panorama general del metabolismo en bacterias

Panorama general de metabolismo microbianoQuimiotrofíaFototrofía

Miguel Talledo

Palabras clave

Síntesis de energía Uso de energía Crecimiento Fotosíntesis Quimiotrofía

Metabolismo Bacteriano

Metabolismo– Suma de todos los procesos químicos

que ocurren en la célula 1. Anabolismo: Síntesis de

compuestos complejos a partir de más sencillos. Requiere energía.

2. Catabolismo: Rompimiento de un sustrato en biomoléculas más sencillas y liberación de energía

Vistazo al metabolismo celular

Metabolismo Bacteriano

– Autótrofo:

Bacteria Fotosintética

Bacteria Quimioautótrofa – Heterótrofo:

Parásito

Saprófito

– Luego que se obtienen o se hacen azúcares, se vuelven la fuente de energía de la vida.

– El rompimiento del azúcar (catabolismo) ocurre por distintas vías:

• Respiración aeróbica• Respiración anaeróbica • Fermentación

Patrones generadores de energía

Fotosíntesis

(1) Plantas superiores

– Reacción de luz:La fotólisis del H2O produce ATP y NADPH

– Dos fotosistemas (I & II)Fijación en oscuridad: usa los productos de la reacción luminosa (ATP y NADPH) para fijar CO2

Reacción:

6CO2 + 6H2O -----> C6H12O6 + 6O2(Luz y cloroplasto)

Fotosíntesis Bacteriana

1. Un solo fotosistema no puede llevar a cabo la

fotólisis del H2O

2. H2O no es la fuente donadora de electrones

3. O2 nunca se forma como producto

4. La clorofila bacteriana absorbe luz a mayor

longitud de onda

5. Similar fijación de CO2

6. Solo existe la fotofosforilación cíclica

Cómo la bacteria sintetiza NADPH

Crecimiento en presencia del gas H2

H2 + NADP+ ------------- NADPH2

Hidrogenasa

Inversión del flujo de electrones en la cadena transportadora

H2S SS + NADP+-------- SO4

-2 + NADPH2Succinato Fumarato

Flujo de e- fotosintético no cíclico

Clorofila a y bacterioclorofila a (1)

Clorofila a

Fitol

AniloCiclopentano

Clorofila a y bacterioclorofila a (2)

Clorofila a y bacterioclorofila a (3)

Fotosíntesis anoxigénica

Bacterias fotosintéticas

(1) Chlorobium – bacterias verdes del azufre Usan el pigmento verde clorofila Usan H2S (sulfuro de hidrógeno), S (azufre), Na2S2O3 (tiosulfato de

sodio) and H2 como donadores de e-.

(2) Chromatium – bacterias púrpura del azufre Usan un pigmento carotenoide púrpura, con los mismos donadores de e-

(3) Rhodospirillum – bacterias púrpura no del azufre Usan H2 y otros compuestos orgánicos como isopropanol, etc. como

donadores de e-.

Reacción: CO2 + 2H2A -----> CH2O + H2O +2A

…donde A no es el oxígeno

Comparación de los centros de reacción de anoxifotoautótrofos

Quimioautótrofos

– Algunas bacterias usan al O2 del aire para oxidar compuestos inorgánicos y producir ATP (energía).

– Utilizan compuestos inorgánicos reducidos como sustratos para el metabolismo respiratorio. Quimiosíntesis.

– La energía es suficiente para convertir al CO2 en material inorgánico necesario para el crecimiento celular.

– Ejemplos:Acidithiobacillus (azufre)H2S + ½O2 → S + H2O + 50 kcal/mol

2 S + 3O2 + 2H2O → 2SO4-2 + 4H+ + 119 kcal/mol

Nitrosomonas (amoníaco)2NH3 + 3O2 → 2NO2

- + 2H+ + 2H2O + 65 kcal/mol

Nitrobacter (nitrito)NO2

- + ½O2 → NO3- + 18 kcal/mol

Respiración aeróbica

– La forma más eficiente de extraer energía de la

glucosa.

– Proceso: Glucólisis

– Ciclo de Krebs

– Cadena transportadora de e-

– Glucólisis: varias rutas glucolíticas

– La ruta más común:

Glucosa -----> piruvato + 2 NADH + 2 ATP

Respiración aeróbica

– Eucariontes:

glucosa -----> G-6-P-----> F-6-P ----->

…... 2 piruvatos + 2ATP + 2NADH

– Procariontes:

glucosa -----> G-6-P -----> F-6-P

– El proceso ocurre durante el transporte de

sustrato.

– El fosfato proviene del fosfoenolpiruvato (PEP)

.....-----> 2 piruvatos + 2ATP + 2NADH

– Ciclo de Krebs:Piruvato + 4NAD + FAD ----->

3CO2 +4NADH + FADHGDP + Pi -----> GTPGTP + ADP -----> ATP + GDP

– Cadena transportadora de e- 4NADH -----> 12 ATPFADH ------> 2 ATP Total 15 ATP Glucólisis -----> 8 ATP

– Ecuación total:C6H12O6 + 6O2 ------> 6CO2 + 6H2O + 38 ATP

Quimioósmosis

Transporte de e- y generación quimioosmótica de ATP

Flujo de e- Producción de ATP

ATPasa

Respiración anaeróbica

– Aceptor final de electrones: nunca el O2 Reductor de Sulfato: el aceptor final de e- es

el sulfato de sodio (Na2 SO4) Reductor de Metano: el aceptor final de e- es

CO2 Reductor de Nitrato: el aceptor final de e- es

el nitrato de sodio (NaNO3)

El acoplamiento O2/H2O es el que genera mayor

oxidación, más energético en la respiración

aeróbica.

Por lo tanto, la respiración anaeróbica es menos

eficiente.

Biosíntesis de lípidos simples

Biosíntesis de aminoácidos

Integración del metabolismo

Patrones alternativos de generación de energía (1)

Patrones alternativos de generación de energía (2)

Patrones alternativos de generación de energía (3)

Patrones alternativos de generación de energía (4)

Clases de organismos por su fuente de energía / carbono