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METABOLISMO MICROBIANO. Es el estudio de las reacciones químicas que se llevan a cabo en las células. María Cecilia Arango Jaramillo. Productos de desecho. Nutrientes. Energía para el movimiento, transporte de nutrientes,etc. Energía para el desarrollo. Anabolismo. Catabolismo.

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metabolismo microbiano

METABOLISMO MICROBIANO

Es el estudio de las reacciones químicas que se llevan a cabo en las células

María Cecilia Arango Jaramillo

slide2

Productos de desecho

Nutrientes

Energía para el movimiento, transporte de nutrientes,etc

Energía para el desarrollo

Anabolismo

Catabolismo

Componentes celulares

Fuente de energía

fases del metabolismo
FASES DEL METABOLISMO:
  • ANABOLISMO : Formación o síntesis de compuestos químicos (Biosíntesis)
  • CATABOLISMO : Degradación o descomposición de compuestos
slide5
Compuestos ricos en energía :

Adenosina trifosfato ( ATP )

Guanosina trifosfato ( GTP )

Acetil fosfato

Ácido 1,3-difosfoglicérido

Ácido fosfoenolpirúvico ( PEP )

COMPUESTOS RICOS EN ENERGÍA :

slide6

El ATP actúa como transportador de energía o como intermediario entre aquellas reacciones que proporcionan energía y las que la consumen.

slide8
La célula microbiana utiliza la energía para:

El movimiento.

La producción de calor.

La electricidad.

Biolumniscencia.

la c lula microbiana utiliza la energ a qu mica para
La célula microbiana utiliza la energía química para :
  • Sintetizar grandes moléculas a partir de otras más pequeñas.
  • Transportar sustancias hacia la célula microbiana y organizarlas en su interior.
  • Sacar las sustancias de desecho de la célula microbiana o para realizar la secreción
  • El trabajo mecánico de las célula microbianas.
slide10
Transporte de Nutrientes.
  • Difusión simple o pasiva
  • Difusión facilitada
  • Traslocación en grupo
  • Transporte activo
obtenci n de la energ a celular
OBTENCIÓN DE LA ENERGÍA CELULAR

La célula microbiana obtiene su energía de dos maneras :

  • Degradando compuestos y liberando su energía
  • Almacenando la energía lumínica del sol mediante el proceso de fotosíntesis.
los procesos por los cuales los microorganismos obtienen su energ a son
Los procesos por los cuales los microorganismos obtienen su energía son:
  • FOTOSÍNTESIS
  • QUIMIOSÍNTESIS
  • RESPIRACIÓN
    • Aeróbica
    • Anaeróbica
    • Fermentación
fotos ntesis1

CO2 + 2 H2O

En presencia de luz y clorofila

(CH2O )x + O2 + H2O

Carbohidrato

FOTOSÍNTESIS

La fotosíntesis es el proceso que convierte la energía lumínica en energía química

estructura del cloroplasto y de las membranas fotosint ticas
Estructura del cloroplasto y de las membranas fotosintéticas.
  • Los organismos fotosintéticos procariotes y eucariotes poseen sacos aplanados o vesículas llamadas tilacoides, que contienen los pigmentos fotosintéticos
  • Pero solamente los cloroplastos de los eucariotes están rodeados por una doble membrana.
slide19
FASES

DE LA FOTOSÍNTESIS

slide20

Clorofila

ADP

NADP

  • Fase lumínica

12 H2O

18ATP+12NADPH2+ 6O2

productos de la fase lum nica y reacciones de la fase oscura
Productos de la fase lumínica y reacciones de la fase oscura

6CO2 + 18 ATP + 12 NADPH2

Enzima

C6H12O6—P+ 18 ADP + 17 P inorgánico + 12 NADP

Hexosa

slide22

H2O

Compuesto inestable

CO2

Ribulosa 1,5 difosfato

Ribulosa 1 fosfato

H2O

ATP

NADPH2

Fructosa

6-fosfato

Pi

ADP +NADP

Acido

3-difosfoglicérico

3-fosfo

gliceraldehído

Acido

1,3-difosfoglicérico

GLUCOSA

Ciclo de Calvin o del C3

slide24
NO FOTOSINTÉTICOS

Obtienen energía para sintetizar compuestos orgánicos del desdoblamiento de otros compuestos orgánicos preexistentes.

No hay ganancia en la cantidad total de compuestos orgánicos.

Transforman biomasa.

Por medio del ciclo del carbono, todas las célula microbianas, autótrofas o no, pueden utilizar el bióxido de carbono.

  • La conversión de CO2 en compuestos orgánicos requiere energía.

FOTOSINTÉTICOS

  • Forman compuestos orgánicos durante la fotosíntesis
  • Utilizan energía procedente de la luz
  • Aumentan la cantidad total de compuestos orgánicos. Sintetizan biomasa.
slide26

RESPIRACIÓN: Proceso por el cual la célula microbiana libera la energía almacenada en los alimentos.

