tema 04.- metabolismo
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8/8/2019 Tema 04.- Metabolismo
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Tema 4.- Principios generales demetabolismo, respiracin yfermentacin
Microbiologa GeneralCurso 2006-2007
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Principios generales de metabolismo, respiraciny fermentacin
Esquema general de metabolismo. Catabolismo y anabolismo. Metabolismo primario y secundario.
Categoras de microorganismos segn su metabolismo. Mecanismos de generacin de energa: fotosntesis fosforilacin oxidativa fosforilacin a nivel de substrato
Conceptos de respiracin y fermentacin.
Respiracin aerobia y anaerobia. Metabolismo central: catabolismo y anabolismo Diversidad de fermentaciones:
alcohlica, homolctica, heterolctica,
cido-mixta, butanodilica, Propinica acetona-butanol.
Otras fermentaciones. Metabolismo secundario. Fijacin de nitrgeno.
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Esquema general de metabolismo
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Kenneth Todar University of Wisconsin-Madison Department of Bacteriology
Esquema general de metabolismo
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Categoras de los organismos segn sumetabolismo
Luz EnlacesqumicosFuente deEnerga
Fuente de
carbono
Orgnico(azcares, lpidos,
aminocidos)
Inorgnico
(CO2)
Foto - Quimio -
- lito - - organo -
Fotolitotrofos
PlantasBacterias y arqueas
fotosintticas
Quimiolitotrofos
BacteriasArqueas
Fotoorganotrofos
BacteriasArqueas
Quimioorganotrofos
Bacterias, Arqueas,Hongos y Animales
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Autotrophs
Heterotrophs:
Light Inorganic PhotoautotrophMost photosynthetic bacteria,e.g. Chromatium(anaerobic),
Cyanobacteria(aerobic)
Inorganic InorganicChemolithotrophic
autotroph
(chemoautotroph)
Nitrobacter
Organic Inorganic Chemoorganotrophicautotroph Pseudomonas oxalaticus
Light Organic Photoheterotroph
Purple and green
photosynthetic bacteria,e.g. Rhodospirillum
Inorganic Organic Chemolithotrophicheterotroph ("mixotroph") Desulphovibrio
EnergySource
CarbonSource Name Example
Organic Organic (Chemo)heterotroph E. coli
Categoras de los organismos segn sumetabolismo
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Mecanismos de generacin de energa fotofosforilacin: fotosntesis
fosforilacin oxidativa fosforilacin a nivel de substrato
FosforilacinAMP-P + Pi AMP~PP
E
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Mecanismos de generacin de energa fotosntesis
Fotosntesis anoxignica
Slo PSI Bacterias rojas y prpura
Fotosntesis oxignica PSII y PSI Cianobacterias
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Mecanismos de generacin de energa fotosntesis
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Mecanismos de generacin de energa fotosntesis
Cross-section of the R. sphaeroidesICM, illustrating the function of the major components of thisbioenergetic membrane. The figure depicts the orientation of ICM components relative to thecytoplasmic and periplasmic compartments. Abbreviations: Bchl, bacteriochlorophyll; Bchl2,bacteriochlorophyll special pair; ADP, adenosine diphosphate; ATP, adenosine triphosphate; Pi,phosphate; e, electron; Q, ubiquinone; cyt c2, cytochrome c2; B800850 & B875, light harvestingcomplexes, respectively.
