METABOLISMO MICROBIANO

Clasificación

Metabolismo Quimio-órgano-heterótrofo (QOH). Vías oxidativas de la

glucosa. Tipos de metabolismo QOH: respiración aeróbica y

anaeróbica, fermentación y oxidación incompleta.

Metabolismo Quimio-lito-autótrofo (QLA). Nitrificación. Sulfatación.

Oxidación del H2

Metabolismo Foto-lito-autótrofo (FLA). Fotosíntesis oxigénica y

anoxigénica.

TEMARIO

Eficiencia de obtención de energía:

a) diferencia de potencial entre pares redox.

b) cantidad de reacciones intermedias.

QUIMIO ORGANO HETEROTROFO

FOTO LITO AUTOTROFO

1) Fuente de energía: (química o luz)

2) Compuesto que se oxida (orgánico o

inorgánico)

3) Fuente de C celular (orgánico o

inorgánico)

CLASIFICACIÓN METABÓLICA

QUIMIO-ÓRGANO-HETERÓTROFOS (QOH)

TIPOS DE METABÓLISMOS QOH

a) Respiración aeróbica

b) Fermentación

c) Respiración anaeróbica

d) Oxidación incompleta

VÍAS OXIDATIVAS DE LA GLUCOSA

a) Glucólisis

b) Vía de las Pentosas Fosfato (VPP)

c) Vía de Entner-Doudorof

Etapa preparatoria

Etapa de recuperación

de energía

GLUCOSA

GLUCOSA-6P

FRUCTOSA-6P

FRUCTOSA-1,6DP

DIHIDROXIACETONA-P (DHAP) 2 GLICERALDEHIDO-3P

2 ACIDO 1,3 DIFOSFOGLICÉRICO

2 ACIDO 3 FOSFOGLICÉRICO

2 ACIDO 2 FOSFOGLICÉRICO

2 ACIDO FOSFOENOLPIRUVICO (PEP)

2 ACIDO PIRUVICO

GLUCÓLISIS

Producción

2 ATP

2 NADH

2 PIRUVATO

Glucosa- 6P

Fosfogluconato

Ribulosa- 5P

Sedoheptulosa 7P Gliceraldehido 3P

Eritrosa 4P Fructosa 6P

Fructosa- 6PGliceraldehido 3P

Ribulosa 5P Xilulosa 5P

Xilulosa 5P

Fase Oxidativa

Fase No Oxidativa

NADP+

NADPH

NADPH

NADP+

CO2

VÍA ENTNER-DOUDOROFF

G6P

Fosfogluconato

NADPH

H2O

2 ceto 3 desoxi 6 gluconato

Piruvato G3P

Piruvato

Glucólisis

NADH

ATP

ATP

Glucosa

ATP

Producción

1 ATP

1 NADH

1 NADPH

A) RESPIRACIÓN AERÓBICA

Glucosa

2 Piruvatos

2 NADH

2 ATP

Piruvato

AcetilCoA

NADHCO2

CoA

OAACitrato

Isocitrato

α-cetoglutarato

NADH

CO2

Succinil-CoA

NADH

CO2

Succinato

GTP

Fumarato

FADH2

Malato

NADH

Complejo NADH

deshidrogenasa

Complejo

Citocromo

reductasa

Complejo

Citocromo

oxidasa

ATP

sintasa

Citoplasma de célula

procariota o matriz

mitocondrial de célula

eucariota

Espacio intermembrana mitocondrial

Matriz mitocondrial

Espacio

periplasmático

Pared celular

CADENA RESPIRATORIA Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

Rendimiento de ATP durante la respiración aeróbica procariota de

una molécula de glucosa

Vía metabólica Rendimiento en ATPGLUCÓLISIS

Oxidación de Glucosa a Piruvato 2 ATP (fosforilación a nivel de sustrato)

Producción de 2 NADH 6 ATP (fosforilación oxidativa)

DECARBOXILACIÓN DEL PIRUVATO

Producción de 2 NADH 6 ATP (fosforilación oxidativa)

CICLO DE KREBS

Oxidación de SuccinilCoA a

Succinato

2 GTP (2 ATP fosforilación a nivel de

sustrato)

Producción de 6 NADH 18 ATP (fosforilación oxidativa)

Producción de 2 FADH2 4 ATP (fosforilación oxidativa)

TOTAL 38 ATP/ por molécula de glucosa oxidada

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICAORGANISMOS: Levaduras: Hongos unicelulares, aeróbicos facultativos.

Bacterias: (Zymomonas).

PRODUCTOS: Etanol, CO2, 2 ATP

VÍAS DE OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA: Glucólisis (levaduras), Entner-Doudoroff(bacterias).

SUSTRATOS: azúcares simples.

IMPORTANCIA: industria alimenticia (pan, cerveza, vino).

