Las actividades químicas que la célula lleva acabo son muy complejas. Esto es fácil deComprender si se tiene en cuenta lagran variedad de materiales que la célulautiliza como nutrientes y la gran cantidad dsustancias que se forman como constituyentescelulares. La pregunta que surge es: ¿cómo serealizan todas estas actividades celulares?

La respuesta recae en la acción de las enzimas,sustancias presentes en la célula en cantidades muybajas y capaces de efectuar todos los cambios propios de losprocesos celulares que se asocian al fenómeno de la vida. Encierta forma se puedan considerar las enzimas como la parteactiva de la célula. Cualquier impedimento de la actividadenzimática se refleja en algún cambio de la célula, hasta elpunto que puede causarle la muerte. No puede haber vida sinenzimas.

Metabolismo Bacteriano

La palabra enzima fue propuesta por Kuhne en 1878 a, partir de una palabra griega que significa “en Levadura”. Anteriormente las enzimas se conocían como “fermentos”, porque su acción era similar a la acción de las levaduras.

Las enzimas son catalizadores biológicos. Los catalizadores, incluso en pequeñas cantidades, tienen especial capacidad de modificar la velocidad de las reacciones químicas, sin ser consumidas ni alteradas como consecuencia de las mismas. Por ejemplo, el hidrógeno y el oxígeno no se combinan en cantidades apreciables en las condiciones atmosféricas normales. Sin embargo, si los dos gases se mezclan en presencia de platino coloidal, reaccionan instantáneamente formando agua. En este caso, el platino es el catalizador e incrementa notablemente la velocidad de esta reacción, que tiene como resultado final la formación de agua, sin ser utilizado en la reacción ni quedar alterado después1de ella.

Enzimas

A diferencia del platino —catalizadorinorgánico—, las enzimas son compuestosorgánicos producidos por las células vivas. Porello, las enzimas se conocen comocatalizadores biológicos o agentes catalíticosorgánicos. Aunque algunas se excretan a través dé lapared celular y pueden funcionar fuera demisma, Por esto se consideran dos tipos deenzimas:1. Enzimas extracelulares, exocelulares o exoenzimas.

Funcionan o tienen su acción catalítica fuera de la célula,

2. Enzimas Intracelulares, endocelulares o endoenzimas Cuya acción catalítica se limita al interior de l célula.

La función principal de las enzimas extracelulares es la de efectuar cambios precisos en los nutrientes del ambiente externo, pan que dichos nutrientes puedan ser transportados al interior de la célula. Ejemplo: las amilasas son enzimas que rompen el almidón en moléculas de azúcar más pequeñas para que de esta forma logren penetrar en la célula,

Las enzimas intracelulares sintetizan el material celular y también degradan los nutrientes, que penetraron en la célula gracias a la acción de las enzimas extracelulares, para proporcionarle sus requerimientos energéticos, Ejemplo: las hexoquinasas o hexocinasas son enzimas que catalizan la fosforilación de la glucosa y otras hexosas —azúcares elementales— en la célula.

Las enzimas son proteínas que pueden o notener unidos otros grupos químicos, por tantoposeen las mismas propiedades característicasde las proteínas: se desnaturalizan con el calor,se precipitan con etanol o con concentracioneselevadas de sales inorgánicas como el sulfatode amonio y no dializan o difunden, a través demembranas semipermeables o selectivas,porque son moléculas muy grandes.

Muchas enzimas son una proteína conocida comoapoenzima que se combina con una molécula de bajo pesoMolecular llamada cofactor. Al unirse los dos elementos-apoenzima y cofactor—, forman una enzima activa Llamada

holoeazinia.

Propiedades Fisicoquímicas

El siguiente esquema proporciona una visión muy clara de la unión de la apoenzima con elcofactor, tanto orgánico, como inorgánico.para formar la holoenzima.las dos características más sobresalientes delas enzimas son: su alto poder catalítico y sualto grado de especificidad por los sustratos.

