METABOLISMO MICROBIANO

1. METABOLISMO MICROBIANO No puede haber vida sin una fuente de energía. María Cecilia Arango Jaramillo

2. FASES DEL METABOLISMO: • ANABOLISMO : Formación o síntesis de compuestos químicos • CATABOLISMO : Degradación o descomposición de compuestos

3. TRANSPORTADORES DE ENERGÍA

4. Compuestos ricos en energía : Adenosina trifosfato ( ATP ) Guanosina trifosfato ( GTP ) Acetil fosfato Ácido 1,3-difosfoglicérido Ácido fosfoenolpirúvico ( PEP ) COMPUESTOS RICOS EN ENERGÍA :

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

6. UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA POR LOS MICROORGANISMOS

7. La célula microbiana utiliza la energía para: El movimiento. La producción de calor. La electricidad. Biolumniscencia.

8. 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.

9. Transporte de Nutrientes. • Difusión simple o pasiva • Difusión facilitada • Traslocación en grupo • Transporte activo

10. 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.

11. Los procesos por los cuales los microorganismos obtienen su energía son: • FOTOSÍNTESIS • QUIMIOSÍNTESIS • RESPIRACIÓN • Aeróbica • Anaeróbica • Fermentación

12. FOTOSÍNTESIS

13. Naturaleza de la luz

14. 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

15. 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.

16. Excitación de la molécula de clorofila

18. FASES DE LA FOTOSÍNTESIS

19. Clorofila ADP NADP • Fase lumínica 12 H2O 18ATP+12NADPH2+ 6O2

20. 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

21. 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

22. Fotosíntesis: reacciones de luz y oscuridad

23. 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.

24. QUIMIOSÍNTESIS

25. 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.

26. RESPIRACIÓN:DESASIMILACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS Y LIBERACIÓN DE ENERGÍA

27. RESPIRACIÓN: Proceso por el cual la célula microbiana libera la energía almacenada en los alimentos. • Respiración aerobia. • Fermentación • Respiración anaerobia.

28. C6H12O6 + 6O2  Enzimas 6CO2 +6 H2O+Energía (38 ATP) G = -686 Kcal RESPIRACIÓN AERÓBIA http://www.umb.edu.co/umb/cursos/Bioquimica/Modulo3/mod3a.htm

29. Rata de producción de energía por combustión y por respiración celular

30. La glucólisis, ruta metabólica común a todos los organismos

32. A partir la glicólisis pueden darse la respiración aerobia o la anaerobia.

33. Ciclo de Krebs o Ciclo del ácido tricarboxílico (ATC)

35. 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:

36. Fosforilación oxidativa: formación directa de ATP a partir de ADP y Pi

37. 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

39. 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

40. Rendimiento total en ATP por molécula de glucosa

41. 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

42. 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. FERMENTACIÓN O RESPIRACIÓN ANAEROBIA

43. 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

44. 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

45. Ácido graso Glicerina 3 Ácidos grasos Glicerina Ácido graso Ácido graso Lípido Catabolismo de los lípidos

46. Todos los compuestos de esta reacción entran a la vía glucolítica.

47. Oxidación de los ácidos grasos

48. 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

49. 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