MetabolisMo Bacteriano Siever Morales Cauti, MV. Microbiología veterinaria 1
Las células bacterianas, poseen una gran variedad de sustancias como fuente de energía, ilimitada 2
1. Las bacterias necesitan de un aporte energético para desarrollarse. 2. El éxito evolutivo de las bacterias se debe en parte a su versatilidad metabólica. 3. Todos los mecanismos posibles de obtención de materia y energía podemos encontrarlos en las bacterias. 3
METABOLISMO CRECIMIENTO MICROBIANO CAPACIDAD DEL MICROORGANISMO NUTRIENTES SINTESIS MACROMOLECULAS ESTRUCTURALES SINTESIS COMPUESTOS DE BAJO PESO MOLECULAR METABOLISMO PRIMARIO 4
REGULACION DEL METABOLISMO: Respuesta a cambios ambientales. Enzimas 5
METABOLISMO BACTERIANO Las bacterias tienden versatilidad a intercalar fácilmente los nutrientes y productos metabólicos terminales Esto les permite desarrollar procesos metabólicos con gran rapidez El metabolismo de la célula comprende dos grandes tipos de reacciones: 6
METABOLISMO RX DE MANTENIMIENTO RX DE BIOSINTESIS ENERGIA PODER REDUCTOR PRECURSORES METABOLICOS El Metabolismo: representa a las reacciones químicas integrales: Anabolismo y Catabolismo. 7
El anabolismo y el catabolismo. Procesos que requieren de energía. Esta energía está almacenada como moléculas de ATP, que se forma a partir de ADP y fosfato inorgánico. 8
La conservación intracelular de energía ocurre principalmente por medio de la síntesis de ATP: Los métodos usados por las bacterias para generar ATP son principalmente: FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO FOSFORILACIÓN OXIDATIVA FOTOFOSFORILACIÓN (DURANTE LA FOTOSÍNTESIS). 9
Desde el punto de vista biosintético: litotrofas: son aquellas que sólo requieren sustancias inorgánicas sencillas (SH2 S0, NH3, NO2-, Fe, etc.). organotrofas: requieren compuestos orgánicos (hidratos de carbono, hidrocarburos, lípidos, proteínas, alcoholes...). autótrofas: crecen sintetizando sus materiales a partir de sustancias inorgánicas sencillas. heterotrofas: su fuente de carbono es orgánica Mixotrofas son aquellas bacterias con metabolismo energético litotrofo (obtienen energía de compuestos inorgánicos), pero requieren sustancias orgánicas como nutrientes para su metabolismo biosintético. 10
Según la fuente de carbono que utilizan, las bacterias se pueden dividir en : autótrofos, fuente de carbono = CO2 heterótrofos fuente de carbono = materia orgánica. (otros elementos distintos del C pueden ser captados en forma inorgánica) 11
Según la fuente de energía: fototrofos, fuente de energía = la luz, quimiotrofos, fuente de energía = un compuesto químico que se oxida. 12
CLASIFICACION DE ORGANISMOS SEGÚN LA ENERGIA TODOS LOS ORGANISMO QUIMIOTROFOS FOTOTROFOS QUIMI0LITOTROFOS QUIMIORGANOTROFOS fotolitotrofas fotoorganotrofas Las bacterias patógenas que viven a expensas de la materia orgánica son quimioorganótrofas. 13
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CIDAD IENTO VELO CRECIM RANGO DE TEMPERATURAS DE CRECIMIENTO BACTERIANO MESOFILOS TERMOFILOS HIPERTERMOFILOS PSICOTROFOS PSICROFILOS DE -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 TEMPERATURA (ºC) 16
OXIGENO Y CRECIMIENTO BACTERIANO AEROBIO OBLIGADO ANAEROBIO FACULTATIVO ANAEROBIO AERO- TOLERANTE ANAEROBIO ESTRICTO MICRO- AEROFILO 17
BACTERIAS FOTOSINTETICAS Estos organismos pueden vivir utilizando CO2 como única fuente de carbono y algunos son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico 6CO2 + 6H2O + energía luminosa -- C6H12O6 (glucosa) + 6O2 18
CLASES DE NUTRIENTES Universales: agua, CO2, fosfatos y sales minerales; Particulares Factores de crecimiento. 19
