MetabolisMo Bacteriano

Siever Morales Cauti, MV. Microbiología veterinaria

1

Las células bacterianas, poseen una gran variedad de sustancias como fuente de energía, ilimitada

2

1. Las bacterias necesitan de un aporte energético para desarrollarse. 2. El éxito evolutivo de las bacterias se debe en parte a su versatilidad metabólica. 3. Todos los mecanismos posibles de obtención de materia y energía podemos encontrarlos en las bacterias.

3

METABOLISMO CRECIMIENTO MICROBIANO

CAPACIDAD DEL MICROORGANISMO NUTRIENTES

SINTESIS

SINTESIS

MACROMOLECULAS ESTRUCTURALES

COMPUESTOS DE BAJO PESO MOLECULAR

METABOLISMO PRIMARIO

4

REGULACION DEL METABOLISMO: Respuesta a cambios ambientales.

Enzimas

5

METABOLISMO BACTERIANO

• Las bacterias tienden versatilidad a intercalar fácilmente los nutrientes y productos metabólicos terminales • Esto les permite desarrollar procesos metabólicos con gran rapidez • El metabolismo de la célula comprende dos grandes tipos de reacciones:

6

METABOLISMO RX DE MANTENIMIENTO

RX DE BIOSINTESIS

ENERGIA

PODER REDUCTOR PRECURSORES METABOLICOS

•El Metabolismo: representa a las reacciones químicas integrales: Anabolismo y Catabolismo.

7

El anabolismo y el catabolismo. Procesos que requieren de energía. Esta energía está almacenada como moléculas de ATP, que se forma a partir de ADP y fosfato inorgánico.

8

• La conservación intracelular de energía ocurre principalmente por medio de la síntesis de ATP:

Los métodos usados por las bacterias para generar ATP son principalmente: FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO FOSFORILACIÓN OXIDATIVA FOTOFOSFORILACIÓN (DURANTE LA FOTOSÍNTESIS).

9

Desde el punto de vista biosintético: • litotrofas: son aquellas que sólo requieren sustancias inorgánicas sencillas (SH2 S0, NH3, NO2-, Fe, etc.). • organotrofas: requieren compuestos orgánicos (hidratos de carbono, hidrocarburos, lípidos, proteínas, alcoholes...). • autótrofas: crecen sintetizando sus materiales a partir de sustancias inorgánicas sencillas. • heterotrofas: su fuente de carbono es orgánica • Mixotrofas son aquellas bacterias con metabolismo energético litotrofo (obtienen energía de compuestos inorgánicos), pero requieren sustancias orgánicas como nutrientes para su metabolismo biosintético.

10

Según la fuente de carbono que utilizan, las bacterias se pueden dividir en : autótrofos, fuente de carbono = CO2 heterótrofos fuente de carbono = materia orgánica.

(otros elementos distintos del C pueden ser captados en forma inorgánica)

11

•

Según la fuente de energía:

fototrofos, fuente de energía = la luz, quimiotrofos, fuente de energía = un compuesto químico que se oxida.

12

CLASIFICACION DE ORGANISMOS SEGÚN LA ENERGIA

TODOS LOS ORGANISMO

QUIMIOTROFOS

QUIMI0LITOTROFOS

QUIMIORGANOTROFOS

FOTOTROFOS

fotolitotrofas

fotoorganotrofas

Las bacterias patógenas que viven a expensas de la materia orgánica son quimioorganótrofas.

13

14

15

RANGO DE TEMPERATURAS DE CRECIMIENTO BACTERIANO

TERMOFILOS

HIPERTERMOFILOS

EDDADICO LEV O TN EIM ICERC

MESOFILOS

PSICOTROFOS

PSICROFILOS

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100

110 120

TEMPERATURA (ºC)

16

OXIGENO Y CRECIMIENTO BACTERIANO

AEROBIO OBLIGADO

ANAEROBIO FACULTATIVO

ANAEROBIO AEROTOLERANTE

ANAEROBIO ESTRICTO

MICROAEROFILO

17

BACTERIAS FOTOSINTETICAS •

Estos organismos pueden vivir utilizando CO2 como única fuente de carbono y algunos son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico

6CO2 + 6H2O + energía luminosa -- C6H12O6 (glucosa) + 6O2

18

CLASES DE NUTRIENTES • Universales: – agua, CO2, fosfatos y sales minerales;

• Particulares • Factores de crecimiento.