  • Este proceso ocurre en las mitocondrias en la mayoría de las células eucariotes o en la membrana celular de las células procariotes
  • http://www.microbelibrary.org/images/Tterry/HTMLpages/mitochondrialrespiration-Spanish.htm
tipos de respiraci n
Respiración aerobia.

Respiración anaerobia (Fermentación).

Tipos de respiración
respiraci n aerobia
C6H12O6 + 6O2

 Enzimas

6CO2 +6 H2O+Energía (38 ATP)

G = -686 Kcal

RESPIRACIÓN AEROBIA

http://www.umb.edu.co/umb/cursos/Bioquimica/Modulo3/mod3a.htm

el conjunto de reacciones del ciclo atc se puede resumir en la siguiente forma
Acetil-CoA + 3H2O + 3NAD+ + FAD+ + ADP + Pi

2CO2 + CoA + 3NADH2 + FADH2 + ATP

Una molécula de glucosa da lugar a dos de acetil- CoA, que pueden entrar en este ciclo

El total será el doble del indicado en esta reacción

El conjunto de reacciones del ciclo ATC se puede resumir en la siguiente forma:
slide37

La ATPasa utiliza el potencial eléctrico que se crea por la diferencia entre la concentración de protones (H+) entre el lado externo y el lado interno de la membrana interna de la mitocondria: una verdadera pila voltáica biológica

slide39
En la respiración los electrones son transferidos de manera secuencial a través de una serie de proteínas transportadoras adosadas a la membrana celular.

Esta es la cadena de transporte de electrones.

Los electrones son eliminados de los transportadores de energía por medio de la reducción de algún aceptor terminal de electrones como:

el oxígeno (en la respiración aeróbica)

nitrógeno, sulfato o dióxido de carbono (en la respiración anaeróbica).

slide40

Sustancia oxidada

CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO :

Secuencia de reacciones de oxidación-reducción para la generación de ATP.

La cadena se acopla al ciclo de Krebs para convertir la energía liberada en él, en ATP--> fosforilación oxidativa.

Capta electrones a partir de compuestos reducidos y los transfire al aceptor final, el oxígeno, con la consiguienteformación de agua.

Sustancia reducida

NAD+

NADH2

ATP

ADP + P

FMN

Flavoproteína

FMNH2

FADH2

FAD

CoQ

CoQH2

Coenzima Q

H+

Fe+3

Citocromo b-

Fe+2

ADP + P

ATP

Fe+3

Citocromo c1-

Fe+2

Fe+3

Citocromo c-

Fe+2

Fe+3

Citocromo a-/a3

Fe+2

ATP

ADP + P

O2

Figura 45. Cadena de transporte electrónico

H2O

el rendimiento total en atp por respiraci n aer bica a partir de una mol cula de glucosa
La oxidación completa de la glucosa, vía glucólisis, ciclo ATC y cadena respiratoria, se resume en la reacción siguiente:

C6H12O6 + 6O2

6CO2 + 6H2O + 38 ATP (= 686 Kcal)

El rendimiento total en ATP por respiración aeróbica a partir de una molécula de glucosa
respiraciones anaerobias
El oxígeno gaseoso no interviene.

El aceptor de electrones es un compuesto distinto al oxígeno.

Cuando el aceptor es un compuesto como orgánico se denomina fermentación

Cuando es inorgánico respiración anaerobia

RESPIRACIONES ANAEROBIAS
slide45
La respiración sin oxígeno, está restringida en gran parte a los saprófogos (bacterias, levaduras, mohos, protozoos).
slide47
GLUCOSA

 Glucólisis

2C3H4O3(ácido pirúvico) + 4H

2C2H5OH + 2CO2 +2 ATP

Alcohol etílico Dióxido de carbono Energía

En ausencia de oxígeno, para actuar como aceptor final, el ácido pirúvico sirve a sí mismo como aceptor.

slide48

COOH

COOH

2

H

CH3

+2NAD+

C

O

2

C

+ 2 NADH + 2 H+

CH3

CH3

Ácido pirúvico

Ácido láctico

Cuando el aceptor de electrones es un ácido orgánico se le llama fermentación, cuando el aceptor es una sustancia inorgánica como NO2, NO3, SO4, CO3 y fumarato

slide49

GLUCOSA

Ácido pirúvico

Ácido succínico

Ácido acético

+ Ácido fórmico

Acetona

Ácido acético

Ácido fórmico

Acetil CoA

Ácido acético

Alcohol etílico

H2

CO2

Diferentes rutas de fermentación

slide51
En algunas bacterias, al final de la cadena de transporte electrónico, puede existir un aceptor diferente del oxígeno (respiración anaerobia). Los aceptores y sus respectivos productos reducidos (A à AH2) son:

NO3--à N2

SO42-à SH2

fumarato à succinato

CO2à CH4

Fe3+à Fe2+

Con estos aceptores se obtiene menos energía que con el oxígeno, porque la pareja O2/H2O es más oxidante que las otras.

slide52
El uso de nitratos, sulfatos y CO2 como aceptores finales de electrones y no como material a incorporar al metabolismo plástico se denomina metabolismo desasimilativo.

