Tema 8. (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad Complutense de Madrid (UCM)
Grado Farmacia - 3º curso
Asignatura Microbiologia I
Año del apunte 2016
Páginas 5
Fecha de subida 20/06/2017
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Profesor Víctor, María Molina

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    Tema  8:  Nutrición  y  metabolismo  microbianos     Requerimientos  nutricionales   -­‐  Macronutrientes:  C,  H,  O,  N,  P,  S,  K,  Mg,  Ca,  Na.  Se  requieren  en  mayor  cantidad.     -­‐  Micronutrientes:  Fe,  Se,  Mo,  Zn.  Elementos  traza.   -­‐  Factores  de  crecimiento:  aminoácidos,  vitaminas,  bases  nitrogenadas.  Algunos  microrganismos  requieren   tener  ya  formadas  estas  moléculas  porque  no  pueden  sintetizarlas.  Son  los  organismos  auxótropos,  los  que   necesitan  moléculas  que  no  pueden  sintetizar.     Cuando  queremos  cultivar  un  microorganismo  hay  que  aportarle  estos  elementos.   Los  humanos  somos  auxótrofos  de  aminoácidos,  hay  que  incorporarlos  en  la  dieta.     Explica  por  qué  algunos  microorganismos  no  pueden  vivir  en  algunos  medios.     Por  ejemplo,  las  bacterias  lácticas  solo  pueden  vivir  en  la  leche,  que  tiene  las  vitaminas  necesarias  para  ellas.   Haemophilus  es  necesario  cultivarlo  en  agar  chocolate,  que  tiene  grupo  hemo.     Mycoplasma  requiere  colesterol,  debe  crecer  en  medios  con  suero  de  animales.  No  tiene  pared  celular,  su   membrana  requiere  esteroles.     Hay  parásitos  intracelulares  obligados,  como  Rickettsia  y  Chlamydia  (cultivos  celulares).   Pseudomonas,  por  el  contrario,  es  capaz  de  crecer  en  cualquier  sitio,  tiene  versatilidad  nutricional.       Los  microorganismos  a  veces  tienen  sideróforos  para  la  captación  de  hierro  (respiración).  Ocurre  en  las   bacterias  Pseudomonas,  E.  coli,  Bordetella;  y  en  los  hongos  Candida,  Aspergillus.  Tiene  importancia  en  la   patogenicidad.     Metabolismo  celular   La  célula  debe  obtener  energía  y  nutrientes   para  realizar  las  reacciones  metabólicas.   El  metabolismo  celular  es  todo  el  conjunto   de  reacciones  bioquímicas  que  tienen  lugar   en  la  célula.     Las  rutas  catabólicas  son  de  degradación  de   compuestos  y  las  anabólicas  la  de  síntesis  de   compuestos.     La  energía  también  se  usa  para  mover  el   flagelo,  transporte  de  nutrientes  a  través  de   la  membrana  plasmática,  etc.   Las  células  necesitan  una  fuente  de  energía,   que  puede  ser  la  luz  o  compuestos  químicos.   El  compuesto  químico  es  catabolizado  por   reacciones  de  oxidación  para  obtener   energía.  Las  fuentes  de  nutrientes  (C,  N,  O,  H,   P,  S)  pueden  ser  orgánicas  o  inorgánicas.     Cuando  se  genera  energía  por  reacciones   químicas,  esta  se  almacena  en  forma  de  ATP   o  en  forma  de  poder  reductor  (NADH,NADPH,   FADH2).     La  reacción  de  óxido-­‐reducción  implica  una   transferencia  de  electrones.     A  (e-­‐)  +  B  à  A  oxidada  +  B  reducida   A  pierde  electrones  y  B  gana  electrones   A  veces  se  transfieren  protones  junto  con  los   electrones,  dando  moléculas  hidrogenadas.   