¡Descarga Resumen Micro 1 y más Resúmenes en PDF de Microbiología solo en Docsity!
INTRODUCCIÓN:
Catabolismo poder reductor energía (ATP). // El ATP constituye una forma de GASTAR la energía, NO DE ALMACENARLA. Las moléculas que actúan como reserva energética son los poli B – hidroxibutiratos o poli – hidroxialcaonatos, almidón y otros. // La energía contenida en la molécula de ATP está, principalmente, contenida en sus enlaces fosfoanhidrido, los enlaces tipo éster son menos energéticos.
Anabolismo monómeros + poder reductor o energía (del catabolismo) Estructuras.
Solemos hablar independientemente de fuente de carbono y fuente de energía. A veces la fuente de carbono es la fuente de energía.
Composición química de una célula procariota destacar contenido de proteínas (concretamente enzimáticas) y de ácidos nucleicos (sobre todo RNA) que los eucariotas (debido al metabolismo). // 70 – 90% es H 2 O.
Nutrientes compuestos químicos que necesitan las células para elaborar con ellos monómeros. Diferentes microorganismos necesitan diferentes tipos de nutrientes.
Macronutrientes nutrientes que se necesitan en grandes cantidades. Fundamentalmente C y N.
Carbono En peso seco, una célula típica contiene el 50% de carbono. Heterótrofos – precisan de carbono orgánico/ Autótrofos – precisan de carbono inorgánico.
Nitrógeno Segundo compuesto más abundante en la célula después del carbono (12% en una célula típica). El nitrógeno natural se presenta mayormente en forma inorgánica (NH 3 , NO 3 -^ y N 2 ).
Otros macronutrientes Fósforo (P), azufre (S), potasio (K), sodio (Na) – requerido por microorganismos que viven en ambientes salinos, magnesio (Mg) – estabilizador de los ribosomas, membranas celulares y ácidos nucleicos -, calcio (Ca) – termorresistencia de las endoesporas, estabiliza la pared celular bacteriana -, etc.
Hierro Considerado, según el autor, como un macro/micronutrientes. Es ESENCIAL en el proceso de RESPIRACIÓN CELULAR. No obstante, existe algún tipo bacteriano que no requiere este elemento (su función es realizada por el magnesio) // En condiciones oxigenadas Fe 2+^ Fe3+^ (insoluble) + SO 4 3-^ (ej.) FeSO 4 (compuesto insoluble). sideróforos (agentes quelantes que solubilizan hierro) permiten solubilizar el hierro férrico (Fe 3+^ ) para que sea incorporado al interior celular. Los sideróforos constituyen factores de virulencia puesto que sin ellos muchas bacterias patógenas serían incapaces de realizar una infección.
Micronutrientes o elementos traza nutrientes que se necesitan en pequeñas cantidades. Son tan necesarios como los macronutrientes. Son METALES , muchos de los cuales tienen función estructural en varias enzimas.
Resto de elementos químicos.
Factores de crecimiento = vitaminas moléculas orgánicas pequeñas (tienen que difundir a nivel de membrana) que se necesitan en pocas cantidades, al igual que los micronutrientes, para crecer (suelen ser cofactores enzimáticos). Ej. Biotina, cianocobalamina, piridoxina, tiamina, etc.
_Organismos auxótrofos para ____ necesitan uno, dos (etc.) factores de crecimiento.
Organismos prototrófos no necesitan factores de crecimiento.
Medios de cultivo 1. Complejo o indefinido (no se sabe la composición química exacta del medio). 2. Mínimo o definido (sí se sabe).
Un microorganismo capaz de crecer y desarrollarse en un medio mínimo tiene una capacidad biosintética mayor que un microorganismo que necesita un medio complejo para vivir.
Fuente de energía:
- Luz: fotótrofos.
- Compuestos químicos: quimiotrofos.
- Orgánicos: quimioorganotrofos. Ej. Glucosa, acetato, etc.
- Inorgánicos: quimiolitotrofos. Ej. H 2 S, NH 4 +, etc.
FUENTE DE ENERGÍA
FUENTE DE
CARBONO
Luz Compuesto inorgánico
(quimiolitotrofo)
Compuesto orgánico
(quimiorganotrofo)
Inorgánica (autótrofo)
Fotoautótrofo
- Fotosintéticos aeróbicos.
