Temes 14-18: Diversitat metabòlica 1 (MB) (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Microbiología - 1º curso
Asignatura Microbiologia
Año del apunte 2016
Páginas 5
Fecha de subida 22/04/2016
Descargas 56
Subido por

Vista previa del texto

DIVERSITAT  METABÒLICA  (T.  14-­18)  I   1.  Metabolisme   El   metabolisme   és   el   conjunt   de   reaccions   químiques   que   tenen   per   finalitat   l’obtenció   d’energia   i   matèria.   Quan   una   cèl·lula   està   creixent   ha   d’utilitzar   els   elements  del  entorn  per  a  sintetitzar  totes  aquelles  estructures  necessàries.  Un   esser  viu  necessita  per  créixer  i  sintetitzar  cèl·lula,  biomassa:   -­Energia  (química  o  lumínica).   -­Poder  reductor   -­Macronutrients:  elements  químics  majoritaris  (O,  N,  C,  S,H)  sobretot  carboni.   -­Micronutrients:  un  nombre  gran  d’altres  elements  nutricionals  en  concentracions   menys  elevades  (EX:  molibdè,  Fe,  Na,  Ca...).   -­Elements   traça:   tipus   de   compostos   que   normalment   poden   sintetitzar   únicament   els   eucariotes.   Els   necessiten   en   concentracions   molt   baixes.   (EX:   vitamines).     Energia  llumínica + Energia  (ATP)   +  NAD(P)H Energia  química (Macronutrients, micronutrients,   elements  traça) 12-­‐13 Metabòlits   precursors Monómers (ac. grassos,   sucres,  aa  i   nucleòtids) Macromolècules   (DNA, RNA,   proteines,   glicogen,   lipopolisacàrids,   lípids) Estructures   celulars (inclusions,   flagels,  citosol,   ribosomes,   nucleoide, paret,   membrana...)   2.  Grups  nutricionals   Quan  parlem  de  diversitat  metabòlica  en  microbiologia  ens  referim  principalment   en   el   catabolisme   (com   poden   les   cèl·lules   microbianes   obtenir   energia   i   el   carboni  i  transformar-­ho  en  energia  ATP  i  metabòlits  precursors).  Ja  que  a  partir   del   catabolisme   (Anabolisme:   biosíntesi,   polimerització,   assemblatge...)   hi   ha   poca  variació  en  els  microorganismes  en  quant  a  processos  i  substàncies.       Els  microorganismes  estan  en  tots  els  grups  nutricionals  possibles.  En  funció  del   que  troben  al  medi  els  microorganismes,  es  diferencien  en:     -­Font  energia   -­Compost  químic  (Quimiotròfia)   -­Llum  (Fototròfia)     -­Donador  d’electrons   -­Compostos  orgànics  (Organotròfia)   -­Compostos  inorgànics  (Litotròfia)     -­Font  de  carboni     -­Orgànica  (Heterotròfia)   -­Inorgànica  (Autotròfia)                   Fotolitoautotròfia   Font   energia   Llum   Donador   electrons   Inorgànic   Font   carboni   CO2   Fotoorganoheterotròfia   Llum   Orgànic   Orgànic   Fotolitoheterotròfia   Quimiolitoautotròfia   Llum   Inorgànic   Química   Inorgànic   Orgànic   CO2   Quimiooorganoheterotròfia   Química   Orgànic   Orgànic   Quimiolitoheterotròfia   Orgànic   Química   Inorgànic   Procés  obtenció   Exemples   energia   Fotofosforilació   Plantes,   algues   Fotofosforilació   Bacteris   vermells   Fotofosforilació     Respiració   Bacteris   de   (fosforilació   l’hidrogen   i   oxidativa)   aquees   metanoics.   Respiració   Protozous,   (fosforilació   fongs,   oxidativa)   animals   Fermentació   (fosforilació   a   nivell  de  substrat)   Respiració   Bacteris   del   (fosforilació   sofre   i   del   oxidativa)   ferro.     *Només   s’obté   fosforilació   a   nivell   de   substrat   quan   el   donador   d’electrons   és   orgànic.       Quan  estiguem  parlant  de  fosforilació  oxidativa,  amb  independència  del  procés   sempre  trobarem:   -­Cadena  transport  electrons  (donarà  lloc  a  translocació  de  protons  per  a  que  el   complex  ATPasa  funcioni).     -­Acceptor  extern  d’electrons  que  no  forma  part  de  la  cèl·lula.     -­ATP  sintasa  productora  de  energia.     En   independència   de   la   via   de   fermentació   (fosforilació   a   nivell   de   substrat)   sempre  trobarem:   -­Compostos  rics  d’energia  que  tenen  enllaços  amb  fosfats  rics  amb  energia  que   es  transfereix  a  ADP  per  a  formar  ATP.       2.1  Autotròfia  (Font  carboni  à  CO2)   És  el  procés  mitjançant  el  qual  el  CO2  s’assimila  com  a  font  de  carboni,  és  a  dir,   el  pas  de    CO2  a  biomassa  cel·lular  (fixació  de  CO2).  Per  tal  que  això  passi  cal   que   el   carboni   es   redueixi   i   per   tant   es   requereix   poder   reductor   i   energia   en   forma  de  ATP.  