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METABOLISMO DE LOS MICROORGANISMOS

1.-Va fructosa- 1,6 difosfato. (gluclisis).2.-Va pentosa-fosfato.3.-2-ceto-3 desoxi-6-fosfoglucosa,va de la descomposicin oxidativa de glucosa 6 fosfato.4.-Ciclo de los cidos tricarboxlicos.5.- Ciclo de respiracin.6.-Fosforilacin a nivel de substratos.7.-Fosforilacin oxidativa en el ciclo de respiracin.8.-Sntesis de monmeros.9.- Sntesis de polmeros.Anabolismo y Catabolismo En forma no proporcional grandes cantidades de diferentes sustancias, elaboradas por una cantidad, pequea, , insignificante de microorganismos, dio lugar a que Louis Pasteur dijera: infinitamente un rol grande para infinitamente pequeos microorganismos. Una clula bacteriana puede utilizar en un da una cantidad de alimentos que supera 30-40 veces su propia masa. El ingreso de sustancias nutritivas y la formacin, secrecin de productos durante la actividad vital se desarrolla con gran velocidad por toda la superficie de la clula microbiana (difusin). Ocurre un intenso intercambio entre la clula y el medio externo. Este intercambio consta de dos procesos: obtencin de las sustancias nutritivas del medio que le rodea, para el crecimiento y sntesis a partir de ellas de las partculas estructurales de la clula ( anabolismo) y secrecin en el medio que les rodea de los productos finales del metabolismo, (catabolismo). En las siguientes tablas est la composicin de la clula microbiana y los elementos y sistemas que conforman su estructura. 4

La posibilidad de los microorganismos de alimentarse con distintos compuestos qumicos se determina por dos factores principales: El primero es la capacidad de la sustancia de ingresar al interior de la clula a travs de la membrana citoplasmtica. El mecanismo, con ayuda del cual se realiza el traslado de las sustancias disueltas a travs de la membrana, se caracteriza por una gran selectividad. La molcula de la sustancia disuelta puede penetrar a travs de la membrana lipoproteica mediante difusin pasiva o como gran cantidad de sustancias disueltas (solubles) con ayuda de mecanismos especficos de traslado. Se toma en cuenta que los portadores , transportadores de macromolculas estn distribuidos en la membrana. Ellos atrapan la molcula soluble y la trasladan hacia la superficie interior de la membrana, donde son liberadas en el citoplasma. Estos son de naturaleza enzimtica. Muchos microorganismos no son permeables para cidos orgnicos al mismo tiempo los azcares ingresan a la clula ms fcilmente. El segundo factor principal que influye en la capacidad de las molculas de ingresar al interior de la clula es el tamao de stas. Para varios compuestos de elevado peso molecular la membrana citoplasmtica no es permeable. Igualmente esto no significa, que todos los compuestos de elevado peso molecular no puedan ser utilizados por los microorganismos en calidad de sustancias alimenticias. Muchos microorganismos producen diferentes enzimas exgenas, que dan lugar a la hidrolisis de las molculas. Las enzimas ms comunes catalizan la hidrlisis de polmeros como los polisacridos y protenas y de molculas que tienen la tendencia de conglomerarse en grandes micelas (lpidos, fosfolpidos). No todas las enzimas hidrolticas que segregan los microorganismos se difunden en el medio. Algunas de ellas se quedan fuertemente enlazadas con la clula microbiana, encontrndose en el interior de la membrana celular o en el lado externo de la membrana citoplasmtica. Los compuestos qumicos que son capaces de penetrar en los microorganismos, pueden ser utilizados solamente como sustancias nutritivas cuando estos microorganismos sintetizan las enzimas necesarias para su metabolismo.La transformacin de cualquier sustancia nutritiva por los microorganismos sucede por : el anabolismo o catabolismo. Las reacciones ocurren en una exacta sucesin una tras otra, ya que los productos de la reaccin anterior del proceso, como regla sirven de sustrato para la siguiente.En el primer cuadro (metabolismo) (primera vista)est representada la va por donde transcurre el metabolismo de los microorganismos. Este consiste en reacciones bioqumicas, que forman en las clulas el material estructural, son metabolismos constructivos y energticos. En las transformaciones anablicas frecuentemente se observa la sntesis de nuevos componentes celulares, y como resultado del catabolismo la formacin de compuestos micromoleculares. Algunos de estos compuestos ( productos del metabolismo) se segregan de la clula, otros sirven como predecesores para reacciones biosintticas y de esta forma se incluyen en los cursos anablicos. Las transformaciones catablicas frecuentemente sirven para producir energa en forma de ATP. La principal condicin para la biosntesis de los componentes celulares es el suministro a la clula de compuestos de bajo peso molecular (azcares, aminocidos) , los cuales sirven como predecesores o materia prima para los procesos biosintticos. Estos compuestos pueden estar en el medio externo de la clula y entonces ellos inmediatamente son incorporados por el organismo a travs de alguna va de la biosntesis. El medio ambiente no puede abastecer a todos los microorganismos con todos los compuestos y microelementos, la clula debe elaborar los compuestos a partir de las sustancias nutritivas que tiene a su disposicin.En el proceso de crecimiento cada microorganismo elabora cantidades insignificantes de sustancias de estructura molecular compleja: diferentes enzimas, antibiticos, vitaminas y otras sustancias biolgicamente activas. Todos los elementos, que conforman la composicin de las sustancias celulares ( ver tabla ) deben encontrarse en el medio nutritivo. Sin la adicin siquiera de uno de estos elementos el crecimiento de la biomasa ser insignificante o no existir.

