Metabolismo bacteriano

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Metabolismo bacteriano
Nutrición
• Nutrientes. Sustancias químicas del ambiente utilizadas
por las bacterias en el catabolismo y anabolismo.
Ele-
mento
Fuente Función en el metabolismo 
Zn Zn2+ Componente de las enzimas alcóholica deshidrogenasas, fosfatasa alcalina,
aldolasa, ARN y ADN polimerasa.
Mn Mn2+
Presente en superóxido dismutasa; cofactor de las enzimas PEP
carboxicinasa, isocitrato sintetasa.
Mo MoO4
2- Presente en nitrato reductasa, nitrogenasa, xantina deshidrogenasa y
formato deshidrogenasa.
Se SeO3
2- Componente de la glicina reductasa y formato deshidrogenasa.
Co Co2+
Elemento necesario en las enzimas que contienen coenzima B12 (glutamato
mutasa, metilmalonil-CoA mutasa).
Cu Cu2+ Presente en citocromo oxidasa y nitrito reductasa.
Ni Ni2+ Presente en ureasa, hidrogenasa y factor F430
Micronutrientes 
Ele-
mento 
Fuente Función en el metabolismo 
C
O
H
N
Compuestos orgánicos (glucosa), CO2
O2, H2O, compuestos orgánicos 
H2, H2O, compuestos orgánicos 
NH3, NH4
+, NO3
-, N2, compuestos orgánicos 
Componentes principales del material celular.
S SO4
2-, HS-, S, compuestos de azufre orgánico
Constituyentes de los aminoácidos con azufre
cisteína, metionina, pirofosfato de tiamina,
coenzima A, biotina y ácido alfa-lipoico.
P PO4
3- Constituyentes de los ácidos nucleicos,
fosfolípidos, nucleótidos.
K K+
Principal catión inorgánico, cofactor (p. ej.,
piruvato cinasa)
Mg Mg2+
Cofactor de muchas enzimas (p. ej., cinasas);
componente de paredes celulares, membranas,
ribosomas y ésteres de fosfato.
Ca Ca2+
Componente de exoenzimas (amilasas, proteasas)
y paredes celulares; componente principal de las
endosporas como Ca-dipicolinato.
Fe* Fe2+, Fe3+
Presente en citocromos, ferredoxinas y otras
proteínas con hierro-azufre; cofactor
(deshidratasas).
Na Na+ Transporte de iones.
Cl Cl- Importante anión inorgánico.
Macronutrientes 
Metabolismo Celular 
• Algunos
nutrientes sirven
para generar
energía en las
vías catabólicas.
• Otros nutrientes
son incorporados
directamente en
las reacciones de
biosíntesis.
Reacciones catabólicas 
• Los nutrientes son transformados en metabolitos precursores, ATP y
Fuerza Reductora en forma de NADH,
(nicotinamidaadenindinucleotido) y
• NADPH
Vías catabólicas de óxido-reducción
• Glucólisis
• Derivación de la pentosa-fosfato (vía del 6-fosfo-gluconato).
• Ciclo de Krebs (ciclo de los ácidos tricarboxílicos).
Generación de una fuerza motriz protónica 
• En 1961 Peter Mitchell, un bioquímico escocés, siguió una línea de
razonamiento: si las cadenas de transporte de electrones están
embebidas en las membranas, la síntesis de ATP sólo podrá tener lugar
cuando las membranas plasmáticas están intactas. Si esto era cierto,
quizás el transporte de electrones podría establecer un gradiente de
concentración de protones a través de la membrana, y el mismo
conducir los protones de vuelta al interior de la célula; la entrada de
protones podría tener lugar a través del canal de la ATPasa y esto
convertiría el ADP en ATP.
• Los científicos fueron reticentes a aceptar la propuesta radical de
Mitchell (que él llamó quimiósmosis), pero incluso el más escéptico se
convenció cuando una simple membrana vacía, pero intacta, fue capaz
de convertir el ADP en ATP en un medio ácido (el medio ácido
establecía un gradiente artificial de protones a través de la membrana).
Mitchell fue galardonado en 1978 con el Premio Nobel por su gran
descubrimiento.
Quimiósmosis
La quimiósmosis es un proceso de formación de ATP en dos etapas: 
• (1) generación de un gradiente de protones.
• (2) utilización del mismo para sintetizar ATP.
M
em
b
ran
a p
lasm
ática
Algunos aceptores finales de las cadenas de transporte de 
electrones de las bacterias 
Tipo de respiración Aceptor final de electrones Producto reducido
Respiración aeróbica Oxígeno (O2) Agua (H2O)
Respiración anaeróbica
Reducción de sulfato 
Reducción de nitrato 
Reducción de fumarato 
Desnitrificación
Reducción del óxido de 
N-trimetilamina 
Sulfato (SO4
2-)
Nitrato (NO3
-)
Fumarato
(HOOC – CH = CH – COOH)
Nitrato (NO3
-)
Óxido de N-trimetilamina
Sulfuro de hidrógeno (H2S)
Nitrito (NO2
-)
Succinato
(HOOC – CH2 – CH2 – COOH) 
Gas nitrógeno (N2)
Trimetilamina
Derivados Tóxicos del Oxígeno.
