tema 04.- metabolismo

8/8/2019 Tema 04.- Metabolismo

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Tema 4.- Principios generales demetabolismo, respiracin yfermentacin

Microbiologa GeneralCurso 2006-2007


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Principios generales de metabolismo, respiraciny fermentacin

Esquema general de metabolismo. Catabolismo y anabolismo. Metabolismo primario y secundario.

Categoras de microorganismos segn su metabolismo. Mecanismos de generacin de energa: fotosntesis fosforilacin oxidativa fosforilacin a nivel de substrato

Conceptos de respiracin y fermentacin.

Respiracin aerobia y anaerobia. Metabolismo central: catabolismo y anabolismo Diversidad de fermentaciones:

alcohlica, homolctica, heterolctica,

cido-mixta, butanodilica, Propinica acetona-butanol.

Otras fermentaciones. Metabolismo secundario. Fijacin de nitrgeno.


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Esquema general de metabolismo


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Kenneth Todar University of Wisconsin-Madison Department of Bacteriology

Esquema general de metabolismo


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Categoras de los organismos segn sumetabolismo

Luz EnlacesqumicosFuente deEnerga

Fuente de

carbono

Orgnico(azcares, lpidos,

aminocidos)

Inorgnico

(CO2)

Foto - Quimio -

- lito - - organo -

Fotolitotrofos

PlantasBacterias y arqueas

fotosintticas

Quimiolitotrofos

BacteriasArqueas

Fotoorganotrofos

BacteriasArqueas

Quimioorganotrofos

Bacterias, Arqueas,Hongos y Animales


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Autotrophs

Heterotrophs:

Light Inorganic PhotoautotrophMost photosynthetic bacteria,e.g. Chromatium(anaerobic),

Cyanobacteria(aerobic)

Inorganic InorganicChemolithotrophic

autotroph

(chemoautotroph)

Nitrobacter

Organic Inorganic Chemoorganotrophicautotroph Pseudomonas oxalaticus

Light Organic Photoheterotroph

Purple and green

photosynthetic bacteria,e.g. Rhodospirillum

Inorganic Organic Chemolithotrophicheterotroph ("mixotroph") Desulphovibrio

EnergySource

CarbonSource Name Example

Organic Organic (Chemo)heterotroph E. coli

Categoras de los organismos segn sumetabolismo


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Mecanismos de generacin de energa fotofosforilacin: fotosntesis

fosforilacin oxidativa fosforilacin a nivel de substrato

FosforilacinAMP-P + Pi AMP~PP

E


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Mecanismos de generacin de energa fotosntesis

Fotosntesis anoxignica

Slo PSI Bacterias rojas y prpura

Fotosntesis oxignica PSII y PSI Cianobacterias


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Cross-section of the R. sphaeroidesICM, illustrating the function of the major components of thisbioenergetic membrane. The figure depicts the orientation of ICM components relative to thecytoplasmic and periplasmic compartments. Abbreviations: Bchl, bacteriochlorophyll; Bchl2,bacteriochlorophyll special pair; ADP, adenosine diphosphate; ATP, adenosine triphosphate; Pi,phosphate; e, electron; Q, ubiquinone; cyt c2, cytochrome c2; B800850 & B875, light harvestingcomplexes, respectively.

doi:10.1016/j.mib.2006.10.005


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Mecanismos de generacin de energa fosforilacin a nivel de substrato

1,3-difosfoglicerato

Fosfoglicerato quinasa

G'o= - 4.5 kcal/mol

3-fosfoglicerato

ADPATP


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Conceptos de respiracin y fermentacin

C6H12O6 + [NAD+] 6CO2 + [NADH + H+]

[NADH + H+] + 6O2 [NAD+] + 6 H2O

El contenido de NAD+ de la clula es limitado y puede agotarse

La respiracin y la fermentacin son procesosque recuperan el contenido celular de NAD+

En la RESPIRACIN, el [NADH2] se oxida usando un aceptor de electrones EXTERNOEn la FERMENTACIN, el [NADH2] se oxida usando un aceptor de electrones INTERNO