Rol del AguaPara el normal crecimiento y reproduccin de los microorganismos es necesario la existencia de agua en el medio ambiente. La necesidad de agua se puede expresar cuantitativamente en forma de actividad de agua aw del medio ambiente o del sustrato, ella es igual P/Po ( P= presin de vapor de la solucin y Po= presin del vapor de agua). Para el agua aw=1. Este valor disminuye si se disuelven en ella distintas sutancias. Los microorganismos pueden crecer en los medios con valores de actividad de agua =0,99 a 0,63. Las bacterias requieren medios de cultivo con mayores valores de actividad de agua 0,99-0,93 que las levaduras o los hongos microscpicos. Los valores de actividad de agua ptimos para el crecimiento de las levaduras vara en 0,91-0,88. Los hongos microscpicos en general , son ms capaces de sobrellevar la deshidratacin que otros microorganismos, y para algunas cepas por ejemplo: Asp glaucus, el lmite menor es 0,6.Fuentes de CarbonoEntre todos los elementos, utilizados por los microorganismos en calidad de sustancias nutritivas el que tiene ms importancia es el carbono, cuyo contenido en materia seca de los microorganismos es de 50% . Los microorganismos utilizan el compuesto ms simple de carbono (CO2). Para algunos el dixido de carbono es la fuente nica de carbono.Estos microorganismos se les llama auttrofos. Los microorganismos que adems del dixido de carbono necesitan otras sustancias orgnicas de carbono se llaman hetertrofos.La cantidad de compuestos orgnicos, que utilizan los microorganismos hetertrofos en calidad de fuentes de carbono es muy elevada. Los ms asequibles para ellos son los grupos -CH2OH , -CHOH , -COH. Por eso diferentes azcares, glicerina, cidos grasos, son los que tienen gran valor alimenticio para ellos. Poco asimilan los grupos COOH.. En el momento del proceso de descomposicin de los compuestos qumicos se desprende energa, la cual en forma de ATP puede ser utilizada por los microorganismos.La ms asequible para los microorganismos como fuente de carbono son los carbohidratos, principalmente los monosacridos, las hexosas. Entre las pentosas la que ms ampliamente utilizan es la xilosa. Los alcoholes tambin son fuentes de carbono el manitol polialcohol, por ejemplo, lo utilizan fcilmente, los hongos y actinomicetos pero no las levaduras. Para los actinomicetos es mejor la glicerina como fuente de carbono. La clula microbiana frecuentemente es no permeable para algunos cidos orgnicos, por eso stos no pueden ser utilizados como fuente de carbono.Para las pseudomonas la fuente de carbono son los lpidos. Como resultado de la hidrlisis de los lpidos por la enzima lipasa se forma glicerina y cidos grasos. Ambos o uno de stos pueden ser fuentes de carbono. Algunos microorganismos (gnero Candida, Torulopsis, Rhodotorula y otros) unidos en un grupo fisiolgico separado llamado microorganismos hidrocarbonados son capaces de oxidar los hidrocarburos. La secuencia de las etapas de oxidacin estn representadas en el cuadro siguiente. Las transformaciones catablicas de los n-alcanos empiezan con la oxidacin de ellos por el grupo terminal metlico por intervencin del hidrgeno molecular y de la enzima oxidasa . como resultado se obtiene alcoholes primarios los cuales en el proceso de la reaccin se oxidan hasta cidos grasos. La siguiente oxidacin de los cidos grasos puede ocurrir por distintas vas:1.- - oxidacin ( desprendimiento de dos tomos de carbono de un mismo extremo).2.- -oxidacin: oxidacin de descarboxilizacin.3.--oxidacin: ( oxidacin del grupo metlico secundario de la molcula del cido graso con formacin de cido dicarboxllico). La qumica de la -oxidacin del cido graso de elevado peso molecular, consiste en el desprendimiento consecutivo de dos tomos de carbono con la formacin de cido actico y de un nuevo cido graso, el cual da lugar a una nueva oxidacin .

