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

VIAS OXIDATIVAS DE LA GLUCOSA

QUIMIO-ÓRGANO-HETERÓTROFOS (QOH)

GLUCÓLISIS

Producción

2 ATP

2 NADH

Glucosa G6P F6P FDP

ATP ATP

2 G3P 2 DPG 2 PG 2 PEP 2 Piruvato

2 ATP2 ATP2 NADH

Tipos metabólicos QOHa) Respiración aeróbicab) Fermentaciónc) Respiración anaeróbicad) Oxidación incompleta

VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATO

G6P

Fosfogluconato

NADPH

NADPH

Ribulosa5P

CO2

Xilulosa 5P Ribosa5P

Sedoheptulosa7P G3P

Eritrosa4P F6PXilulosa 5P

G3P F6P

Producción

2 NADPH

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

NADH NAD+

FADH2 FADO2

H2O

ADP + Pi ATP

4 H+ 4 H+2 H+

AC

B

D

E

F F0

F1

G

REFERENCIASA. NADH deshidrogenasaB. Succinato deshidrogenasaC. UbiquinonaD. Citocromo reductasaE. Citocromo cF. Citocromo oxidasaG. ATP sintasa

Balance energético de la oxidación de un mol de glucosa en condiciones aeróbicas

Glucosa 2 Piruvato 2 NADH 2 ATP

2 Piruvato 2 AcetilCoA 2 NADH 2 CO2

2 AcetilCoA Ciclo de Krebs 6 NADH2 FADH2

2 ATP 4 CO2

CR y fosforilación oxidativa10 NADH 2 FADH2

30 ATP 4 ATP

38 ATP

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

GlucólisisGlucosa 2 Piruvatos

Bacterias

Vía Entner-DoudoroffGlucosa 2 Piruvatos

Glucosa 2 Piruvato

2 Acetaldehido2 Etanol

CO22 NAD+ 2 NADH

FERMENTACIÓN LÁCTICAORGANISMOS: 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

CO2H2 Acetato Etanol

NADHATP

(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

Fermentación ácido mixtaAerobacter

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 Proceso Aeróbico

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

FOTO-LITO-AUTÓTROFOS

• FOTOSÍNTESIS CÍCLICA O ANOXIGÉNICA

SISTEMA: I (cíclico). PODER REDUCTOR: SH2 S0 S2O3.

BACTERIAS FOTÓTROFAS (Gram negativas, anaeróbicas, flagelación polar).

• Tiorrodaceas o púrpuras del S (carotenos).

• Clorobiaceas o verdes del S (bacterioclorofila).

Citosol

Membrana plasmática

2 H+

Espacio periplasmático

Centro de reacción P870Citocromo bc1

ATP sintasa

H+2 H+

4 H+

4 H+

Citocromo

• 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).

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