METABOLISMO MICROBIANO Fermentación, respiración y fotosíntesis

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Alejandra Robles Alcaraz
hace 6 años
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1 UNIVERSIDAD LAICA ELOY ALFARO DE MANABÍ DEARTAMENTO CENTRAL DE INVESTIGACIÓN METABOLISMO MICROBIANO Fermentación, respiración y fotosíntesis reparado por: Dr. Julio César Marín L. rometeo-senescyt Manta, enero de 2014

2 reparado por: rof. Julio César Marín L., 2008 Fuente: Brock, 1998 ENERGÉTICA Y FLUJO DE CARBONO Respiración aeróbica Compuesto orgánico AT Fuerza motriz de protones Flujo de electrones Flujo de carbono O 2 Biosíntesis Respiración anaeróbica Compuesto orgánico AT Fuerza motriz de protones Flujo de electrones Flujo de carbono NO 3 - SO 4 2- Otros Biosíntesis Metabolismo quimiolitotrofo Compuesto inorgánico AT Fuerza motriz de protones Flujo de electrones Flujo de carbono O 2 Biosíntesis Metabolismo fototrófico Luz Flujo de electrones Fuerza motriz de protones AT Flujo de carbono Biosíntesis

3 FLUJO DE CARBONO Y ELECTRONES EN LA FERMENTACIÓN Compuesto orgánico (donador de e - ) Intermediario Electrones Intermediario- AT AD Fosforilación a nivel del sustrato Compuesto orgánico oxidado (aceptor de e - ) Transportadores de e - Compuesto orgánico reducido (producto de fermentación) reparado por: rof. Julio César Marín L., 2008 Fuente: Brock, 1998

VĺA DE EMBDEN-MEYERHOF (GLUCÓLISIS) Etapa I: reacciones preparatorias (consume AT) Glucosa Glucosa-6- Hexokinasa AT AD Fructosa-6- AT Fructosa-1,6- AD Aldolasa Etapa II: oxidación (obtención de AT y

4 VĺA DE EMBDEN-MEYERHOF (GLUCÓLISIS) Etapa I: reacciones preparatorias (consume AT) Glucosa Glucosa-6- Hexokinasa AT AD Fructosa-6- AT Fructosa-1,6- AD Aldolasa Etapa II: oxidación (obtención de AT y piruvato) Gliceraldehído-3- Gliceroaldehído-3- deshidrogenasa Electrones NAD + NADH i 1,3-difosfoglicerato Fosfogliceroquinasa 3-fosfoglicerato AD AT Enolasa Fosfoenolpiruvato iruvatoquinasa AD AT Etapa III: reducción (productos de fermentación) NAD + NADH iruvato iruvato formatoliasa iruvato descarboxilasa + Acetaldehído Acetato + formato Formato hidrógeno liasa Lactato deshidrogenasa NADH H 2 + Lactato Alcohol deshidrogenasa NAD + reparado por: rof. Julio César Marín L., 2008 Fuente: Brock, 1998 Etanol

5 TIOS DE FERMENTACIÓN Fermentación alcohólica: los azúcares son fermentados hasta etanol y. Es llevada a cabo por hongos, algunas bacterias, algas y protozoarios. Fermentación acidoláctica: reducción de piruvato a lactato. Realizada por bacterias acidolácticas (Bacillus), algas (Chlorella), algunos mohos acuáticos y protozoarios. Fermentación homoláctica: se utiliza la vía glucolítica, reduciéndose casi todo el piruvato a lactado por la enzima lactato deshidrogenasa. Fermentación heteroláctica: se forma lactado y cantidades importantes de otros productos; etanol y. Se usa la enzima fosfocetolasa. Fermentación acidofórmica: se forma una mezcla de ácidos, incluido el fórmico, junto a otra serie de productos importantes como el etanol. Fermentación ácido-mixta: produce etanol y una mezcla compleja de ácidos (acético, láctico, succínico y fórmico). Desarrollada por Escherichia, Salmonella, roteus, etc. Fermentación butanodiólica: característica de Enterobacter, Serratia, Erwinia y algunas especies de Bacillus. El piruvato es convertido a acetoína que a continuación se reduce a 2,3-butanodiol con NADH. También se produce una gran cantidad de etanol, junto con pequeñas cantidades de los ácidos presentes en la fermentación ácido-mixta. reparado por: rof. Julio César Marín L., 2008 Fuente: rescott et al. 1999

