11

METABOLISMO BACTERIANOMETABOLISMO BACTERIANO Los Seres Vivos tienen la Los Seres Vivos tienen la

característica de sintetizar sus característica de sintetizar sus propios constituyentes a partir de propios constituyentes a partir de sustancias que toman el medio sustancias que toman el medio ambiente externo.ambiente externo.

El crecimiento bacteriano se define El crecimiento bacteriano se define como el aumento ordenado de todos como el aumento ordenado de todos los constituyentes químicos de la los constituyentes químicos de la célula.célula.

22

METABOLISMO BACTERIANOMETABOLISMO BACTERIANO APLICACIONES DEL METABOLISMOAPLICACIONES DEL METABOLISMO Permite conocer el modo de vida y el Permite conocer el modo de vida y el

hábitat de diferentes especies bacterianashábitat de diferentes especies bacterianas El ser humano alberga diferentes bacterias El ser humano alberga diferentes bacterias

en diferentes lugares, dependiendo de la en diferentes lugares, dependiendo de la temperatura, pH, nutrientes y oxígeno.temperatura, pH, nutrientes y oxígeno.

Permite formular diferentes medios de Permite formular diferentes medios de cultivo para aislar e identificar bacterias.cultivo para aislar e identificar bacterias.

Desde el punto de vista terapéutico Desde el punto de vista terapéutico permite conocer el efecto de algunos permite conocer el efecto de algunos antibióticos, ya que bloquean alguna vía antibióticos, ya que bloquean alguna vía metabólicametabólica..

33

METABOLISMO BACTERIANOMETABOLISMO BACTERIANO

Metabolismo: Conjunto de reacciones Metabolismo: Conjunto de reacciones bioquímicas que se lleva a cabo en una bioquímicas que se lleva a cabo en una célulacélula

Obtener energía química y almacenarla y Obtener energía química y almacenarla y luego utilizarlaluego utilizarla

Convertir los nutrientes exógenos en Convertir los nutrientes exógenos en unidades precursoras de componentes unidades precursoras de componentes macromoleculares de la bacteria.macromoleculares de la bacteria.

Forma y degrada moléculas para Forma y degrada moléculas para funciones especificas.funciones especificas.

44

METABOLISMO METABOLISMO BACTERIANOBACTERIANO

Metabolismo:Metabolismo: Anabolismo: Proceso por el cual Anabolismo: Proceso por el cual

la célula bacteriana sintetiza sus la célula bacteriana sintetiza sus propios componentes. Requiere propios componentes. Requiere energía.energía.

Catabolismo: Proceso por el cual Catabolismo: Proceso por el cual la bacteria degrada los nutrientes la bacteria degrada los nutrientes para obtener energía o para para obtener energía o para convertirlos en precursores de la convertirlos en precursores de la biosíntesis.biosíntesis.

55

METABOLISMO BACTERIANOMETABOLISMO BACTERIANO

ATP: Compuesto fosfato de alta ATP: Compuesto fosfato de alta energía, este se genera en la célula energía, este se genera en la célula por dos vías diferentes:por dos vías diferentes:• Fosforilación a nivel de sustratoFosforilación a nivel de sustrato• Fosforilación oxidativa.Fosforilación oxidativa.• En las bacterias de interés médico los En las bacterias de interés médico los

sistemas REDOX que transforman la sistemas REDOX que transforman la energía química de los nutrientes en energía química de los nutrientes en energía útil son:energía útil son:

66

METABOLISMO BACTERIANOMETABOLISMO BACTERIANO

Fermentación: Rendimiento energético Fermentación: Rendimiento energético es menor.es menor.

