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METABOLISMO MICROBIANO
FUNDACIÓN H.A BARCELÓ
TECNICATURA DE ANÁLISIS CLÍNICOS
MICROBIOLOGÍA 1° CUATRIMESTRE 2015
Lic. Maria Andrea Camilletti
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1) Degradación y obtención de Energía (Catabolismo)
2) Biosíntesis (Anabolismo)
NUTRIENTES
CO2
Moléculas orgánicas
Autótrofos Obtienen el C para la
síntesis de componentes celulares por
reducción del CO2
CO2 (CH2O)n
Heterótrofos Compuesto orgánico se
puede degradar hasta CO2
Estas reacciones involucran oxidaciones que proveen energía y
poder reductor
Necesarios para
Fuentes de C
Poder reductor
E
(CH2O)nCO2 + + Poder
reductorE
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1) Transporte activo, movimiento, división celular2) Biosíntesis
ENERGÍA
Luz Ruptura de uniones químicas
Fototrofos Fotosíntesis
anoxigénica
Fotosíntesis oxigénica
Quimiotrofos Reacciones REDOX
a) Puede ser oxidación de un
comp. inorgánico
(Quimiolitotrofos)
b) U Orgánico
(Quimioorganotrofos)
Necesaria para
Fuentes
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REPASAMOSALGUNOS
CONCEPTOS DE QUÍMICA
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Regla de “LOPE REGA” La Oxidación Pierde Electrones, la Reducción Gana
Dador e-
Aceptor e-
Dador oxidado
Aceptor reducido
REDUCCIÓN
OXIDACIÓN
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REACCIONES REDOX
Siempre ocurre de a pares:
Necesito un compuesto que se oxide (pierde e-) y otro compuesto que gana e- (se reduce).
Ej: Lactato + NAD+ NADH + H+ + Piruvato
Se oxida
Se reduce
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Potencial REDOX y G°
E° o potencial REDOX refleja la tendencia a captar o perder e-.
Cuanto mayor es la diferencia entre los compuestos involucrados en reacción > es la energía liberada
E° = E° Dador – E° Aceptor
G°: Cambio de energía libre. Es lo que miramos para ver cuanta energía nos dá un proceso
G° = -n.F. EG° < 0 Reacción exergónica, libera EG° > 0 Reacción endergónica,
requiere E
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FOTÓTROFOS
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Fotótrofos: Fotosíntesis Oxigénica CO2 + 2 H2O CH2O + O2 + H2O
Procesos ocurren en la membrana de los procariotas. Ej: Cyanobacterias
Fotosist I y II
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a) Moléculas de clorofila del fotosistema I (P700) son excitadas por la luz y emiten e-
b) P700 P700* (oxidada) + e-
c) Estos e- son captados por NADP+ (se reduce)
a)
b)
c)
Fotofosforilación no cíclica – Fuerza protón Motriz – Síntesis de ATP
Fotofosforilación Cíclica –Fuerza Protón Motriz – Síntesis de ATP
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d) Moléculas de clorofila del fotosistema II (P680) también son excitadas por la luz y emiten e-, que pasan por una cadena de transporte y reducen a P700*, esto genera una fuerza H+ motriz que dá lugar a la síntesis de ATP (fotofosforilación no cíclica)
e) P680* es un agente fuertemente oxidante, toma e- del H2O generando O2.
Simultáneamente
e)
d)
Fotofosforilación no cíclica – Fuerza protón Motriz – Síntesis de ATP
Fotofosforilación Cíclica –Fuerza Protón Motriz – Síntesis de ATP
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Fotosíntesis: Fase luminosa
Complejo ATP-Sintetasa
12 H2O + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi 6 O2 + 12 NADPH + 12 H+ + 18 ATP
Las bacterias requerirán la generación de PODER
REDUCTOR neto, pues usan CO2 como principal
fuente de carbono.
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6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH + 12 H+ + (CH2O)6 + 6 H2O + 18ADP + 18Pi +12 NADP+
En la fase oscura se requieren de varias moléculas de
ATP y de NADPH para reducir una molécula de CO2
Fotosíntesis: Fase oscura
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Fotótrofos: Fotosíntesis anoxigénica No se forma oxígeno en la fotosíntesis realizada por
estas bacterias. Ej: Bacterias púrpuras del azufre
H2S + CO2
(CH2O)n + S°
(CH2O)n + H2SO4S° + CO2
Este tipo de bacterias fotosintéticas, carecen del fotosistema II
Producen ATP sólo por fotofosforilación cíclica
Usan como dadores de electrones H2, H2S, S°
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Fotosíntesis Oxigénica Fotosíntesis anoxigénica
e-
H2S
S°
SO42-
CO2
(CH2O)n
e-
ATP
ADPhv
H2O
½ O2
CO2
(CH2O)n
e-
ATP
ADPhv
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QUIMIOTROFOS
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Quimiotrofos Fuente de energía es un dador de e-
Compuesto reducido compuesto oxidado
Al oxidarse, se convierte en dador de electrones.