B) FERMENTACIONES

Levaduras

Glucólisis

Glucosa 2 Piruvatos

Bacterias

Vía Entner-Doudoroff

Glucosa 2 Piruvatos

Glucosa 2 Piruvato

2 Acetaldehido2 Etanol

CO22 NAD+ 2 NADH

FERMENTACIÓN LÁCTICA

ORGANISMOS: Lactobacilaceas: Gram +, sin esporas, inmóviles, anaeróbicas o microaerófilas.

PRODUCTOS: Homofermentativas: ácido láctico.

Heterofermentativas: ac. láctico, CO2,, etanol y acético.

VÍAS DE OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA : Glucólisis (homofermentativas).

Vía de las PP (heterofermentativas).

SUSTRATOS: azúcares simples.

IMPORTANCIA: industria alimenticia (lácteos, encurtidos), silos.

Glucosa

Piruvato

Lactato

2 NADH2 NAD+

Glucosa 2 Piruvato

2 NAD+2 NADH2 ADP 2 ATP

2 Lactato

2 NADH 2 NAD+

Homofermentativa

Heterofermentativa

Ganancia neta

2 ATP

2 Lactatos

Ganancia neta

1 ATP

2 NADPH

1 Lactato

1 Etanol

1 CO2

Glucosa

G6P

ADP

ATP

Ribulosa5P

Fase oxidativa de las PP

CO2

2 NADP+

2 NADPH

Xilulosa5P

G3P Acetil P

NADH

NAD+

2 ATP

2 ADP

Piruvato

NADH

NAD+

Lactato

NADH

NAD+

Acetaldehido

NADH

NAD+

Etanol

FERMENTACIÓN PROPIÓNICA

ORGANISMOS: Propionibacterias: Gram +, sin esporas y anaeróbicas.

PRODUCTOS: Ácido propiónico.

VÍA DE OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA: GLUCÓLISIS.

SUSTRATOS: Azúcares simples.

IMPORTANCIA: metabolismo ruminal.

Almidón G1P G6P Glucólisis Piruvato

OxalacetatoMalatoFumaratoSuccinato

PropionatoSuccinil CoA MetilmalonilCoA PropionilCoA

FERMENTACIÓN ÁCIDO MIXTA (fórmica)

ORGANISMOS: Enterobacterias: Gram -, bacilos flagelados, aeróbicos facultativos,

sin esporas, habitan intestino.

Glucosa Piruvato

2 ATP

2 NADH

Acetoina Butanodiol

CO2NADH

AcetilCoA

Ácido

Fórmico

CO2H2Acetato Etanol

NADH

ATP

(Aerobacter)

PRODUCTOS: Ac. Acético, Fórmico, Etanol, CO2, H2, Butanodiol (gen. Aerobacter).

VÍAS DE OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA: Glucólisis.

SUSTRATOS: azúcares simples.

IMPORTANCIA: indicadores de contaminación cloacal, enfermedades de plantas

(Erwinia) y animales (tifus, gastroenteritis, neumonía, etc.).

FERMENTACIÓN ÁCIDO MIXTA (fórmica)

FERMENTACIÓN BUTIRICA

ORGANISMOS: Clostridios: Gram +, esporulados, bacilos, anaeróbicos estrictos, móviles.

PRODUCTOS: Varios ácidos (siempre butírico), varios alcoholes (siempre butanol), CO2, H2.

VÍAS DE OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA : Glucólisis.

SUSTRATOS: azúcares simples y compuestos polimerizados (almidón, proteínas, celulosa).

IMPORTANCIA: enfermedades de animales

Gangrena gaseosa (carbunclo sintomático y edema maligno)

Enterotoxemias (riñon pulposo en ovinos y hepatitis necrótica infecciosa)

Enfermedades neurotópicas (tétano y botulismo)

Glucosa

Piruvato

ATP

NADH

AcetilCoA

NADH

CO2

Acetato

Acetaldehido

Etanol

2 H+

2 H+

H2

ATPADP

AcetoacetilCoAAcetoacetato

Acetona

CO2

Isopropanol

2 H+ButirilCoA

2 H+

2 H+

ATPADP

Butirato

2 H+

2 H+

Butanol

PIRUVATO

FERMENTACIÓN

ORGANISMO

PRODUCTOS DE

LA

FERMENTACIÓN

AlcohólicaLáctica

homofermentativa

Láctica

heterofermentativaPropiónica

Acido

mixtaButírica

Levaduras

y bacterias

Etanol y

CO2

Streptococcus

Ácido láctico

Leuconostoc

Ácido láctico

Etanol y CO2

Propioni-

bacterium

Ácido

propiónico

Enterobacter

(E. Coli)

Ác. Fórmico

Etanol

Acetato

Butanodiol

CO2 y H2

Clostridium

Butirato

Butanol

Acetato

Isopropanol

Etanol

CO2

VÍAS OXIDATIVAS DE LA GLUCOSA:

Glucólisis

Vía de las pentosas fosfato

Vía Entner-Doudoroff

CICLO DE KREBS.

