METABOLISMO BACTERIANO

BLGO: ALEJANDRO PARI CH.

METABOLISMO BACTERIANO

El metabolismo se refiere a la suma de reaccionesbioquimicas requeridas para la generacin deenergia y el uso de la energia para sintetizarmaterial celular a partir de molculas del medioambiente.

El metabolismo se divide en:

CATABOLISMO

ANABOLISMO

-

CATABOLISMO. Es proceso de degradacin de lossustratos y de su conversin en energa utilizable.

ANABOLISMO. La energa obtenida puedeemplearse en la sntesis de los componentescelulares (paredes celulares, protenas, cidograsos)' cidos nucleicos). Biosntesis

La biosntesis es un proceso que requiere energia,por lo tanto las bacterias deben ser capaces deobtenerla de su entorno para crecer y,eventualmente, multiplicarse.

Las reacciones catabolicas producen energia comoATP, el cual es utilizado en las reacciones anablicaspara sintetizar el material celular a partir denutrientes.

El termino metabolismo se refiere al conjunto dereacciones quimicas que tiene lugar en la celula, ytiene tres funciones especificas:

1. Obtener energia quimica del entornoalmacenarla para utilizar luego en diferentesfuncione celulares,

2. Convertir los nutrientes exogenos en unidadesprecursoras de los componentes macromolecularesde la celula bacteriana,

3. Formar y degradar moleculas necesarias parafunciones celulares especificas, como por ejemplo,movilidad y captacion de nutrientes.

La energia liberada en las reacciones catabolicas seusa para fosforilar ADP, generando ATP

La energa almacenada en el ATP se utiliza en lamayora de los trabajos celulares. Por lo tanto, elATP acopla los procesos productores de energa dela clula a los consumidores de energa.

Todos los procesos que ocurren en la celula o bacteria requieren de energa. Esta energia estaalmacenada como moleculas de ATP, que se forma a partir de ADP y fosfato inorganico.

CLASIFICACIN NUTRICIONAL BSICA

Las bacterias son seres vivos y estan compuestas aligual que las clulas eucariotas por proteinas,polisacaridos, lipidos, acidos nucleicos, entreotros. Estas moleculas a su vez forman parte deestructuras celulares mas complejas, como porejemplo la pared celular y la membranacitoplasmatica. Una caracterstica de los seres vivoses la capacidad para sintetizar sus propiosconstituyentes a partir de nutrientes que toman delmedio externo.

El conocimiento de la fisiologa y del metabolismo bacteriano tiene algunas aplicaciones practicas:

Permite conocer el modo de vida y el habitat dediferentes especies bacterianas.

El ser humano actuando como hospedero porejemplo, ofrece una variedad de nichos ecologicosque se diferencian entre si por aspectos fisicos yquimicos (temperatura, concentracion de O2, pH,presion osmotica, etc.) en los cuales pueden crecery multiplicarse distintas especies bacterianas, deacuerdo a sus requerimientos nutricionales.

-Permite formular medios de cultivo para elaislamiento e identificacion de los patogenosparticipantes.

- Desde el punto de vista terapeutico nos permiteconocer y entender el modo de accion de algunosantimicrobianos que bloquean una via metabolica ola sintesis de alguna macromolecula esencial parala bacteria.

Tipos de metabolismo microbiano

Los distintos tipos de metabolismo microbiano se pueden clasificar segun tres criterios distintos:

I. Segn la fuente de carbono que utilizan.

II. Segn el punto de vista biosinttico.

III. Segn la fuente de energa.

I. Segn la fuente de carbono que utilizan Las bacterias se pueden dividir de acuerdo a la

forma en la que el organismo obtiene o utiliza el carbono para la construccion de la masa celular:

Auttrofo. crecen sintetizando susmateriales a partir de sustancias inorganicassencillas. El carbono se obtiene del dioxidode carbono (CO2).

Hetertrofo. El carbono se obtiene decompuestos organicos. En este grupo seencuentran todas las bacterias de interesmedico.

Mixtrofo. son aquellas bacterias conmetabolismo energtico litotrofo (obtienenenergia de compuestos inorganicos), perorequieren sustancias organicas comonutrientes para su metabolismo biosintetico.

II. Segn el punto de vista biosinttico

Litotrofo. son aquellas que solo requierensustancias inorgnicas sencillas Los equivalentesreductores se obtienen de compuestos inorganicos.(SH2 SO, NH3, NO2-, Fe, etc.).

Organotrofo. requieren compuestos organicos. Losequivalentes reductores se obtienen decompuestos organicos. (hidratos de carbono,hidrocarburos, lipidos, proteinas, alcoholes).

III. Segn la fuente de energa.

Segun la forma en la que el organismo obtiene la energia para vivir y crecer:

Quimiotrofo. La energia se obtiene de compuestos qumicos externos.

Fototrofo. La energia se obtiene de la luz.

En la practica, estos terminos se combinan casi libremente

Los quimiolitoauttrofos obtienen energia de laoxidacion de compuestos inorganicos y el carbonode la fijacion del dioxido de carbono.

Ejemplos: bacterias nitrificantes, bacteriasoxidantes del azufre, bacterias oxidantes del hierro,bacterias oxidantes del hidrogeno.

Los fotolitoauttrofos obtienen energia de la luz yel carbono de la fijacion del dioxido de carbono,usando compuestos inorganicos como equivalentesreductores.

Ejemplos: Cianobacterias (agua como equivalentereductor), Chlorobiaceae, Chromaticaceae (sulfurode hidrogeno), Chloroflexus (hidrogeno).