A partir del transporte de e- Obtiene Energía
Puede ser:
Inorgánico Quimiolitotrofos Ej: H2 2H+ + 2e- Fe2+ Fe3+ + 1e-
Orgánico Quimioorganotrofos Ej: C6H12O6 CO2 + 24e-
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¿Qué hace el microorganismo con la Energía liberada en las Reacciones REDOX?
Usarla en otras reacciones inmediatas Transportarla con transportadores de electrones intermediarios Convertirla en ATP
Transportadores de e-
NAD+ / NADHNADP+ / NADPH
Coenzimas, NO son consumidas durante la reacción, hay reciclaje de las mismas
En rxnes CATABÓLICASCuando actúan como aceptor de e-, se reducen:NADP+ NADPH
En rxnes ANABÓLICASSon dadores de e-, se oxidan:NADH NAD+
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¿Cómo genero ATP?
Fosforilación a nivel del sustrato:
Ocurre durante la degradación del sustrato que es usado como fuente de energía
Fosforilación oxidativa: Proceso respiratorio
Fotofosforilación: Usa luz para generar ATP
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Fuerza Protón-Motriz
Fuerza mediante la cual puedo
sintetizar ATP por medio de un
gradiente de carga y H+.
• La membrana celular puede existir en un estado “cargado” energéticamente donde quedan separados H+ y OH- en ambos lados de la membrana. Esta separación de carga es un forma de energía análogo al potencial de energía en una batería cargada.
• Este estado energizado de la matriz llamado Fuerza protón Motriz es responsable de las funciones que realiza la cél dependientes de energía tales como sintetizar ATP.
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Metabolismo Quimiolitotrofo
Compuesto inorgánico
(H2S, H2, NH3)
Fuerza motrizDe H+
O2
Flujo de e-
NADHNADPH
Biosíntesis
Flujo de Carbono
CO2
ATP
Fuente de energía (dador
de e-)
Respiración Aeróbica
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Metabolismo Quimiolitotrofo
En la naturaleza las fuentes que proveen los compuestos inorgánicos son:
Actividad volcánica (H2S) Origen geológico
Agua de mar, sedimentos Origen biológico
Hierro Minería
Desechos agrícolas, tratamiento de aguas Actividad humana
Grandes grupos de acuerdo al sustrato:
1. Bacterias que oxidan H2
2. Bacterias que oxidan compuestos reducidos de S3. Bacterias que oxidan Fe2+
4. Bacterias Nitrosificantes (NH3 NO2-)
5. Bacterias Nitrificantes (NO2- NO3
- )
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Metabolismo Quimioorganotrofo
Compuesto orgánico
Fuerza motrizDe H+
O2
Flujo de e-
NO3-
SO42-
S°
Aceptores orgánicos de e-
Flujo de Carbono CO
2
ATP
Respiración Aeróbica
Respiración Anaeróbica
Biosíntesis
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Vías catabólicas generadoras de ATP en bacterias quimioorganotrofas y quimiolitotrofas
Quimioorganotrofas
Quimiolitotrofas
Compuestos químicos orgánicos
Compuestos químicos inorgánicos reducidos
Compuestos inorgánicos
RESPIRACIÓN
ADP
ATP
Compuestos inorgánicos
Metabolitos orgánicos
RESPIRACIÓN
FERMENTACIÓN
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Vías catabólicas que producen la oxidación de compuestos químicos y la conservación de la energía en ATP
Fermentación Proceso de óxido-reducción
entre diferentes compuestos orgánicos derivados del mismo sustrato fermentable
No requiere O2
Respiración
Proceso de óxido-reducción en el que el dador de e- puede ser un compuesto orgánico o inorgánico reducido y el aceptor final de e- es un compuesto inorgánico:
a) Si es el aceptor final de e- es O2 Respiración Aeróbica
b) Si el aceptor final de e- es otro comp. inorgánico como nitrato, sulfato, carbonato o Fe (III) Respiración Anaeróbica
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Vías catabólicas que producen la oxidación de compuestos químicos y la conservación de la energía en ATP
RespiraciónFermentación
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Formación de piruvato
Ocurre en fermentación y en respiración
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Formación del Piruvato
Glucosa PiruvatoProceso
anaeróbico
Via Glucolíticaó de
Embden-Meyerhof-Parnas
Via del Fosfogluconato
ó de Vía de los fosfatos
de pentosas
Via del ácido 2-ceto-3desoxi-6-fosfoglucónico ó
deEntner Doudoroff
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Obtención de ATP por fosforilación a nivel del sustrato
Via Glucolítica ó de Embden-Meyerhof-Parnas (EMP)
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Via del Fosfogluconato ó de Vía de los fosfatos de pentosas
![Page 34: METABOLISMO MICROBIANO FUNDACIÓN H.A BARCELÓ TECNICATURA DE ANÁLISIS CLÍNICOS MICROBIOLOGÍA 1° CUATRIMESTRE 2015 Lic. Maria Andrea Camilletti.](https://reader036.fdocumento.com/reader036/viewer/2022062315/5665b4c91a28abb57c93ab82/html5/thumbnails/34.jpg)
Via del ácido 2-ceto-3desoxi-6-fosfoglucónico ó deEntner Doudoroff
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Fermentación
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Vía metabólica donde los compuestos orgánicos generan piruvato y las transformaciones posteriores de este compuesto se dan en anaerobiosis
Es poco eficiente para generar ATP (fosforilación a nivel del sustrato)
Fermentación
a) Fermentación alcohólica
Ej. Saccharomyces, Zymomonas
b) Fermentación láctica
Ej. Lactobacillus, Lactococcus, Streptococcus
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Resumiendo…
Las fermentaciones son procesos microbianos en los cuales ocurren transformaciones de compuestos orgánicos controladas enzimáticamente
Por medio de la ruptura de la molécula de glucosa (glucólisis) se pierden e- que pasan al piruvato
El producto resultante de desecho es excretado fuera de la célula
Estos productos de fermentación pueden ser: etanol, butanol, ácido láctico, acetona, dióxido de carbono, etc.