19

FACTORES DE CRECIMIENTO

• Moléculas orgánicas específicas, en muy pequeña cantidad. • Salvo excepciones no tienen función biosinteticas, ni sirven como fuente de energía. • Suelen ser coenzimas o sus precursores, vitaminas, que determinadas bacterias no pueden fabricar por sí mismas, al carecer de parte o toda de una ruta biosintética. Ejemplos: – Las bacterias del género Brucella requieren como factores de crecimiento en sus medios de cultivo la biotina, niacina, tiamina y ácido pantoténico. – Haemophylus necesita suplementos de grupos hemo y piridín-nucleótidos.

20

CURVA DE CRECIMIENTO MICROBIANO

FASE ESTACIONARIA

N g o Ls el bcaiºevds al él u

FASE EXPONENCIAL

FASE MUERTE

FASE DE LATENCIA

TIEMPO

21

• Existen cuatro fases en las curvas de crecimiento. • Las más importantes son: La fase de latencia (que depende del estado fisiológico de los gérmenes estudiados) y la fase exponencial, en la que la tasa de crecimiento es máxima. • El crecimiento – Agotamiento de uno o varios nutrientes. – Acumulación de sustancias toxicas. – Evolución hacia un pH desfavorable:

22

23

FUENTES DE ENERGIA METABOLICA

• FERMENTACION Fosforilación del sustrato • RESPIRACION: oxido - reducción • FOTOSINTESIS Para poder crecer el m.o. debe de usar por lo menos uno de estos mecanismos

24

25

Metabolismo Microbiano

26

FLUJO DE ENERGIA EN LA NATURALEZA

27

CATABOLISMO Y ANABOLISMO

28

ETAPAS EN LA EXTRACCIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE LOS ALIMENTOS

29

METABOLISMO INTERMEDIARIO DE GLUCOSA A PIRUVATO:

Liberación de parte del potencial de energía contenida

1) Glucólisis (Embden-Meyerhof Parnas) 2) Vía de las Pentosas fosfato o shunt de las pentosas 3) Vía de Entner-Doudoroff

30

1- GLUCOLISIS

31

32

33

RENDIMIENTO EN ENERGIA DE LA TRANSFORMACIÓN DE GLUCOSA EN PIRUVATO

34

2- VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATO

35

3- VÍA DE ENTNER-DOUDOROFF

36

DESTINOS DIVERSOS DEL PIRUVATO: ETANOL, LACTATO O ACETIL - COENZIMA A

37

38

39

ALGUNAS FERMENTACIONES MICROBIANAS COMUNES

40

41

Ciclo del ácido cítrico

42

ESTEQUIOMETRIA DEL CICLO DEL ACIDO CITRICO



El NADH y FADH2 se oxidan mediante la cadena de transporte electrónico, formándose 2.5 ATP por cada NADH y 1.5 ATP por cada FADH2



El GTP puede convertirse en ATP.



Cuando se oxidan tres NADH y un FADH2 se forman 9 ATP mas. En total se forman 10 ATP por cada Acetil-CoA que entra al ciclo del ácido cítrico.



El oxigeno no participa direct amente en el ciclo del ácido ítrico. c Sin embargo el ciclo opera únicamente bajo condiciones aeróbicas porque el NAD+ y el FAD se regeneran solamente por la transferencia de electrones hasta el oxigeno molecular.

43

44

EL CICLO DEL ACIDO CITRICO ES UNA FUENTE DE PRECURSORES BIOSINTETICOS

45

CONTROL DEL CICLO DEL ACIDO CITRICO

46

47

48

FORMACIÓN DE ACETIL CoA A PARTIR DEL PIRUVATO

49

Fosforilación oxidativa

50

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

La fosforilación oxidativa es el proceso porel que se forma ATP como resultado de la transferencia de electrones desde el NADH oel FADH2 al O2 a través de una serie de transportadores de electrones. En los organismos aeróbicos. Esta es la principal fu ente de ATP. Por ejemplo, la fosforilación oxidativa genera 26 de la 30 moléculas de ATP que se forman cuando la glucosa se oxida completamente a CO2 y H2O

51

La oxidación y fosforilación están acopladas por un gradiente de protones a través de la membrana interna mitocondrial.

52

LA CADENA RESPIRATORIA ESTA FORMADA POR TRES BOMBAS DE PROTONES CONECTADAS MEDIANTE DOS TRANSPORTADORES MOVILES DE ELECTRONES

53

EN LA CADENA RESPIRATORIA SE PUEDEN BLOQUEAR LAS TRANSFERENCIAS DE ELECTRONES MEDIANTE INHIBIDORES ESPECÍFICOS

54

55