doi:10.1016/j.mib.2006.10.005
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Mecanismos de generacin de energa fosforilacin a nivel de substrato
1,3-difosfoglicerato
Fosfoglicerato quinasa
G'o= - 4.5 kcal/mol
3-fosfoglicerato
ADPATP
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Conceptos de respiracin y fermentacin
C6H12O6 + [NAD+] 6CO2 + [NADH + H+]
[NADH + H+] + 6O2 [NAD+] + 6 H2O
El contenido de NAD+ de la clula es limitado y puede agotarse
La respiracin y la fermentacin son procesosque recuperan el contenido celular de NAD+
En la RESPIRACIN, el [NADH2] se oxida usando un aceptor de electrones EXTERNOEn la FERMENTACIN, el [NADH2] se oxida usando un aceptor de electrones INTERNO
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Respiracin aerobia
Compuesto orgnicoCO2
Biosntesis
O2
ATP Flujo de carbono
Flujo de electrones
sntesis
NADH + H+ + O2 NAD+ + H2O
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Respiracin anaerobia
Compuesto orgnicoCO2
Biosntesis
Aceptores deelectrones orgnicos
SO4=
NO3-
ATP Flujo de carbono
Flujo de electrones
sntesis
NADH + H+ + 2 NO3- NAD+ + 2 NO2- + H20
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Potenci
alreductor
CO2/glucosa (-0.43) 24 e-
2H+
/ H2 (-0.38) 6 e-
CO2 / metanol (-0.38) 6 e-
NAD+ / NADH (-0.32) 2 e-
CO2 / acetato (-0.28) 8 e-
S0 / H2S (-0.28) 2 e-
S04=
/ H2S (-0.22) 8 e-
Piruvato / lactato (-0.19) 2 e-
S4O62- / S2O32- (-0.024) 2 e-
Fumarato / succinato (+0.03) 2 e-
Citocromo box/red (+0.035) 1 e-
Ubiquinona ox/red (+0.11) 2 e-
Citocromo cox/red (+0.25) 1 e-
Citocromo aox/red (+0.39) 1 e-
NO3- / NO2- (+0.42) 2 e-
NO3- / N2 (+0.74) 5 e-
Fe3+ / Fe2+ (+0.76) 1 e-
O2 / H2O (+0.82) 2 e-
Par donador / aceptorTorre de electrones
e-
Cuanto ms grande sea lacada de potencial, mayorser la energa liberada
Potencia
loxidant
e
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Respiracin aerobia
GLUCOSA
Glicolisis
+ ciclo TCA
ATPasa
SISTEMA DETRANSPORTE
DE ELECTRONES
Respiracin anaerobia
GLUCOSA
Glicolisis
+ ciclo TCA
ATPasaSISTEMA DETRANSPORTE
DE ELECTRONES
NO3- NO2
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Respiracin
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Exterior de la clula
Interior dela clula
Cadenatransportadora
de e-Membrana celular
Transportador
de e-
oxidado
Transportadorde e-
reducido
Glucosa
Metabolismode la glucosa
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Conversin de la energa por la ATPasa
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Principios generales de metabolismo, respiracin
y fermentacin Esquema general de metabolismo. Catabolismo y anabolismo. Metabolismo primario y secundario.
Categoras de microorganismos segn su metabolismo. Mecanismos de generacin de energa: fotosntesis fosforilacin oxidativa fosforilacin a nivel de substrato
Conceptos de respiracin y fermentacin.
Respiracin aerobia y anaerobia. Metabolismo central: catabolismo y anabolismo Diversidad de fermentaciones:
alcohlica, homolctica, heterolctica,
cido-mixta, butanodilica, Propinica acetona-butanol.
Otras fermentaciones. Metabolismo secundario.
Fijacin de nitrgeno.
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Metabolitos primarios ysecundarios
METABOLITOS PRIMARIOS:-Se producen en el curso de las reacciones metablicas anablicas o catablicas quetiene lugar durante las fases de crecimiento y que contribuyen a la produccin debiomasa o energa por las clulas.
-Se producen principalmente en la trofofase o fase de crecimiento.
METABOLITOS SECUNDARIOS:-Se producen por rutas anablicas especializadas cuando no hay crecimiento.
-Significado evolutivo controvertido por ser imprescindibles. Pueden ser una
estrategia para mantener en funcionamiento los sistemas metablicis cuando no haycrecimiento.
-Son indicativos de diferenciacin y se producen durante la idiofase de los cultivos.
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Catabolismo de la Glucosa
RUTA DE EMBDEN-MEYERHOF (EM)RUTA ENTNER-DOUDOROFF
RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATORUTA DE LA FOSFOCETOLASA
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- La ms comn- Funciona en condiciones aerobias y en anaerobias.- La ruta produce: 2 piruvato (C3)
2ATP
2NADH + 2H+
Ruta de Embden-Meyerhoff
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Kenneth
TodarUniversityofWisconsin-MadisonDepartmentofBacteriology
Ruta de Embden-Meyerhoff
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E
Ruta de Entner-Doudoroff
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(KDPG)
KennethTodarUniversityofWisconsin-MadisonDepartmentofBacteriology
Ruta de Entner-Doudoroff
- Presente en ciertas Gram-negativas aerobias.- Muy rara en hongos- Relativamente infrecuente como va de
fermentacin
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gave azul
Zymomonas
AguamielPulque
Tequila
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Ruta de las Pentosas fosfato
- Presente en muchas bacterias y enla mayora de los eucariontes.- Puede ser simultnea a la ruta EM.
- Funciona en condiciones aerobias yanaerobias.-Importancia en catabolismo y enanabolismo.
