METABOLISMO Son todos los procesos químicos que tienen lugar dentro de una célula Microbiología General 2014- UNSL Brock, Biología de los microorganismos. 12ª. Edición, rentice-hall. Tortora G.J., Funke B.R., Case C.L. Introducción a la Microbiología. 9a ed. Editorial Médica anamericana S.A. Metabolismo celular orque estudiar metabolismo?? ara el desarrollo de medios de cultivo para microorganismos ara obtención de procedimientos útiles que impidan el crecimiento de microorganismos indeseables ara identificación de microorganismos mediante pruebas metabólicas En microbiología médica (enfermedades infecciosas) En microbiología industrial: producción de compuestos útiles ara entender la bioquímica del crecimiento microbiano
CATABOLISMO Conjunto de reacciones bioquímicas que Catabolismo y anabolismo: papel de la obtención de energía en vincular estos procesos conducen a la producción de ENERGIA, ODER REDUCTORy RECURSORES para la biosíntesis. ANABOLISMO Suma total de todas las reacciones biosintéticas de la célula. La energía se requiere para: Conservación de energía intracelular Biosíntesis (anabolismo) Transporte activo Translocación de proteínas a través de la membrana citoplásmica Movimiento flagelar Bioluminiscencia rincipalmente por síntesis de AT Cómo se obtiene el AT? Fosforilación a nivel de sustrato Fosforilación oxidativa Fotofosforilación
Diferencias entre fosforilación a nivel de sustrato y fosforilación oxidativa CATABOLISMO Rutas para la obtención de energía,poder reductor y precursores metabólicos: - - Respiración La generación de AT es consecuencia de la transferencia de un de alta energía desde un compuesto fosforilado hacia el AD La generación de AT esta asociada a la fuerza motriz de protones y se transfieren electrones desde compuestos orgánicos hacia NAD+ o FAD+ y luego a través de transportadores de electrones hasta el O 2 u otras moléculas orgánicas o inorgánicas - Fotosíntesis FERMENTACIÓN Esquema de la 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
Glucólisis Glucólisis glucosa GAL GAL NAD+ AT AD invierte 2 AT Hexoquinasa REACCIONES EXERGÓNICAS Aldolasa REACCIONES ENDERGÓNICAS DE GLUCÓLISIS i 1,3 difosfoglicerato Isomerasa 1,3 difosfoglicerato Fosfofrutoquinasa AT AT Gliceraldehido 3 deshidrogenasa AD fructosa 1,6 difosfato fosforilización a nivel de sustrato AD AD fructosa 6 fosfato AT NADH i glucosa 6 fosfato Gliceraldehido 3 NAD+ NADH DiHidroxiAcetona 3 fosfoglicerato 3 fosfoglicerato fosfogliceroquinasa Glicólisis Fermentaciones: - regeneración de NAD+ y - productos de fermentación 2 fosfoglicerato 2 fosfoglicerato H 2O H 2O Enolasa E E AD AD AT AT fosforilización a nivel de sustrato produce 2 AT iruvato quinasa piruvato piruvato produce 2 AT
RINCIALES VÍAS DE FERMENTACIÓN propiónica ropionibacterium Hidrogenolasa fórmica Láctica roductos principales Láctico alcohólica Levaduras láctica Lactobacilos acetoínica Enterobacter ácido mixta Escherichia coli butírica Clostridium Alcohólica Etanol, CO 2 Ácida mixta Etanol, succínico, H 2 CO 2, acético, fórmico, láctico, Butilénglicólica Butilenglicol, CO 2 Acetono-butírica Acético, acetona, butírico, butanol, CO 2, H 2 glucólisis 2 AT inversión 2 AD C 6 H 12 O 6 2 NAD + Bacterias propiónicas 4 AT cosecha 2 piruvato 2 NADH 2 AT net forma etanol 2 H 2 O 2 CO 2 2 acetaldehídos Alcohólica 2 etanol electrones, hidrógeno forma NADH Bacterias lácticas
Bacterias lácticas RESIRACIÓN roceso de oxidación de sustratos usando un aceptor final de electrones exógeno Aeróbica roceso por el cual se oxida un compuesto usando O 2 como aceptor final de electrones Anaeróbica Cuando el aceptor final de electrones es diferente del O 2 (NO 3 -, SO 4 =, CO 3 = fumarato, etc.) Fosforilación oxidativa. Respiraciones Respiraciones según el tipo de donador y de aceptor de electrones Según el tipo de donante de ee: En los quimiolitotrofos el donante es una sustancia inorgánica En los quimiorganotrofos respiradores el donante es una sustancia orgánica Respiración: obtención de energía por oxidación de sustratos reducidos (DH 2 ), en la que los coenzimas reducidos (ej.: NADH) transfieren los ee a un aceptor final a través de una c.t.e. gradiente H + AT La obtención de energía ligada a las respiraciones se llama fosforilación oxidativa Según el aceptor final de electrones: Si es O 2 : respiración aerobia Si es distinto del O 2 : respiración anaerobia
Ciclo de Krebs Respiración aerobia: Cadena de transporte de electrones Rica en energía NADH deshidrogenasas: aceptan H Flavoproteínas (con FMN o FAD): aceptan H, ceden ee. FeS-proteínas no hémicas: solo transportan ee. Quinonas (ubiquinona, menaquinona): aceptan H, ceden ee. Citocromos: aceptan y ceden ee. Ciclo de Krebs o del ácido cítrico: el acido pirúvico se reduce totalmente a CO 2 mediante reacciones de hidratación, decarboxilación y oxidación Funcionamiento de la c.t.e. de aracoccus Tomado de Tórtora, 2007