Enzimas que convierten los compuestos tóxicos a 
formas no tóxicas.
• FPH2 + O2 → FP + H2O2
(flavoproteínas)
catalasa 
• 2H2O2 2H2O + O2
peroxidasa
• NADH + H+ + H2O2 NAD
+ + 2H2O
superóxido
dismutasa
• O2
- + O2
- + 2H+ H2O2 + O2
TIPOS DE FERMENTACIÓN
CH3CH2COOH
Ácido propiónico 
CO2
HOOCCH2CH2COOH
Ácido succínico 
+2[H]
+2[H]
HOOCCCH2COOH
||
O
Ácido oxalacético 
CH3CHO
Acetaldehído 
+2[H]
CH3CHOH
Etanol
CH3COOH
Ácido acético 
CH3CH2OH
Etanol 
CH3CCH2COOH
||
O
Ácido acetoacético 
+n[H]
Ácido butírico
Butanol
Acetona
Isopropanol
CH3-C-CH-CH3
|| |
O OH
Acetoína
( acetilmetil-carbinol)
+2[H]
CH3CHCHCH3
| |
OH OH
Butanediol
(2,3-butilenglicol)
CH3CHCOOH
||
O
Ácido pirúvico
+2[H]
HCOOH
CH3CHCOOH
|
OH
Ácido láctico 
1CO2
2
CO2
6
ADP
ATP
-2[H]
½ Hexosa 
C3 – (P) 
4
HCOOH
Ácido 
fórmico 
+
O
||
CH3CS(CoA)
Acetil-CoA
(CoA)SH
+CO
2
3
+4[H]
5
H2+CO2
(pH bajo) < 6
1. láctica (Streptococcus. Lactobacillus);
2. alcohólica (la mayoría de las levaduras, pero tan sólo 
algunas bacterias);
3. ácida mixta (la mayoría de las enterobacteriáceas);
4. butilenglucólica (Enterobacter);
5. butírica (Clostridium),
6. propiónica (Propionibacterium).
División celular por fisión binaria
Replicación cromosómica 
Factores ambientales que influyen en el 
crecimiento de las bacterias
• Temperatura
Mesófilas Temperatura óptima entre 25 y 45ºC
• Requerimiento de oxígeno (O2)
Aerobias obligadas Requieren O2 para generar energía. Respiración aeróbica. Micrococcus
Anaerobias obligadas No pueden multiplicarse en presencia de O2, por sus derivados tóxicos. 
Fermentación, respiración anaeróbica. Bacteroides.
Anaerobias facultativas Crecen mejor en presencia de O2, también en su ausencia. E. coli. 
Respiración aeróbica, fermentación o respiración anaeróbica.
Microaerófilas Requieren pequeñas cantidades de O2 (2 a 10%). Helicobacter pylori. 
Respiración aeróbica. 
Anaerobia aerotolerantes Son indiferentes al O2: S.pyogenes. Fermentación.
Neutro Crecen, se multiplican a pH cerca de lo neutral 7,0
Ácido Crecen, se multiplican a pH menor de 5,5
Alcalino Crecen, se multiplican a pH arriba de 8,5
• pH
Biosíntesis 
• Etapa donde los intermediarios precursores se
transforman en las subunidades básicas de las
macromoléculas (p. ej., Aminoácidos para formar
determinada proteína).
• Ensamblaje de las macromoléculas para formar las
estructuras celulares mediante reacciones catalizadas
por enzimas (p. ej., PBPs, proteínas de unión a las
penicilinas).
• Reacciones que utilizan energía ATP.
Curva de crecimiento 
Fases de la curva de desarrollo bacteriano en medio líquido.
Cultivo de Bacterias en el Laboratorio
	Diapositiva 1: Metabolismo bacteriano
	Diapositiva 2: Nutrición
	Diapositiva 3
	Diapositiva 4: Metabolismo Celular 
	Diapositiva 5
	Diapositiva 6: Reacciones catabólicas 
	Diapositiva 7: Generación de una fuerza motriz protónica 
	Diapositiva 8: Quimiósmosis
	Diapositiva 9: Algunos aceptores finales de las cadenas de transporte de electrones de las bacterias 
	Diapositiva 10: Derivados Tóxicos del Oxígeno. Enzimas que convierten los compuestos tóxicos a formas no tóxicas.
	Diapositiva 11
	Diapositiva 12: División celular por fisión binaria Replicación cromosómica 
	Diapositiva 13: Factores ambientales que influyen en el crecimiento de las bacterias
	Diapositiva 14
	Diapositiva 15: Curva de crecimiento 
	Diapositiva 16: Cultivo de Bacterias en el Laboratorio