FACTORES DE CRECIMIENTO Moléculas orgánicas específicas, en muy pequeña cantidad. Salvo excepciones no tienen función biosinteticas, ni sirven como fuente de energía. Suelen ser coenzimas o sus precursores, vitaminas, que determinadas bacterias no pueden fabricar por sí mismas, al carecer de parte o toda de una ruta biosintética. Ejemplos: Las bacterias del género Brucella requieren como factores de crecimiento en sus medios de cultivo la biotina, niacina, tiamina y ácido pantoténico. Haemophylus necesita suplementos de grupos hemo y piridín-nucleótidos. 20
CURVA DE CRECIMIENTO MICROBIANO FASE EXPONENCIAL FASE ESTACIONARIA N go L sel bai c º e v d sal él u FASE DE LATENCIA TIEMPO FASE MUERTE 21
Existen cuatro fases en las curvas de crecimiento. Las más importantes son: La fase de latencia (que depende del estado fisiológico de los gérmenes estudiados) y la fase exponencial, en la que la tasa de crecimiento es máxima. El crecimiento Agotamiento de uno o varios nutrientes. Acumulación de sustancias toxicas. Evolución hacia un ph desfavorable: 22
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FUENTES DE ENERGIA METABOLICA FERMENTACION Fosforilación del sustrato RESPIRACION: oxido - reducción FOTOSINTESIS Para poder crecer el m.o. debe de usar por lo menos uno de estos mecanismos 24
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Metabolismo Microbiano 26
FLUJO DE ENERGIA EN LA NATURALEZA 27
CATABOLISMO Y ANABOLISMO 28
ETAPAS EN LA EXTRACCIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE LOS ALIMENTOS 29
METABOLISMO INTERMEDIARIO DE GLUCOSA A PIRUVATO: Liberación de parte del potencial de energía contenida 1) Glucólisis (Embden-Meyerhof Parnas) 2) Vía de las Pentosas fosfato o shunt de las pentosas 3) Vía de Entner-Doudoroff 30
1- GLUCOLISIS 31
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RENDIMIENTO EN ENERGIA DE LA TRANSFORMACIÓN DE GLUCOSA EN PIRUVATO 34
2- VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATO 35
3- VÍA DE ENTNER-DOUDOROFF 36
DESTINOS DIVERSOS DEL PIRUVATO: ETANOL, LACTATO O ACETIL - COENZIMA A 37
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ALGUNAS FERMENTACIONES MICROBIANAS COMUNES 40
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Ciclo del ácido cítrico 42
ESTEQUIOMETRIA DEL CICLO DEL ACIDO CITRICO El NADH y FADH 2 se oxidan mediante la cadena de transporte electrónico, formándose 2.5 ATP por cada NADH y 1.5 ATP por cada FADH 2 El GTP puede convertirse en ATP. Cuando se oxidan tres NADH y un FADH 2 se forman 9 ATP mas. En total se forman 10 ATP por cada Acetil-CoA que entra al ciclo del ácido cítrico. El oxigeno no participa direct amente en el ciclo del ácido ítrico. c Sin embargo el ciclo opera únicamente bajo condiciones aeróbicas porque el NAD + y el FAD se regeneran solamente por la transferencia de electrones hasta el oxigeno molecular. 43
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EL CICLO DEL ACIDO CITRICO ES UNA FUENTE DE PRECURSORES BIOSINTETICOS 45
CONTROL DEL CICLO DEL ACIDO CITRICO 46
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FORMACIÓN DE ACETIL CoA A PARTIR DEL PIRUVATO 49
Fosforilación oxidativa 50
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA La fosforilación oxidativa es el proceso por el que se forma ATP como resultado de la transferencia de electrones desde el NADH o el FADH 2 al O 2 a través de una serie de transportadores de electrones. En los organismos aeróbicos. Esta es la principal fuente de ATP. Por ejemplo, la fosforilación oxidativa genera 26 de la 30 moléculas de ATP que se forman cuando la glucosa se oxida completamente a CO 2 y H 2 O 51
La oxidación y fosforilación están acopladas por un gradiente de protones a través de la membrana interna mitocondrial. 52
LA CADENA RESPIRATORIA ESTA FORMADA POR TRES BOMBAS DE PROTONES CONECTADAS MEDIANTE DOS TRANSPORTADORES MOVILES DE ELECTRONES 53
EN LA CADENA RESPIRATORIA SE PUEDEN BLOQUEAR LAS TRANSFERENCIAS DE ELECTRONES MEDIANTE INHIBIDORES ESPECÍFICOS 54
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