Es  coneixen  varies  vies:     2.1.1  El  cicle  de  Calvin   És  una  ruta  cíclica  que  es  produeix  en  organismes  fotosintètics  (plantes,  algues,   cianobacteris)  i  la  majoria  de  bacteris  quimiolitòtrofs,  però  no  és  la  única  via  de   fixació   de   CO2   d’aquests.   L’enzim   principal   és   la   rubisco   (ribulosa-­difosfat-­ carboxilasa)  que  es  capaç  de  fixar  6  CO2,  i  de  la  reducció  dels  carbonis  s’obté  la   formació   d’una   fructosa   6-­fosfat   (6C)   que   servirà   per   a   la   síntesi   de   qualsevol   cosa.  Durant  el  procés  es  necessita  poder  reductor  (12  NADPH)  i  energia  (18   ATP).     Molts   bacteris   emmagatzemen   la   rubisco   en   inclusions   del   citoplasma   anomenades:   carboxisomes.   És   un   mecanisme   que   permet   augmentar   la   quantitat  de  rubisco  a  la  cèl·lula  per  fixar  més  ràpidament  el  CO2.       2.1.2  El  cicle  invers  de  l’àcid  cítric   És  una  ruta  cíclica,  on  es  fixa  el  CO2  mitjançant  la  inversió  de  les  etapes  del  cicle   de  l’àcid  cítric  o  cicle  de  Krebs.  En  el  procés  intervé  l’enzim  ferredoxina  reduïda   que  produeix  dues  reaccions  de  carboxilació.  Començant  per  l’oxalacetat,  cada   volta  del  cicle  suposa  la  incorporació  de  tres  molècules  de  CO2  i  la  producció  de   piruvat.  Les  molècules  es  van  reduint  durant  el  cicle  i  finalment  s’obté  citrat  (6   carbonis),  aquest  gràcies  a  un  enzim  important:  la  citrat  liasa  (dependent  d’ATP)   es   regenera   l’oxalacetat   (4   carbonis)   i   s’obté   Acetil-­CoA   (2   carbonis)   per   a   la   biosíntesi.  A  partir  del  Acetil-­CoA  es  pot  fer  la  gluconeogènesi  i  així  sintetitzar   macromolècules  per  a  material  cel·lular.  En  el  cicle  es  necessita  energia  (5  ATP)   i  poder  reductor  (12  H  que  poden  provenir  de  NADH  o  FADH).       Aquest  procés  ho  fa  uns  bacteris  fotòtrofs:  els  bacteris  verds  del  sofre  i  uns  altres   no  fotòtrofs  que  poden  ser  bacteris  (no  del  sofre)  o  arquees.         2.1.3  Via  de  l’hidroxipropionat   És  una  ruta  cíclica  que  s’anomena  així  perquè  el  hidroxipropinat,  un  compost  de   3  carbonis,  és  un  intermediari  clau.     El  Acetil-­CoA  es  carboxila  dues  vegades  per  a  produir  metilmalonil-­CoA.  Aquest   intermediari  es  reordena  per  a  produir  una  nova  molècula  d’Acetil-­CoA  (2C)  i  una   molècula   de   glioxilat   (2C)   relativament   reduïda,   que   es   converteix   en   material   cel·lular   utilitzant   com   a   intermediari   un   aminoàcid.   La   font   de   poder   reductor   d’aquesta  via  és  el  NADPH  (6  molècules)  i  es  consumeixen  3  ATP  i  2  CO2.       Aquesta  via  la  fan  un  grup  de  bacteris  fotòtrofs  verds  (de  la  branca  més  primitiva   dels  bacteris)  com  Chloroflexus,  i  un  seguit  de  procariotes  autòtrofs  no  fotòtrofs   (arquees   o   bacteris).   Es   pensa   que   aquesta   podria   ser   el   primer   intent   de   la   naturalesa  d’autotròfia  i  fixació  del  CO2.       2.1.4  Via  de  l’acetil  CoA   No  és  una  via  cíclica  ni  de  regeneració,  sinó  que  es  redueix  el  CO2  a  acetat  per   a   obtenir   carboni   orgànic   per   a   la   cèl·lula   mitjançant   dues   vies   lineals   (dues   maneres  de  reduir  el  carboni  del  CO2):     -­Una  molècula  de  CO2  es  redueix  al  grup  metil  de  l’acetat:  l’hidrogen  dóna  els   electrons  per  a  la  reducció  del  CO2  a  metà,  fins  acabar  obtenint  un  metil  B12  que   porta  el  carboni  del  CO2.  Intervé  el  coenzim  tetrahidrofolat.       -­L’altra  molècula  de  CO2  es  redueix  al  grup  carbonil:  un  altre  hidrogen  dóna  els   electrons  per  a  la  reducció  del  CO2  fins  a  carbonil.  L’enzim  clau  d’aquesta  via  és   la  (CO)-­deshidrogenasa,  un  enzim  complex  que  té  els  metalls  Ni,  Zn  i  Fe  com  a   cofactors.       Després  les  dues  unitats  de  carbonis  reduïts  s’encoblen  per  a  formar  l’acetil-­CoA.       Realitzen  aquesta  via  diversos  bacteris  (com  els  bacteris  reductors  de  sulfat  o   bacteris   que   secreten   acetat   al   medi   per   una   via   respiratòria),   arquees   (metanògenes)  i  microorganismes  acetogènics  (que  utilitzen  el  acetil-­CoA).                                                               [acasals]  Més  apunts  a:  https://unybook.com/perfil/acasals     ...