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Respiración
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Respiración
I. Formación del piruvato
II. Ciclo de Krebs
III.Cadena respiratoria
(Fosforilación oxidativa)
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Obtención de ATP por fosforilación a nivel del sustrato
Via Glucolítica ó de Embden-Meyerhof-Parnas (EMP)
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Ciclo de Krebs
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Cadena Respiratoria – Fosforilación oxidativa
Cadena respiratoria
Fosforilación oxidativa
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Cadena respiratoria
Conjunto de proteínas ancladas en la membrana
Cadena de transporte de e-, siempre es unidireccional
Los componentes pueden ser difusibles (ej: NAD+, NADP+) o fijos (Flavoproteínas, quinonas, citocromos); y transportan e- y H+
Como consecuencia tengo un gradiente: Carga H+
Fuerza Protón-Motriz
Síntesis ATP
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Fosforilación oxidativa
Formación de ATP asociado a un proceso REDOX
Proceso complejo que permite obtener > Energía
Requiero de:
Dador e- Aceptor e- Cadena de transporte de
e-Ej: O2 (aerobios)
NO3-; SO3
-; SO4
2-
(aerobios)
Ej: Compuesto orgánico o inorgánico reducido
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RESUMIENDO
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CATEGORÍAS NUTRICIONALES DE LOS MICROORGANISMOS
FOTOTROFOS QUIMIOTROFOS
Fuente de Energía Luminosa Oxidación de compuestos
químicos orgánicos e inorgánicos
LITOTROFOS ORGANOTROFOS
Dadores de electrones o de
átomos de Hidrógeno
Compuestos inorgánicos reducidos
Compuestos orgánicos reducidos
AUTÓTROFOS HETERÓTROFOS
Fuente de Carbono CO2 Nutrientes orgánicos
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CONSUMIDORES = HETERÓTROFOS
PRODUCTORES = AUTÓTROFOS
M.Org + O2
CO2 + H2ORespiración aerobia
CO2 + H2OM.Org+ O2
Fotosíntesisoxigénica
SO4 2-
S 2-
S °
S 2-
NO3 -
NO2 -; N2O;
N2Fe 3+
Fe 2+
M.O +
Respiración anaerobia
CO2
Fermentación
M.O (alta energía) M.O (baja energía)
FotosíntesisAnoxigénica
CO2
+
SH2
S °
S2O32-
H2
Comp. Org. reducidos
S °
SO42-
H2OComp. Org. Oxidados
M.O +
Litoautotrofia
CO2
M.O
SH2;
NH3; CH4; H2
Fe2+
SO42-; NO2-;
NO3-; CO2; H2OFe3+
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CATEGORÍAS NUTRICIONALES DE LAS BACTERIAS
Categoría Fuentes de
Energía
Fuentes de
Electrones/
Hidrógeno
Fuente de Carbono
Bacterias representativa
s
Fotolitoautótrofos Luz H2O, H2S, S
CO2 Cianobacterias,Bacterias sulfúreas púrpuras y verdes
Fotoorganoheterótrofos
Luz Compuestos orgánicos
Compuestos Orgánicos
Bacterias púrpuras no sulfúreas
Quimiolitioautótrofos Oxidación de compuestos inorgánicos
CompuestosInorgánicos: H2, S, H2S,Fe (II), H3N, NO2-
CO2 Bacterias del hidrógeno, Thiobacillus thiooxidans y otros. Thiobacillus ferrooxidans. Nitrosomonas spp. Nitrobacter spp.
Quimioorganoheterótrofos
Oxidación de compuestos orgánicos
Compuestos orgánicos (glucosa)
Compuestos orgánicos
Mayoría de bacterias quimiotrofas, incluyendo las patógenas