Una enzima determinada sólo puede reaccionar con undeterminado sustrato, o si acaso a veces con un grupo desustratos muy relacionados químicamente; es decir, que casitodas son capaces de catalizar una sola reacción o enalgunos casos sólo unas pocas reacciones químicas

estrechamenterelacionadas, Esto significa que las células producen una enzimapara cada una de las moléculas que metabolizan. Por ejemplo, lalevadura transforma la glucosa en alcohol y dióxidode carbono.Esta transformación no se lleva a cabo por una sola enzima, sinopor un grupo de enzimas llamado sistema enzimático.

La enzima sacarosa desdobla solamente lasacarosa y no actúa sobre la lactosa o lamaltosa y la ureasa, que descompone la ureaen amoniaco y dióxido de carbono, no actúasobre ningún otro sustrato. Las bacterias pueden crecer en ambientesexpuestos a continuos cambios como pH ácido oalcalino. Esto hace que su contenido enzimáticocaracterístico cambie, en respuesta a lascondiciones ambientales, pero solamente dentrode ciertos límites.

1. Enzimas constitutivas. Siempre son producidaspor las células, independientemente de laconstitución del medio en el que se desarrollan.2. Enzimas adaptativas —Inducibles o Inducidas—.Son producidas por las células sólo en respuesta ala presencia de un sustrato en particular,esencialmente, sólo se producen cuando senecesitan. El proceso se llama inducciónenzimática y el sustrato responsable de inducir laformación de la enzima es el inductor,

Las Enzimas Bacterianas Se Dividen En Dos Grupos:

1.Concentración de la enzima. Si laconcentración de la enzima se mantieneconstante, la velocidad inicial de Lina reacciónenzimática es directamente proporcional a laconcentración del sustrato presente, En estecaso la concentración del sustrato es el factorlimitante de la velocidad de reacción. Sinembargo, aunque se aumente la concentracióndel sustrato la velocidad de reacción no aumentaráporque las moléculas de enzima se saturarán de él.

Condiciones Que Afectan La Actividad Enzimática

2. Concentración del sustrato. En este caso laconcentración de la enzima es el factorlimitante de la velocidad de la reacción, Da estaforma la velocidad inicial de la reacción esdirectamente proporcional a la concentraciónde enzima presente.

3. pH. La mayoría de las enzimas requieren un pHóptimo para mantenerse activas y solamente loconsiguen en un rango muy reducido de esteParámetro: 6 a 8. Las variaciones de pH modifican lascargas de la enzima produciendo un cambio en su actividad.

Si el medio se torna muy ácido o muy básico, muchasenzimas se desactivan se desnaturalizan de manerairreversible.

4.Temperatura. Muchas enzimas necesitan unatemperatura óptima para que la reacci6r alcancela máxima velocidad. Las temperaturas altasinactivan rápidamente la mayoría de las enzimasproduciéndoles una alteración molecular de tipoirreversible, por tanto, no se reactivan cuando seenfrían.

Gran cantidad de organismos encuentran laMuerte cuando son expuestos brevemente a

altastemperaturas, que ocasionan inactivación de susenzimas y no pueden continuar su metabolismo.

Algunas especies bacterianas son excepcionesa éstas reglas pues algunas pueden crecer a pHmuy ácido, como los lactobacilos y otras, atemperaturas muy altas, como las que viven enaguas de manantiales calientes, contemperaturas superiores a los 100 °C—ejemploen Yellowstone Park en Estados Unidos—, otraslogran sobrevivir a temperaturas, superiores alas de ebullición y altas presiones atmosféricasen manantiales calientes submarinos.

Temperaturas extremadamente bajas detienen laactividad enzimática peco no destruyen las enzimas.De esta forma pueden conservarse manteniéndolasa temperaturas de 0 °C o menos.

