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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
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Eficiencia de obtención de energía:
a) diferencia de potencial entre pares redox.
b) cantidad de reacciones intermedias.
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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
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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
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VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATO
G6P
Fosfogluconato
NADPH
NADPH
Ribulosa5P
CO2
Xilulosa 5P Ribosa5P
Sedoheptulosa7P G3P
Eritrosa4P F6PXilulosa 5P
G3P F6P
Producción
2 NADPH
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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
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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
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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
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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
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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
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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+
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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
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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
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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)
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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)
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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)
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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
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Fermentación ácido mixtaAerobacter
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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
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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
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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
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OXIDACIONES INCOMPLETAS
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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
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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
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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).
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Citosol
Membrana plasmática
2 H+
Espacio periplasmático
Centro de reacción P870Citocromo bc1
ATP sintasa
H+2 H+
4 H+
4 H+
Citocromo
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• 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).
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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