Forman  el  poder  reductor.         1       Si  la  fuente  de  energía  es  la  luz,  el  proceso  de  obtención  de  energía  es  fototrofía,  son  microorganismos   fotótrofos.  A  partir  de  la  energía  se  forma  ATP.     Si  la  fuente  de  energía  son  los  compuestos  químicos,  hay  una  quimiotrofía,  son  microorganismos   quimiotrofos.  Si  el  compuesto  químico  es  orgánico,  son  quimioorganótrofos.  Si  el  compuesto  es  inorgánico,   son  quimiolitótrofos.  Las  reacciones  de  oxidación  de  estos  compuestos  dan  ATP.       Tipo  nutricional   Fuente  de  energía   Fuente  de  carbono   Ejemplos   Fotoautótrofos   Luz   CO2   Cianobacterias,  bacterias   verdes  y  rojas  (púrpuras)   sulfurosas  o  del  azufre   Fotoheterotrofos   Luz   Compuestos  orgánicos   Bacterias  verdes  y  rojas   (púrpuras)  no  sulfurosas   Quimioautotrofos   Compuestos  inorgánicos   CO2   Algunas  bacterias  (del   Quimiolitotrofos   (Fe+2,  S,  SH2,NH3,  NO2-­‐,   hidrógeno,  nitrificantes,   H2)   del  hierro)  y  muchas   arqueas   Quimioheterotrofos   Compuestos  orgánicos   Compuestos  orgánicos   Mayoría  de  bacterias,   Quimioorganotrofos   Ej:  glucosa   algunas  arqueas,  hongos     El  CO2  no  se  puede  oxidar,  por  lo  que  no  es  una  fuente  de  energía,  sino  de  C.       Procesos  de  obtención  de  energía  de  quimiotrofos:   -­‐  Fermentación  (quimiorganotrofos).  Solo  hay  fermentación  sobre  compuestos  orgánicos.   -­‐  Respiración  (quimiolitotrofos  y  quimiorganotrofos).     Fermentación    Proceso  de  generación  de  energía  en  el  que  un  compuesto  orgánico  se  oxida  parcialmente.   -­‐  No  existe  aceptor  externo  de  electrones  (ausencia  de  oxígeno  u  otro  compuesto  inorgánico  en  alto  estado   de  oxidación).  Aceptor  endógeno  (intermedio  metabólico).  Reoxidación  del  NADH  a  NAD.  Ocurre  en   situación  anaeróbica  (ausencia  de  O2).     -­‐  ATP  por  fosforilación  a  nivel  de  sustrato  (ATP  se  genera  en  las  reacciones  catabólicas).   -­‐  Balance  energético  =  2  ATP/molécula  de  glucosa.     2       Fermentación  alcohólica:  Glucosa  (C6H12O6)  +  2ADP  +  1Pi  à  2  etanol  (C2H6O)  +  2  CO2  +  2ATP   Fermentación  láctica:  Glucosa  (C6H12O6)  +  2ADP  +  2Pi  à  2  ácido  láctico  (C3H6O3)  +  2ATP                     Tipos  de  fermentaciones  microbianas   Organismo   Streptococcus,   Saccharomyces,   Propioni   Clostridium   Escherichia,   Lactococcus,   Zymomonas   bacterium   Salmonella,   Lactobacillus,   Shigella   Bifidobacterium   Productos   Ácido  láctico   Etanol  y  CO2   Ácido   Ácido   Etanol,  ácido   finales  de  la       propiónico,   butírico,   láctico,   fermentación   Láctica   Alcohólica   acético,   butanol,   succínico,   CO2  y  H2   acetona,   acético,  CO2   isopropanol   y  H2.   y  CO2   Ácido  mixta   Uso   comercial   Derivados   lácteos  y   embutidos   Cerveza,  vino,   licores    Bioetanol   (combustible)   Queso     Enterobacter,   Klebsiella,   Serratia   Etanol,  ácido   láctico,   fórmico,   butanodiol,   CO2  y  H2.   