METABOLISMO ENERGÉTICO BACTERIANO. Metabolismo Reacciones de mantenimiento (catabolismo):...

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  • METABOLISMO ENERGTICO BACTERIANO
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  • Metabolismo Reacciones de mantenimiento (catabolismo): Energa Poder reductor Precursores metablicos Anabolismo: biosntesis
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  • Produccin de ATP Fosforilacin a nivel de sustrato (fermentaciones) Fosforilacin oxidativa (respiraciones) Fotofosforilacin (fotosntesis) Reacciones redox exergnicas G 0 '= - nF E 0 ' F = cte. de Faraday = 96,6 kJvolt1equivalentes--1 E0 ' es la diferencia entre los potenciales de reduccin del donador y del aceptor
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  • Torre de electrones
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  • Transportadores de electrones NAD FAD Coenzima Q Hem
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  • Tipos de metabolismos energticos Bacterias fottrofasBacterias quimitrofas
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  • C Esqueleto macromolculas (normalmente tambin aportan O e H, salvo el CO2). Probablemente todos los organismos puedan fijar CO2 en pequeas cantidades Se reserva la denominacin de Auttrofos para los organismos que usan CO2 como fuente nica o principal de C (se requiere gran cantidad de E para esto). La mayora de los auttrofos son fotosintticos, algunos oxidan molculas inorgnicas para obtener E. Hetertrofos usan molculas orgnicas preformadas y reducidas para obtener C y E.
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  • Fuentes de carbono, electrones y energa Fuente de carbono Hetertrofos: compuestos orgnicos Auttrofos: C02 Fuente de energa: Fottrofos: luz Quimitrofos: oxidacin de compuestos orgnicos o inorgnicos Fuente de electrones Littrofos: compuestos inorgnicos reducidos Organtrofos: compuestos orgnicos
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  • PrincipalesTipos Nutricionales de Microorganismos Fuente de C, E y eMicroorg represent
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  • Cadenas de transportadores de electrones y fuerza protn motriz
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  • NADH deshidrogenasas, unidas a la cara interna de la membrana. Aceptan tomos de H a partir del NADH, y se los ceden a las flavoprotenas Flavoprotenas (Fp, un tipo de riboflainas), dotadas de grupos FAD o FMN. Pueden acepar tomos de H, pero a su vez ceden electrones. Protenas no hmicas de Fe-S (Fe/S protenas). Algunas poseen agrupamientos de Fe2S2 (como la ferredoxina) y otras Fe4S4. Transportan solamente electrones. Quinonas. Son molculas muy hidrofbicas, inmersas en la membrana, capaces de moverse dentro de ella. Sirven como aceptores de tomos de H, pero slo ceden electrones. En bacterias podemos encontrar dos principales tipos de quinonas: ubiquinona (UQ)menaquinona (MQ), ms frecuente en bacterias Gram-positivas. Citocromos (protenas hmicas con Fe quelado). Sufren oxidacin y reduccin por prdida y ganancia de un electrn cada vez, a travs del Fe del centro de la molcula. Los citocromos son de varias clases, segn el tipo de grupo hemo (ej. tipo a, b, c, etc), y a veces forman complejos fuertes con otros citocromos (ej., cit bc1) o con Fe/S-protenas. Cadenas de transportadores de electrones y fuerza protn motriz
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  • F0 complejo integral de membrana, trasloca protones. La subunidad a es la encargada de canalizar los protones a travs de la membrana, mientras que las dos subunidades b sobresalen hacia el lado citoplsmico, interaccionando con la F1. Las 12 subunidades de c se disponen formando una especie de cilindro transmembranoso, capaz de rotar en ambos sentidos. F1 constituye la porcin intracitoplasmtica, dotada de los sitios catalticos. La parte ms saliente de F1 consta de 3 subunidades alternando con 3 subunidades . La traslocacin de unos 3 o 4 protones a travs de F0 est acoplada, por medio de grandes cambios conformacionales, a la sntesis de una molcula de ATP mecanismo de catlisis rotacional: El que los 3-4 protones entren por F0 (probablemente a travs de la protena a) provoca la rotacin del cilindro de c12, lo que supone una torsin que se transmite a la F1 a travs de las protenas . lo que a su vez provoca un cambio conformacional en las subunidades .El cambio conformacional en las subunidades permite que a ellas se una ADP y Pi. El trabajo realizado por el sistema se usa para producir entonces el ATP, volviendo las a su configuracin original, preparadas para un nuevo ciclo de sntesis de ATP.La funcin de b2 es equivalente a la del estator del motor: sirven para evitar que las y se muevan cuando se produce la torsin de .