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Respiracin aerobia

Compuesto orgnicoCO2

Biosntesis

O2

ATP Flujo de carbono

Flujo de electrones

sntesis

NADH + H+ + O2 NAD+ + H2O


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Respiracin anaerobia

Compuesto orgnicoCO2

Biosntesis

Aceptores deelectrones orgnicos

SO4=

NO3-

ATP Flujo de carbono

Flujo de electrones

sntesis

NADH + H+ + 2 NO3- NAD+ + 2 NO2- + H20


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Potenci

alreductor

CO2/glucosa (-0.43) 24 e-

2H+

/ H2 (-0.38) 6 e-

CO2 / metanol (-0.38) 6 e-

NAD+ / NADH (-0.32) 2 e-

CO2 / acetato (-0.28) 8 e-

S0 / H2S (-0.28) 2 e-

S04=

/ H2S (-0.22) 8 e-

Piruvato / lactato (-0.19) 2 e-

S4O62- / S2O32- (-0.024) 2 e-

Fumarato / succinato (+0.03) 2 e-

Citocromo box/red (+0.035) 1 e-

Ubiquinona ox/red (+0.11) 2 e-

Citocromo cox/red (+0.25) 1 e-

Citocromo aox/red (+0.39) 1 e-

NO3- / NO2- (+0.42) 2 e-

NO3- / N2 (+0.74) 5 e-

Fe3+ / Fe2+ (+0.76) 1 e-

O2 / H2O (+0.82) 2 e-

Par donador / aceptorTorre de electrones

e-

Cuanto ms grande sea lacada de potencial, mayorser la energa liberada

Potencia

loxidant

e


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Respiracin aerobia

GLUCOSA

Glicolisis

+ ciclo TCA

ATPasa

SISTEMA DETRANSPORTE

DE ELECTRONES

Respiracin anaerobia

GLUCOSA

Glicolisis

+ ciclo TCA

ATPasaSISTEMA DETRANSPORTE

DE ELECTRONES

NO3- NO2

-

Respiracin


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Exterior de la clula

Interior dela clula

Cadenatransportadora

de e-Membrana celular

Transportador

de e-

oxidado

Transportadorde e-

reducido

Glucosa

Metabolismode la glucosa


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Conversin de la energa por la ATPasa


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Principios generales de metabolismo, respiracin

y fermentacin Esquema general de metabolismo. Catabolismo y anabolismo. Metabolismo primario y secundario.

Categoras de microorganismos segn su metabolismo. Mecanismos de generacin de energa: fotosntesis fosforilacin oxidativa fosforilacin a nivel de substrato

Conceptos de respiracin y fermentacin.

Respiracin aerobia y anaerobia. Metabolismo central: catabolismo y anabolismo Diversidad de fermentaciones:

alcohlica, homolctica, heterolctica,

cido-mixta, butanodilica, Propinica acetona-butanol.

Otras fermentaciones. Metabolismo secundario.

Fijacin de nitrgeno.


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Metabolitos primarios ysecundarios

METABOLITOS PRIMARIOS:-Se producen en el curso de las reacciones metablicas anablicas o catablicas quetiene lugar durante las fases de crecimiento y que contribuyen a la produccin debiomasa o energa por las clulas.

-Se producen principalmente en la trofofase o fase de crecimiento.

METABOLITOS SECUNDARIOS:-Se producen por rutas anablicas especializadas cuando no hay crecimiento.

-Significado evolutivo controvertido por ser imprescindibles. Pueden ser una

estrategia para mantener en funcionamiento los sistemas metablicis cuando no haycrecimiento.

-Son indicativos de diferenciacin y se producen durante la idiofase de los cultivos.


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Catabolismo de la Glucosa

RUTA DE EMBDEN-MEYERHOF (EM)RUTA ENTNER-DOUDOROFF

RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATORUTA DE LA FOSFOCETOLASA


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- La ms comn- Funciona en condiciones aerobias y en anaerobias.- La ruta produce: 2 piruvato (C3)

2ATP

2NADH + 2H+

Ruta de Embden-Meyerhoff


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Kenneth

TodarUniversityofWisconsin-MadisonDepartmentofBacteriology

Ruta de Embden-Meyerhoff


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E

Ruta de Entner-Doudoroff


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(KDPG)

KennethTodarUniversityofWisconsin-MadisonDepartmentofBacteriology

Ruta de Entner-Doudoroff

- Presente en ciertas Gram-negativas aerobias.- Muy rara en hongos- Relativamente infrecuente como va de

fermentacin


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gave azul

Zymomonas

AguamielPulque

Tequila


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Ruta de las Pentosas fosfato

- Presente en muchas bacterias y enla mayora de los eucariontes.- Puede ser simultnea a la ruta EM.

- Funciona en condiciones aerobias yanaerobias.-Importancia en catabolismo y enanabolismo.