Eucariotas fotótrofos y cianobacterias.
- Fotosintéticos anaeróbicos.
Bacterias púrpuras y verdes del azufre.
Quimiolitotrofo autótrofo
- Bacterias del H 2.
- Oxidadoras del S y del Fe.
- Nitrificantes.
NO CONOCIDOS
Orgánica Fotoheterótrofo Quimiolitotrofo Quimioorganotrofos
Existe tanta diversidad de cadenas respiratorias como alternativas metabólicas. Induciendo/reprimiendo genes se integran unas u otras proteínas en la membrana plasmática permitiendo variabilidad en cuanto a aceptores.
Coenzimas NADP +^ y NAD +^ transportadores difusibles (pueden difundir a nivel de citoplasma). // Las formas reducidas de estas coenzimas (NADPH y NADH) no siempre acaban en la cadena respiratoria, sino que a veces actúan a nivel de citoplasma, formando parte de enzimas y permitiendo, de este modo, que la diversidad de tipos enzimáticos sea menor.
Relación con el oxígeno 1. AERÓBICOS (crecen en presencia de oxígeno) 1.1. Estrictos (obligatoriamente necesitan O 2 para crecer), 1.2. Facultativos (pueden usar tanto O 2 como otro compuesto como aceptor de e - , aunque crecen mejor en presencia de O 2 ), 1.3. Microaerófilos (precisan de bajas presiones parciales de O 2 , por lo que se sitúan próximos al sedimento; se ven favorecidos, a su vez, por la abundancia de materia orgánica existente en este nivel). 2. ANAERÓBICOS (crecen en ausencia de oxígeno) 2.1. Estrictos (obligatoriamente necesitan ausencia de O 2 para crecer, pues este elemento les resulta dañino o letal). 2.2 Aerotolerantes (las cadenas respiratorias de estos microorganismos no son funcionales hasta el O 2 , por lo que son metabólicamente estrictos, pero pueden crecer en presencia de este elemento).
El metabolismo aerobio genera especies reactivas de oxígeno (ERO), cuyos efectos negativos son paliados por enzimas que destruyen estas especies (catalasa, peroxidasa, etc.) constituyendo, por tanto, elementos FUNDAMENTALES para la vida aerobia.
QUIMIORGANOTROFOS:
Implica:
- Compuesto orgánico como donador de electrones (fuente de energía).
- Compuesto orgánico como fuente de carbono (heterótrofos). Todos los quimiorganótrofos son heterótrofos, y no viceversa.
- Aceptor de e -^ exógeno ( respiración ): oxígeno (respiración aeróbica), SO 4 2-^ , NO 3 - , etc. (respiración anaeróbica).
// El proceso de respiración implica NECESARIAMENTE la existencia de una cadena de transporte electrónico y el establecimiento de un gradiente de H +^ , que posteriormente se emplea para sintetizar ATP (por fosforilación oxidativa ).
- Aceptor de e -^ endógeno ( fermentación ): el aceptor endógeno es frecuentemente un intermediario de la vía catabólica usada para oxidar a la fuente orgánica (ej. Piruvato de la glucólisis). La síntesis de ATP se realiza por fosforilación a nivel de sustrato (se cede un grupo fosfato al ADP desde una molécula de alta energía sintetizada durante el catabolismo de la fuente de energía).
- Fermentación:
Los productos de la fermentación son sustratos parcialmente reducidos porque aún pueden ser donadores de e -^ y de H+^ (lactato, etanol, etc.). La diversidad de las fermentaciones está determinada por estos productos.
La fermentación es un proceso importante en aquellos microorganismos que no tienen cadena transportadora de electrones , pues supone una forma de poder renovar el NAD +^ (la cantidad de este elemento es limitante).
Sustratos fermentables: gran variedad, no sólo glucosa, también aminoácidos, etc. Cualquier sustrato puede ser fermentable siempre que sea un compuesto orgánico y que no sea ni lignina ni hidrocarburos alifáticos (cadenas de C e H).
La fermentación de aminoácidos genera ácidos orgánicos (que acidifican el medio) y amoniaco. La fermentación de aminoácidos suele darse en anaerobios estrictos (Clostridium perfringens – gangrena -, Clostridium botulinum – botox -, etc.).
