panorama general del metabolismo en bacterias
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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