTOFOSLos organismos fottrofos son quienes tienen capacidad de tomar fotones de la luz de Sol como fuente de energa. Esos fotones pueden, pero no necesariamente, ser utilizados para fijar carbono inorgnico en forma de carbono orgnico, y esos organismos se llaman fotoauttrofos, que son organismos que efectan fotosntesis para obtener energa.Utilizan la energa de la luz solar para fijar el dixido de carbono (CO2); ste es combinado con agua (H2O) formando PGAL (fosfogliceraldehido). Esta molcula se usa para sintetizar diversas molculas orgnicas, por ejemplo la glucosa; usadas en los procesos celulares tales como biosntesis (procesos anablicos) y respiracin celular.FOTOHETEROTROFOSOrganismos que dependen de la luz para obtener energa y de la materia orgnica compleja para obtener carbono. Se llama fotohetertrofo al organismo que tiene como fuente de energa la luz y, como fuente de carbono, la materia orgnica. Los organismos adscritos a esta categora utilizan el carbono orgnico como fuente de carbono. No utilizan el agua como donador de electrones en la fotosntesis y por lo tanto no producen O2.QUIMIOAUTOTROFOSAl igual que los fotoauttrofos (como algas y plantas) los quimioauttrofos utilizan el CO2 como fuente principal de carbono, pero a diferencia de ellos, no utilizan la luz como fuente de energa sino que la obtienen por oxidacin de compuestos inorgnicos reducidos, tales como NH3, NO2-, H2, formas reducidas del azufre (H2S, S , S2O3-) o Fe2+. Su carbono celular deriva del CO2 y es asimilado mediante las reacciones del ciclo de Calvin, de modo anlogo a las plantas. Como resultado de su capacidad distintiva de crecer en medios estrictamente minerales, en ausencia de luz, estos organismos son denominados con frecuencia quimiolittrofos (de lithos, roca).QUIMIOHETEROTROFOSLos organismos quimiohetertrofos (o simplemente hetertrofos), como los animales y los hongos, oxidan molculas orgnicas reducidas, como la glucosa (va gluclisis), los triglicridos (va beta oxidacin) o los aminocidos (va desaminacin oxidativa) para obtener energa metablica (ATP) y poder reductor; adems, son incapaces de usar del CO2 como fuente de carbono.

Segn la utilizacin de oxigenoUTILIZACION DE OXIGENO:Los microorganismos se distinguen en funcin de sus necesidades de oxgeno, pudiendo dividirse en los aerobios estrictos, como los Streptomyces y la mayoria de los hongos filamentosos, que pueden llevar a cabo su metabolismo y crecimiento nicamente en presencia de oxgeno atmosfrico, los anaerobios estrictos, como los Clostridia, que nicamente pueden crecer en ausencia de oxgeno y los organismos facultativos, entre ellos las levaduras industriales, que pueden crecer en situaciones de aerobiosis y anaerobiosis.Aerobios ObligadosRequieren especficamente de oxigeno (21% o ms) para su crecimiento como aceptor de Electrones (hidrogeno) y se produce una fermentacin completa de los carbohidratos, ellos usan el O2 como un aceptor final de electrones en la respiracin.FacultativosSon organismos que pueden cambiar entre tipo de metabolismo aerbico y anaerbico. Bajo condiciones anaerbicas ellos crecen por fermentacin o respiracin anaerbica, pero en presencia de oxgeno ellos cambian a respiracin aerbica.MicroaerofilosUn microaerfilo es un microorganismo que requiere oxgeno para sobrevivir, pero requiere entornos que contienen niveles ms bajos de oxgeno que estn presentes en la atmsfera.Segn la utilizacin de nitrgenoFijacin de nitrgenoEl nitrgeno es un elemento requerido para el crecimiento por todos los sistemas biolgicos. Aunque es extremadamente comn (80% por volumen) en la atmsfera en forma de gas (N2) es generalmente inaccesible biolgicamente debido a su alta energa de activacin. En toda la naturaleza solamente las bacterias especializadas son capaces de la fijacin de nitrgeno, convirtindolo en amonaco (NH3) que es asimilado fcilmente por todos los organismos. Estas bacterias, por lo tanto, son muy importantes ecolgicamente y son a menudo esenciales para la supervivencia de ecosistemas enteros. Esto es especialmente cierto en el ocano, en donde las cianobacterias fijadoras de nitrgeno son menudo las nicas fuentes de nitrgeno. Tambin es muy importante en el suelo, existiendo simbiosis especializadas entre legumbres y bacterias fijadores de nitrgeno, imprescindibles para el crecimiento de estas plantas.La fijacin de nitrgeno se puede encontrar en casi todos los linajes bacterianos y clases fisiolgicas pero no es una caracterstica universal. Puesto que la enzima nitrogenasa, responsable de la fijacin de nitrgeno, es muy sensible al oxgeno que la inhibir irreversiblemente, todos los organismos fijadores de nitrgeno deben tener un cierto mecanismo para mantener la concentracin de oxgeno baja. Las posibilidades incluyen:Heterocistos en los agregados o filamentos celulares de cyanobacteria (por ejemplo Anabaena) en donde una clula no realiza la fotosntesis sino que solamente fija el nitrgeno para sus socias que a cambio la proveen de energa.Ndulos en las races de las plantas (por ejemplo, Rhizobium), en donde la planta le proporciona oxgeno a la bacteria a travs de molculas de leghemoglobina.Forma de vida anaerobia (por ejemplo, Clostridium pasteurianum).Metabolismo muy rpido (por ejemplo, Azotobacter vinelandii).