Un caso particular son las fermentaciones en las cuales no se produce síntesis de ATP por fosforilación a nivel de sustrato. Ej. Propionigenium modestum y Oxalobacter formigenes.
Respiración del CO (^2) acetógenos y metanógenos. ¿Quimiolitotrofos?
Sustratos catabólicos:
- Polisacáridos Los enlaces son más fácilmente hidrolizables que los , por lo tanto, es más fácil encontrar bacterias que degraden glucógeno y almidón a bacterias que degraden celulosa y tal.
- Hidrocarburos compuestos orgánicos que contienen sólo C e H. Los de bajo peso molecular son gases (ej. CH 4 ) y los de un peso molecular mayor son líquidos o sólidos a Tª ambiente. Las enzimas que los degradan son dependientes de oxígeno. // Ej. Metanotrofía o metilotrofía CH 4 + O 2 CO 2 + H 2 O.
- Lípidos.
- Ácidos orgánicos por el ciclo del Glioxilato.
- Respiración de nitratos: Ej. E. coli C(H 2 O) + NO 3 -^ CO 2 + NO 2 -^ que el aceptor de electrones en E. coli sea el nitrato en lugar del oxígeno hace que se pierda un 20% del rendimiento energético puesto que se liberan al espacio periplásmico 4 H +^ en lugar de 5 H+^. // En cambio, en Pseudomonas la respiración de nitrato libera nitrógeno molecular (desnitrificación), de modo que el rendimiento energético es casi igual que el que se obtendría con oxígeno (con oxígeno un poquito más). La desnitrificación ocurre en condiciones naturales anaeróbicas porque las enzimas que participan en su acción no funcionan en presencia de oxígeno (nitrato/nitrito/óxido nítrico reductasa).
QUIMIOLITOTROFIA:
• Bacterias del H 2: H 2 + ½ O 2 H 2 O (hidrogenasa)
El aceptor de electrones es frecuentemente el oxígeno, pero también pueden ser otros compuestos.
Particularidad importante : algunas bacterias del H 2 son quimiorganotrofas habitualmente, pero pueden comportarse como quimiolitotróficas facultativas. Se dice entonces que estos microorganismos son MIXOTROFOS (quimiolitotrofos heterótrofos). En definitiva, cuando existen compuestos orgánicos listos para usar en el medio, estos microorganismos reprimen a las hidrogenasas típicas de las bacterias del H 2 , así como el ciclo de Calvin.
El H 2 es el donador de e -^ y de H+^ obtención de ATP.
Pero para biosintetizar, aparte de energía en forma de ATP, necesitamos poder reductor. ¿De dónde procede el poder reductor?
- Bacterias con hidrogenasa ligada a membrana (interviene en la energética) + hidrogenasa citoplasmática (toma e-^ y H+^ del H 2 para sintetizar poder reductor en forma de NADH).
- Bacterias con hidrogenasa ligada a membrana pero sin hidrogenasa citoplasmática usan el mecanismo de flujo inverso de electrones.
- (^) Las bacterias del H 2 mixotrofas obtienen el poder reductor de la oxidación de la materia orgánica.
- Bacterias oxidadoras del azufre: toda bacteria oxidadora del azufre puede usar cualquier compuesto del azufre como sustrato metabólico.
H 2 S + ½ O 2 S 0 + H 2 O.
S 0 + ½ O 2 + H 2 O SO 4 2-^ + 2H+^.
S 2 O 3 2-^ + O 2 + H 2 O SO 4 2-^ + 2H +.
Normalmente los compuestos del azufre, al igual que ocurre con el H 2 , se oxidan con el oxígeno. No obstante aquí, aunque menos frecuentemente de lo que ocurría en las del H 2 , también pueden existir otros aceptores distintos (ej. Thiobacillus denitrificans H 2 S + NO 3 -^ S^0 + N 2 ; biosintetizando materia orgánica a partir de CO 2 ).
Bacterias del azufre: respiradoras del azufre (reducen azufre), oxidadoras del azufre (oxidan azufre) y bacterias fotótrofas (usan compuestos del azufre como donadores de H+^ y e -^ ).