Butano   diólica   Acetona  (uso   Identificación   Identificación   farmacéutico   (pruebas  de   (pruebas  de   e  industrial)   laboratorio)   laboratorio)     Respiración   Proceso  de  generación  de  energía  en  el  que  un  compuesto  químico  (orgánico  o  inorgánico)  se  oxida   totalmente  y  otro  compuesto  químico  (orgánico  o  inorgánico),  que  actúa  como  aceptor  final  exógeno  de   electrones,  se  reduce.   -­‐  Existe  aceptor  externo  de  electrones.   -­‐  ATP  por:  fosforilación  a  nivel  de  sustrato  y  fosforilación  oxidativa  (cadena  respiratoria  las  moléculas  de   poder  reductor  entran  en  la  cadena  para  dar  ATP).   -­‐  Balance  energético:  hasta  38  ATPs/glucosa.   Puede  ser  respiración:   -­‐  Aeróbica:  O2.  El  oxígeno  se  va  a  reducir  a  agua.   -­‐  Anaeróbica:  reductoras  de  NO3-­‐,  SO4-­‐2,  CO3-­‐2,  fumarato.  Son  las  moléculas  que  aceptan  los  electrones.     Hay  microrganismos  capaces  de  realizar  los  3  procesos,  según  sus  características  metabólicas  y  las   condiciones  externas  del  medio.       Fosforilación  oxidativa  (quimio-­‐ósmosis)   A  través  de  una  cadena  respiratoria  de  transporte  de  electrones.  En  los  microorganismos  ocurre  en  la   membrana  plasmática,  porque  no  tienen  mitocondrias.  A  lo  largo  de  la  cadena  hay  puntos  en  los  que  los   protones  salen  fuera  de  la  membrana  y  solo  se  transfieren  electrones.  Se  forma  un  gradiente  de  protones;  se   crea  una  fuerza  motriz  de  protones.  Los  protones  entran  de  nuevo  a  la  célula,  para  compensar  la  diferencia  de   potencial  a  través  de  una  proteína.  Libera  energía  porque  equilibra  la  diferencia  de  potencial  de  la  membrana,   lo  que  hace  que  se  produzca  ATP,  gracias  a  la  ATP  sintasa.     Por  cada  molécula  de  NADH  se  producen  3  ATPs,  y  por  cada  FADH2,  2ATPs.       3       Mecanismo  de   producción  de   energía   Respiración   aeróbica   Respiración   anaeróbica   Condiciones   de   crecimiento   Aeróbicas   Fermentación     Anaeróbicas   Anaeróbicas     Aceptor  final  de  electrones     Tipo  de  fosforilación   Número  de  ATPs   para  formar  ATP   producidos  por   molécula  de  glucosa   Oxígeno  libre   Acoplada  a  sustrato   38  (máximo)   y  oxidativa   Generalmente  inorgánico   Acoplada  a  sustrato   Variable   (nitratos,  sulfatos,  carbonatos)   y  oxidativa   y  orgánico  (fumarato)   No  hay  aceptor  externo   Acoplada  a  sustrato   2     Los  pares  redox  son  los  compuestos  del  que  se  parte  y  el  que  se  obtiene.  Los   que  tienen  un  potencial  electropositivo  son  aceptores  fuertes.  Los   donadores  de  electrones  fuertes  tienen  un  potencial  electronegativo.   Dependiendo  de  la  distancia  en  la  escala  redox,  la  energía  libre  liberada  es   mayor  o  menor.       Los  quimiolitotrofos  no  hacen  la  fermentación,  el  donador  de  electrones  es   un  compuesto  inorgánico.  Tienen  respiración  aeróbica  y  anaeróbica.  Los   productos  de  la  oxidación  son:  H2O,  SO4,  Fe+3,  NO3-­‐.     La  fuente  de  carbono  la  obtienen  los  quimioorganotrofos  por  biosíntesis  a   partir  de  compuestos  orgánicos  (heterotrofía).     