Clase 4 Metabolismo bacteriano

Composición química de las bacterias. Fuentes de carbono y energía. Categorías nutricionales. Catabolismo y anabolismo. Reacciones de óxido-reducción, torre de electrones, transporte de electrones, fuerza proton motriz y síntesis de ATP. Diversidad catabólica.

Los procariotas constituyen una proporción muy importante de la biomasa

= La biomasa de los procariotas se estima en 5x1015 gramos de C

equivalente a la biomasa vegetal total

Además contienen 10 veces más N y P que toda la biomasa vegetal

Composicion química de una célula procariota

Síntesis de biomasa

Elementos requeridos para el crecimiento • Macronutrientes (C,N, P, H, O, S, K, Mg, Ca, Na, Fe) • Micronutrientes (Fe, Mn, Co, Cu, Cr, Mo, Ni, Se) • Factores de crecimiento (vitaminas, aminoácidos, purinas, pirimidinas)

Macronutrientes y sus formas en el ambiente

Micronutrientes y sus funciones a nivel celular

El objetivo es crecer

Anabolismo-Catabolismo Material celular: moléculas de alto PM, biomasa reducida

Recursos del hábitat (reducidos)

-Biosíntesis

-Oxidación de sustratos reducidos

-Creación de enlaces C-C

-Creación de enlaces de alta energía

ATP

ATP

Reacciones de óxido-reducción La utilización de la energía derivada de las reacciones químicas implica reacciones de óxido-reducción

Oxidación: pérdida de uno (o varios) electrones Reducción: ganancia de uno (o varios) electrones

Reacciones de óxido-reducción Son reacciones que se dan simultáneamente: uno pierde (el donador) y otro gana el electrón (el aceptor) Semi-reacción de oxidación

2e- + 2H+

H2

Semi-reacción de reducción

½ O2 + 2e-

Formación de agua

O2- + 2H+

H2O

Reacción neta

H2 + ½ O2

H2O

donador

O2-

aceptor

Reacciones de óxido-reducción Potenciales de reducción -La sustancias difieren en la tendencia a oxidarse o reducirse esta tendencia se conoce como potencial de reducción (E0‘) -Se calcula tomando como referencia el potencial del H2 2H+ + 2e-

H2

E0‘ = -0.421 V

-La misma sustancia puede actuar como donante o receptor de electrones dependiendo de cuál es el otro reactante

Reacciones de óxido-reducción Cómo sé cual cede y cual acepta los electrones en una reacción dada? La sustancia reducida (potencial más negativo) cede electrones a la sustancia oxidada (potencial más positivo) 2H+ + 2e½ O2 + 2e- + 2H+

H2

E0‘ = -0.421 V H2O E0‘ = +0.816 V

Torre electrones

Tendencia a donar eTendencia a recibir e-

Torre electrones

Tendencia a donar eTendencia a recibir e-

Torre electrones Glucosa + O2

Glucosa + NO3–

CO2 + H2O

CO2 + NO2– + H2O

Los donadores de electrones se denominan fuente de energía Pero la cantidad de energía liberada depende del par donador-receptor

Reacciones en el ambiente

Cómo utilizan las células la energía química de las reacciones de óxido-reducción?

Transporte de electrones en las células

-La transferencia de electrones entre el donador y el aceptor se hace a través de intermediarios que forman una cadena de transportadores de electrones

-2 tipos de intermediarios: unidos a membrana y difusibles

-a nivel celular en las óxido-reducciones además de electrones se transfieren átomos de hidrógeno

Transportadores difusibles

-Co-enzimas nicotínamida adenín dinucleótido (NAD+) y NAD-fosfato (NADP+) -NAD+ y NADP+ transportan átomos de H -transfieren 2 átomos de H al siguiente transportador -potencial de reducción -0.32 (buenos donantes)

Conservación de la energía generada en las reacciones de óxido -reducción

Compuestos de alta energía

Síntesis del ATP -Fosforilación a nivel del sustrato

-Fosforilación oxidativa

-Fotofosforilación (fotosíntesis)

Fosforilación a nivel del sustrato 1) 1,3 Di-fosfoglicerato + ADP 2) Fosfoenolpiruvato + ADP 2) Acetil-P + ADP

3-Fosfoglicerato + ATP piruvato + ATP acetato + ATP

Esto es lo que pasa cuando el metabolismo de obtención de energía es la fermentación

Fosforilación oxidativa síntesis de ATP asociada a: -una cadena de transportadores de electrones - generación de un gradiente de protones (fuerza protón motriz)

Esto es lo que pasa cuando el metabolismo de obtención de energía es la respiración (o la fotosíntesis)

Componentes de la cadena de transportadores

NAD Flavoproteínas Proteínas con hierro y azufre Quinonas Citocromos

Fuerza protón-motriz -durante el transporte los electrones quedan a un lado de la membrana y los protones al otro -se genera un gradiente (cara interna negativa y alcalina, cara externa positiva y ácida) -ese gradiente es una fuente potencial de energía

ATP sintetasa (ATPasa)

-Enzima unida a membrana -Cataliza la síntesis de ATP disipando el gradiente de protones -esto se denomina fosforilación oxidativa

Diversidad metabólica Modos de nutrición de los seres vivos Energía Química

Energía Lumínica

Carbono orgánico

Quimio-heterótrofos

Foto-heterótrofos

Carbono inorgánico

Quimio-autótrofos

Foto-autótrofos

Clasificación nutricional de los seres vivos Energía química

Energía lumínica

Oxidación de Oxidación de comp. orgánicos comp. inorgánicos

Carbono orgánico

CO2

Quimioorgano heterótrofo

Quimiolito-heterótrofo

Heterótrofo fotosintético

Quimiolito-autótrofo

Autótrofo fotosintético

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