El ciclo de krebs se lleva a cabo por la accin de ochoenzimas:AconitasaIsocitrato deshidrogenasaTarato deshidrogenasaSuccinil CoA sintetasaSuccinato deshidrogenasaFumarasaMalato deshidrogenasaCitrato sintetasa.Los alimentos antes de poder entrar en el ciclo del cido ctrico deben descomponerse en pequeas unidades llamadas Acetil CoA de la siguiente manera:Grasas Acidos grasos Acetil CoACarbohidratos Glucosa Piruvato Acetil CoAProteinas Aminoacidos Acetil CoAEl Acetil CoA se une con una molecula de oxalacetato iniciando el ciclo.Fuentes de NitrgenoPara el desarrollo de microorganismos, y luego la sntesis de sustancias proteicas y la construccin del protoplasma de la clula viva se necesitan diferentes fuentes de N. En el cuadro siguiente estn representadas las vas del metabolismo de los compuestos de nitrgeno en los microorganismos, y en particular en los hongos microscpicos. El ms asequible de ellos son los iones de amonio NH4 y amonaco NH3 . Estos penetran en la clula donde fcilmente se transforman en NH- y en grupos amino NH2 de las molculas de aminocidos, de las bases heterocclicas en otros compuestos qumicos, que conforman el protoplasma. La fuente universal mayor del N para los microorganismos es el amonaco. Como fuente de la alimentacin nitrogenada el amonaco libre casi siempre no es apto para los microorganismos, ya que cuando se acumula empieza el envenenamiento de la clula. Los microorganismos utilizan sales amoniacales (NH4 ) 2SO 4 , NH4Cl, l segn se vaya consumiendo el in NH4 cuando no existe un agente neutralizador acidifican el medio, lo cual no da lugar a un buen desarrollo de las clulas. Los hongos microscpicos , actinomicetos , consumen nitratos. El N de los nitratos debe ser primero reducido hasta amoniaco y solamente despus de esto es asimilado por los microorganismos. Los nitratos son necesarios mientras los microorganismos luchan contra la acidificacin ya que con la utilizacin NO3 quedan los iones metlicos Na + y K+, los cuales dan condiciones bsicas al medio. Los microorganismos en calidad de fuentes de N puede utilizar tambin protenas, aminocidos, peptonas, pptidos. Las protenas son asimiladas solamente por aquellos microorganismos, que segregan en el medio enzimas que descomponen las molculas de protena hasta pptidos y aminocidos. Algunos aminocidos son necesarios para los propios microorganismos otros son estimuladores de crecimiento, la presencia de los tres no es obligatoria: la clula microbiana sintetiza por s misma sustancias orgnicas no nitrogenadas y amonaco. Por ejm: para el crecimiento de hongos microscpicos la mejor fuente de N son los aminocidos spartico , glutmico y sus amidas, glicina, menos adecuadas son los aminocidos que contienen S ( cistena, cistina, metionina) y los cclicos (triptfano) .Un caso particular de la alimentacin con N es que algunas bacterias, actinomicetos hongos microscpicos utilizan nitrgeno gaseoso cuyo estado de oxidacin es 0..METABOLISMO DE COMPUESTOS DE NITRGENO EN LOS MICROORGANISMOS N orgnico NO3 NH3 aminocidos NH3 protenas rea aminocidos

AminocidosEstructura molecular.