Los  quimiolitotrofos  obtienen  el  C  por  biosíntesis  a  partir  del  CO2.     Una  gran  parte  de  la  energía  que  obtienen  de  los  compuestos  inorgánicos  la   usan  para   formar  las   estructuras  de   C.  Pero  además  necesitan  un  aporte  de  poder   reductor.     Los  quimiolitotrofos  tendrán  cadena  respiratoria.   El  NADH  lo  tienen  que  formar  en  la  cadena   respiratoria.  Por  lo  tanto,  usan  la  cadena   respiratoria  en  ambos  sentidos,  para  oxidar  y   obtener  NADH.               4       Autotrofía:  fijación  del  CO2   Ciclo  de  Calvin,  ciclo  del  ácido  cítrico  inverso,  ruta  del  hidroxipiruvato.   El  ciclo  de  Calvin  lo  realizan  las  cianobacterias,  bacterias  rojas  y  la   mayoría  de  quimiolitotrofas.     6CO2  +  12NADPH  +  18ATP  à  C6H12O6  +  12NADP  +  18ADP  +  17Pi   Se  fija  una  molécula  de  CO2  a  la  ribulosa-­‐1,5-­‐difosfato.  Se  rompe  y  da   fructosa-­‐6-­‐fosfato.     Se  requiere  mucha  energía  y  poder  reductor  para  formar  una   molécula  de  glucosa.     En  los  carboxisomas  se  produce  la  fijación  de  CO2.       Fotosíntesis   Debe  haber  moléculas  capaces  de  captar  fotones  cuando  la  luz  incide  sobre  ellas.  Son  las  clorofilas,   bacterioclorofilas,  etc.  Se  excitan  y  emiten  electrones  a  una  cadena  transportadora  de  electrones.   Los  electrones  forman  ATP  y  poder  reductor  (NADPH).     La  fuente  de  H+  es  el  H2O,  es  el  donador  externo  de  electrones.  Los  electrones  de  la  molécula  de  agua  que  se   rompe  por  fotolisis  reemplazan  a  los  electrones  perdidos  por  la  clorofila.     En  la  fotosíntesis  oxigénica  usa  la  clorofila  y  se  produce  O2.   En  la  fotosíntesis  anoxigénica  se  usan  las  bacterioclorofilas.  Se  da  en  bacterias  rojas  y  verdes.  No  se  genera   oxígeno,  usan  H2  o  SH2.     En  ambos  casos,  la  luz  provoca  que  se  forme  ATP.  Para  formar  las  moléculas  orgánicas  (son  autótrofos),  el  CO2   se  tiene  que  fijar  y  usa  ATP  y  poder  reductor.  El  poder  reductor  se  obtiene  a  partir  de  agua,  H2  o  SH2.  Sus   protones  y  electrones  se  usan  para  formarlo.     Los  clorosomas  es  donde  se  produce  la  fotosíntesis  en  las  bacterias.       La  sintrofía  (simbiosis  metabólica  trófica)  se  refiere  a  la  colaboración  de  varias  especies  microbianas  para   realizar  una  reacción  química  que,  de  otra  forma,  sería  desfavorable  energéticamente.  Esto  permite  la   degradación  de  sustancias  que  ninguno  de  ellos  podría  utilizar  por  separado.     Se  produce  por  ejemplo  entre  una  bacteria  que  forma  H  y  otra  que  lo  necesita  para  consumirlo.     Bacterias  que,  como  Syntrophomonas,  transforman  etanol  en  ácido  acético  y  H2  a  través  de  una  reacción  que   requiere  bajas  concentraciones  de  H2.   Para  que  esta  reacción  sea  favorable  energéticamente,  es  necesaria  la  intervención  de  arqueas   metanogénicas,  que  consumen  el  H2  para  formar  metano  a  partir  de  CO2.       5   ...

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