Segn su estilo de vidaPsicrofilosOrganismos capaces de vivir a temperaturas por debajo de los 5 C. A veces se los llama crifilos (amantes del hielo). Sus temperaturas mnimas de desarrollo van de 5 a +5 C, sus temperaturas ptimas de desarrollo se encuentran entre 12 y 15 C y sus temperaturas de desarrollo mximas son de 15 a 20 CPsicrfilos obligados. Su temperatura ptima est en torno a los 15-18 C, aunque viven perfectamente a cero grados e incluso a temperaturas ms bajas.Psicrfilos facultativos. Como su nombre indica, tienen la facultad de resistir el fro, pero su temperatura ptima es ms alta, en torno a los 20-30 C. Estos organismos son los culpables de que los alimentos se estropeen en los frigorficos.Halofilas extremasViven en ambientes extremadamente salinos, lagos salados, piscinas de evaporacin de agua del mar, depsitos subterrneos salinos, pero ahora tambin en las superficies de alimentos altamente salados como salazones de pescados y carnes. Otros organismos halfitos (hongos, camarones, etc) tienen concentraciones salinas citoplasmticas normales, gastando energa permanentemente en llevar sal fuera de la clula y agua dentro.

HalobacteriasLas halobacterias tienen la caracterstica nica de usar la luz como fuente de energa sin tener clorofila. Para ello poseen un pigmento llamado bacteriorodopsina (de funcionamiento similar a la rodopsina de la retina de los vertebrados) que le da un color prpura a la membrana y que reacciona con la luz produciendo un gradiente de protones a lo largo de la membrana que les permite la sntesis de ATP.TermoacidfiloEstas bacterias toleran temperaturas hasta de 80 C, estas tambin prefieren un intervalo de ph de 1-4, pueden encontrarse en geiseres y aguas termales.MetanogenasSon microorganismos procariontes que viven en medios estrictamente anaerobios y que obtienen energa mediante la produccin de gas natural, el metano (CH4). Gracias a esta caracterstica, este tipo de organismo tiene una gran importancia ecolgica, ya que interviene en la degradacin de la materia orgnica en la naturaleza, y en el ciclo del carbono.La caracterstica que identifica a las metangenas es su metabolismo productor de metano (CH4). La generacin de este hidrocarburo no es realmente el objetivo de dichas arqueas, en realidad la funcin de este proceso metablico es la obtencin de energa en forma de ATP, o de molculas destinadas para la biosntesis. Generalmente esta reaccin se realiza a partir de dixido de carbono (CO2) y de hidrgeno (H2), donde el CO2 es un aceptor de electrones que es reducido gracias a los electrones suministrados por H2. Puede considerarse, por tanto, una respiracin anaerbica. De forma simplificada, la reaccin de este proceso, puede ser escrita de la siguiente manera:CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O