La ATasa orción transmembrana F 0 {a, b 2, c 12 } : La subunidad a canaliza los H + Las dos b salen hacia el citoplasma, interaccionando con la porción F 1 Las 12 subunidades c forman un cilindro que puede rotar en ambos sentidos orción citoplásmica F 1 {α 3, β 2, γ, δ, ε}: Fuerza protón motriz y AT sintetasa Unos 3-4 protones pasan a través de a de F 0, y pone en marcha la síntesis rotacional del AT: La entrada de los H + rotación del cilindro de c 12 torsión se comunica a F 1 a través de γ,ε cambio conformacional en subunidades b se une AD+ AT El papel de b 2 δ es de estator (inmovilizador), impidendo que αβ giren con εɤ Las bacterias anaerobias fermentadoras usan ATasa ero la usan en sentido inverso, como AT-hidrolasa Aunque su AT lo obtienen por fosforilación a nivel de sustrato, necesitan generar gradientes de H + para el transporte activo y el flagelo Lo que hacen es convertir parte del AT en gradiente de H + La fuerza protón motriz hace posible los siguientes trabajos en bacterias: * movimiento flagelar * transporte de iones a través de la membrana
RESIRACION: integración entre vía glicolítica, ciclo de Krebs y transporte de electrones rincipales vías que convergen en el ciclo de Krebs El ciclo de Krebs constituye la segunda etapa del catabolismo de carbohidratos. La glucólisis rompe la glucosa (6 carbonos) generando dos moléculas de piruvato (3 carbonos). El ciclo de Krebs siempre es seguido por la fosforilación oxidativa. Este proceso extrae la energía en forma de electrones de alto potencial de las moléculas de NADH y FADH2, regenerando NAD+ and FAD, gracias a lo cual el ciclo de Krebs puede continuar.
Los electrones son transferidos a moléculas de O2, rindiendo H2O. ero esta transferencia se realiza a través de una cadena transportadora de electrones capaz de aprovechar la energía potencial de los electrones para bombear protones. De este modo el ciclo de Krebs no utiliza directamente O2, pero lo requiere al estar acoplado a la fosforilación oxidativa. or cada molécula de glucosa la energía obtenida mediante el metabolismo oxidativo, es decir, glucolisis seguida del ciclo de Krebs, equivale a unas 36 moléculas de AT. Respiración Anaeróbica -Los aceptores finales de electrones son diferentes del oxígeno: -NO 3 - -Fe +++ -SO 4 = -CO 3 = -Fumarato -Se libera menos energía cuando se usan estos aceptores de electrones FOTOSÍNTESIS Es la conversión de la energía lumínica en energía química Los microorganismos que realizan fotosíntesis se llaman FOTOTROFOS -La fuerza electromotriz de protones también se realiza
roducción de energía y poder reductor IGMENTOS FOTOSENSIBLES Su presencia es necesaria para que se realice la fotosíntesis Clorofila, Bacterioclorofila Carotenoides Bacterias fotótrofas lantas verdes Algas Cianobacterias Ficobilinas IGMENTOS FOTOSENSIBLES Clorofila a Fotótrofos CIANOBACTERIAS BACTERIAS ROJAS Y VERDES CIANOBACTERIAS Ficobiliproteínas oxigénicos Bacterioclorofila a Fotótrofos anoxigénicos Aumentan la eficacia fotosintética y función protectora (luz perjudicial y sust toxicas del O2
Centros antena (claros) y Cianobacterias Nostoc Bacterias púrpuras Centros reactivos (oscuros) tilacoides Invaginación de la M: Lamelas Bacterias fotosintéticas Clorosoma: sistemas antena gigantes Bacterias verdes Cromatóforos Membranas fotosinteticas vesiculares
Ficobilinas y ficobilisomas Fotosíntesis Oxigénica acíclica Cianobacterias h: feofitina (sin Mg2+) C: plastocianina (Cu+) Esquema Z tumbada
Autotrofia Bacterias rojas Bacterias verdes Fotosíntesis anoxigénica cíclica oder reductor Es el proceso mediante el cual el CO2 se asimila como fuente de carbono. uede utilizar tres vías, pero la más común es la del Ciclo de Calvin. Son necesarios: NAD()H, AT 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 Ciclo de Calvin o del C3 CO 2 Ribulosa 1,5 difosfato Fosforibulo quinasa Ribulosa 1 fosfato ANABOLISMO AT H 2 O H 2 O Compuesto inestable RubisCO Acido 3-difosfoglicérico 3-fosfo gliceraldehído Fructosa 6-fosfato Reacciones de BIOSINTESIS - Fijación de CO 2 - Ciclo de Calvin - Derivaciones del TCA - Glucólisis invertida - Síntesis de peptidoglicano NADH 2 AD +NAD Acido 1,3-difosfoglicérico i GLUCOSA GLUCOSA
Fijación de CO 2 (2): Bacterias fotótrofas verdes Inversa del ciclo de Krebs CICLO DE KREBS Y BIOSINTESIS: -alfa-cetoglutarato y oxalacetato, precursores de 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 Muchas gracias!!