Respiración: aerobia y anaerobiaRespiración: aerobia y anaerobia Las bacterias llevan a cabo las tres vías Las bacterias llevan a cabo las tres vías

de los hidratos de carbonode los hidratos de carbono• La vía glucolítica de Embden Merhof La vía glucolítica de Embden Merhof

ParnasParnas• La vía de pentosas fosfatoLa vía de pentosas fosfato• La vía de Entner DoudoroffLa vía de Entner Doudoroff

77

Tipos de fermentación:Tipos de fermentación:• Fermentación alcohólicaFermentación alcohólica• Fermentación homolácticaFermentación homoláctica• Fermentación heterolácticaFermentación heteroláctica• Fermentación del ácido propiónicoFermentación del ácido propiónico• Fermentación ácido mixtaFermentación ácido mixta• Fermentación de butanodiolFermentación de butanodiol

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METABOLISMO BACTERIANOMETABOLISMO BACTERIANO Las bacterias sobreviven y crecen en amplia Las bacterias sobreviven y crecen en amplia

variedad de hábitatsvariedad de hábitats Todas las bacterias deben sintetizar Todas las bacterias deben sintetizar

constituyentes celulares de una manera constituyentes celulares de una manera coordinada para sobrevivir.coordinada para sobrevivir.

Deben estar disponibles los elementos básicos y Deben estar disponibles los elementos básicos y en la cantidad necesaria en el medio o ser en la cantidad necesaria en el medio o ser sintetizados por los propios microorganismos.sintetizados por los propios microorganismos.

Las diferencias en la respuesta al oxígeno refleja Las diferencias en la respuesta al oxígeno refleja la forma en que las bacterias oxidan sus sustratos la forma en que las bacterias oxidan sus sustratos para obtener energía.para obtener energía.

¿Cuáles son las vías metabólicas utilizadas por las ¿Cuáles son las vías metabólicas utilizadas por las bacterias para obtener energía?bacterias para obtener energía?

99

Metabolismo BacterianoMetabolismo Bacteriano RESPIRACIÓN: Aerobia y Anaerobia. La respiración aerobia RESPIRACIÓN: Aerobia y Anaerobia. La respiración aerobia

da por resultado más energía por molécula de sustrato da por resultado más energía por molécula de sustrato oxidadaoxidada

FERMENTACIÓN: Láctica y FERMENTACIÓN: Láctica y Alcohólica.Alcohólica. La respiración es el proceso metabólicoLa respiración es el proceso metabólico donde el donde el

aceptor final de electrones es el oxígeno. aceptor final de electrones es el oxígeno. Respiración aerobia.Respiración aerobia.

La respiración anaerobia el aceptor final de electronesLa respiración anaerobia el aceptor final de electrones es el es el nitrato, sulfato, ú otro elemento inorgánico.nitrato, sulfato, ú otro elemento inorgánico.

La fermentación es el proceso metabólico en el cual el La fermentación es el proceso metabólico en el cual el donador y el aceptor de electrones es un compuesto donador y el aceptor de electrones es un compuesto orgánico. Ejemplo, en la fermentación láctica el piruvato es orgánico. Ejemplo, en la fermentación láctica el piruvato es reducido a Lactato y la Acetil CoA es reducida a alcohol en reducido a Lactato y la Acetil CoA es reducida a alcohol en la fermentación alcohólica.la fermentación alcohólica.

1010

METABOLISMO ENERGÉTICOMETABOLISMO ENERGÉTICO Las reacciones metabólicas. ATPLas reacciones metabólicas. ATP El ATP es utilizado por la célula para los procesos El ATP es utilizado por la célula para los procesos

de síntesis.de síntesis. El ATP se obtiene básicamente por dos vías que El ATP se obtiene básicamente por dos vías que

son:son:- Fosforilación a nivel de sustrato. Glicólisis, ciclo Fosforilación a nivel de sustrato. Glicólisis, ciclo

del ácido tricarboxílico y en algunos procesos del ácido tricarboxílico y en algunos procesos fermentación.fermentación.

- Fosforilación por transporte de electrones u Fosforilación por transporte de electrones u oxidativa. Cadena respiratoria.oxidativa. Cadena respiratoria.

- Este mecanismo sucede en la respiración aerobia Este mecanismo sucede en la respiración aerobia y anaerobia y es el mecanismo por el cual se y anaerobia y es el mecanismo por el cual se obtiene la energía. También lo realizan las obtiene la energía. También lo realizan las bacterias facultativas.bacterias facultativas.