6 reparado por: rof. Julio César Marín L., 2008 Fuente: Brock, 1998 CICLO DEL ÁCIDO CĺTRICO NAD + + CoA iruvato (3 carbonos) C 2 C 4 NADH Acetil-CoA C 5 C 6 CoA Oxalacetato 2- Citrato 3- NADH NAD + Aconitato 3- Malato 2- Isocitrato 3- FADH Fumarato 2- NAD() + NAD()H FAD + Succinato 2- α-cetoglutarato 2- CoA Succinil-CoA CoA + NAD + NADH GD + i GT Reacción global: iruvato + 4 NAD + + FAD + Fosforilación a nivel del sustrato Fosforilación por transporte de electrones GD + i GT GT + AD GD + AT 4 NADH 12 AT 1 FADH 2 AT 15 AT Suma CAC + glucólisis = 38 AT / glucosa

7 otencial de reducción (V) EJEMLO DE UN SISTEMA TRANSORTADOR DE ELECTRONES E 0 0,40 Sustratos 0,30 NAD + /NADH 0,20 Flavoproteína 0,10 0,0 roteínas ferrosulfuradas Quinona Citocromo bc 1 + 0,10 + 0,20 Citocromo c + 0,30 + 0,40 Citocromo aa 3 + 0,50 + 0,60 + 0,70 + 0,80 O 2 reparado por: rof. Julio César Marín L., 2008 Fuente: Brock, 1998

Las cargas + y originadas por H + y OH - se acumulan a ambos lados de la membrana. B.

8 GENERACIÓN DE LA FUERZA MOTRIZ DE ROTONES ARA LA FORMACIÓN DE AT C A B A. Orientación de los transportadores de e- en la membrana. Las cargas + y originadas por H + y OH - se acumulan a ambos lados de la membrana. B. Ciclo Q (intercambio de electrones). Este mecanismo sirve para incrementar el número de protones. C. Estructura y función de la AT sintetasa. Esta enzima funciona como canal de protones entre el citoplasma y el exterior celular.

9 LA TORRE DE ELECTRONES La parejas O-R se ordenan desde la más fuertemente reductoras (potencial reductor negativo) en el extremo superior, hasta las más oxidantes (potencial reductor positivo) en el extremo inferior.

FLUJO DE ELECTRONES EN LA FOTOSÍNTESIS ANOXIGÉNICA (bacterias rojas y verdes) Los fotótrofos anoxigénicos usan la luz para producir AT y NADH, cuyos electrones

10 FLUJO DE ELECTRONES EN LA FOTOSÍNTESIS ANOXIGÉNICA (bacterias rojas y verdes) Los fotótrofos anoxigénicos usan la luz para producir AT y NADH, cuyos electrones provienen de donadores externos como H 2 S, S 2 O 3-, S 0 y Fe 2+. La síntesis de AT resulta de la fuerza motríz de protones, producto del transporte de electrones.

FLUJO DE ELECTRONES EN LA FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA (plantas verdes, algas y cianobacterias) Los fototrofos oxigénicos también usan la luz para producir AT y NADH, pero

11 FLUJO DE ELECTRONES EN LA FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA (plantas verdes, algas y cianobacterias) Los fototrofos oxigénicos también usan la luz para producir AT y NADH, pero los electrones provienen de la ruptura de moléculas de agua. Igualmente, la síntesis de AT resulta de la fuerza motríz de protones, producto del transporte de electrones.

12 TERMINOLOGÍA BÁSICA Centro de reacción: complejo fotosintético que contiene clorofila (o bacterioclorofila) y otros componentes, dentro del cual ocurren las reacciones iniciales de transferencia de electrones en la fotosíntesis. Fotofosforilación: producción de AT en la fotosíntesis. Transporte inverso de electrones: movimiento de los electrones con gasto de energía y contra un gradiente termodinámico para formar un reductor fuerte a partir de un donador de electrones más débil. Fuerza motriz de protones: estado energético de la membrana que resulta de la separación de la carga y los electrones del agua (H + frente a OH - ) a través de la membrana. Anabolismo: suma total de las reacciones biosintéticas en la célula. Catabolismo: reacciones bioquímicas que conducen a la producción de energía utilizable (normalmente AT) por la célula. Enzima: proteína que tiene la capacidad de acelerar (catalizar) una reacción química específica. Aceptor de electrones: sustancia que puede aceptar electrones a partir de alguna otra sustancia, reduciéndose en el proceso. Donador de electrones: sustancia que puede donar electrones a alguna otra sustancia, oxidándose en el proceso. Ciclo del ácido cítrico (Krebs): serie de reacciones en ciclo que resultan en la conversión de acetato en dos moléculas de. Ciclo de Calvin: ruta bioquímica de fijación de en muchos organismos autotrofos. Fotótrofo: organismo capaz de usar la luz como fuente de energía. NADH: compuesto con poder reductor formado durante la fase luminosa de la fotosíntesis.

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