METABOLISMO

Son todos los procesos químicos que tienen lugar

dentro de una célula

Microbiología General 2014- UNSLBrock, Biología de los microorganismos. 12ª. Edición , Prentice-Hall.

Tortora G.J., Funke B.R. , Case C.L. Introducción a la Microbiología. 9a ed. Editorial Médica Panamericana S.A.

Metabolismo celular

�Para el desarrollo de medios de cultivo para microorganismos

�Para obtención de procedimientos útiles que impidan el crecimiento de microorganismos indeseables

�Para identificación de microorganismos mediante pru ebas metabólicas

�En microbiología médica (enfermedades infecciosas)

�En microbiología industrial: producción de compuest os útiles

�Para entender la bioquímica del crecimiento microbi ano

Porque estudiar metabolismo??

CATABOLISMO

Conjunto de reacciones bioquímicas que

conducen a la producción de ENERGIA, PODER

REDUCTOR y PRECURSORES para la

biosíntesis.

ANABOLISMO

Suma total de todas las reacciones biosintéticas

de la célula.

Catabolismo y anabolismo: papel de la obtención de energía en vincular estos procesos

La energía se requiere para:

� Biosíntesis (anabolismo) � Transporte activo � Translocación de proteínas a través de la

membrana citoplásmica � Movimiento flagelar � Bioluminiscencia

Conservación de energía intracelular

� Principalmente por síntesis de ATP

� ¿Cómo se obtiene el ATP? � Fosforilación a nivel de sustrato (fermentación)

� Fosforilación oxidativa (respiración)

� Fotofosforilación (fotosíntesis)

Diferencias entre fosforilación a nivel de sustrato y fosforilación oxidativa

La generación de ATP es consecuencia de la transferencia de un P de alta energíadesde un compuesto fosforilado hacia el ADP

La generación de ATP esta asociada a la fuerza motr iz deprotones y se transfieren electrones desde compuest os

orgánicos hacia NAD+ o FAD+ y luego a través de transportadores de electrones hasta el O 2 u otras moléculas orgánicas o inorgánicas

CATABOLISMO

- Fermentación

- Respiración

- Fotosíntesis

Rutas para la obtención de energía, poder reductor y precursores metabólicos:

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

Esquema de la Fermentación

ATP

ATP

invierte 2 ATP

REACCIONES ENDERGÓNICASDE GLUCÓLISIS

glucosa

ADP

ADP

P

P

P

P

glucosa–6–fosfato

fructosa–6–fosfato

fructosa–1,6–difosfato DiHidroxiAcetona P

Glucólisis

Hexoquinasa

Isomerasa

Fosfofrutoquinasa

ATPADP

REACCIONES EXERGÓNICAS

NAD+

PPGAL

1,3–difosfoglicerato fosforilización anivel de sustrato

Pi

1,3–difosfoglicerato

ATP

NADHNADH

PPGAL

NAD+

Pi

P PP P

3–fosfoglicerato 3–fosfogliceratoP P

produce 2 ATP

ADP

Glucólisis

Gliceraldehido 3P

Aldolasa

Gliceraldehido 3Pdeshidrogenasa

fosfogliceroquinasa

produce 2 ATP

ATPADP

P

fosforilización a nivel de sustrato

2–fosfoglicerato

ATP

P

piruvato piruvato

ADP

P P

2–fosfoglicerato

H2O H2O

PEP PEP

Glicólisis

Enolasa

Piruvato quinasa

Fermentaciones : - regeneración de NAD+ y - productos de fermentación

PRINCIPALES VÍAS DE FERMENTACIÓN

Hidrogenolasa fórmica

Fermentaciónácido mixta

Escherichia coli

Fermentaciónbutírica

Clostridium

Fermentaciónacetoínica

Enterobacter

Fermentaciónláctica

LactobacilosFermentaciónalcohólicaLevaduras

Fermentaciónpropiónica

Propionibacterium

Fermentación Productos principalesLáctica LácticoAlcohólica Etanol, CO2

Ácida mixta Etanol, succínico, H2 CO2, acético, fórmico, láctico,

Butilénglicólica Butilenglicol, CO2

Acetono-butírica Acético, acetona, butírico, butanol, CO2, H2

C6H12O6

ATP

ATPNADH

2 acetaldehídos

electrones, hidrógeno forma NADH

2 NAD+

2

2 ADP

2 piruvato

2

4

cosecha

inversión

glucólisis

forma etanol

2 ATP net

2 etanol

2 H2O

2 CO2

FermentaciónAlcohólica

Bacteriaslácticas

Bacterias propiónicas

RESPIRACIÓN

Aeróbica Anaeróbica

Proceso de oxidación de sustratos usando un aceptor final de electrones exógeno

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.)