3 Glucosa-6-fosfato (C6)

6NADP+ + 3 H2O

2 fructosa-6-fosfato (C6)

gliceraldehdo-3-fosfato (C3)

3CO2 + 6NADPH + 6H+


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Ciclo de Krebs

Nucletidosreducidos

Nucletidosoxidados

E i d l l l


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Exterior de la clula

Interior dela clula

Cadenatransportadora

de e-Membrana celular

Transportadorde e-

oxidado

Transportadorde e-

reducido

Glucosa

Metabolismode la glucosa


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Principios generales de metabolismo, respiracin

y fermentacin

Diversidad de fermentaciones: alcohlica, homolctica, heterolctica, cido-mixta, butanodilica, Propinica acetona-butanol.


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FermentacionesALCOHLICA:- En la fermentacin etanlica o alcohlica: el piruvato se

reduce para formar etanol y CO2 :

Glucosa + 2ADP + 2Pi 2etanol + CO2 + 2ATP- Es el proceso de fermentacin que lleva a caboSaccharomyces cerevisiae(pocas bacterias).


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Fermentacin heterolctica Su producto final no es exclusivamentecido lctico.

El proceso tiene un rendimiento menorque la fermentacin homolctica.

El piruvato de esta ruta procede de la vade las pentosas.

La reaccin global es:

Este proceso lo llevan a cabo bacteriasdel grupo lctico pertenecientes a losgneros Leuconostocy Lactobacillus.

Ac. Lctico + etanolCO2 + ATP

GlucosaADP + Pi

F rm nt cin cid mixt


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Fermentacin cido mixta

Hidrogenoliasa

frmica

Produce cido actico, etanol, H2, CO2yproporciones diferentes de cido lcticoo propinico (frmico) segn las especies.

La llevan a cabo las enterobacterias.

En esta ruta de fermentacin seproduce ATP adems de la reoxidacindel NADH+H+.

Fermentacin butanodilica


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Fermentacin butanodilica

Variante de la fermentacion cido mixta.

Presente en algunas enterobacterias comoKlebsiella, Serratiay Erwinia.

En esta ruta se produce acetona que sedetecta mediante la reaccin de Voges-

Proskauer

Voges-Proskauer


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Fermentacin

del cido propinico

Proceso complejo en el que se generaacetato, CO2y cido propinico comoproductos finales.

Ruta fermentativa la presentan lasbacterias del tipo Propinobacteriumyotras anaerobias estrictas presentes enel rumen de herbvoros

F t i d


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Fermentacin de

acetona-butanol

Tipo de fermentacin llevadoa cabo por bacteriasanaerobias estrictas del

gnero Clostridium.

Se producen compuestosorgnicos disolventes de granimportancia industrial


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Kenneth Todar University of Wisconsin-Madison Department of Bacteriology

F t i d i id


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Fermentacin de aminocidos:

reaccin de SticklandReaccin de Stickland llevada acabo por algunas bacterias delgnero Clostridium

Alanina

Piruvato + NH3

Acetil-CoA

Acetil-P

Acetato-

Glicina

2 Acetil-P 2 Acetato- + 2 NH3NAD+

NADH

CoA

CO2

NAD+

NADH

2 Pi

Pi

CoAADP

ATP

2 ADP 2 ATP

Aminocidos que participan en la reaccin de Stickland

Aminocidos oxidados Aminocidos reducidosAlaninaLeucina

IsoleucinaValina

Histidina

GlicinaProlina

HidroxiprolinaTriptfano

Arginina


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Metabolismocentral

Rutas anablicas


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Est presente en bacterias, hongos y en plantas.

Sirve nicamente para la produccin de metabolitos secundarios.

Parte del malonil-CoA que forma el primer paso en la sntesis de cidos grasos.

Ejemplos:

griseofulvina (antibitico producido por Penicillium griseofulvum) aflatoxinas (toxinas producidas por Aspergillus flavusy por A. parasiticus)

ocratoxinas (toxinas producidas por algunos tipos de Aspergillusy de Penicillium)

lovastatina (producida por A. terreus)

POLIQUTIDOS

Se inician a partir del Acetil-CoA.

Produce tanto metabolitos primarios (carotenos, esteroles) como secundarios. Ejemplos:

Ciertos carotenos. Toxinas como la toxina T2 y los tricotecenos (producidos por alguna especie de

Fusarium).

TERPENOS

Rutas de sntesis de las familias de metabolitos secundarios


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Poliqutidos

Terpenos

Rutas de sntesis de las familias de metabolitos secundarios


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Rutas de aminocidosRUTAS QUE PARTEN DE AMINOCIDOSAROMTICOS

Compuestos alucingenos tales como el cido lisrgico,la psilocibina (Psylocibe) y la muscarina (Amanita muscaria).

RUTAS QUE PARTEN DE AMINOCIDOS

ALIFTICOSPenincilinas (Penincillium chrysogenum)Toxinas como la falotoxina (Amanita phalloides)


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