Clase 4 Metabolismo bacteriano

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1 Clase 4 Metabolismo bacteriano Composición química de las bacterias. Fuentes de carbono y energía. Categorías nutricionales. Catabolismo y anabolismo. Reacciones de óxido-reducción, torre de electrones, transporte de electrones, fuerza proton motriz y síntesis de ATP. Diversidad catabólica.

2 Los procariotas constituyen una proporción muy importante de la biomasa = La biomasa de los procariotas se estima en 5x10 15 gramos de C equivalente a la biomasa vegetal total Además contienen 10 veces más N y P que toda la biomasa vegetal

3 Composicion química de una célula procariota

4 Síntesis de biomasa

5 Elementos requeridos para el crecimiento Macronutrientes (C,N, P, H, O, S, K, Mg, Ca, Na, Fe) Micronutrientes (Fe, Mn, Co, Cu, Cr, Mo, Ni, Se) Factores de crecimiento (vitaminas, aminoácidos, purinas, pirimidinas)

6 Macronutrientes y sus formas en el ambiente

7 Micronutrientes y sus funciones a nivel celular

8

9 El objetivo es crecer

10 Anabolismo-Catabolismo Material celular: moléculas de alto PM, biomasa reducida Recursos del hábitat (reducidos) -Biosíntesis -Creación de enlaces C-C -Oxidación de sustratos reducidos -Creación de enlaces de alta energía ATP ATP

11 Reacciones de óxido-reducción La utilización de la energía derivada de las reacciones químicas implica reacciones de óxido-reducción Oxidación: pérdida de uno (o varios) electrones Reducción: ganancia de uno (o varios) electrones

12 Reacciones de óxido-reducción Son reacciones que se dan simultáneamente: uno pierde (el donador) y otro gana el electrón (el aceptor) Semi-reacción de oxidación H 2 2e - + 2H + Semi-reacción de reducción ½ O 2 + 2e- O 2- Formación de agua O H + H 2 O Reacción neta H 2 + ½ O 2 H 2 O donador aceptor

13 Reacciones de óxido-reducción Potenciales de reducción -La sustancias difieren en la tendencia a oxidarse o reducirse esta tendencia se conoce como potencial de reducción (E 0 ) -Se calcula tomando como referencia el potencial del H 2 2H + + 2e - H 2 E0 = V -La misma sustancia puede actuar como donante o receptor de electrones dependiendo de cuál es el otro reactante

14 Reacciones de óxido-reducción Cómo sé cual cede y cual acepta los electrones en una reacción dada? La sustancia reducida (potencial más negativo) cede electrones a la sustancia oxidada (potencial más positivo) 2H + + 2e - H 2 E 0 = V ½ O 2 + 2e - + 2H + H 2 O E 0 = V

15 Torre electrones Tendencia a donar e - Tendencia a recibir e -

16 Torre electrones Tendencia a donar e - Tendencia a recibir e -

17 Torre electrones Glucosa + O 2 CO 2 + H 2 O Glucosa + NO 3 CO 2 + NO 2 + H 2 O Los donadores de electrones se denominan fuente de energía Pero la cantidad de energía liberada depende del par donador-receptor

18 Reacciones en el ambiente

19 Cómo utilizan las células la energía química de las reacciones de óxido-reducción?

20 Transporte de electrones en las células -La transferencia de electrones entre el donador y el aceptor se hace a través de intermediarios que forman una cadena de transportadores de electrones -2 tipos de intermediarios: unidos a membrana y difusibles -a nivel celular en las óxido-reducciones además de electrones se transfieren átomos de hidrógeno

21 Transportadores difusibles -Co-enzimas nicotínamida adenín dinucleótido (NAD + ) y NAD-fosfato (NADP + ) -NAD + y NADP + transportan átomos de H -transfieren 2 átomos de H al siguiente transportador -potencial de reducción (buenos donantes)

22

23 Conservación de la energía generada en las reacciones de óxido -reducción

24 Compuestos de alta energía

25 Síntesis del ATP -Fosforilación a nivel del sustrato -Fosforilación oxidativa -Fotofosforilación (fotosíntesis)

26 Fosforilación a nivel del sustrato 1) 1,3 Di-fosfoglicerato + ADP 3-Fosfoglicerato + ATP 2) Fosfoenolpiruvato + ADP piruvato + ATP 2) Acetil-P + ADP acetato + ATP Esto es lo que pasa cuando el metabolismo de obtención de energía es la fermentación

27 Fosforilación oxidativa síntesis de ATP asociada a: -una cadena de transportadores de electrones - generación de un gradiente de protones (fuerza protón motriz) Esto es lo que pasa cuando el metabolismo de obtención de energía es la respiración (o la fotosíntesis)

28 Componentes de la cadena de transportadores NAD Flavoproteínas Proteínas con hierro y azufre Quinonas Citocromos

29 Fuerza protón-motriz -durante el transporte los electrones quedan a un lado de la membrana y los protones al otro -se genera un gradiente (cara interna negativa y alcalina, cara externa positiva y ácida) -ese gradiente es una fuente potencial de energía

30 ATP sintetasa (ATPasa) -Enzima unida a membrana -Cataliza la síntesis de ATP disipando el gradiente de protones -esto se denomina fosforilación oxidativa

31

32 Diversidad metabólica Modos de nutrición de los seres vivos Energía Química Energía Lumínica Carbono orgánico Quimio-heterótrofos Foto-heterótrofos Carbono inorgánico Quimio-autótrofos Foto-autótrofos

33 Clasificación nutricional de los seres vivos Energía química Energía lumínica Oxidación de comp. orgánicos Oxidación de comp. inorgánicos Carbono orgánico Quimioorgano heterótrofo Quimiolito-heterótrofo Heterótrofo fotosintético CO 2 Quimiolito-autótrofo Autótrofo fotosintético

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37 Siguiente clase Fermentación y respiración

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