Potencial de la Membrana / Rutas Asimilativa y Disimilativa

1. E. coligiales Potencial de la Membrana Doris Velasquez, Noelia A. Nieves, Viviannette Colón, Vivianette Figueroa, Héctor Acevedo, Xavier Pagán, Bryan Salas, Christian NievesyMiguel Cancel

2. MembranaCitoplásmica http://www.biologyjunction.com/images/cell20membrane.jpg Barrera semipermeable Procesosbioenergéticos Envío-ReciboSeñales Comunicación

3. Potencial de la Membrana(ΔΨ ) * Energíacapaz de generar un trabajo • Es la diferencia de potencial entre el citoplasmay el fluidoextracelular. • Depende de: • Diferencias en cargas • Concentración de los iones • Se mide en milivoltios: • Rango: -50 a -200mV http://www.uc.cl/sw_educ/neurociencias/esquemas/050b.gif

4. PotencialElectroquímico • Diferencia en la cantidad de iones en ambos lados de la membrana. Elementos: • Químico: ocasionado por un cambio en pH = cambio en la concentración de iones. • Eléctrico: efecto del potencial de la membrana sobre el movimiento del ión. Importancia: • Determina la dirección en que se mueve un solutocargadoespontáneamente a través de la membrana. http://biodepartamento3.blogspot.com/

5. Quimiosmosis Potencial de Protones Movimiento de protones de mayor a menorconcentración.

6. Potencial de Protones(Δp) • Se produce por una diferencia en la concentración de H+ a través de la membrana. Importancia • Establece un potencial de membrana. • Energiza la membrana. • Las bacterias lo utilizan para realizar trabajo.

7. Potencial de Protones(Δp) • Gradiente de H+ queinterviene en: • La producción de energía http://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdelasabiduria.madrid/Ejercicios/2b/Biologia/Metabolismo/fosforilacion.jpg

8. Potencial de Protones(Δp) • Gradiente de H+ queinterviene en: • La producción de energía • Transporte de solutos http://tonga.usip.edu/gmoyna/biochem341/lecture32.html

9. Potencial de Protones(Δp) • Gradiente de H+ queinterviene en: • La producción de energía • El transporte de solutos • La rotación de flagelos http://artigoo.com/imagenes/conidea/fla4.png

10. Potencial de Protones(Δp) • Forma de adquirir energía para: • Transporte de e- • Transporte Activo http://cdn.physorg.com/newman/gfx/news/sheddingnewl.jpg

11. Forma de adquirir energía para: • Síntesis de NADPH y ATP http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/Biology/actran.html

12. Solutoscompatibles • Se les conoce con el nombre de osmolitos • Permiten balancear la presión osmótica • Presentes en el citoplasma o periplasma • Usualmente la membrana es impermeable a los solutos • Pueden ser metabolizados por el microorganismo o mediante otro si son excretados • Ejemplos • Aminoácidos • Carbohidratos • Alcoholes • Iones

13. Aminoácidos Prolina Ectoina Glutamato

14. Carbohidratos Trehalosa Glucosa

15. Alcoholes Iones • K+yClˉ Glicerol Manitol Sorbitol

16. Relación entre PotencialElectroquímicoySolutos Compatibles • Incorporación o translocación requiere de la energía producida por el gradiente electroquímico de protones. • Hay microorganismosqueutilizan Na+paraenergíaymovimiento. • Éstosforman un gradiente de Na+paraproducir ATP. • El ATP puedeutilizarsepara el movimiento de flagelo.

17. Ejemplo: Antiporte Na+/ H+ • Antiporte es una proteina integral membranal envuelta en transporte activo secundario de dos o más moleculas diferentes a través de la membrana en direcciones opuestas. • Formación de gradiente de Na+(para Energía) • Varios sistemas antiportes envueltos • NhaA: 1 Na+ x 2 H+ • NhaB: 2 Na+ x 3 H+ • Este sistema antiporte también esta envuelto en el balance de pH (Na+por H) • Ejemplos: Propionigeniummodestum, VibriocholeraeySalinivibriocosticola http://neuroyciencia.blogspot.com/2010/03/membranas-y-transporte-activo.html

