El documento presenta un resumen de un proyecto sobre conceptos metabólicos en fisiología microbiana. Explica las rutas asimilativas y desasimilativas de compuestos de nitrógeno, fósforo, azufre y hierro en microorganismos. También describe los mecanismos de oxidasas e hidrogenasas y el crecimiento microbiano en presencia de arsénico. El objetivo es ayudar a la audiencia a comprender estos importantes conceptos.

1. Universidad de Puerto Rico
Recinto de Mayagüez
Facultad de Artes y Ciencias
Departamento de Biología
Conceptos Metabólicos en Fisiología Microbiana
Equipo 5
Gabriela del Río Hileiro
Haydee J. Quiñones Garayua
Jean C. Rodríguez Ramos
Oniel Mas Arroyo
Wanda M. Ortiz Báez
Yolimar C. Romero Estremera
Zamara I. Hernández Márquez
Fisiología Microbiana
Dr. Carlos Ríos Velázquez

2. Objetivos
• Ayudar a la audiencia a entender los conceptos de rutas
asimilativas y desasimilativas de varios compuestos presentes en la
célula.
• Explicar los mecanismos que llevan a cabo las oxidasas e
hidrogenasas.
• Proveer información sobre el crecimiento microbiano expuesto a
arsénico.
• Fomentar el interés de la audiencia en los temas a discutirse
previamente.

3. Índice
• Rutas asimilativas y desasimilativas:
- compuestos de N
- compuestos de P
- compuestos de S
- compuestos de Fe
• Mecanismos
- Oxidasas
- Deshidrogenasas
• Crecimiento en arsénico
• Resumen
• Juramento
• Preguntas

4. Rutas asimilativas vs. disimilativas
• Asimilación
– Biosíntesis de compuestos orgánicos celulares a partir
de compuestos inorgánicos presentes en el ambiente
– Utilización de ATP
• Disimilación
– Catálisis de compuestos orgánicos a sustancias
simples.
– Liberación de ATP
– El producto final es excretado al ambiente externo de
la célula

5. Nitrógeno
• 78% de la atmósfera (N2)-
muchos organismos no lo
pueden usar.
• Ciclo de elemento más
complejo
• Ruta Asimilativa:
o NO3
- NH3
+ N orgánico
• Ruta Desasimilativa:
o NO3
- NO2
- N2 o N2O
• Es un gas.
• Elemento versátil:
o Existe orgánica e
inorgánicamente.
o Tiene diferentes estados
de oxidación. (NO, NH3,
NO3, N2, etc)
• Requisito de vida para
todos los organismos.
o Constituyente de ácidos
nucleicos (DNA; RNA) y
amino ácidos (proteínas)

6. Ciclo de Nitrógeno
• Fijación de N:
– N2 NH3
• Absorción de N:
– NH4 N orgánico
• Mineralización de N:
– N orgánico NH4
• Nitrificación:
– NH4 NO3
- o NO2
-
• Desnitrificación:
– NO3
- N2 o N2O

7. http://www.biosa.com/box/soilbacteria.pdf

8. Ruta Asimilativa
• Es un proceso reductivo donde NO3
- es reducido a
NH3
+ , que luego es incorporado a componentes
celulares que lo necesiten.
• La reducción es llevada a cabo por reductasas
asimilatorias de nitrato o nitrito, que son proteínas
reprimidas por NH3
+ o cualquier fuente de N.
• NH3
+ se asimila a un R-NH2 mediante glutamato
dehidrogenasa (GDH) o GS/GOGAT
• NO3
- se asimila en crecimiento aeróbico y anaeróbico.
• En plantas, hongos y procariotas.

9. • NO3
- se reduce a NO2
- mediante nitrato
reductasas asimilatorias (1) y un donante de
electrón.
• NO2
- se reduce a NH3
+ mediante nitrito
reductasa asimilatoria (2)
• NH3
+ incorpora glutamina mediante
sintetasa de glutamina (GS). Glutamina sirve
como donador de grupo amino.