Las bacterias poseen cientos o millares de enzimas, pero lasreacciones fundamentales son:

1. Reducción. Incorporación de hidrógenos o electrones e.

2. Oxidación, Separación de hidrógenos o electrones.

3. Deshidratación. Perdida de una molécula de agua delsustrato.4. Hidrólisis. Introducción de agua en un enlace especificodel sustrato.

5. Desanimación. Separación de un grupo amino (NH2).

6. Descarboxilacion. Separación de CO2 de un grupocarboxilo (NH2).

7. Fosforización. Adición de un grupo fosfato a una molécula orgánica.

Reacciones Fundamentales

El metabolismo es el conjunto de reaccionesquímicas que una célula lleva a cabo y queproducen o utilizan energía para la síntesis decomponentes celulares o para otras actividades dela célula, como el movimiento. El metabolismo deLas bacterias no difiere, en sus mecanismosbásicos, del de los demás seres vivos. Las

bacteriasnecesitan obtener del medio la energía y lassustancias nutritivas necesarias para la síntesis desus componentes y los elementos de reserva, asícomo para el crecimiento, movimiento y demásactividades fisiológicas.

Metabolismo Bacteriano

I. Reacciones catabólicas o energéticas.Tienen por objeto la descomposición de lossustratos en sustancias más sencillas conliberación de energía.II. Reacciones anabólicas o biosintéticas. Su

objetivo es utilizar esas sustancias sencillas y la energía, para la síntesis de componentes propios do la bacteria.

Las Reacciones MetabólicasSe Pueden Dividir En Dos Grandes Grupos:

Como ya se ha explicado, todas estas reaccionesestán reguladas por enzimas. En realidad laclasificación en reacciones catabólicas y anabólicases meramente didáctica, porque ambos procesosno existen por separado, sino que se mezclan. Deésta manera el crecimiento a partir de una fuentede carbono como la glucosa puede dar lugar aenergía —en forma de ATP, metabolismoenergético: catabolismo— y a la síntesis deproteínas —metabolismo biosintético: anabolismo.

Los nutrientes son sustancias extracelularesde donde la célula obtiene energía para podercumplir con sus funciones vitales.Prácticamente todas las sustancias terrestrespueden servir corno nutrientes para lasbacterias: carbohidratos, proteínas, lípidos, fosfatos,Etc.; también sustancias menos conocidas ymás complejas como azufre, cuero, caucho,aceite, trementina, entre otras.

Nutrición

El poder de selección es una propiedad quetienen las bacterias por medio de la cualsolamente utilizan los nutrientes que necesitany no todos los existentes en el medio. Estapropiedad es una ayuda para la clasificacióntaxonómica de algunos bacterias. Por ejemplo:a bacteria Ferrobacillus, oxida el ión férrico(Fe+3), porque capta un electrón y lo pasa aferroso (Fe+2), como se observa en lasiguiente reacción: Fe+ e Fe+2

Aun cuando en el medio se encuentren todaslas sustancias nutritivas requeridasnutricionalmente, el crecimiento y desarrollobacteriano dependen de diferentes

condicionesfisicoquímicas como: concentración de ionesde hidrógeno, temperatura, presión osmótica,potencial de oxidorreducción, presencia dedióxido de carbono y humedad.

Condiciones Fisicoquímicas Del Crecimiento Bacteriano

Un pH adecuado es un factor esencial en elmetabolismo y crecimiento de las bacterias. Lamayoría de las bacterias comensales —saprofitas—y patógenas, crecen mejor en un medio con pHneutro o ligeramente alcalino: 7,2 a 7,6 siendo elrango óptimo de 6,5 a 7,5. Sin embargo; existenalgunas bacterias que pueden desarrollarse enpresencia de un alto grado de acidez. A estasbacterias se les conoce como bacterias acidófilas.por ejemplo las pertenecientes al generoLactobacillus.

