METABOLISMO Microbiología Licenciatura en Biología Molecular - 2017
Metabolismo celular
METABOLISMO Son todos los procesos químicos que tienen lugar dentro de una célula
METABOLISMO Son todos los procesos químicos que tienen lugar dentro de una célula
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
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.
Catabolismo y anabolismo: la obtención de energía al vincular estos procesos
CATABOLISMO Rutas para la obtención de energía y poder reductor: Fermentación Respiración Fotosíntesis
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
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.
Integración entre vía glicolítica, ciclo de Krebs y transporte de electrones Localización celular: CITOPLASMA Localización celular: MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
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
Bacterias propiónicas Bacterias lácticas
Ruta de Embden-Meyerhof o vía glicolítica Dihidroxiacetona-P Localización celular: CITOPLASMA Ganancia de energía: 2ATP / glucosa
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
Bacterias lácticas
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
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.)
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
Ciclo de Krebs o del ácido cítrico Localización celular: CITOPLASMA X 2 = 30 ATP + 2 NADH glicolisis = 6 ATP + 2 ATP glucolisis
Respiración aerobia Cadena de transporte de electrones Localización celular: MEMBRANA CITOPLASMÁTICA No existen mitocondrias!!
Detalles de la cadena de transporte de electrones Localización celular: MEMBRANA CITOPLASMÁTICA https://www.youtube.com/watch?v=lrltbrpv6xm
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
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. 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
Integración entre vía glicolítica, ciclo de Krebs y transporte de electrones Localización celular: CITOPLASMA Localización celular: MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
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.
PIGMENTOS FOTOSENSIBLES Su presencia es necesaria para que se realice la fotosíntesis
Centros antena (claros) y Centros reactivos (oscuros)
Cianobacterias Nostoc tilacoides lamelas
Bacterias fotosintéticas cromatóforos
Clorosomas
Ficobilinas y ficobilisomas
Fotosíntesis acíclica u oxigénica Cianobacterias
Fotosíntesis cíclica o anoxigénica Bacterias rojas Bacterias verdes
Transporte de electrones en fotofosforilación
Fotosíntesis anoxigénica FOTOFOSFORILACIÓN
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. RubisCO está presente en bacterias púrpuras, cianobacterias, algas, plantas verdes, quimiolitótrofos del dominio Bacteria, y en arqueas como las halófilas e hipertermófilas
Fijación de CO2 (2): Bacterias fototrofas verdes Inversa del ciclo de Krebs
BIOSÍNTESIS EN BACTERIAS ANABOLISMO Reacciones de BIOSINTESIS - Fijación de CO2 - Ciclo de Calvin - Derivaciones del TCA - Glucólisis invertida - Síntesis de peptidoglicano
SÍNTESIS DEL PEPTIDOGLICANO Brock Biología de los microorganismos
Síntesis de pared bacteriana https://www.youtube.com/watch?v=fj3pvjojdv8 https://www.youtube.com/watch?v=z8kvxprf6pa
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
Brock, Biología de los microorganismos. 12ª. Edición, Prentice-Hall. Davis Dulbecco. Microbiología. Ed. Salvat.