10. Ruta Disimilativa
• NO3
- a: N2 y N2O , o NH4
+
• Sólo en procariotas.
• Se utiliza NO3
- como aceptador final de electrones en
respiración anaeróbica.
• Usualmente ocurre en anaerobios facultativos cuando
el oxígeno está en bajas concentraciones, como
sustitución de respiración aeróbica.
• Depende de la aireación, humedad, pH, temperatura,
materia orgánica, C y NO3
-
• NO3
- a NO2
- de mediante reducción con nitrato
reductasa.
• Nitrato reductasa- proteínas unidas a la membrana
reprimidas en prescencia de O2

11. Desnitrificación
• Proceso anaeróbico hecho por bacterias
desnitrificantes.
• NO3
- NO2
- NO N2O N2
• Ejemplo de Paracoccus denitrificans

12. http://www.advancedaquarist.com/2011/4/chemistry

13. http://www.slideserve.com/presentation/11970/Potencial-de-la-Membrana--Rutas-Asimilativa-y-Disimilativa

14. Fósforo
• Microorganismos poseen rol importante en
ciclo de fósforo
• Fosfato se encuentra de manera insoluble en
la naturaleza
• Fundamental para la producción de ATP,
ácidos nucléicos, lípidos y muchos procesos
celulares.
• Bacterias solubilizadoras de fosfato se
encargan de hacer el fosfato inorgánico
disponible

15. Fosfato

16. Ruta asimilativa
• Microorganismos descomponen materia
orgánica en el suelo
• Incorporan fosfato a sus constituyentes
celulares
• Fosfato orgánico
• Utilización de ATP para incorporar fosfato a la
célula, mediado por quinasas
• Organismo retiene el fosfato hasta apoptosis

17. Ruta asimilativa

18. Ruta disimilativa
• Bacterias solubilizadoras de fosfato hidrolizan
fósforo orgánico e inorgánico.
• Mediado por enzima fosfatasa
• Genera grupos libres de fosfato y no los
incorpora.
• Otro mecanismo es mediante la liberación de
ácidos orgánicos, para disminuír pH
solubilizar fosfato.
• Organismo libera el fosfato al exterior.

19. Ruta disimilativa

20. Ciclo de fósforo

21. Azufre
• No Metal
• Metal abundante en depósitos volcánicos
• Azufre Alfa es el azufre rómbico obtenido al una temperatura de
95.5 Grados C y se caracteriza por su color Amarillo intense
• Azufre Beta – es la modificación estable del elemento por encima
de la temperatura de transición y por debajo del punto de fusión.
Azufre Gamma- e produce cuando el azufre fundido en el punto de
ebullición normal o cerca de él es enfriado al estado sólido. Esta
forma es amorfa y es sólo parcialmente soluble en disulfuro de
carbono.
• Azufre se puede encontrar en la naturaleza enlazado a muchos
elementos como hidrogeno, fosforo, Oxigeno, cloro , entre otros.
• fuente primaria de azufre para la biosfera se encuentra en los
océanos en forma de sulfato inorgánico.
http://www.google.c
om.pr/search?q=azu
fre&hl=es-
419&tbm=isch&tbo=
u&source=univ&sa=
X&ei=LaB9UaajCIu-
9gSL74H4BQ&sqi=2
&ved=0CD8QsAQ&bi
w=1366&bih=667#i
mgrc=R56NmcpGLfQ
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minerales.com%252
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pic.php%253Fp%253
D59875%3B750%3B6
67

22. http://leanbr
io.blogspot.c
om/2011/11/
ciclos-
naturales.ht
ml

23. Sulfato
• El H2S liberado a la atmósfera es oxidado espontáneamente a SO2 por
oxígeno atómico, oxígeno molecular o por ozono. El SO2 puede a su
vez disolverse en agua para formar ácido sulfuroso (H2SO3) o bien
puede continuar su oxidación hasta trióxido de azufre (SO3). Esta
última ruta envuelve varias reacciones en serie, de lenta progresión.
• Una vez se disuelve en agua, el trióxido de azufre se convierte en ácido
sulfúrico. Una porción del ácido sulfúrico y del ácido sulfuroso
producidos por transformaciones abióticas es neutralizado por
pequeñas cantidades de amoniaco que existen en la atmósfera. No
obstante, una porción substancial de ambos ácidos regresa a la
superficie terrestre en forma de lluvia ácida
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commo
ns/5/50/Sulfate-ion-2D-dimensions.png

24. Asimilación
El proceso tiene lugar con aporte de electrones y la transferencia de grupos fosfato , se produce la incorporación
a través de un transportador intermediario (glutatión y fitoquelatinas)mediante reducción. La formación de sulfato
a sulfuro se hace con electrones procedente de la ferredoxina y así obtenemos cisteina y metionina.