CADENA RESPIRATORIA.

C) RESPIRACIÓN ANAERÓBICA

ACEPTOR DE H+: COMPUESTOS INORGÁNICOS: SO4= y NO3

–

PRODUCTOS: SH2, N2 , N2O.

BALANCE ENERGÉTICO: ~ 34 ATP

ACEPTOR DE e-: NO2-, NO3

-

MICROORGANISMOS: Anaeróbicos facultativos (Pseudomonas: bacilos Gram -, flagelación polar. Bacillus: bacilos Gram +, con flagelación peritrica, con esporas).

PRODUCTOS: N2, y óxidos de nitrógeno (NO, N2O)

IMPORTANCIA: pérdidas de N del suelo y del agua.

ACEPTOR DE e- : SO4=.

MICROORGANISMOS: anaeróbicos estrictos. (Desulfovibrio: vibrio. Desulfotomaculum: bacilo Gram +, esporulado, flagelado).

PRODUCTO: H2S

IMPORTANCIA: pérdidas de S del suelo y del agua.

Denitrificación

Desulfatación

D) OXIDACIONES INCOMPLETAS:

PRODUCTOS: ÁCIDOS ORGÁNICOS (Ciclo de Krebs) y CO2

BALANCE ENERGÉTICO: DEPENDE DEL PRODUCTO.

Organismos con respiración aeróbica completa

Exceso de alimento metabolismo de superávit ácidos orgánicos

OXIDACIONES INCOMPLETAS

QUIMIO-LITO-AUTÓTROFOS (oxidaciones inorgánicas)

CADENA RESPIRATORIA.

CARBONO CELULAR: FIJA CO2 (ciclo de Calvin).

Nitrosomonas

NH4+ + O2 NO2

- + H2O

Nitrobacter

NO2- + O2 NO3

- + H2O

Nitrificación

Nitrobacterias: Gram +, aeróbicas estrictas

Sulfatación

SH2 So S2O3 SO4-2 (Tiobacterias)

SH2 O2+ SO4

-2 H2O+

SH2 NO3-

+ SO4-2

+ N2

Aeróbico

o

anaeróbico

Oxidación del H2

Aeróbico

o

anaeróbico

H2 O2+ H2O

H2 CO2+ CH4

Hidrogenomonas

Metanomonas

Gram -, flagelación polar

Clorosoma de bacterias verdes del azufre

MEMBRANAS FOTOSINTÉTICAS EN BACTERIAS

FOTO-LITO-AUTÓTROFOS

• FOTOSÍNTESIS CÍCLICA O ANOXIGÉNICA

SISTEMA: I (cíclico).

PODER REDUCTOR: H2S S0 S2O3.

BACTERIAS FOTÓTROFAS

(Gram negativas, anaeróbicas, flagelación polar).

• Tiorrodaceas o púrpuras del S (carotenos).

• Clorobiaceas o verdes del S (bacterioclorofila).

6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 12 S 6 H2O+ +

Luz

Bacterias púrpuras

del azufre

Bacterias verdes

del azufreLuz roja o

infrarroja

P

870

P

870

NADPH

Donantes externos

de electrones

(H2S, S2O3-2, S0

NADP+

Flujo cíclico de electrones

Flujo inverso de

electrones (con gasto de

energía)

LUZPeriplasma

Citoplasma

• FOTOSÍNTESIS ACÍCLICA U OXIGÉNICA

SISTEMA: II (no ciclico).

PODER REDUCTOR: H2O (fotólisis del agua).

Cianobacterias: clorofila y ficocianina.

Algas: clorofila y carotenos.

CARBONO CELULAR: FIJA CO2 (Ciclo de Calvin).

6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 6 O2+

Luz

Luz

Luz

H2O 2 e- + 2 H+ + ½ O2

Fotosistema I

Fotosistema II

NADP +

NADPH

P680

P680*

P700*

P700

Estroma

Membrana

tilacoide

2 H+

LumenClorofila

P680

Fotosistema II o

P680

Citocromo bf

Plastocianina

Fotosistema I o

P700

Clorofila

P700

ATP sintasa

2 H+

2 H+ H+

Plastoquinona

• ENERGIA Y PODER REDUCTOR EN FOTOTROFOS OXIGÉNICOS Y ANOXIGÉNICOS

Poder reductor Carbono Energía

ACÍCLICA U OXIGÉNICA

H2O

½ O2

LuzCO2

(CH2O)n

e- ADP

ATP

Luz

CÍCLICA U ANOXIGÉNICA

CO2

(CH2O)n

e-

ADP

ATP

LuzS0

H2S

SO4-2

e-