18. Cambio en el potencial de la membrana (ΔΨ) y cambio en pH (ΔpH) • Cambio en el potencial de la membrana (ΔΨ) • Cambio en pH (ΔpH) • Relación entre ambos

19. ΔΨ vs. ΔpH Caso 1: Se desarrolla el ΔΨ Caso 2: Se desarrolla un ΔpH Caso 3: Se desarrolla un ΔpH

20. Crecimiento de microorganismospor el efecto del ΔΨ y ΔpH http://dta.utalca.cl/biologia/BioROM%202005/contenido/transport/fuerza_protonmotri.htm

21. Crecimiento de microorganismos por el efecto del ΔΨ y ΔpH en el Δp Alcalófilos Algas eucarióticas (Chlorella spp,) Cianobacterias (Microcystis aeruginosa ) Eubacterias (Bacillus alcalophilus) Arqueobacterias (Natronococcus)

22. Habitat de Microorganismos Alcalófilos • Lagos y desiertos sódicos • Fuentes termales alcalinas • Efluentes industriales (cemento, rayón)

23. Crecimiento de microorganismos por el efecto del ΔΨ y ΔpH http://dta.utalca.cl/biologia/BioROM%202005/contenido/transport/fuerza_protonmotri.htm

24. Crecimiento de microorganismos por el efecto del ΔΨ y ΔpH en el Δp Neutrófilos Escherichia coli Salmonella Typhimurium

25. Habitat de Microorganismos Neutrófilos • Riosylagos

26. Crecimiento de microorganismos por el efecto del ΔΨ y ΔpH http://dta.utalca.cl/biologia/BioROM%202005/contenido/transport/fuerza_protonmotri.htm

27. Crecimiento de microorganismos por el efecto del ΔΨ y ΔpH en el Δp Acidófilos Algas Eucarióticas (Euglena mutabilis) Hongos y Levaduras Eubacterias (Thiobacillus spp.) Arqueobacterias (Sulfulobus spp.)

28. Habitat de Microorganismos Alcalófilos • Lagos y pantanos • Suelos acidificados • Lagos volcánicos, fuentes geotermales • Efluentes de minas, pilas residuales de carbón

29. Agentes químicos que eliminan el potencial Electroquímico • Ionóforo- pequeñamoléculahidrofóbicaque se disuelve en la capabilipídicayaumenta a supermeabilidad a ionesinorgánicosespecíficos. • Valinomicina- antibiótico que rodea al K+ y dado queporfueraeshidrofóbico, cruza la bicapa de un lado a otroysuelta los ioneshacia el lado de mayor concentración. • Si existeunadiferencia de potencialeléctrico a ambos lados de la membrana, la valinomicinapuedesoltar el catión en el lado de la membrana en que el potencialesnegativo, aun en contra de lo que se esperaríapor la diferencia de concentración; esdecir, la valinomicinapuedeproducir la acumulación del ion si hay un potencialeléctrico. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/18/html/sec_8.html

30. Agentes químicos que eliminan el potencial Electroquímico • Gramicidina- antibióticoquefuncionacomoionóforo, estácompuestoporunacadena lineal de a.a. • variasmoléculas de gramicidina se acomodanunasobreotra, enroscándose, de modoque entre variaspuedenformar un túnelquecruza la membrana, constituyendo un poroquepuedepermitir el paso de los iones de determinadotamañoy características. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/18/html/sec_8.html

31. Rutaasimilativa vs. Rutadisimilativa E. coligiales Doris Velasquez, Noelia A. Nieves, Viviannette Colón, Vivianette Figueroa, Héctor Acevedo, Xavier Pagán, Bryan Salas, Christian NievesyMiguel Cancel

32. Asimilativa y Disimilativa • Asimilativa Provee nutrientes que son metabolizados e incorporados a la célula para su crecimiento. Este proceso no produce energía. • Disimilativa Se convierten moléculas complejas a más simples para utilizarlas como aceptadores de electrones que luego son expulsados al ambiente. Ejemplos: N, S, Fe y P

33. Nitrógeno Información general: • Se utilizan enzima de amonio monooxigenasa en el citoplasma y hidroxilamina oxidoreductasa en el periplasma. • No está acoplado a la formación de ATP. • Sirve como fuente de nitrógeno en plantas, hongos y bacterias. • Fijación de Nitrógeno atmosférico sólo lo pueden hacer organismos procarióticos.