Los quimiolitohetertrofos obtienen energia de laoxidacion de compuestos inorganicos, pero nopueden fijar el dioxido de carbono.

Ejemplos: algunos Nitrobacter spp., Wolinella (conhidrogeno como equivalente reductor), algunasbacterias oxidantes del hidrogeno.

Los quimioorganohetertrofos obtienen energia,carbono y equivalentes reductores para lasreacciones biosinteticas de compuestos organicos.

Ejemplos: la mayoria de las bacterias, comoEscherichia coli, Bacillus spp., Actinobacteria. Lasbacterias patogenas que viven a expensas de lamateria organica son quimioorganotrofas.

Los fotoorganotrofos obtienen energia de laluz y el carbono y los equivalentesreductores para las reacciones biosinteticasde compuestos organicos. Algunas especiesson terminantement heterotrofas, peromuchas otras pueden tambien fijar el dioxidode carbono y son mixotrofas.

Ejemplos: Rhodobacter, Rhodopseudomonas,Rhodospirillum, Rhodomicrobium,Rhodocyclus, Heliobacterium, Chloroflexus(alterna con fotolitoautotrofia conhidrogeno).

SUMINISTRO ENERGTICO

Las celulas bacterianas, poseen una gran variedadde sustancias como fuente de energia, ilimitada

I. Las bacterias necesitan de un aporte energeticopara desarrollarse.

II. El exito evolutivo de las bacterias se debe enparte a su versatilidad metabolica.

III. Todos los mecanismos posibles de obtencin demateria y energa podemos encontrarlos en lasbacterias.

En los seres vivos, la utilizacion de la energiapotencial contenida en los nutrientes se produce por reacciones de oxido-reduccin.

Quimicamente la oxidacion esta definida por laperdida de electrones (e-) y la reduccion por laganancia de los mismos.

En bioquimica, las reacciones de oxidoreduccinfrecuentemente incluyen no solo la transferenciade electrones sino de atomos enteros dehidrogeno, por lo que se conocen tambien con elnombre de reacciones de deshidrogenacion.

En reacciones de este tipo hay sustancias queceden e- (dadoras) y otras que los aceptan(aceptoras).

En las bacterias los sistemas de oxido-reduccionque transforman la energia quimica de losnutrientes en una forma biologicamente util,incluyen la fermentacin y la respiracin.

En la fermentacin tanto la molecula dadora comola aceptora de electrones, son compuestosorganicos, mientras que en la respiracion hay unaceptor final exogeno, que cuando es el oxigenohablamos de respiracin aerobia, y cuando es uncompuesto inorganico hablamos de respiracinanaerobia.

Cada uno de los compuestos que se generan eneste conjunto de reacciones se le denominancompuestos endogenos o metabolitos y alconjunto de todas las reacciones que suceden enuna celula se le denomina metabolismo.

Las bacterias y los animales superiores usan:

Basicamente las mismas reacciones para producir la energia que necesitan para sostener los procesos vitales.

Los mismos tipos de compuestos y mecanismos para construir sus macromoleculas y

Los mismos conjuntos de reacciones para sintetizar los compuestos que intervienen en las diferentes reacciones bioquimicas.

Se puede generalizar diciendo que todas las celulastienen basicamente el mismo metabolismo, aunque obviamente hay diferencias entre ellas.

Visin General del

Metabolismo. Se

muestran las rutas

metablicas centrales

y algunos de los

intermediarios claves.

Algunas clulas tienen mayor capacidad bioquimicaque otras:

Hay bacterias que sintetizan todos susmetabolitos a partir de compuestos inorganicos yse les denomina autotrofos. Las celulas vegetalestambien pueden vivir a base de solo precursoresinorganicos.

Hay microorganismos que necesitan que en elmedio de cultivo existan fuentes de carbonoorganico (azucares) y se les denomina heterotrofos.

Otros microorganismos necesitan que se lessuministren adems otros compuestos organicosque ellos no tienen la capacidad de sintetizar (aestos compuestos se les denomina factores decrecimiento)

Las celulas de los animales necesitan un grannumero de compuestos preformados los cualesdeben estar en la dieta (se le denominanvitaminas, aminoacidos esenciales o acidos grasosesenciales).

El conjunto de reacciones que suceden en forma secuencial y que dan lugar a un compuesto o a unafuncion integran un camino metabolico y se le da un nombre especifico.

Por ejemplo,

1) la glicolisis, es el camino metabolico por medio del cual se oxidan los azucares produciendo piruvato y equivalentes reducidos NADH.

2) la transformacion de la acetil-coenzima A,proveniente de la descarboxilacion delpiruvato o de la beta-oxidacion de los acidosgrasos, en anhidrido carbonico yequivalentes reducidos se le denomina ciclode Krebs;

3) la transferencia de electrones de losequivalentes reducidos hasta el oxigenomolecular, acoplado con la sintesis de ATP, sele llama cadena de transporte de electroneso fosforilacion oxidativa.

Este ultimo proceso esta formado por un conjuntode enzimas complejas que catalizan variasreacciones de oxido-reduccion, donde el oxigenoes el aceptor final de electrones.

Figura N 1.8. Metabolismo Intermediario.

REGULACIN METABLICA

Cada reaccin metablica esta regulada no solo conrespecto a otras reacciones sino tambin conrespecto a la concentracin de nutrientes en elmedio. La regulacion se realiza a diferentes niveles:

-Regulacion de la actividad enzimatica a traves de:enzimas alostericas, inhibicion porretroalimentacion, activacion alosterica, ycooperatividad.

-Regulacion de la sintesis de enzimas por:induccion enzimatica y represion por productosfinales.