METABOLISMO MICROBIANO

1. METABOLISMO MICROBIANO Es el estudio de las reacciones químicas que se llevan a cabo en las células María Cecilia Arango Jaramillo

2. Productos de desecho Nutrientes Energía para el movimiento, transporte de nutrientes,etc Energía para el desarrollo Anabolismo Catabolismo Componentes celulares Fuente de energía

3. FASES DEL METABOLISMO: • ANABOLISMO : Formación o síntesis de compuestos químicos (Biosíntesis) • CATABOLISMO : Degradación o descomposición de compuestos

4. TRANSPORTADORES DE ENERGÍA

5. Compuestos ricos en energía : Adenosina trifosfato ( ATP ) Guanosina trifosfato ( GTP ) Acetil fosfato Ácido 1,3-difosfoglicérido Ácido fosfoenolpirúvico ( PEP ) COMPUESTOS RICOS EN ENERGÍA :

6. El ATP actúa como transportador de energía o como intermediario entre aquellas reacciones que proporcionan energía y las que la consumen.

7. UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA POR LOS MICROORGANISMOS

8. La célula microbiana utiliza la energía para: El movimiento. La producción de calor. La electricidad. Biolumniscencia.

9. La célula microbiana utiliza la energía química para : • Sintetizar grandes moléculas a partir de otras más pequeñas. • Transportar sustancias hacia la célula microbiana y organizarlas en su interior. • Sacar las sustancias de desecho de la célula microbiana o para realizar la secreción • El trabajo mecánico de las célula microbianas.

10. Transporte de Nutrientes. • Difusión simple o pasiva • Difusión facilitada • Traslocación en grupo • Transporte activo

11. OBTENCIÓN DE LA ENERGÍA CELULAR La célula microbiana obtiene su energía de dos maneras : • Degradando compuestos y liberando su energía • Almacenando la energía lumínica del sol mediante el proceso de fotosíntesis.

12. Los procesos por los cuales los microorganismos obtienen su energía son: • FOTOSÍNTESIS • QUIMIOSÍNTESIS • RESPIRACIÓN • Aeróbica • Anaeróbica • Fermentación

13. FOTOSÍNTESIS

14. Naturaleza de la luz

15. CO2 + 2 H2O En presencia de luz y clorofila (CH2O )x + O2 + H2O Carbohidrato FOTOSÍNTESIS La fotosíntesis es el proceso que convierte la energía lumínica en energía química

16. Estructura del cloroplasto y de las membranas fotosintéticas. • Los organismos fotosintéticos procariotes y eucariotes poseen sacos aplanados o vesículas llamadas tilacoides, que contienen los pigmentos fotosintéticos • Pero solamente los cloroplastos de los eucariotes están rodeados por una doble membrana.

17. Excitación de la molécula de clorofila

19. FASES DE LA FOTOSÍNTESIS

20. Clorofila ADP NADP • Fase lumínica 12 H2O 18ATP+12NADPH2+ 6O2

21. Productos de la fase lumínica y reacciones de la fase oscura 6CO2 + 18 ATP + 12 NADPH2 Enzima C6H12O6—P+ 18 ADP + 17 P inorgánico + 12 NADP Hexosa

22. H2O Compuesto inestable CO2 Ribulosa 1,5 difosfato Ribulosa 1 fosfato H2O ATP NADPH2 Fructosa 6-fosfato Pi ADP +NADP Acido 3-difosfoglicérico 3-fosfo gliceraldehído Acido 1,3-difosfoglicérico GLUCOSA Ciclo de Calvin o del C3

23. Fotosíntesis: reacciones de luz y oscuridad

24. NO FOTOSINTÉTICOS Obtienen energía para sintetizar compuestos orgánicos del desdoblamiento de otros compuestos orgánicos preexistentes. No hay ganancia en la cantidad total de compuestos orgánicos. Transforman biomasa. Por medio del ciclo del carbono, todas las célula microbianas, autótrofas o no, pueden utilizar el bióxido de carbono. • La conversión de CO2 en compuestos orgánicos requiere energía. FOTOSINTÉTICOS • Forman compuestos orgánicos durante la fotosíntesis • Utilizan energía procedente de la luz • Aumentan la cantidad total de compuestos orgánicos. Sintetizan biomasa.

