METABOLISMO

BACTERIANOMblga. Olinda del Pilar Bustamante Canelo

METABOLISMO BACTERIANO

DEFINICIÓN

Conjunto de reacciones químicas catabólicas y anabólicas que ocurren en la célula bacteriana para desarrollar sus procesos vitales.

Energía para el movimiento, transporte de nutrientes,etc

Catabolismo

Productos de desecho

Componentes celulares

Nutrientes

Anabolismo

Energía para el desarrollo

Fuente de energía

El metabolismo bacteriano se clasifica con base en tres criterios importantes:

• El origen del carbono

• La fuente de energía

• Los donadores de electrones

Según la fuente de carbono, las bacterias se pueden clasificar como:

• Heterótrofas: cuando usan compuestos orgánicos

• Autótrofas : cuando el carbono celular se obtiene mediante la fijación del dióxido de carbono

Según la fuente de energía, las bacterias pueden ser:

• Fotótrofas : cuando emplean la luz a través de la fotosíntesis.

• Quimiótrofas : cuando obtienen energía a partir de sustancias químicas que son oxidadas principalmente a expensas del oxígeno (respiración aerobia) o de otros receptores de electrones alternativos (respiración anaerobia).

Según los donadores de electrones, las bacterias también se pueden clasificar como:

• Litotrofas, si utilizan como donadores de electrones compuestos inorgánicos.

• Organotrofas, si utilizan como donadores de electrones compuestos orgánicos.

Tipos Nutricionales

Tipo Fuente de energía

Fuente de carbono

Ejemplos

Fotoautótrofas Luz CO2 Algas y cianobacterias

Fotoheterótrofas Luz Compuestos orgánicos

Algas y bacterias fotosintéticas

Quimioautótrofas o Litotrofas

Química Compuesto inorgánicos: H2, NH3, NO2, H2S, CO2

Pocas bacterias

Quimioheterótrofas o Heterótrofas

Química Compuesto orgánicos: glucosa

La mayoría de bacterias

Energía

• La generación de ATP, puede ser mediante 3 vías principales:

1. La respiración, que tiene lugar en presencia de O2 y da como resultado CO2 y H2O, es un proceso de oxidación.

2. La fermentación: en condiciones sin oxígeno.3. La fotosíntesis: que obtiene la energía por

absorción de luz visible a través de la clorofila.

Nutrientes

• MACRONUTRIENTES– Carbono. – Nitrogeno.– Fosforo.– Azufre– Potasio– Magnesio– Sodio– Calcio– Hierro

• MICRONUTRIENTES– Cromo– Cobalto– Cobre– Manganeso– Molibdeno– Niquel– Selenio– Tungsteno– Vanadio y Zinc.

Factores de crecimiento

• Se requieren en muy pocas cantidades y sólo por algunas células:– Vitaminas, – Aminoácidos, – purinas y – pirimidinas.

* La mayoría de los microorganismos son capaces de sintetizarlos.

TIPOS DE REACCIONES METABÓLICAS

• Reacciones energéticas

• Reacciones de biosíntesis

• Reacciones de polimerización

• Reacciones de ensamblaje

REACCIONES ENERGÉTICAS:

1.Digestión extracelular

2. Paso a través de la envuelta:• Difusión simple• Difusión facilitada• Transporte activo

3. Degradación y obtención de energía

• Vía glucolítica de Embder Meyerhof• Vía pentosa fosfato• Ciclo de Krebs• Vía de Entner Doudoroff

REACCIONES ENERGÉTICAS

Fermentación: Aceptor final de e- compuesto orgánico 1 glucosa/2 ATP Respiración: Aceptor final de e- compuesto inorgánico 1 glucosa/38 ATP

REACCIONES DE BIOSÍNTESIS Formación de elementos estructurales:

• Ácidos grasos

• Azúcares

• Aminoácidos

• Nucleótidos

REACCIONES DE POLIMERIZACIÓNY ENSAMBLAJE

Formación de macromoléculas:ADN, ARN, proteínas, peptidoglicano, fosfolípidos,LPS...

Formación de las distintas estructuras celulares

REGULACIÓN DEL METABOLISMO

Regulación de la actividad enzimática

Regulación de la síntesis enzimática:

Represión

Inducción

Oxígeno

Los microorganismos son muy variables en cuanto a la necesidad del oxígeno.Se dividen dependiendo del efecto del oxígeno:

1.Aerobios estrictos: los que requieren oxígeno como aceptor terminal de electrones, no proliferan en ausencia de O2. ej. Mycobacterium bovis.

2.Microaerofilos: utilizan O2 a niveles muy bajos. Un 12%. No proliferan en la superficie de un medio sólido. Ej. Haemophillus suis

3. Anaerobios estrictos: las que no emplean oxígeno para su metabolismo, sino que obtienen su energía de reacciones fermentativas. Ej. Clostridium tetani

4. Anaerobios aerotolerantes: pueden crecer en presencia o ausencia de oxigeno, pero la energía la obtienen por fermentación. Ej. Bacterias acidolácticas.

5. Anaerobios facultativos: Son bacterias que proliferan mediante

procesos oxidativos, utilizando oxígeno como aceptor terminal de electrones, o en anaerobiosis, empleando reacciones de fermentación para obtener energía.