25. Sulfuro
• En algunas zonas costeras, donde se acumulan grandes cantidades de
materia orgánica, se produce una reducción intensa del sulfato a sulfuro
de hidrógeno
• En zonas anaerobias de cuerpos de agua dulce estratificados donde hay
buena penetración de la energía radiante pueden crecer bacterias
fotosintéticas. Estas utilizan H2S como donante de electrones produciendo
gránulos de azufre intracelurares o extracelulares.
http://enbiologger.blogspot.com/2012/
10/sulfuro-de-hidrogeno.html

26. • Pero……
• Riftia pachyptila este gusano posee una molécula de
hemoglobina con dos sitios de ligamiento que le permite
transportar O2 y H2S a través del torrente circulatorio
simultáneamente. Calyptogena magnifica, almeja, posee una
proteina especial para el transporte de H2S, mientras que el
cangrejo Bythograea thermydron logra detoxificar el H2S en
su hepatopancreas al oxidarlo a tiosulfato.
http://www.uprm.edu/biology/
profs/massol/manual/p3-
azufre.pdf

27. http://www.uprm.edu/biology/profs/massol/manual/p3-azufre.pdf

28. http://www.uprm.edu/biology/profs/massol/manual/p3-azufre.pdf

29. La reducción del sulfato a sulfuro de
hidrógeno requiere de la activación
del sulfato a expensas de ATP. La
sulfurilasa de ATP (sulfato
adenililtransferasa, cataliza la adición
del ión sulfato a un grupo fosfato del
ATP, formándose el fosfosulfato de
adenosina (APS) y liberándose una
molécula de pirofosfato (PPi). En
procariotas, la activación del sulfato
conlleva una segunda fosforilación a
expensas de ATP, formándose la
molécula de fosfoadenosina-5´
fosfosulfato (PAPS). Esta última es
reducida a sulfito (SO3=) a expensas
del coenzimo NADPH. El sulfito es
reducido
posteriormente a sulfuro de
hidrógeno (H2S), nuevamente, a
expensas del coenzimo reducido
NADPH.
http://www.uprm.edu/biology/profs/massol/manual/p3-azufre.pdf

30. La reducción disimilativa de SO4= requiere,
al igual que la reducción asimilativa, de la
activación del sulfato a expensas de ATP. No
obstante, dicha activación se produce en
una sóla etapa, generándose la molécula
adenosina-5´-fosfosulfato (APS). Dicha
molécula es reducida a sulfito (SO3=) a
expensas de de hidrógeno molecular (H2).
La reducción de APS a sulfito y la reducción
de este último a sulfuro de hidrógeno (H2S)
es catalizada por la enzima reductasa de
APS. Dicha reducción ocurre a través de una
cadena de transporte de electrones que
emplea una o más quinonas, porteadores
de electrones con un potencial de redox
relativamente bajo, tales como ferrodoxina,
flavodoxina y citocromos muy particulares
como el citocromo c3 y un citocromo tipo
b.
http://www.uprm.edu/biology/profs/massol/manual/p3-azufre.pdf

31. Hierro
• Los procesos naturales de disolución y
extracción de elementos recuperables a partir
de minerales o sólidos y que son influidos por
la acción de microorganismos son conocidos
como biolixiviación. En el crecimiento en
Hierro veremos que hay tres formas de oxidar
este elemento, en el cual siempre está
presente algún microorganismo por lo tanto
hace que nuestro proceso sea de
biolixiviación.

32. Hierro
• En el primer caso podremos encontrar el
hierro en un ambiente que contiene un pH
bajo, por lo tanto contiene altos niveles de
ácido. Aquí se puede encontrar la bacteria
Thiobacillus ferrooxidans ya que tiene un pH
optimo de 2.0 a 2.5 que es favorable para la
oxidación de hierro ferroso. La mayoría de los
compuestos ferrosos son solubles y esto se
favorece bajo condiciones acídicas.

