Metabolismo-Lic en Biología Molecular 2015 · PDF fileLa obtención de...
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METABOLISMO
Son todos los procesos qumicos que tienen lugar
dentro de una clula
Microbiologa General 2014 Lic en Bioqumica- UNSLBrock, Biologa de los microorganismos. 12. Edicin , Prentice-Hall.
Tortora G.J., Funke B.R. , Case C.L. Introduccin a l a Microbiologa. 9a ed. Editorial Mdica Panamericana S.A.
Metabolismo celular
Para el desarrollo de medios de cultivo para microorganismos
Para obtencin de procedimientos tiles que impidan el crecimiento de microorganismos indeseables
Para identificacin de microorganismos mediante pru ebas metablicas
En microbiologa mdica (enfermedades infecciosas)
En microbiologa industrial: produccin de compuest os tiles
Para entender la bioqumica del crecimiento microbi ano
Porque estudiar metabolismo??
CATABOLISMO
Conjunto de reacciones bioqumicas que
conducen a la produccin de ENERGIA, PODER
REDUCTOR y PRECURSORES para la
biosntesis.
ANABOLISMO
Suma total de todas las reacciones biosintticas
de la clula.
Catabolismo y anabolismo: papel de la obtencin de energa en vincular estos procesos
La energa se requiere para:
Biosntesis (anabolismo) Transporte activo Translocacin de protenas a travs de la
membrana citoplsmica Movimiento flagelar Bioluminiscencia
Conservacin de energa intracelular
Principalmente por sntesis de ATP
Cmo se obtiene el ATP? Fosforilacin a nivel de sustrato Fosforilacin oxidativa Fotofosforilacin
Diferencias entre fosforilacin a nivel de sustrato y fosforilacin oxidativa
La generacin de ATP es consecuencia de la transferencia de un P de alta energadesde un compuesto fosforilado hacia el ADP
La generacin de ATP esta asociada a la fuerza motr iz deprotones y se transfieren electrones desde compuest os
orgnicos hacia NAD+ o FAD+ y luego a travs de transportadores de electrones hasta el O 2 u otras molculas orgnicas o inorgnicas
CATABOLISMO
- Fermentacin
- Respiracin
- Fotosntesis
Rutas para la obtencin de energa, poder reductor y precursores metablicos:
FERMENTACIN
Son vas catablicas en las que un compuesto orgnico acta sucesivamente como donador y
aceptor de electrones.
Es un proceso ANAEROBIO.
La energa se obtiene nicamente por FOSFORILACIN A NIVEL DE SUSTRATO
Esquema de la Fermentacin
ATP
ATP
invierte 2 ATP
REACCIONES ENDERGNICASDE GLUCLISIS
glucosa
ADP
ADP
P
P
P
P
glucosa6fosfato
fructosa6fosfato
fructosa1,6difosfato DiHidroxiAcetona P
Gluclisis
Hexoquinasa
Isomerasa
Fosfofrutoquinasa
ATPADP
REACCIONES EXERGNICAS
NAD+
PPGAL
1,3difosfoglicerato fosforilizacin anivel de sustrato
Pi
1,3difosfoglicerato
ATP
NADHNADH
PPGAL
NAD+
Pi
P PP P
3fosfoglicerato 3fosfogliceratoP P
produce 2 ATP
ADP
Gluclisis
Gliceraldehido 3P
Aldolasa
Gliceraldehido 3Pdeshidrogenasa
fosfogliceroquinasa
produce 2 ATP
ATPADP
P
fosforilizacin a nivel de sustrato
2fosfoglicerato
ATP
P
piruvato piruvato
ADP
P P
2fosfoglicerato
H2O H2O
PEP PEP
Gliclisis
Enolasa
Piruvato quinasa
Fermentaciones : - regeneracin de NAD+ y - productos de fermentacin
PRINCIPALES VAS DE FERMENTACIN
Hidrogenolasafrmica
Fermentacincido mixta
Escherichia coli
Fermentacinbutrica
Clostridium
FermentacinacetonicaEnterobacter
Fermentacinlctica
LactobacilosFermentacinalcohlicaLevaduras
Fermentacinpropinica
Propionibacterium
Fermentacin Productos principalesLctica LcticoAlcohlica Etanol, CO2cida mixta Etanol, succnico, H2 CO2,
actico, frmico, lctico, Butilngliclica Butilenglicol, CO2Acetono-butrica Actico, acetona,
butrico, butanol, CO2, H2
C6H12O6ATP
ATPNADH
2 acetaldehdos
electrones, hidrgeno forma NADH
2 NAD+
2
2 ADP
2 piruvato
2
4
cosecha
inversin
gluclisis
forma etanol
2 ATP net
2 etanol
2 H2O
2 CO2
FermentacinAlcohlica
Bacteriaslcticas
Bacterias propinicas
Bacteriaslcticas
En la fermentacin se libera una pequea cantidad de energa porque:
1) Los tomos de carbono del compuesto inicial son oxidados slo parcialmente
2) La diferencia entre los potenciales de reduccin (E0) del donador primario de e- y del aceptor final de e-, es pequea.