1111

METABOLISMO BACTERIANOMETABOLISMO BACTERIANO

- VÍA METABOLICA DE LA GLICÓLISIS O VÍA METABOLICA DE LA GLICÓLISIS O VÍA EMBDEN-MEYERHOF-PARNAS O VÍA EMBDEN-MEYERHOF-PARNAS O FRUCTOSA 1,6 DIFOSFATO. (FBP)FRUCTOSA 1,6 DIFOSFATO. (FBP)

- Es la secuencia de reacciones que Es la secuencia de reacciones que convierten la glucosa a piruvato, con convierten la glucosa a piruvato, con la producción final de 2 moléculas de la producción final de 2 moléculas de ATPATP

- Todos los microorganismos ya sean Todos los microorganismos ya sean aerobios, anaerobios o microaerófilos aerobios, anaerobios o microaerófilos siguen esta vía metabólica para siguen esta vía metabólica para oxidar la glucosa a piruvato.oxidar la glucosa a piruvato.

1212

METABOLISMO BACTERIANOMETABOLISMO BACTERIANO

- Todos los intermediarios entre la Todos los intermediarios entre la glucosa y el piruvato son fosfatados.glucosa y el piruvato son fosfatados.

- La reacción neta es la siguiente:La reacción neta es la siguiente:- Glucosa + 2 Pi + 2 ADP +NAD Glucosa + 2 Pi + 2 ADP +NAD

---------- > 2 Piruvato + 2 ATP + 2 ---------- > 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2ONADH + 2 H2O

- Las dos moléculas de ATP se Las dos moléculas de ATP se obtienen por fosforilación a nivel de obtienen por fosforilación a nivel de sustratosustrato

1313

DESTINO DEL PIRUVATO EN DESTINO DEL PIRUVATO EN LAS BACTERIAS AEROBIASLAS BACTERIAS AEROBIAS

Las moléculas de NADH generadas se reoxidan a Las moléculas de NADH generadas se reoxidan a NAD en los microorganismos aerobios en la NAD en los microorganismos aerobios en la respiración y en la fermentación por los respiración y en la fermentación por los anaerobios.anaerobios.

En contraste con la glicólisis la cual casi es En contraste con la glicólisis la cual casi es universal en todos los organismos, el piruvato universal en todos los organismos, el piruvato puede ser convertido a diferentes productos, puede ser convertido a diferentes productos, dependiendo de la especie de bacteria y del dependiendo de la especie de bacteria y del medio ambiente en el que se está desarrollando, medio ambiente en el que se está desarrollando, es decir de las condiciones de crecimiento.es decir de las condiciones de crecimiento.

En los microorganismos aerobios, el piruvato se En los microorganismos aerobios, el piruvato se convierte a Acetil CoA por la enzima piruvato convierte a Acetil CoA por la enzima piruvato deshidrogenasa.deshidrogenasa.

La acetil CoA entra en el ciclo de Krebs o del La acetil CoA entra en el ciclo de Krebs o del ácido tricarboxilícoácido tricarboxilíco..

1414

Metabolismo bacterianoMetabolismo bacteriano El ciclo de Krebs o del ácido cítrico, describe una El ciclo de Krebs o del ácido cítrico, describe una

secuencia de reacciones donde el producto final secuencia de reacciones donde el producto final es el dióxido de carbono.es el dióxido de carbono.

Esta vía es común a todos los aerobios y algunos Esta vía es común a todos los aerobios y algunos anaerobiosanaerobios

El ciclo de Krebs provee además intermediarios El ciclo de Krebs provee además intermediarios para la biosíntesis de aminoácidos, ácido para la biosíntesis de aminoácidos, ácido nucleicos y grupo heme.nucleicos y grupo heme.

Todas las reacciones del ciclo con excepción de la Todas las reacciones del ciclo con excepción de la catalizada por el citrato sintetasa son reversibles.catalizada por el citrato sintetasa son reversibles.

Reacción neta es la siguiente:Reacción neta es la siguiente: Acetil CoA + 3 NAD + 1FDA + ADP + Pi + 2 Acetil CoA + 3 NAD + 1FDA + ADP + Pi + 2

H20 ------ >2CO2 + 3NADH + FADH 3 + ATP CoA.H20 ------ >2CO2 + 3NADH + FADH 3 + ATP CoA.