Los compuestos del azufre son los donadores de e -^ y de H+^ obtención de ATP. // La vía de la sulfito oxidasa es la principal responsable de todo el sulfito oxidado.
Productos: compuestos acidófilos.
fermentación, por ejemplo) – ej. Bacterias púrpuras no del azufre.
Las bacterias fotoheterótrofas comienzan la biosíntesis de moléculas orgánicas a partir de otras preexistentes, a modo de evitar gastar ATP innecesariamente. El donador de electrones es un compuesto inorgánico distinto al agua y por ello basta con la presencia de un solo fotosistema.
Las bacterioclorofilas se excitan con longitudes de onda superiores a los 700 nm. Con lo cual, un microorganismo que realiza fotosíntesis anoxigénica puede situarse en un sistema acuático a un nivel más profundo. Los microorganismos que presentan bacterioclorofilas, al ser anoxigénicos, no presentan mecanismos de protección frente a los ERO (especies reactivas de oxígeno).
La clorofila y la bacterioclorofila tienen un modo de actuar similar, por ello las diferencias a nivel químico entre ambas moléculas prácticamente no existen. La distinción entre bacterioclorofilas y clorofilas supone más bien una diferencia taxonómica que una diferencia química.
Puntualización: el metabolismo catabólico difiere mucho más entre microorganismos que el metabolismo biosintético (este último es mucho más común entre los mismos).
ANABOLISMO:
El ciclo de Krebs constituye la vía más común entre los microorganismos para la síntesis de metabolitos precursores para realizar un metabolismo biosintético (no obstante, puede faltar algún enzima según en qué microorganismo). ES UN ERROR ASOCIAR AL CICLO DE KREBS COMO UN PROCESO ÚNICO DE HETERÓTROFOS.
El ciclo de Calvin es la vía más extendida para realizar fijación de CO 2. No obstante, existen otros mecanismos para este proceso ( Ciclo de Krebs inverso o ciclo del ácido cítrico inverso – CAC inverso – o vía del hidroxipropionato en bacterias verdes del azufre como Chlorobium o verdes pero no del azufre). Como ruta biosintética, el ciclo de Calvin precisa de poder reductor en forma de NADPH y de energía en forma de ATP. Estos dos compuestos, ATP y poder reductor, pueden proceder de reacciones dependientes de luz (fotótrofos) o de reacciones de oxidación de moléculas inorgánicas (quimiolitotrofos autótrofos) como el hidrógeno, compuestos del azufre, del hierro y compuestos del nitrógeno. // Enzimas importantes: ribulosa bisfosfato carboxilasa (rubisco) y fosforibuloquinasa.
En la vía asimilatoria del nitrato el nitrato actúa como aceptor de electrones y se reduce para dar amonio. En este proceso participa una nitrato/nitrito reductasa diferente a la nitrato/nitrito reductasa que hemos visto en organismos quimiolitotróficos autótrofos (ej. H 2 S + NO 3 -^ N 2 + SO 4 -^ ) pues no se encuentra en la membrana plasmática ni es inhibida por el oxígeno. Esta nitrato/nitrito reductasa se encuentra en el citoplasma y es inhibida por el amonio, el producto de su vía.
La desnitrificación es un proceso que se inhibe en presencia de oxígeno porque la nitrato reductasa que participa en ella se inhibe en presencia de este compuesto.
Las enzimas que participan en la vía asimilatoria del nitrato se encuentran en el citoplasma y son reprimidas por amonio, el producto de la vía. Las enzimas que participan en la vía desasimilatoria del nitrógeno se encuentran en la membrana plasmática y son reprimidas por oxígeno.
Las dos vías, asimilatoria y desasimilatoria del nitrato, pueden estar en un mismo organismo.
El complejo enzimático nitrogenasa está constituido por dos enzimas, la dinitrogenasa (hierro y molibdeno) y la dinitrogenasa reductasa (hierro), y se encarga de fijar el nitrógeno gas a amonio. El triple enlace del nitrógeno gas tiene una gran energía de disociación y la activación de esta molécula requiere gran cantidad de energía (energía que fudamentalmente la produce un metabolismo de tipo aerobio). La dinitrógeno reductasa es inhibida por oxígeno.
Estas enzimas se expresan a partir del operón NIF.