Si el donador primario pudiera oxidarse totalmente a CO2, usando un aceptor final de e-, el rendimiento energtico sera mayor. Esto ocurre en la RESPIRACION.
RESPIRACIN
Aerbica Anaerbica
Proceso de oxidacin de sustratos usando un aceptor final de electrones exgeno
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 (NO3
-, SO4=, CO3
=
fumarato, etc.)
Fosforilacin oxidativa. Respiraciones
Respiracin: obtencin de energa por oxidacin de sustratos reducidos (DH2), en la que los coenzimas reducidos (ej.: NADH) tr ansfieren los ee a un aceptor final a travs de una c.t.e. gradiente H + ATP
La obtencin de energa ligada a las respiraciones se llama fosforilacin oxidativa
Respiraciones segn el tipo de donador y de aceptor de electrones
Segn el tipo de donante de ee: En los quimiolitotrofos el donante es una
sustancia inorgnica En los quimiorganotrofos respiradores el
donante es una sustancia orgnica
Segn el aceptor final de electrones: Si es O2: respiracin aerobia Si es distinto del O2: respiracin anaerobia
Ciclo de Krebs o del cido ctrico: el acido pirvic o se reduce totalmente a CO2 mediante reacciones de hidratacin, decarboxilacin y oxidacin
Rica en energa
Ciclo de Krebs
NADH deshidrogenasas: aceptan H Flavoprotenas (con FMN o FAD): aceptan H, ceden ee. FeS-protenas no hmicas: solo transportan ee. Quinonas (ubiquinona, menaquinona): aceptan H, ceden ee. Citocromos: aceptan y ceden ee.
Respiracin aerobia: Cadena de
transporte de electrones
Tomado de Trtora, 2007
Funcionamiento de la c.t.e.
de Paracoccus
La ATPasa
Porcin transmembrana F0 {a, b2, c12} :
La subunidad a canaliza los H+
Las dos b salen hacia el citoplasma, interaccionando con la porcin F1
Las 12 subunidades cforman un cilindro que puede rotar en ambos sentidos
Porcin citoplsmica F1 {3, 2, , , }:
Fuerza protn motriz y ATP sintetasa
Unos 3-4 protones pasan a travs de ade F0, y pone en marcha la sntesis rotacional del ATP:
La entrada de los H+ rotacin del cilindro de c12
torsin se comunica a F1 a travs de ,
cambio conformacional en subunidades b se une ADP+P ATP
El papel de b2 es de estator (inmovilizador), impidendo que giren con
Las bacterias anaerobias fermentadoras usan ATPasa
Pero la usan en sentido inverso, como ATP-hidrolasa
Aunque su ATP lo obtienen por fosforilacin a nivel de sustrato, necesitan generar gradientes de H+ para el transporte activo y el flagelo
Lo que hacen es convertir parte del ATP en gradiente de H+
La fuerza protn motriz hace posible los siguientes trabajos en bacterias:
* movimiento flagelar
* transporte de iones a travs de la membrana
RESPIRACION: integracin entre va glicoltica, cic lo de Krebs y transporte de electrones
Principales vas que convergen en el ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs constituye la segunda etapa del catabolismo de carbohidratos. La gluclisis rompe la glucosa (6 carbonos) generando dos molculas de piruvato (3 carbonos).
El ciclo de Krebs siempre es seguido por la fosforilacin oxidativa.
Este proceso extrae la energa en forma de electrones de alto potencial de las molculas de NADH y FADH2, regenerando NAD+ and FAD, gracias a lo cual el ciclo de Krebs puede continuar.
Los electrones son transferidos a molculas de O2, rindiendo H2O.
Pero esta transferencia se realiza a travs de una cadena transportadora de electrones capaz de aprovechar la energa 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 fosforilacin oxidativa.
Por cada molcula de glucosa la energa obtenida mediante el metabolismo oxidativo, es decir, glucolisis seguida del ciclo de Krebs, equivale a unas 36 molculas de ATP.
Respiracin Anaerbica
- Los aceptores finales de electrones son diferentes del oxgeno:
- NO3-
- Fe+++
- SO4=
- CO3=
- Fumarato
- Se libera menos energa cuando se usan estos acepto res de electrones
- La fuerza electromotriz de protones tambin se real iza
FOTOSNTESIS
Es la conversin de la energa lumnica en energa qumica
Los microorganismos que realizan fotosntesis se llaman FOTOTROFOS
Produccin de energa y poder reductor
Bacteriasfottrofas
Plantas verdesAlgas
Cianobacterias
PIGMENTOS FOTOSENSIBLES
Clorofila, Bacterioclorofila
Su presencia es necesaria para que se realice la fotosntesis
Carotenoides
Ficobilinas
Clorofila a
Fottrofos
oxignicos
Bacterioclorofila a
Fottrofos
anoxignicos
PIGMENTOS FOTOSENSIBLES
CIANOBACTERIAS BACTERIAS ROJAS