METABOLISMO Microbiología Licenciatura en Biología Molecular

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María Concepción Martín Pinto
hace 6 años
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1 METABOLISMO Microbiología Licenciatura en Biología Molecular

2 Metabolismo celular

3 METABOLISMO Son todos los procesos químicos que tienen lugar dentro de una célula

4 METABOLISMO Son todos los procesos químicos que tienen lugar dentro de una célula

5 Por qué estudiar metabolismo?? ØPara diseñar medios de cultivo para microorganismos ØPara implementar procedimientos que impidan el crecimiento de microorganismos indeseables ØPara la identificación de microorganismos mediante pruebas metabólicas (bioquímicas) ØEn microbiología médica para conocer el desarrollo de microorganismos que causan enfermedades infecciosas) ØEn microbiología industrial para conocer el desarrollo de microorganismos que producen compuestos útiles ØPara entender el crecimiento microbiano

6 El metabolismo reacciones: incluye 2 tipos de CATABOLISMO Conjunto de reacciones bioquímicas que conducen a la producción de ENERGIA (ATP, FPM) y PODER REDUCTOR (NAD, NADH) necesarios para la biosíntesis. ANABOLISMO Suma total de todas las reacciones biosintéticas de la célula.

8 Catabolismo y anabolismo: la obtención de energía al vincular estos procesos

9 CATABOLISMO Rutas para la obtención de energía y poder reductor: Fermentación Respiración Fotosíntesis

10 La energía se requiere para: Biosíntesis (anabolismo) Transporte activo Translocación de proteínas a través de la membrana citoplásmica Movimiento flagelar Bioluminiscencia n n n n n Cómo se obtiene el ATP? nfosforilación a nivel de sustrato nfosforilación oxidativa nfotofosforilación n

11 Diferencias entre fosforilación a nivel de sustrato y fosforilación oxidativa La generación de ATP es consecuencia de la transferencia de un P de alta energía desde un compuesto fosforilado hacia el ADP. La generación de ATP está asociada a la FPM, se transfieren e- desde compuestos orgánicos hacia NAD+ o FAD+ y luego a través de transportadores hasta el O2 u otros aceptores finales.

12 Integración entre vía glicolítica, ciclo de Krebs y transporte de electrones Localización celular: CITOPLASMA Localización celular: MEMBRANA CITOPLASMÁTICA

13 FERMENTACIÓN Son vías catabólicas en las que un compuesto orgánico actúa sucesivamente como donador y aceptor de electrones. Es un proceso ANAEROBIO. La energía se obtiene únicamente por FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO

15 Bacterias propiónicas Bacterias lácticas

16 Ruta de Embden-Meyerhof o vía glicolítica Dihidroxiacetona-P Localización celular: CITOPLASMA Ganancia de energía: 2ATP / glucosa

17 PRINCIPALES VÍAS DE FERMENTACIÓN Localización celular: CITOPLASMA Fementación propiónica BACT. PROPIÓNICAS Hidrogenolasa fórmica enterobacterias Fementación ácido mixta Fementación láctica Fementación alcohólica LEVADURAS BACTERIAS LÁCTICAS Fementación acetoínica ENTEROBACTERIAS Fementación butírica ANAEROBIOS

18 Bacterias lácticas

19 Resultados de las fermentaciones: -síntesis de ATP -regeneración de NAD+ -productos de fermentación Fermentación Microorganismos Homoláctica BAL Heteroláctica BAL Productos ppales ATP/glucosa ácido láctico 2 ácido láctico, etanol, CO2 1 Alcohólica Levaduras etanol + CO2 2 Ácida mixta E. coli ácido fórmico H2 + CO2 ácido acético etanol ácido succínico 3 Butilenglicólica Enterobacter CO2 butilenglicol Aceto-butírica Clostridios ác. acético, acetona, ácido butírico, butanol acetoína 2

20 RESPIRACIÓN Proceso de oxidación de sustratos usando un aceptor final de electrones exógeno Aeróbica Anaeróbica Proceso por el cual se oxida un compuesto usando O2 como aceptor final de electrones Cuando el aceptor final de electrones es diferente del O2 (nitrato, sulfato, etc.)

21 Respiración según el tipo de donador y de aceptor de electrones n n Según el tipo de donante de e-: n En los quimiolitotrofos el donante es una sustancia inorgánica n En los quimiorganotrofos respiradores el donante es una sustancia orgánica Según el aceptor final de electrones: n Si es O2: respiración aerobia n Si es distinto del O2: respiración anaerobia

22 Ciclo de Krebs o del ácido cítrico Localización celular: CITOPLASMA X 2 = 30 ATP + 2 NADH glicolisis = 6 ATP + 2 ATP glucolisis

23 Respiración aerobia Cadena de transporte de electrones Localización celular: MEMBRANA CITOPLASMÁTICA No existen mitocondrias!!

