METABOLISMO : Características Metabolismo de los carbohidratos
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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