Ej. Streptococcus, E. coli

Tipo de Crecimiento Producción Vía

Bacteria Aerobio Anaerobio Catalasa Metabólica

Aerobia   +  -  +

Respiraciónestricta      

Anaerobia  -  +  -

Fermentaciónestricta      

Facultativo

 +  +  + Respiración/

      Fermentación

Indiferente/  +  +  +

FermentaciónAerotolerante      

Microaerófilo  (+) +  (+) Fermentación

Tipos de Bacterias según su Metabolismo

Crecimiento de Poblaciones

• Es el aumento en el número de células de una población.

• Velocidad de crecimiento es el cambio en el número de células o en la masa celular, experimentado por unidad de tiempo.

• Durante el ciclo de división celular, todos los componentes se duplican.

• Tiempo de generación: es el tiempo que se requiere para que la población se duplique.

• Los tiempos de generación varían ampliamente entre las diferentes bacterias.

Ej. 1 a 3 horas, 10 min, o varios días.

Curva de crecimiento bacteriano

• Cultivo puro de bacterias en un medio líquido.

Fase 1: Adaptación o Latencia.

El crecimiento de la población no inicia inmediatamente, sino después de cierto periodo de tiempo, el cual puede ser breve o largo, dependiendo de varios factores.

Fase 2: crecimiento exponencial o logarítmico

Es la consecuencia del hecho de que cada célula se divide en dos. Las bacterias se encuentran en un estado óptimo.

Su velocidad esta influenciada por

temperatura, nutrientes.

Fase 3: Estacionaria.

El medio de cultivo no se renueva, comienzan a acumularse metabolitos tóxicos, se modifica el pH, los nutrientes se agotan, la velocidad de multiplicación se retrasa y hay un equilibrio entre bacterias vivas y muertas.

Fase 4: de Muerte. Cuando continua el crecimiento en el medio de

cultivo viejo se produce una inversión numérica con respecto a la fase exponencial.

En este periodo son más las bacterias muertas que las vivas, hasta que se termina con la muerte de todas.

Si son bacterias con capacidad de esporular, se produce la esporulación en esta fase.

Cultivo continuo

• El quimiostato es un aparato que se utiliza para obtener un cultivo continuo en medio renovado, permite mantener poblaciones de células en crecimiento exponencial por largos periodos de tiempo.

Medidas directas del crecimiento bacteriano.

1. Recuento de células totales. - Microscopia -2. Recuento de celulas viables. - Recuento de colonias -

Medidas indirectas del crecimiento bacteriano

• Turbidez. Es un método muy rápido y útil de medir el crecimiento bacteriano.

- fotómetro - - espectrofotómetro -

Temperatura

• La temperatura es un factor ambiental importante en el control de crecimiento microbiano.

• Los M.O pueden agruparse según los márgenes de temperatura que requieren.

• Se distinguen 4 grupos: 1. Psicrofilos 2. Mesófilos 3. Termofilos 4. Hipertermofilos.

Clases de M.O. según la temperatura

Tipo Rango de

Temperatura

Temperatura

Óptima

M.O

Psicrófilo menor de 20 15 Algas

Mesófilo 20 - 40 30 E. coli

Termófilo 40 - 80 60 Bacillus

stearothermophillus

Hipertermófilos 80 - 115 106 Thermus acuaticus

pH

• La acidez o alcalinidad de un medio tiene una gran importancia sobre el crecimiento microbiano. La mayoría de MO. Crecen a un pH entre 6 y 8.

• El pH intracelular debe permanecer próximo a la neutralidad.

Los procesos por los cuales los microorganismos obtienen su energía son:

• FOTOSÍNTESIS• QUIMIOSÍNTESIS• RESPIRACIÓN

– Aeróbica– Anaeróbica– Fermentación

Tipos de respiración

• Respiración aerobia.

• Respiración anaerobia (Fermentación).

RESPIRACIÓN AEROBIA

C6H12O6 + 6 O2

Enzimas

6CO2 +6 H2O+Energía (38 ATP)Energía (38 ATP)

G = -686 KcalG = -686 Kcal

Ciclo de Krebs

o

Ciclo del ácido tricarboxílico

(ATC)

RESPIRACIONES ANAEROBIAS

• El oxígeno gaseoso no interviene.

• El aceptor de electrones es un compuesto distinto al oxígeno.

• Cuando el aceptor es un compuesto orgánico se denomina fermentación

• Cuando es inorgánico respiración anaerobia

Fermentación

GLUCOSA

Glucólisis

2C3H4O3 (ácido pirúvico) + 4H

2C2H5OH + 2CO2 +2 ATP

Alcohol etílico Dióxido de carbono Energía

• En ausencia de oxígeno, para actuar como aceptor final, el ácido pirúvico sirve a sí mismo como aceptor.

GLUCOSA

Ácido pirúvico Ácido acético + Ácido fórmico

Ácido succínico

Ácido acéticoAcetona

Acetil CoA Ácido fórmico

Alcohol etílico CO2Ácido acético H2

Diferentes rutas de fermentación