24 Detalles de la cadena de transporte de electrones Localización celular: MEMBRANA CITOPLASMÁTICA

ATP sintetasa nporción transmembrana nf0 {a, b2, c12} : + n a canaliza los H nlas b salen hacia el citoplasma e interaccionan con la porción F1 nlas c forman un cilindro que puede rotar en ambos

25 ATP sintetasa nporción transmembrana nf0 {a, b2, c12} : + n a canaliza los H nlas b salen hacia el citoplasma e interaccionan con la porción F1 nlas c forman un cilindro que puede rotar en ambos sentidos nporción citoplasmática nf1 {α3, n n n n n β2, γ, δ, ε} Funcionamiento: La entrada de los H+ rotación del cilindro de c12 torsión se comunica a F1 a través de γ, ε cambio conformacional en subunidades b ADP+P ATP El papel de b2 δ es de estator (inmovilizador), impidendo que αβ giren con εɤ

26 Respiración Anaeróbica - Los aceptores finales de electrones son diferentes del oxígeno: - NO3- + e NO2- Fe+++ + e Fe2+ - SO4= + e S2- CO3= + e HCO3- Fumarato + e Succinato - Se libera menos energía cuando se usan estos aceptores de electrones - También se genera fuerza electromotriz de protones (FPM)

Existen ATPasa y FPM en organismos fermentadores que no respiran y no realizan transporte de electrones hacia un aceptor final? Sí, como puede observarse en el gráfico inferior.

27 Existen ATPasa y FPM en organismos fermentadores que no respiran y no realizan transporte de electrones hacia un aceptor final? Sí, como puede observarse en el gráfico inferior. Existe ATPasa que funciona en sentido inverso a lo que ocurre en organismos que hacen respiración: -Hidrolizan ATP producido en fermentación y lo convierten en ADP + Pi. Esto genera un desplazamiento de H+ hacia el exterior y hace posible el gradiente electroquímico en membrana. _ La fuerza proton motriz así creada hace posible trabajos celulares tales como: * movimiento flagelar * transporte de iones a través de la membrana

28 Integración entre vía glicolítica, ciclo de Krebs y transporte de electrones Localización celular: CITOPLASMA Localización celular: MEMBRANA CITOPLASMÁTICA

29 FOTOSÍNTESIS Es la conversión de la energía lumínica en energía química Los microorganismos que realizan fotosíntesis se llaman FOTOTROFOS NO EXISTEN CLOROPLASTOS!! Localización celular: MEMBRANA CITOPLASMÁTICA adaptada en distintas formas: tilacoides, lamelas, cromatóforos, clorosomas, etc.

30 PIGMENTOS FOTOSENSIBLES Su presencia es necesaria para que se realice la fotosíntesis

31 Centros antena (claros) y Centros reactivos (oscuros)

32 Cianobacterias Nostoc tilacoides lamelas

33 Bacterias fotosintéticas cromatóforos

34 Clorosomas

35 Ficobilinas y ficobilisomas

36 Fotosíntesis acíclica u oxigénica Cianobacterias

37 Fotosíntesis cíclica o anoxigénica Bacterias rojas Bacterias verdes

38 Transporte de electrones en fotofosforilación

39 Fotosíntesis anoxigénica FOTOFOSFORILACIÓN

40 FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA FOTOSÍNTESIS ANOXIGÉNICA Cíclica No Sí Acíclica Sí, y a altas [NADPH] puede convertirse en cíclica No Centros reactivos 2 1 Microorganismos Cianobacterias Bacterias rojas, verdes, heliobacterias Pigmento fotosintético principal Clorofila a Bacterioclorofila a, b, d, e Pigmentos accesorios Ficobilinas-ficoeritrinas carotenoides Dadores de e- H2 O H2S, S2O3=, So, Fe2+ Flujo inverso de e- No En bacterias rojas Producción de O2 Sí No (ambientes anaerobios)

Fijación de CO2 : Ciclo de Calvin Son necesarios: NAD(P)H, ATP y dos enzimas específicas: ribulosa difosfatocarboxilasa (RubisCO) y una fosfoquinasa.

41 Fijación de CO2 : Ciclo de Calvin Son necesarios: NAD(P)H, ATP y dos enzimas específicas: ribulosa difosfatocarboxilasa (RubisCO) y una fosfoquinasa. RubisCO está presente en bacterias púrpuras, cianobacterias, algas, plantas verdes, quimiolitótrofos del dominio Bacteria, y en arqueas como las halófilas e hipertermófilas

42 Fijación de CO2 (2): Bacterias fototrofas verdes Inversa del ciclo de Krebs

43 BIOSÍNTESIS EN BACTERIAS ANABOLISMO Reacciones de BIOSINTESIS - Fijación de CO2 - Ciclo de Calvin - Derivaciones del TCA - Glucólisis invertida - Síntesis de peptidoglicano

44 SÍNTESIS DEL PEPTIDOGLICANO Brock Biología de los microorganismos

45 Síntesis de pared bacteriana

46 CICLO DE KREBS Y BIOSINTESIS: El ciclo del ácido cítrico también interviene en reacciones biosintéticas de la célula. Por ej.: -alfa-cetoglutarato y oxalacetato, son precursores de ciertos aminoácidos -succinilcoenzima A, contribuye a formar el anillo porfirínico (que contiene Fe) de los citocromos, la clorofila y otros compuestos tetrapirrólicos -oxalacetato, puede convertirse en fosfoenolpiruvato, un precursor de glucosa. -acetilcoa, es material necesario para la biosíntesis de ácidos grasos

47 Brock, Biología de los microorganismos. 12ª. Edición, Prentice-Hall. Davis Dulbecco. Microbiología. Ed. Salvat.

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