33. Hierro
• El segundo caso es cuando
tenemos hierro ferroso (Fe2+) en un pH que es neutro y
se encuentra en las zonas de transición entre oxigénica
y anoxigénica. Uno de los microorganismos que están
presente en este ambiente para oxidar el hierro es
Gallionella ferruginea. Bajo condiciones aerobias y pH
moderado, el hierro ferroso se oxida formando férrico
que posteriormente pasa a hidróxido férrico el cual es
insoluble. Los compuestos férricos (Fe 3+) son
insolubles y su solubilidad se favorece mayormente en
donde haya oxigeno.

34. Hierro
• En el tercer caso se utiliza el hierro ferroso para
producir NADH para la fijación del dióxido de carbono.
Este se obtiene gracias a las bacterias con fotosíntesis
anaerobias, como por ejemplo Chlorobium. La
reducción aerobia del hierro no es muy efectiva porque
es un paso muy pobre energéticamente. Por lo cual
este necesita la oxidación de grandiosas sumas de
hierro para impulsar la formación de la fuerza motiva
del protón ya que esta es la utilizada para fabricar ATP.

35. Hierro
• El pH apropiado es una condición necesaria
para el crecimiento del microorganismo y su
variación es decisiva para la solubilidad de
ciertos metales.

36. Oxidasas
• Cualquier grupo de enzimas que catalicen
oxidación, especialmente enzimas que
reaccionan con oxígeno para catalizar una
oxidación de sustrato.
• Fase desasimilativa- catabólicas porque
degradan nutrientes a sustancias más simples.

37. Oxidasas
• Difieren a su afinidad
por:
– Oxígeno molecular
– Inhibidores
– Actividad para bombear
protones.
• Tipos de oxidasas:
– Citocromo oxidasas
– Amino- oxidasas
– Glucosa oxidasa
– Sulfidril oxidasa
https://www.google.com.pr/search?hl=es&authuser=0&site=imghp&tbm=isch&source
=hp&biw=1023&bih=637&q=oxidacion+reduccion&oq=oxidacion+reduccion&gs_l=img.
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%252F%252Fwww.virtual.unal.edu.co%252Fcursos%252Fciencias%252F2000024%252Fi
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al.edu.co%252Fcursos%252Fciencias%252F2000024%252Flecciones%252Fcap04%252F
04_04_01.htm%3B482%3B295

38. Mecanismo General:
• La oxidasa pasa electrones a oxígeno, los
cuales provinieron de un sustrato orgánico
que atravesó por otros intermediarios para
convertirlo en agua, peróxido de hidrógeno u
óxido.

39. Mecanismo: Deshidrogenasas
• Son enzimas que remueven un átomo de
hidrogeno (H) al donante de electrones en
reacciones metabólicas de oxidación.
• Este transfiere un (H) a un aceptador de
electrones o coenzimas que son:
• NAD-----NADH (Nicotinamida adenina
dinucleotido)
• NADP-----NADPH (Nicotinamida adenina
dinucleotido fosfato)

40. Desidrogenasa
• FAD----FMN (de Flavina adenina dinucleotido a
Flavina mononucleotido)

41. Desidrogenasa

42. Desidrogenasa
• Fermentación Alcohólica

43. Desidrogenasa
• Ciclo de Krebs

44. Desidrogenasa

46. Crecimiento en arsénico
Arsénico (As)
• Metaloide
• Tóxico
• Distribuido en la naturaleza
(en rocas y otros minerales)
• Combinado con azufre o con algunos metales
• Tres alótropos:
- α (gris metálico)
- β (negro)
- γ(amarillo)
• Aplicaciones industriales y medicinales
• Semejante al fósforo (As β isoestructural a P)

47. Arsénico (As)
• Metaloide
• Tóxico
• Distribuido en la naturaleza
(en rocas y otros minerales)
• Combinado con azufre o con algunos metales
• Tres alótropos:
- α (gris metálico)
- β (negro)
- γ(amarillo)
• Aplicaciones industriales y medicinales
• Semejante al fósforo (As β isoestructural a P)
Mecanismo: Crecimiento en arsénico