25. RESPIRACIÓN:DESASIMILACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS Y LIBERACIÓN DE ENERGÍA

26. RESPIRACIÓN: Proceso por el cual la célula microbiana libera la energía almacenada en los alimentos. • Este proceso ocurre en las mitocondrias en la mayoría de las células eucariotes o en la membrana celular de las células procariotes • http://www.microbelibrary.org/images/Tterry/HTMLpages/mitochondrialrespiration-Spanish.htm

27. Respiración aerobia. Respiración anaerobia (Fermentación). Tipos de respiración

28. C6H12O6 + 6O2  Enzimas 6CO2 +6 H2O+Energía (38 ATP) G = -686 Kcal RESPIRACIÓN AEROBIA http://www.umb.edu.co/umb/cursos/Bioquimica/Modulo3/mod3a.htm

29. Rata de producción de energía por combustión y por respiración celular

30. La glucólisis, ruta metabólica común a todos los organismos

32. A partir la glicólisis pueden darse la respiración aerobia o la anaerobia.

33. Ciclo de Krebs o Ciclo del ácido tricarboxílico (ATC)

35. Acetil-CoA + 3H2O + 3NAD+ + FAD+ + ADP + Pi  2CO2 + CoA + 3NADH2 + FADH2 + ATP Una molécula de glucosa da lugar a dos de acetil- CoA, que pueden entrar en este ciclo El total será el doble del indicado en esta reacción El conjunto de reacciones del ciclo ATC se puede resumir en la siguiente forma:

36. Fosforilación oxidativa: formación directa de ATP a partir de ADP y Pi

37. La ATPasa utiliza el potencial eléctrico que se crea por la diferencia entre la concentración de protones (H+) entre el lado externo y el lado interno de la membrana interna de la mitocondria: una verdadera pila voltáica biológica

39. En la respiración los electrones son transferidos de manera secuencial a través de una serie de proteínas transportadoras adosadas a la membrana celular. Esta es la cadena de transporte de electrones. Los electrones son eliminados de los transportadores de energía por medio de la reducción de algún aceptor terminal de electrones como: el oxígeno (en la respiración aeróbica) nitrógeno, sulfato o dióxido de carbono (en la respiración anaeróbica).

40. Sustancia oxidada CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO : Secuencia de reacciones de oxidación-reducción para la generación de ATP. La cadena se acopla al ciclo de Krebs para convertir la energía liberada en él, en ATP--> fosforilación oxidativa. Capta electrones a partir de compuestos reducidos y los transfire al aceptor final, el oxígeno, con la consiguienteformación de agua. Sustancia reducida NAD+ NADH2 ATP ADP + P FMN Flavoproteína FMNH2 FADH2 FAD CoQ CoQH2 Coenzima Q H+ Fe+3 Citocromo b- Fe+2 ADP + P ATP Fe+3 Citocromo c1- Fe+2 Fe+3 Citocromo c- Fe+2 Fe+3 Citocromo a-/a3 Fe+2 ATP ADP + P O2 Figura 45. Cadena de transporte electrónico H2O

41. Rendimiento total en ATP por molécula de glucosa

42. La oxidación completa de la glucosa, vía glucólisis, ciclo ATC y cadena respiratoria, se resume en la reacción siguiente: C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + 38 ATP (= 686 Kcal) El rendimiento total en ATP por respiración aeróbica a partir de una molécula de glucosa

44. El oxígeno gaseoso no interviene. El aceptor de electrones es un compuesto distinto al oxígeno. Cuando el aceptor es un compuesto como orgánico se denomina fermentación Cuando es inorgánico respiración anaerobia RESPIRACIONES ANAEROBIAS

45. La respiración sin oxígeno, está restringida en gran parte a los saprófogos (bacterias, levaduras, mohos, protozoos).

46. Fermentación

47. GLUCOSA  Glucólisis 2C3H4O3(ácido pirúvico) + 4H  2C2H5OH + 2CO2 +2 ATP Alcohol etílico Dióxido de carbono Energía En ausencia de oxígeno, para actuar como aceptor final, el ácido pirúvico sirve a sí mismo como aceptor.

48. COOH COOH 2 H CH3 +2NAD+ C O 2 C + 2 NADH + 2 H+ CH3 CH3 Ácido pirúvico Ácido láctico Cuando el aceptor de electrones es un ácido orgánico se le llama fermentación, cuando el aceptor es una sustancia inorgánica como NO2, NO3, SO4, CO3 y fumarato

49. GLUCOSA Ácido pirúvico Ácido succínico Ácido acético + Ácido fórmico Acetona Ácido acético Ácido fórmico Acetil CoA Ácido acético Alcohol etílico H2 CO2 Diferentes rutas de fermentación

50. Respiración anaerobia