3 Glucosa-6-fosfato (C6)
6NADP+ + 3 H2O
2 fructosa-6-fosfato (C6)
gliceraldehdo-3-fosfato (C3)
3CO2 + 6NADPH + 6H+
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Ciclo de Krebs
Nucletidosreducidos
Nucletidosoxidados
E i d l l l
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Exterior de la clula
Interior dela clula
Cadenatransportadora
de e-Membrana celular
Transportadorde e-
oxidado
Transportadorde e-
reducido
Glucosa
Metabolismode la glucosa
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Principios generales de metabolismo, respiracin
y fermentacin
Diversidad de fermentaciones: alcohlica, homolctica, heterolctica, cido-mixta, butanodilica, Propinica acetona-butanol.
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FermentacionesALCOHLICA:- En la fermentacin etanlica o alcohlica: el piruvato se
reduce para formar etanol y CO2 :
Glucosa + 2ADP + 2Pi 2etanol + CO2 + 2ATP- Es el proceso de fermentacin que lleva a caboSaccharomyces cerevisiae(pocas bacterias).
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Fermentacin heterolctica Su producto final no es exclusivamentecido lctico.
El proceso tiene un rendimiento menorque la fermentacin homolctica.
El piruvato de esta ruta procede de la vade las pentosas.
La reaccin global es:
Este proceso lo llevan a cabo bacteriasdel grupo lctico pertenecientes a losgneros Leuconostocy Lactobacillus.
Ac. Lctico + etanolCO2 + ATP
GlucosaADP + Pi
F rm nt cin cid mixt
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Fermentacin cido mixta
Hidrogenoliasa
frmica
Produce cido actico, etanol, H2, CO2yproporciones diferentes de cido lcticoo propinico (frmico) segn las especies.
La llevan a cabo las enterobacterias.
En esta ruta de fermentacin seproduce ATP adems de la reoxidacindel NADH+H+.
Fermentacin butanodilica
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Fermentacin butanodilica
Variante de la fermentacion cido mixta.
Presente en algunas enterobacterias comoKlebsiella, Serratiay Erwinia.
En esta ruta se produce acetona que sedetecta mediante la reaccin de Voges-
Proskauer
Voges-Proskauer
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Fermentacin
del cido propinico
Proceso complejo en el que se generaacetato, CO2y cido propinico comoproductos finales.
Ruta fermentativa la presentan lasbacterias del tipo Propinobacteriumyotras anaerobias estrictas presentes enel rumen de herbvoros
F t i d
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Fermentacin de
acetona-butanol
Tipo de fermentacin llevadoa cabo por bacteriasanaerobias estrictas del
gnero Clostridium.
Se producen compuestosorgnicos disolventes de granimportancia industrial
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Kenneth Todar University of Wisconsin-Madison Department of Bacteriology
F t i d i id
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Fermentacin de aminocidos:
reaccin de SticklandReaccin de Stickland llevada acabo por algunas bacterias delgnero Clostridium
Alanina
Piruvato + NH3
Acetil-CoA
Acetil-P
Acetato-
Glicina
2 Acetil-P 2 Acetato- + 2 NH3NAD+
NADH
CoA
CO2
NAD+
NADH
2 Pi
Pi
CoAADP
ATP
2 ADP 2 ATP
Aminocidos que participan en la reaccin de Stickland
Aminocidos oxidados Aminocidos reducidosAlaninaLeucina
IsoleucinaValina
Histidina
GlicinaProlina
HidroxiprolinaTriptfano
Arginina
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Metabolismocentral
Rutas anablicas
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Est presente en bacterias, hongos y en plantas.
Sirve nicamente para la produccin de metabolitos secundarios.
Parte del malonil-CoA que forma el primer paso en la sntesis de cidos grasos.
Ejemplos:
griseofulvina (antibitico producido por Penicillium griseofulvum) aflatoxinas (toxinas producidas por Aspergillus flavusy por A. parasiticus)
ocratoxinas (toxinas producidas por algunos tipos de Aspergillusy de Penicillium)
lovastatina (producida por A. terreus)
POLIQUTIDOS
Se inician a partir del Acetil-CoA.
Produce tanto metabolitos primarios (carotenos, esteroles) como secundarios. Ejemplos:
Ciertos carotenos. Toxinas como la toxina T2 y los tricotecenos (producidos por alguna especie de
Fusarium).
TERPENOS
Rutas de sntesis de las familias de metabolitos secundarios
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Poliqutidos
Terpenos
Rutas de sntesis de las familias de metabolitos secundarios
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Rutas de aminocidosRUTAS QUE PARTEN DE AMINOCIDOSAROMTICOS
Compuestos alucingenos tales como el cido lisrgico,la psilocibina (Psylocibe) y la muscarina (Amanita muscaria).
RUTAS QUE PARTEN DE AMINOCIDOS
ALIFTICOSPenincilinas (Penincillium chrysogenum)Toxinas como la falotoxina (Amanita phalloides)
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