48. http://sociedadporelprogreso.blogspot.com/2010/12/noticia-de-alto-impacto-ii.html
http://institutomodernoamericano.edu.co/moo
dle/grados/decimo/profundi/quim/qui_11_000
1_015.htm
http://institutomodernoamericano.edu.co/moodl
e/grados/decimo/profundi/quim/qui_11_0001_0
33.htm
http://axxon.com.ar/noticias/2010/12/detall
es-sobre-la-forma-de-vida-que-incorporaria-
arsenico-en-su-estructura-molecular/
Fósforo (P)
• Procesos energéticos:
-Metabolismo
-Fotosíntesis
-Sistema nervioso
-Movimiento muscular
• Fertilizante
• Nutriente
• Componente esqueleto de animales
•Aditivo para múltiples cosas

49. En cambio…
GFAJ-1 (bacteria) incorpora arsénico en su AND en sustitución
de fosfato (PO4
3-).
Descubrimiento atribuido a Dra. Felisa Wolfe-Simon del
Instituto de Astrobiología de la NASA.
Experimentos realizados en lago Mono , CA.
GFAJ-1
• Gammaproteobacteria
• Halomonadaceae (familia)
• Extremófila
• Aguas salobres y tóxicas
• Astrobiología
• 50% proteínas atadas a arsenato (AsO4
3-)
http://www.cosmonoticias.org/vida-de-arsenico-resistente-al-
arsenico-pero-dependiente-del-fosforo/

50. Mecanismo: Crecimiento en arsénico
http://www.mapfre.com/fundacion/html/revistas/seguridad/n129/es/articulo3.html

51. http://www.scielo.org.za/scielo.php?pid=S0038-23532010000100018&script=sci_arttext
Algunos otros ejemplos de otros organismos
resistentes a arsénico:
• Pseudomonas alcaligenes
• Wautersia solanacearum
• Escherichia coli
• Bacillus spp.

52. Resumen
• Rutas asimilativas y desasimilativas:
- compuestos de N
- compuestos de P
- compuestos de S
- compuestos de Fe
• Mecanismos
- Oxidasas
- Deshidrogenasas
• Crecimiento en arsénico
• Resumen
• Juramento
• Preguntas

54. Referencias
http://www.lenntech.es/periodica/elementos/s.htm
www.unioviedo.es/bos/Asignaturas/Fvca/Apuntes/Tema21.doc
ecaths1.s3.amazonaws.com/.../437262345.Metabolismo%20de%20%20Azufre
http://www.unac.edu.pe/documentos/organizacion/vri/cdcitra/informes Finales
Investigación/Octubre_2011/F_DECHECO%20N%BA%2005.pdf
http://www.lenntech.es/periodica/elementos/as.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A9nico
http://glosarios.servidor-alicante.com/geologia/isoestructural
http://sociedadporelprogreso.blogspot.com/2010/12/noticia-de-alto-impacto-ii.html
http://institutomodernoamericano.edu.co/moodle/grados/decimo/profundi/quim/qui_11_0001_015.htm
http://institutomodernoamericano.edu.co/moodle/grados/decimo/profundi/quim/qui_11_0001_033.htm
http://axxon.com.ar/noticias/2010/12/detalles-sobre-la-forma-de-vida-que-incorporaria-arsenico-en-su-estructura-
molecular/
http://www.lenntech.es/periodica/elementos/p.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Gammaproteobacteria
http://www.nature.com/news/arsenic-life-bacterium-prefers-phosphorus-after-all-1.11520
http://www.cosmonoticias.org/vida-de-arsenico-resistente-al-arsenico-pero-dependiente-del-fosforo/
http://www.scielo.org.za/scielo.php?pid=S0038-23532010000100018&script=sci_arttext
http://www.scielo.cl/pdf/gayana/v71n2/art%2003.pdf
http://www.mapfre.com/fundacion/html/revistas/seguridad/n129/es/articulo3.html
• http://www.mapfre.com/fundacion/html/revistas/seguridad/n129/es/articulo3.html
• http://www.cosmonoticias.org/vida-de-arsenico-resistente-al-arsenico-pero-dependiente-del-fosforo
• http://www.scielo.org.za/scielo.php?pid=S0038-23532010000100018&script=sci_arttext
http://chemwiki.ucdavis.edu/Organic_Chemistry/Organic_Chemistry_With_a_Biological_Emphasis/Chapter_10%3a_Ph
osphoryl_transfer_reactions/Section_10.2%3a_Phosphorylation_reactions_-_kinase_enzymes

55. Gracias por su atención! 
¿Preguntas?