Metabolismo de organismos a altas y bajas temperaturas

BIOL 4368 – Sección 040Dr. Carlos Rios

Roger Torres Luvir LugoCristina Hernández Omayra

RamírezLourdes Miguel Yaneska Seín Luis Acevedo Xavier Albino

http://microgroup8.blogspot.com

Objetivos

Introducción › Definir metabolismo› Conocer las distintas clasificaciones de

organismos por temperatura

Fisiología y metabolismo de organismos a altas temperaturas

Fisiología y metabolismo de organismos a bajas temperaturas

Introducción

¿Qué es metabolismo?

Todo tipo de reacciones bioquímicas en una célula; incluyendo procesos envueltos en la síntesis de constitutentes celulares desde moléculas simples y también el rompimiento de compuestos que llevan a la producción de energía.

Clasificación de las bacterias por temperatura

Cuatro grupos de microorganismos:Clasificación Descripción

Psicrofílicos Temp. óptima baja, menos de 15 °C

Mesofílicos Rango de Temp. óptima, 10 -45 °C

Termofílicos Temp. óptima alta, 40-70 °C

Hipertermófilos

Temp. óptima bien alta, 70-115 °C

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Termofílicas

Termofílicas –

Hipertemofílicas

•Proporción alta de lípidos saturados de cadenas altas, provee fluidez a altas temperaturas.

•Las proteínas poseen gran estabilidad debido a enlaces de tipo covalente e interacciones hidrofóbicas.

Termofílicas – Hipertermofílicas (Cont.)

• Alto número de enlaces iónicos entre cargas + y – de varios amino ácidos.

• Proteínas en el interior altamente hidrofóbicas resisten desdoblamiento en el citoplasma.

• Solutos como di-inisol fosfato, diglicerol fosfato y mannonglicerato pueden ayudar a estabilizar las proteínas para que no ocurra degradación termal.

Propiedades de Proteínas

Termoestables Empaque hidrofóbico Promueve estructura secundaria Estabilización de hélice dipolo Ausencia de residuos sensitivos a la

oxidación o deaminación Aumento de interacciones

electroestáticas Ej. Amilasas, xynalasas, pectinasas

Bacillus stearothermophilus

Bacteria Termófila Distribuida en el suelo,

manantiales calientes y sedimentos oceánicos.

Causa descomposición de los productos alimenticios.

Estudios de esterilización.

http://www.microbes.info/

www.agavebio.com/Catalog/contentframe.html

Sulfolobus

Aguas termales. 75˚C - 80˚C. Células irregulares. Flageladas. Áreas donde haya

actividad volcánica y geotérmica.

S. solfataricus – volcán solfatara.

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:RT8-4.jpg

http://mcb.illinois.edu/faculty/profile/rwhitakr

Psicrofílicas

Características

• Enzimas poseen grandes cantidades de estructura secundaria α-hélice en contraste de hoja plegada β.

• Proteínas tienen bajos niveles de enlaces débiles y menos interacciones entre estos dominios.

Características (Cont.)

•Altas concentraciones de ácidos grasos insaturados, polinsaturados y cadenas metiladas otorgan fluidez. Extensión de ácidos grasos insaturados evita rigidez de la membrana.

•Reflejan altas proporciones de dobles enlaces cis-insaturados. Psychroflexus tiene ácidos grasos con 4-5 enlaces dobles.

Características (Cont.)

Enzimas envueltas en procesos transcripción y traducción:› Eje: RNA polimerasa e isomerasas cis-trans.

Estas tienen alta actividad en temperaturas bajas. Isomerasa cis-trans se sobre expresa, lo cual es importante para mantener el ensamblaje de la proteína.

Proteínas anti congelantes

(“antifreeze”) y crioprotectantes

Proteínas anticongelantes (AFP) crean histéresis termal y a consecuencia, baja la temperatura a la cual el microorganismo puede crecer.

Exopolisacáridos (EPS) modifican el ambiente físico-químico de las células bacterianas participando en la retención de agua y favorece la secuestración y concentración de nutrientes, reteniendo y protegiendo enzimas extracelulares en contra de la desnaturalización por el frío y actuando como crioprotectantes.

Chlamydomonas nivalis

“Snow algae” Alga verde Crece en la nieve como

célula vegetativa verde y esporula roja .

Comunmente encontrada en la Sierra Nevada en California.

Sus esporas germinan células verdes mótiles.

thelivingcosmos.com

bioweb.uwlax.edu

Rhodotorula aurantiaca

Levadura Psicrofílica Hielo ártico No puede crecer a

temperaturas cercanas a los 20 ˚C.

A los 20 ˚C acumula myristoyl-CoA › Rompimiento de la bicapa

membranal› Inhibición de enzimas› Inhibición de funciones

celulareshttp://www.jbc.org/content/276/16/12691.long#xref-ref-30-1

Conclusión

Termofílicos- organismos temp. (40-70oC) Hipertermofílicas- temp. (70-115oC)

› Lípidos- ácidos grasos saturados› Proteínas termoestables resistentes a

desnaturalización

Psicrofílicas- organismos temp. (< 15oC)› Lípidos- ácidos grasos insaturados› Exopolisacáridos-retención de agua y

favoreciendo secuestración y concentración de nutrientes

Referencias D'Amico, S., & al., e. (2006). Psychrophilic microorganisms: challenges for life. EM BO (7), 385-389.Gomes, E., & al., e. (2006). ENZIMAS TERMOESTÁVEIS: FONTES, PRODUÇÃO E APLICAÇÃO INDUSTRIAL. Quim. Nova , 30 (1), 136-145.Madigan, M., & J.M., M. (2006). Brock Biology of Microorganisms. Upper Saddle River, N.J.: Pearson Prentice Hall.Morgan-Kiss, R., & al., e. (2006). Adaptation and Acclimation of Photosynthetic Microorganisms to Permanently Cold Environments. Microbiology and Molecular Biology Review , 222-252.Sabri, A., & al., e. (2001). Influence of Moderate Temperatures on Myristoyl- CoA Metabolism and Acyl-CoA Thioesterase Activity in the Psychrophilic Antarctic Yeast Rhodotorula aurantiaca. J. Biological Chemistry (276), 12691-12696.Sanchez, E. (n.d.). Bacterias termófilas. Al límite de lo tolerable. Retrieved Abril 19, 2010, from Encuentros: http://www.encuentros.uma.es/ encuentros91/bacterias.htmUniversitat Frankfurt Am Main. (2008, Octubre 23). Retrieved Abril 19, 2010, from DNA transfer in mesophilic bacteria: http://www.uni- frankfurt.de/fb/fb15/institute/inst-3-mol-biowiss/AK- Averhoff/research.html#anchorContent