Concentración De Iones De Hidrógeno

La nutrición bacteriana se hace a través de lamembrana citoplasmática por los fenómenosconocidos como difusión, principalmente porel proceso de ósmosis. Según la fuente deobtención de energía y carbono las bacterias seclasifican en autótrofas y heterótrofas. Autótrofas las bacterias autótrofas obtienen su régimenalimenticio de compuestos inorgánicos y la fuentede carbono del dióxido de carbono. Estas bacteriaspueden ser:

Tipos Nutricionales Según La Fuente De Energía

1.Autótrofas fotótrafas. Cuando el radicaldador de electrones (RH2) es un compuestoinorgánico corno el azufre (H2S). La energía latoman de la luz y el carbono del dióxido decarbono.2. Autótrofas quimiótrofas. Igualmente elradical dador de electrones es un compuestomineral, pero la energía la toman de reaccionesde oxidorreduccion y el carbono del dióxido decarbono.

Las bacterias heterótrofas son incapaces desintetizar sus propios constituyentes a partir decompuestos inorgánicos y requieren compuestosorgánicos de carbono para obtener energíasuficiente. Estas bacterias pueden ser:1. Heterótrofas fótoheterótrofas. Su régimennutricional lo forman compuestos orgánicos, lafuente de energía la provee la luz y la fuente decarbono la toman de compuestos orgánicos yalgunas, en muy poca cantidad, del dióxido decarbono.

Heterotroas

2. Heterótrofas quimioheterótrofas. Su régimen

nutricional es orgánico, la energía la toman de

reacciones de oxidorreduccion y la fuente decarbono del dióxido de carbono. Nutrientes Necesarios Para Las BacteriasLos nutrientes necesarios para las bacteriasson los nutrientes básicos, los metabolitosesenciales, los factores de crecimiento y losfactores estimulantes.

Estos productos se forman en el catabolismoenergético bacteriano y son importantísimos parala síntesis de estructuras complejas de lasBacterias. Por ejemplo el ácido pirúvico, obtenidopor la degradación deja glucosa vía glucolítica, esun metebolito esencial y la glucosa un alimentobásico. El ácido pirúvico no es sintetizado por labacteria pero lo requiere para sintetizar, a partir deél, aminoácidos, lípidos y otras moléculasimprescindibles para el crecimiento ymultiplicación bacterianos.

Metabolitos Esenciales

Los factores de crecimiento son compuestosenergéticos que, sin ser una fuente de energíao de carbono, son necesarios para crecimientoBacteriano pero las bacterias no son capacesde sintetizarlos. Los factores de crecimientoestán encajados básicamente en tres ampos: 1)aminoácidos, 2) bases púricas y pirimídicas y3) vitaminas.

Si una bacteria no tiene la capacidad de sintetizar la alalina a partir

de metabolitos esenciales, este aminoácido se convierte en unfactor de crecimiento para ella. En este sentidos las bacterias seclasifican corno: protótrofas. cuando pueden sintetizar factores decrecimiento y autótrofas, cuando son incapaces de hacerlo conrespecto aún determinado compuesto.

Factores De Crecimiento

Los factores estimulantes son sustancias que

no son indispensables para las bacterias, pero

pueden acelerar su multiplicación. Este tipo de

factores es de uso común en lasinvestigaciones científicas, La utilizacióncorrecta de estos factores está condicionadala clase de microorganismos y al tipo demedio, entre otras.

Factores Estimulantes

La transferencia de energía de una molécula aotra, es una propiedad esencial para la vida,donde cumple un papel muy importante elnucleótido adenosintrifosfato o ATP. Estenucleótido puede recibir energía de diferentesreacciones catabólicas y transferirla a otrasmoléculas dé baja energía.

El ATP acumula energía y por eso se conoce como unamolécula almacenadora de energía, pero esto sucedesólo temporalmente porque la molécula de ATPúnicamente existe durante un corto periodo de tiempoantes de que su Último grupo fosfato se libere y su energíase transfiera a otra molécula en alguna vía metabólica.

Mecanismo De Trasmisión De La Energía Química