El producto reducido se excreta al ambiente de la bacteria.

tipos de quimiolitotrofos
La capacidad de obtener energía por fosforilación oxidativa a partir de donadores inorgánicos de electrones sólo se presenta en ciertos grupos de procariotas. Tipos de quimiolitotrofos
cada grupo fisiol gico de quimiolitotrofos usa un tipo de donador inorg nico
Cada grupo fisiológico de quimiolitotrofos usa un tipo de donador inorgánico:
  • bacterias de hidrógeno (H2)
  • bacterias del hierro (Fe2+)
  • bacterias del azufre (S2-, S0).
  • bacterias nitrificantes, con dos subtipos diferentes:
      • las oxidadoras de amoniaco (llamadas nitrosas)
      • y las oxidadoras del nitrito (llamadas nítricas).
slide55
El uso desasimilativo de nitrato se llama desnitrificación, y ocurre por medio de una serie de fases donde el N va cambiando su estado de oxidación:

NO3--à NO2- (nitrito) à NO (óxido nítrico) à N2O (óx. nitroso) à N2 (dinitrógeno)

slide56
Sólo las bacterias sulfatorredutoras usan el sulfato como aceptor de electrones

Por una ruta especial en la que el sulfato primero tiene que activarse con ATP formando la adenosina-fosfo-sulfato ( APS).

La mayoría son quimiorganotrofas, pero algunas quimiolitotrofas pueden usar H2 donador de electrones.

slide57
Las arqueobacterias metanogénicas son los únicos seres vivos capaces de obtener energía acoplando la oxidación del hidrógeno molecular con el uso de CO2 como aceptor de electrones

Actúan en estas condiciones como quimiolitotrofos:

4H2 + CO2 à CH4 + 2H2O

slide59
LAS BACTERIAS QUIMIOSINTÉTICAS:
  • No necesitan nutrientes orgánicos porque utilizan bióxido de carbono para producir sus nutrientes
  • Obtienen la energía de la oxidación de compuestos inorgánicos como hidrógeno molecular, amoníaco, nitrito, tiosulfato, etc.

Los electrones resultantes entran en la cadena respiratoria con producción de ATP.

catabolismo de los l pidos

Ácido graso

Glicerina

3 Ácidos grasos

Glicerina

Ácido graso

Ácido graso

Lípido

Catabolismo de los lípidos
catabolismo de prote nas
Las proteínas son demasiado grandes para atravesar las membranas

Los microorganismos excretan proteasas que hidrolizan las proteínas exógenas a péptidos.

Proteasas Peptidasas

Proteínas----- Péptidos------- Aminoácidos

Los esqueletos carbonados de los aminoácidos entran en el ciclo ATC para sufrir una mayor oxidación vía acetil CoA, ácido cetoglutárico, ácido succínico, ácido fumárico o ácido oxaloacético

CATABOLISMO DE PROTEÍNAS
rutas de otros compuestos en la respiraci n aer bica

Azúcares complejos

Almidón

Glucosa

6C

Glicerol

3C

Gliceraldehído 3 P

3C

Ácido Láctico

3C

Aminoácidos

3C

Ácido pirúvico

3C

Ácidos

Grasos

Alcohol

2C

Aminoácidos

2C

Acetil CoA

2C

Ciclo

de los ácidos tricarboxílicos

Otros aminoácidos de más de

3C

RUTAS DE OTROS COMPUESTOS EN LA RESPIRACIÓN AERÓBICA
slide66

Intermediarios

de bajo peso molecular

Ribosa

carbamil fosfato

Cetoácidos

Fosfopiruvato, Malato

Acetato,

Malonato

Mono -

nucleóticos

Aminoácidos

Azúcares sencillos

Ácidos grasos,

Glicerina

Ácidos Nucléicos

Proteínas

Poli -

sacáridos

Lípidos

Unidades estructurales

Complejos enzimáticos, Ribosomas,

Sistemas contráctiles

Asociaciones

supra - moleculares

Macromoléculas

(Alto peso molecular)

Organelas

Núcleo, mitocondria, cloroplasto, etc.

slide68

Proteínas

Lípidos

Polisacáridos

FASE I

Hexosas

Pentosas

Aminoácidos

Acidos grasos

Glicerina

Gliceraldehido 3-fosfato

FASE II

Fosfoenolpirúvato

Á.Pirúvico

Acetil CoA

Acido Cítrico

A. Oxaloacético

Acido Isocítrico

Ciclo de los ácidos tricarboxílicos

Acido Málico

Acido  - cetoglutárico

Acido Fumárico

FASE III

Succinil CoA

Acido Succínico

CO2