Desnitrificacin La desnitrificacin es la utilizacin del nitrato (NO3- ) como receptor terminal de electrones. Es un proceso extensamente distribuido y utilizado por muchos miembros de Proteobacteria. Muchos anaerobios facultativos utilizan la desnitrificacin porque el nitrato, como el oxgeno, tiene un bajo potencial de reduccin. Muchas bacterias desnitrificadoras pueden tambin utilizar el hierro frrico (Fe3+ ) y algunos compuestos orgnicos como receptores de electrones. La desnitrificacin implica la reduccin paso a paso del nitrato al nitrito (NO2- ), al xido ntrico (NO), al xido nitroso (NO2) y al nitrgeno (N2) mediante las enzimas nitrato reductasa, nitrito reductasa, xido ntrico reductasa y xido nitroso reductasa, respectivamenteReduccin del sulfatoLa reduccin del sulfato es un proceso energtico relativamente pobre usado por muchas bacterias Gram negativas (Proteobacterias gamma) y por organismos Gram positivos relacionados con Desulfotomaculum o con la archaea Archaeoglobus. Como producto final metablico se obtiene sulfuro del hidrgeno (H2S) . Muchos organismos reductores del sulfato son hetertrofos, empleando compuestos del carbono tales como lactato y piruvato (entre muchos otros) como donadores de electrones mientras que otros son auttrofos, con el gas hidrgeno (H2) como donador de electrones. Algunas bacterias reductoras del sulfato auttrofas inusuales pueden utilizar el fosfito (HPO3- ) como donador de electrones (por ejemplo, Desulfotignum phosphitoxidans) o son capaces de generar dos compuestos a partir del azufre, en este caso un donador de electrones y un receptor de electrn) usando el tiosulfato (S2O32-, por ejemplo, Desulfovibrio sulfodismutans).AcetognesisLa acetognesis es un tipo de metabolismo microbiano que utiliza hidrgeno (H2) como donador de electrones y dixido de carbono (CO2) como receptor de electrones para producir acetato (en esto es similar a la metanognesis). Las bacterias que pueden sintetizar autotrficamente acetato se denominan homoacetgenas. La reduccin del dixido de carbono en todos los homoacetgenos se produce por la ruta del acetilo-CoA. Esta ruta tambin es utilizada para la fijacin del carbono por las bacterias reductoras del sulfato auttrofas y por los metangenos hidrogenotrofos. A menudo, los homoacetgenos pueden tambin ser fermentantes, usando el hidrgeno y dixido de carbono producidos como resultado de la fermentacin para producir acetato, que se secreta como producto final.

Conclusin.Nosotros aprendimos que el metabolismo microbiano era la forma que los microorganismos conseguan la energa y los nutrientes para vivir, que haba diferentes tipos o formas de conseguirlo, aprendimos diferentes tipos de respiraciones que tenan los microorganismos, y distintas maneras de conseguir su energa, algunas la conseguan de la luz solar y otros la obtenan por oxidacin de compuestos inorgnicos reducidos, entre otras, como tambin de donde sacaban el carbono para vivir.El metabolismo microbiano es de gran importancia al momento en que se realiza un cultivo, debido a que este ser de utilidad para identificar su tipo de crecimiento y esto nos ayudara al momento de su identificacin.Todos los microorganismos tienen una temperatura ptima de crecimiento, pero algunos tienen la capacidad para resistir cambios moderados de temperatura. Estos realizan pequeas alteraciones en su metabolismo para poder tolerar el cambio y as poder sobrevivir.

Bibliografa

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