Fosforilación oxidativa. Respiraciones

� Respiración: obtención de energía por oxidación de sustratos reducidos (DH2), en la que los coenzimas reducidos (ej.: NADH) tr ansfieren los ee a un aceptor final a través de una c.t.e. ���� gradiente H + ���� ATP

� La obtención de energía ligada a las respiraciones se llama fosforilación oxidativa

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

� Según el aceptor final de electrones: � Si es O2: respiración aerobia � Si es distinto del O2: respiración anaerobia

Ciclo de Krebs o del ácido cítrico: el acido pirúvi co se reduce totalmente a CO2 mediante reacciones de hidratación, decarboxilación y oxidación

Rica en energía

Ciclo de Krebs

�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.

Respiración aerobia: Cadena de

transporte de electrones

Tomado de Tórtora, 2007

Funcionamiento de la c.t.e.

de Paracoccus

La ATPasa

� Porción transmembrana F0 {a, b2, c12} : � La subunidad “a” canaliza los H+

� Las dos “b” salen hacia el citoplasma, interaccionando con la porción F1

� Las 12 subunidades “c” forman un cilindro que puede rotar en ambos sentidos

� Porción citoplásmica F1 {α3, β2, γ, δ, ε}:

Fuerza protón motriz y ATP sintetasa

� Unos 3-4 protones pasan a través de “a”de F0, y pone en marcha la síntesis rotacional del ATP:

� 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 � se une ADP+P � ATP

� El papel de b2 δ es de estator (inmovilizador), impidendo que αβ giren con εɤ

Las bacterias anaerobias fermentadoras usan ATPasa

� Pero la usan en sentido inverso, como ATP-hidrolasa

� Aunque su ATP 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 ATP 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

RESPIRACION: integración entre vía glicolítica, cic lo de Krebs y transporte de electrones

Principales 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.

� Pero 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.

� Por 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 ATP.

Respiración Anaeróbica

- Los aceptores finales de electrones son diferentes del oxígeno:

- NO3-

- Fe+++

- SO4=

- CO3=

- Fumarato

- Se libera menos energía cuando se usan estos aceptores de electrones

- La fuerza electromotriz de protones también se realiza

FOTOSÍNTESIS

Es la conversión de la energía lumínica en energía química

Los microorganismos que realizan fotosíntesis se llaman FOTOTROFOS

Producción de energía y poder reductor

Bacteriasfotótrofas

Plantas verdesAlgas

Cianobacterias

PIGMENTOS FOTOSENSIBLES

Clorofila, Bacterioclorofila

Su presencia es necesaria para que se realice la fotosíntesis

Carotenoides

Ficobilinas

Clorofila a

Fotótrofos

oxigénicos

Bacterioclorofila a

Fotótrofos

anoxigénicos

PIGMENTOS FOTOSENSIBLES

CIANOBACTERIAS BACTERIAS ROJASY VERDES

CIANOBACTERIASFicobiliproteínas

Aumentan la eficacia fotosintética y función protectora (luz perjudicial y sust toxicas del O2

Centros

antena (claros)

y

Centros reactivos

(oscuros)

Cianobacterias

Nostoc

tilacoides

Bacterias púrpuras

Invaginación de la MP:Lamelas

Bacterias fotosintéticas

Cromatóforos

Membranas fotosinteticas vesiculares

Clorosoma: sistemas antena gigantes

Bacterias verdes

Ficobilinas y ficobilisomas

Cianobacterias

Ph: feofitina (sin Mg2+)PC: plastocianina (Cu+)

FotosíntesisOxigénicaacíclica

Esquema Z tumbada

Bacteriasrojas

Bacteriasverdes

Poder reductor

Fotosíntesis anoxigénica cíclica

Autotrofia

� Es el proceso mediante el cual el CO2 se asimila como fuente de carbono. Puede utilizar tres vías, pero la más común es la del 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

Fructosa6-fosfato

GLUCOSAGLUCOSA

H2O

Ribulosa 1,5 difosfato

Ribulosa 1 fosfato

3-fosfogliceraldehído

Acido1,3-difosfoglicérico

Acido3-difosfoglicérico

H2O

ATP

NADPH2

Pi

CO2

Compuesto inestable

ADP +NADP

Ciclo de Calvin o del C3

RubisCO

Fosforibuloquinasa

ANABOLISMO

Reacciones de BIOSINTESIS

- Fijación de CO2 - Ciclo de Calvin

- Derivaciones del TCA

- Glucólisis invertida

- Síntesis de peptidoglicano

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

Síntesis de la pared

A B

CD

EF

G H I

Muchas gracias!!