Fuentes de FsforoFsforo es necesario para todas las clulas de los microorganismos. El fsforo est en la composicin de los principales compuestos del protoplasma (fosfolpidos , coenzimas, cidos nucleicos), que determinan su estructura y funciones. A diferencia de otros elementos (N y S),el fsforo entra en la composicin de la sustancia orgnica de la clula solamente en su estado oxidado ( en la forma P2O5 ). No participa en enlaces directos con carbono, pero forma con ellos enlaces ( con gran gasto de energa en ATP) solamente a travs de los tomos de nitrgeno y oxgeno. En base a esto algunos compuestos orgnicos del fsforo son utilizados por microorganismos como acumuladores de energa , que se libera en los procesos de oxidacin. Para el normal crecimiento y actividad vital de la clula microbiana en el medio que le rodea debe de existir fosfatos generalmente fosfatos mono o di hidrogenados de sodio o de potasio. En algunos medios como fuentes de fsforo pueden servir los cidos nucleicos.Fuentes de AzufreEllas tienen un rol en la estructura de las clulas ya que entran en la composicin de protenas en forma de aminocidos que contienen S: cistina, cistena, metionina. Para la mayora de microorganismos una buena fuente de S son sales del cido sulfrico, las cuales en el proceso de asimilacin se reducen y se utilizan en sntesis de aminocidos que contienen S.El aminocido cistena , el cual se encuentra en forma de residuo de aminocidos en las protenas, es el ms importante de los componentes de la clula.El tomo de S en la cistena entra en la composicin del grupo tiol (-SH) . Los tomos de S en la mayora de los componentes que contienen S en la clula ( metonina, biotina, tiamina, glutatin) se forman de los SH grupos de la cistena. El S entra en la composicin de biotina y tiamina y de la CoA, que participa en el metabolismo de los cidos grasos y lpidos en el ciclo de Krebs. Otra funcin del S es estimular las enzimas proteolticas. Es posible que la accin en estas enzimas consiste en la participacin de los compuestos sulfidrilos que contienen el grupo SH en los procesos de divisin de las clulas. Estos compuestos frecuentemente existen en clulas jvenes. La mayora de microorganismos utilizan S del medio que los rodea en forma de in sulfato, en donde el tomo de S se encuentra en estado de oxidacin (+6) y debe ser reducido por la clula al estado -2 ( como en el grupo SH ) . Para varios microorganismos la nica fuente de S es el in tiosulfato (S2O3 -2) . Microorganismos auxtrofosLos microorganismos que no son capaces,y han perdido la capacidad de sintetizar algunos compuestos orgnicos ( aminocidos, bases purnicas y pirimidnicas, vitaminas), necesarias para la construccin del nuevo material celular, se llaman auxtrofos. Las propiedades auxtrofas de los microorganismos estn ligadas con la alteracin de los procesos biosintticos normales. El ltimo est ligado al bloqueo de reacciones qumicas, especficas de la transformacin de sustancias como consecuencia de la alteracin de la actividad de sistemas enzimticos . Para un crecimiento normal en la actividad vital de los auxtrofos ( factores de crecimiento), cuya sntesis ha sido alterada, es necesario adicionar a los medios de cultivo las sustancias que han sido alteradas. Los factores de crecimiento no son catalizados. Estos compuestos son necesarios a las clulas en pequeas cantidades:Aminocidos 20-50 mcg en 1ml.La concentracin de bases purinas y pirimidnicas 10-20 mcg/ml.Vitaminas 1-50 mcg/ml.

METABOLISMO

CATABOLISMO

ANABOLISMO

HEXOSAS

H

CO 2

CO2

H2O

O2