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  • Siderforos Ferricromo: hodroxamato cclico producido por hongos Enterobactin: catecolato cclico producido por E. coli El in Fe+++ forma complejo con tres grupos siderforos Aquaquelina: porcin proteica de unin a Fe
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  • QUIMIOLITOTROFA En los quimiolitotrofos, el donador de electrones es una molcula inorgnica reducida. Esta capacidad slo ha evolucionado en ciertos grupos de procariotas Quimiolitotrofos tpicos: son por lo general respiradores aerobios Fijan CO2 por el ciclo de Calvin, disponen de reservas de RuBisCo Bacterias del hidrgeno (facultativas)(oxidan el H2 hasta H2O) Alcalgenes eutrophus, Pseudomonas facilis, Aquaspirillum autotrophicum, etc Nitrobacter del hierro (pasan Fe2+ a frrico, Fe3+) Thiobacillus ferrooxidans, lixiviacin del azufrede sulfuros (S2-) y azufre elemental (S0) cido sulfrico (SO4H2) Thiobacillus thiooxidans, Sulfolobus acidocaldarius oxidadoras de amoniaco (nitrosas)respiran NH3 para convertirlo en NO2- Nitrosomonas oxidadoras del nitrito (ntricas)respiran NO2- para convertirlo en NO3- Nitrobacter Nitrificantes
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  • FUENTE DE ENERGIA Y NUTRICIN Las Bacterias del azufre toman compuestos de este como el sulfuro de hidrgeno, azufre elemental y el tiosulfato, como fuente de energa. Las Bacterias del hierro son un grupo especializado de Littrofos que son capaces de usar el hierro reducido como nica fuente de energa.
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  • CARACTERSTICAS Las bacterias oxidantes del azufre y de sulfuros suelen ser litotrficas y producen sulfato. Con excepcin de sulfolobus los littrofos sulfurosos restantes son: Eubacterias y Fologenticamente pertenecen a las bacterias prpuras.
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  • CARACTERSTICAS Pueden distinguirse dos amplias clases ecolgicas : Las que viven en pH neutro Las que viven en pH cido Las bacterias oxidantes del azufre tambin son capaces de catalizar la oxidacin del sulfuro.
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  • CARACTERSTICAS La mayor parte de las bacterias oxidantes del hierro tambin oxidan el azufre y son acidoflicas obligadas Las ferruginosas transforman compuestos solubles de hierro en compuestos insolubles
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  • PRINCIPALES GNEROS Del azufre: Thiobacillus Thiosphera Thiomicrospira Thermotrix Beggiatoa Sulfolobus
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  • PRINCIPALES GNEROS Del hierro: A pH neutro: Gallionella ferruginea Sphaeritillus natans Leptothrix ochracea A pH cido Thiobacillus ferroxidans
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  • HABITATS DE ALGUNAS BACTERIAS El Thiobacillus feroxidans vive en un ambiente en que el cido sulfrico es el cido dominante y estn presentes grandes cantidades de sulfato.
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  • HABITATS DE ALGUNAS BACTERIAS Bacterias oxidantes del azufre como las Beggiatoa se encuentran en la naturaleza en habitats ricos en H 2 S
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  • Lixiviacin de minerales Obtencin de Zn, Co, Ni, Mo, Sb, Co, Pb etc, a partir de minerales de baja riqueza (sulfuros metlicos) para transformarlos en los SO 4 = metlicos solubles en agua por accin de bacterias oxidadoras de hierro y azufre. A cielo abierto, el agua se filtra a travs de gruesas capas de material rocoso que contiene el mineral desmenuzado. Se recoge la solucin que contiene las sales sulfatadas y a partir de all se obtienen los metales por procesos de concentracin y precipitacin. La disolucin de los sulfuros tiene lugar por varios procesos: oxidacin bacteriana de los compuestos reducidos de azufre o azufre metlico a cido sulfrico y del hierro ferroso a frrico, como as tambin por oxidacin qumica, que requiere sulfrico o hierro. Las bacterias aseguran suministros de sulfrico y la regeneracin del hierro frrico.
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  • HABITATS DE ALGUNAS BACTERIAS Organismos termfilos extremos como el sulfolobus se desarrolla en hbitats volcnicos a temperaturas sobre 90C y a valores de pH de 1-5 a condiciones anaerobias.
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  • Yellowstone, Sulfolobus
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  • Mecanismo de generacin de ATP en quimiolitotrofos Los electrones extrados del donador exgeno (inorgnico) pasan a una cadena transportadora de electrones hasta un aceptor final (que suele ser el oxgeno en los litotrofos tpicos, y que es nitrito en los anammox), generando una fuerza protn- motriz que se transforma en ATP por ATP-sintasas. A excepcin del H2, los dems donadores inorgnicos de electrones tienen un potencial de reduccin E 0 menor que el del NADH, por lo que la oxidacin de estos donadores inorgnicos slo puede generar energa, pero no poder reductor de modo directo. Para obtener poder reductor emplean transporte inverso de electrones
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  • Flujo de electrones en la cadena de transporte de Nitrobacter. A la derecha: La fuerza protn motriz se produce cuando los electrones son transportados desde el NO2 hasta el O2 y se acopla con la generacin de ATP. A la izquierda: parte de la fpm se utiliza para forzar electrones a fluir desde el nitrito hasta el NAD+. Se utilizan para ello el citocromo c y cuatro complejos