1515

DESTINO DEL PIRUVATO EN LA DESTINO DEL PIRUVATO EN LA FERMENTACIÓN POR BACTERIAS FERMENTACIÓN POR BACTERIAS

ANAEROBIAS.ANAEROBIAS. Las 3 moléculas de NADH y una FADH pueden ser Las 3 moléculas de NADH y una FADH pueden ser

regeneradas a NAD y FAD por la respiración regeneradas a NAD y FAD por la respiración aerobia.aerobia.

En los microorganismos anaerobios el piruvato En los microorganismos anaerobios el piruvato puede convertirse por una serie de reacciones a puede convertirse por una serie de reacciones a compuestos orgánicos reducidos, como por compuestos orgánicos reducidos, como por ejemplo: Acetato, etanol y lactato.ejemplo: Acetato, etanol y lactato.

Todas estas rutas metabólicas tienen la habilidad Todas estas rutas metabólicas tienen la habilidad para consumir NADH por reoxidación de NAD, para consumir NADH por reoxidación de NAD, este mecanismo es la estrategia fundamental de este mecanismo es la estrategia fundamental de la fermentación.la fermentación.

La fermentación se define como el mecanismo de La fermentación se define como el mecanismo de generación de ATP en el cual los sustratos generación de ATP en el cual los sustratos inorgánicos son oxidados a formas ácidas o inorgánicos son oxidados a formas ácidas o alcoholes (compuestos orgánicos).alcoholes (compuestos orgánicos).

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METABOLISMO BACTERIANOMETABOLISMO BACTERIANO Las bacterias entéricas como Las bacterias entéricas como E. coli, K. E. coli, K.

pneumoniae y E. aerogenespneumoniae y E. aerogenes fermentan lactosa a fermentan lactosa a una variedad de ácido orgánicos o alcoholes.una variedad de ácido orgánicos o alcoholes.

El disacárido lactosa ---- >Glucosa + Galactosa El disacárido lactosa ---- >Glucosa + Galactosa ----- > Glucosa ----- Glucólisis ------> Piruvato ----- > Glucosa ----- Glucólisis ------> Piruvato puede pasar a lactato, succinato, acetato. Etanol.puede pasar a lactato, succinato, acetato. Etanol.

Fermentación mixta y fermentación simple.Fermentación mixta y fermentación simple. Salmonella, Shigella y ProteusSalmonella, Shigella y Proteus, no fermenta , no fermenta

lactosalactosa Glucosa ----- >Piruvato ----- >Lactato.Glucosa ----- >Piruvato ----- >Lactato. Fermentación alcohólica levaduras y algunas Fermentación alcohólica levaduras y algunas

bacterias bacterias C. perfringensC. perfringens fermenta la glucosa a butirato, fermenta la glucosa a butirato,

acetato, lactato etanolacetato, lactato etanol

1717

Fermentación y Fosforilación a Fermentación y Fosforilación a nivel de sustrato.nivel de sustrato.

Las rutas para la oxidación de compuestos Las rutas para la oxidación de compuestos orgánicos y la conservación de la energía orgánicos y la conservación de la energía como ATP se contemplan 2 grupos:como ATP se contemplan 2 grupos:

Fermentación: Los procesos REDOX Fermentación: Los procesos REDOX ocurren en ausencia de aceptores de ocurren en ausencia de aceptores de terminales de electrones añadidos.terminales de electrones añadidos.

Catabolismo anaeróbico en el que un Catabolismo anaeróbico en el que un compuesto orgánico sirve al mismo tiempo compuesto orgánico sirve al mismo tiempo como donador y aceptor de electrones y como donador y aceptor de electrones y en el que el ATP se produce por en el que el ATP se produce por fosforilación de sustrato.fosforilación de sustrato.

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Metabolismo bacterianoMetabolismo bacteriano

En las fermentaciones el ATP se produce por:En las fermentaciones el ATP se produce por: Fosforilación a nivel de sustrato: El ATP se Fosforilación a nivel de sustrato: El ATP se

sintetiza durante el catabolismo del sintetiza durante el catabolismo del compuesto orgánico y en pasos enzimáticos compuesto orgánico y en pasos enzimáticos concretosconcretos

Respiración: el oxígeno molecular u otros Respiración: el oxígeno molecular u otros oxidantes sirven como aceptores terminales oxidantes sirven como aceptores terminales de electrones.de electrones.

