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MetabolisMo Bacteriano

Siever Morales Cauti, MV.Microbiología veterinaria

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

energía, ilimitada

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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.

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METABOLISMO

CRECIMIENTO MICROBIANO

CAPACIDAD DEL MICROORGANISMO

NUTRIENTES

SINTESIS

MACROMOLECULAS ESTRUCTURALES

SINTESIS

COMPUESTOS DE BAJO PESO MOLECULAR

METABOLISMO PRIMARIO

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REGULACION DEL METABOLISMO:Respuesta a cambios ambientales. Enzimas

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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:

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METABOLISMORX DE MANTENIMIENTO RX DE BIOSINTESIS

ENERGIA

PODER REDUCTOR

PRECURSORES METABOLICOS

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

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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.

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• 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 SUSTRATOFOSFORILACIÓN OXIDATIVAFOTOFOSFORILACIÓN (DURANTE LA FOTOSÍNTESIS).

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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.

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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)

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• Según la fuente de energía:

fototrofos, fuente de energía = la luz,

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

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CLASIFICACION DE ORGANISMOS SEGÚN LA ENERGIA

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

quimioorganótrofas.

TODOS LOS ORGANISMO

QUIMIOTROFOS FOTOTROFOS

QUIMI0LITOTROFOS QUIMIORGANOTROFOS fotolitotrofas fotoorganotrofas

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RANGO DE TEMPERATURAS DE CRECIMIENTO BACTERIANO

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

VELOCIDAD DE CRECIMIENTO

HIPERTERMOFILOSTERMOFILOS

MESOFILOS

PSICOTROFOS

PSICROFILOS

TEMPERATURA (ºC)

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OXIGENO Y CRECIMIENTO BACTERIANO

AEROBIO OBLIGADO

ANAEROBIO FACULTATIVO

ANAEROBIO AERO-TOLERANTE

ANAEROBIO ESTRICTO

MICRO-AEROFILO

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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

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CLASES DE NUTRIENTES

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

• Particulares • Factores de crecimiento.

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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 símismas, 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.

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CURVA DE CRECIMIENTO MICROBIANO

FASE DE LATENCIA

FASE EXPONENCIAL

FASE ESTACIONARIA

FASE MUERTE

Log N

ºde células viables

TIEMPO

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• 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:

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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

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Metabolismo

Microbiano

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FLUJO DE ENERGIA EN LA NATURALEZA

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CATABOLISMO Y ANABOLISMO

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ETAPAS EN LA EXTRACCIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE LOS ALIMENTOS

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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

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1- GLUCOLISIS

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RENDIMIENTO EN ENERGIA DE LA TRANSFORMACIÓN DE GLUCOSA EN PIRUVATO

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2- VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATO

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3- VÍA DE ENTNER-DOUDOROFF

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

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ALGUNAS FERMENTACIONES MICROBIANAS COMUNES

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Ciclo del ácido cítrico

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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 directamente en el ciclo del ácido cítrico. 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.

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EL CICLO DEL ACIDO CITRICO ES UNA FUENTE DE PRECURSORES BIOSINTETICOS

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CONTROL DEL CICLO DEL ACIDO CITRICO

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FORMACIÓN DE ACETIL CoA A PARTIR DEL PIRUVATO

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Fosforilación oxidativa

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La fosforilación oxidativa es el proceso por el que se forma ATP como resultado de la transferencia de electrones desde el NADH o el FADH2

al O2 a través de una serie de transportadores de electrones.

En los organismos aeróbicos. Esta es la principal fuente 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

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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

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

TRANSPORTADORES MOVILES DE ELECTRONES

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

ESPECÍFICOS

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