34. Asimilatoria y Disimilatoria en Nitrógeno Asimilatoria: • Proceso aerobio llevado a cabo por bacterias nitrificantes quimiolitoautotrofas. • Nitrosomonas y Nitrobacter Disimilatoria: • Proceso de reducción del nitrato en condiciones anaeróbicas • El nitrato es el aceptor de e- • Pseudomonas, Bacillus, Rhizobium, Cornebacterium, Cytophata, Thiobacillus, y Alcaligenes

35. Azufre • El azufre es reducido a nivel de sulfuro para poder ser asimilado por plantas, algas y microorganismos heterotróficos. • Regularmente se encuentran en el fondo de los lagos o en ambientes marinos donde hay mucha materia orgánica de desecho. • La reducción disimilativa del sulfato a formado a lo largo de tiempos geológicos un depósito minerales de sulfuros metálicos. • ATP es consumido en el proceso.

36. Asimilatoria y Disimilatoria en Azufre • Bacteriasreductoras de azufrereducen el azufre a sulfuro, pero no sulfato a sulfuro. • Utilizan S comoaceptador final de –e • Thermococcus y Thermoproteus • Bacterias reductoras de sulfatos utilizan solo unos pocos compuestos orgánicos, siendo el ácido láctico y los ácidos dicarboxílicos de 4 carbonos sus principales substratos. • Este procesoesrealizadoporlasbacteriassulfatorreductoras: Desulfovibrio, Desulfotomaculum y Desulfobacter.

37. Overview Table: Differentiation of Subgroups 1 through 4 of the dissimilatory sulfate- or sulfur-reducing bacteria. Dr. Charles Hagedorn (CSES); ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY. BIOL/CEE/CSES/ENSC 4164 Spring 2010. BIOGEOCHEMICAL CYCLES. SOIL MICROBIOLOGY. BIOL/CSES 4684 http://filebox.vt.edu/users/chagedor/biol_4684/Cycles/Sreduct.html

38. Hierro • Existen tres tipos de oxidación en donde actúan varios organismos: 1) El hierro en ambientes que tienen un pH bajo drenaje ácido. (acidófilos) 2) El hierro ferroso en un pH neutro en las zonas de transición oxigenica- anóxigenica. (acidófilas oxidantes aerobias) 3) hierro ferroso para producir NADH para la fijación del dioxido de carbono. (fotosintéticas anaerobias) • Bajo condiciones aerobias y pH moderado, el hierro ferroso se oxida formando férrico y luego a hidróxido férrico que es insoluble.

39. Asimilatoria y Disimilatoria en Hierro • La mayoría de los compuestos ferrosos (Fe2+) son solubles. Ésto se favorece bajo condiciones acídicas. • Los compuestos férricos (Fe3+) son insolubles, su solubilidad se favorece en altas concentraciones de oxígeno. Bacteriasoxidadoras de hierro son quimiolitotrofasacidófilasobligadasquegeneranenergía en esteprocesobajocondicionesaerobias.

40. Fósforo • Base para la formación de los enlaces de alto contenido de energía del ATP. • Desempeña el papel de intercambiador de la energía. • Es obtenido por las raíces de la planta y bacterias en donde se unirá a otros compuestos orgánicos. • Protozoos.

41. Asimilatoria y Disimilatoria en Fósforo

42. Referencias: Caldwell, D. (2000). Microbial Physiology and Metabolism. Star Publishing Company. LatzkeFlorencia, M. M. (2006). Ciclo del nitrógeno: la inmovilización. Universidad nacional del comahue . Leandro Herrera, J. H. Opciones Tecnológicas Asociadas a las bacterias reductoras del sulfato. Universidad de Chile : Departamento de Química . Mendez, Gonzales, J. F. (n.d.). Determinación de Existencia y Cuantificacion de Bacterias sulfato reductora en sedimento del lago de Xochimilco. Casa abierta al tiempo. Moat, A. et al. (2002). Microbial Physiology. A John Wiley & Sons, Inc. Neidhardt, F. et al.(1990). Physiology of the Bacterial Cell. SinauerAssociater, Inc.

43. ¡¡Muchas Gracias!!