Respiración anaerobia: aceptores finales de Respiración anaerobia: aceptores finales de electrones son: Sulfatos, Nitratos, Carbonatos electrones son: Sulfatos, Nitratos, Carbonatos y el ión hierroy el ión hierro

1919

METABOLISMO BACTERIANOMETABOLISMO BACTERIANO METABOLISMOMETABOLISMO Todos los procesos químicos Todos los procesos químicos

que tienen lugar dentro de la que tienen lugar dentro de la célulacélula

Anabolismo: suma total de Anabolismo: suma total de todas las reacciones todas las reacciones biosintéticas en la célulabiosintéticas en la célula

Catabolismo: las reacciones Catabolismo: las reacciones bioquímicas que conducen a bioquímicas que conducen a la producción de energía la producción de energía utilizable por la célula utilizable por la célula (normalmente ATP)(normalmente ATP)

FERMENTACIÓN Y FERMENTACIÓN Y FOSFORILACIÓN A NIVEL FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO.DE SUSTRATO.

Glucólisis: Ruta de Glucólisis: Ruta de Embden- MeyerhofEmbden- Meyerhof

• Etapa I y II: reacciones Etapa I y II: reacciones preliminres de REDOXpreliminres de REDOX

• Etapa III: producción de Etapa III: producción de productos de fermentación.productos de fermentación.

• El resultado último de la El resultado último de la glucólisis es el consumo de la glucólisis es el consumo de la glucosa, la síntesis neta de 2 glucosa, la síntesis neta de 2 ATPs y la formación de ATPs y la formación de productos de fermentación.productos de fermentación.

2020

                                                                                                            

Catabolism of proteins, polysaccharides, and lipids produces glucose, pyruvate, or intermediates of the tricarboxylic acid (TCA) cycle and, ultimately, energy in the form of adenosine triphosphate

(ATP) or the reduced form of nicotinamide-adenine dinucleotide (NADH).

2121http://www.profesorenlinea.cl/imagenciencias/energiavivos10.png

2222http://www.biolaster.com/rendimiento_deportivo/metabolismo_energetico/anaerobico_lactico/glucolisis_anaerobicaD.jpg

2323

           

                                                                                                            

Fermentation of pyruvate by different microorganisms results in different end products. The clinical laboratory uses these pathways and end products as a means of distinguishing different bacteria.

2424

http://www.educa.aragob.es/iescarin/depart/biogeo/varios/BiologiaCurtis/Seccion%202/8-10.jpg

2525

                                                                                                            

Electron transport chain, showing sequential oxidation and energy-generating steps. Electron transfer is accompanied by the flow of protons (H+) from NADH, through coenzyme Q (CoQ), and electrons through the

cytochromes (CYTO). Three ATPs are formed per molecule of NADH reoxidized, but only two ATPs are formed per molecule of FADH2 reoxidized. FMN, flavin mononucleotide. (Modified from Slots J, Taubman MA, editors:

Contemporary oral microbiology and immunology, St Louis, 1992, Mosby.)

2626

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SISNTESIS DEL PEPTIDOGLICANO

2828

                                                                                                                                               

Peptidoglycan synthesis. A, Peptidoglycan synthesis occurs in the following three phases: (1) Peptidoglycan is synthesized from prefabricated units constructed and activated for assembly and transport inside the cell. (2) At

the membrane the units are assembled onto the undecaprenol phosphate conveyor belt, and fabrication is completed. (3) The unit is translocated to the outside of the cell, where it is attached to the polysaccharide chain,

and the peptide is cross-linked to finish the construction. Such a construction can be compared with the assembly of a space station. B, The cross-linking reaction is a transpeptidation. One peptide bond (produced inside the cell) is traded for another (outside the cell) with the release of d-alanine. The enzymes that catalyze

the reaction are called d-alanine, d-alanine transpeptidase-carboxypeptidases. These enzymes are the targets of β-lactam antibiotics and are called penicillin-binding proteins. (© American Society of Clinical Pathologists.

Reprinted with permission.)