Resumen fisiologia microbiana equipo #5

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
Metabolismo: Rutas Asimilativas y Disimilativas
Ruta asimilativa
Suple nutrientes que se metabolizan y se agregan a la célula para ayudar al crecimiento de estas.
Este proceso no produce energía a la célula. Es exclusivamente parte de los compuestos
inorgánicos como , y . Estos son reducidos solo las cantidades que se necesitaran
para el proceso de biosíntesis.
Ruta disimilativa
Se sintetizan las moléculas complejas para formar unas más simples. Estas son seleccionadas
como aceptadores de electrones, las cuales consiguientemente son expulsadas al ambiente.
Ejemplos de ellas lo son: N, Fe, S y P. Esta ruta si produce energía a la célula.
Ruta asimilativa y disimilativa de fósforo
El fósforo es un elemento fundmental para la vida. Éste se encuentra en la naturaleza en
abundancia en forma de sales o ésteres, en rocas y otras asociaciones. Al mismo tiempo, está
limitado para las formas de vida compleja por su insolubilidad, lo que resulta ser un problemas
puesto que es escencial para la síntesis de ATP, lípidos, ácidos nucléicos y metabolismos
específicos. Los microorganismos juegan roles importantes en el ciclo de tranformación de
fosfatos, llevando a cabo rutas metabólicas asimilativas y disimilativas del mismo. Las bacteria’s
solubilizadoras de fosfato se encargan de hacer el fosfato inorgánico u orgánico disponible para
otros organismos. Por otro lado, estos llevan rutas asimilativas para incorporar el fosfato a sus
componentes.
En la ruta asimilativa, una vez microorganismos descomponen materia orgánica presente
en el ambiente, enzimas mediadoras de la asimilación, llamadas quinasas, utilizan ATP para
incorporar los grupos fosfatos a diferentes componentes celulares y moléculas fosfatadas. Se
muestra como se le asimila un grupo fosfato a un compuesto químico orgánico, como la
etanolamina, para convertirlo en fosfoetanolamina, el cual seguido por otras reacciones se
biosintetiza fosfatidiletanolamina, fosfolípido presente en las membranas celulares de muchos
organismos. En estos casos los organismos retienen estos fosfatos hasta su muerte, para que fluya
el ciclo de fósforo nuevamente.

En la ruta disimilativa, las bacterias solubilizadoras de fosfato hidrolizan fósforo orgánico
e inorgánico, pero a diferencia de la ruta asimilativa, estos grupo de fosfato no son incorporados a
la célula sino que son liberados al exterior para ser utilizados por otros organismos. Estas
reacciones anabólicas generan energía al romper estos compuestos complejos. Hay dos métodos
de llevar esto a cabo, el primero consiste en liberar ácidos orgánicos o inorgánicos con el
propósito de bajar el pH y romper los enlaces con los enlaces con los grupos fosfato, mediado por
los grupos hidrxilos y carboxilos de los ácidos. El otro mecanismo es la mineralización, el cual se
basa en la producción de enzimas fosfatasas para transformar los compuestos fosfatados
orgánicos y hacerlos disponibles.
Ruta asimilativa y disimilativa de nitrógeno
Nitrógeno es un componente importante en moléculas de la vida como por ejemplo para
proteínas, ácidos nucleídos, coenzimas, entre otros. Nitrógeno como gas (N2) es abundante en la
atmófera, pero sólo unos pocos microorganismos los pueden reducir a un estado donde se pueda
asimilar, como NO3
-
y NO2
-
. Después que un microorganismo fija nitrógeno de N2 a NO3
-
, se
convierte el N a una forma orgánica en un proceso de reducción asimilatoria de nitrato. La
asimilación de nitrato puede ser llevada a cabo por plantas, hongos y procariotas, y es un proceso
que no participa en la formación de energía. La asimilación ocurre en el citoplasma, donde
primero se reduce nitrato a nitrito mediante una enzima nitrato reductasa., donde NADPH puede
ser un donante de electrones, dependiendo de la bacteria.
NO3
-
+ NADPH +H+
NO2
-
+ NADP+
+ H2O
Luego nitrito se reduce a amonio mediante la enzima nitrito reductasa, entre otras posibles
enzimas. Debido a que los N en nitrato están muy oxidados, la mejor forma de incorporar N a un
componente orgánico es mediante NH3
+
, ya que está más reducida. Nitrato se incorpora a
glutamina o glutamato como grupo amino. Glutamato es el donante de grupo amino para los
amino ácidos, mientras que glutamina es donante de grupo amino a purinas, pirimidinas, azúcares
amino, histidina, entre otras moléculas. La NH3
+
formada se incorpora a glutamina mediante
sintetasa de glutamina. Que a su vez puede servir como donante de grupo amino para la síntesis
de glutamato, que junto a esta enzima también puede ser sintetizado mediante glutamina
sintetasa/glutamina oxoglutarato aminotransferasa (GS/GOGAT). NH3
+
también puede ser
incorporado a un esqueleto de carbonos mediante aminación reductiva, donde se forma glutamato
de una “α-ketoglutarate”, reacción catalizada por glutamato deshidrogenasa. La asimilación de
nitrógeno puede ocurrir en plantas, hongos y varios procariotas.
Ruta general de asimilación de N:
NO3
-
NO2
-
NH3
+
N orgánico
En el ciclo de nitrógeno, el N orgánico sigue siendo oxidado hasta volver a llegar a ser
nitrato, y de ahí comienza a reducirse. En ausencia de oxígeno, microorganismos anaerobios
facultativos, pueden llegar a utilizar NO3
-
como aceptador final de electrones para realizar
respiración anaerobia. La ruta desasimilativa en Paracoccus denitrificans comienza en el
complejo del sistema de electrones, donde los eletrones pasan por la coenzima Q al citocromo b
donde se reduce de nitrato a nitrito mediante nitrato reductasa, que cataliza la reacción. La nitrato
reductasa reemplaza la oxidasa de citocromo. Luego los electrones pasan al citocromo c para la

oxidación de nitrito a dinitrógeno gasesoso (N2), esto es conocido como desnitrificación. Además
de N2, también se puede crear NH4
+
si la concentración de carbono en el medio es mayor que
nitrato. No se pasan muchos protones através de la membrana, pero se crea un gradiente de
protones y un potencial de la membrana que crea síntesis de ATP.
Ruta general de disimilación de N:
NO3
-
NO2
-
N2 o NH4
Referencias
[1]http://www.slideserve.com/presentation/11970/Potencial-de-la-Membrana--Rutas-
Asimilativa-y-Disimilativa
Ruta asimilativa y desamilativa de Azufre
El azufre es un elemento que es utilizado por la mayoría de los organismos como fuente
de energía. Este se encuentra en los sedimentos marinos, en el suelo, en la atmosfera y en los
sedimentos o emanaciones volcánicas. Este elemento hace en laces con muchos otros formando
compuestos entre los cuales los mas conocidos son sulfato y sulfuro de los cuales los organismo
tienen mecanismos para descomponerlos y utilizarlos en biosíntesis.
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.
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 sola
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) son catalizadas 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.
En lugares donde el azufre esta en grandes concentraciones los organismos han tenido que
valerse de nuevos mecanismos para su supervivencia. Algunos ejemplos son: 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 proteína especial para el transporte de H2S, mientras que el cangrejo
Bythograea thermydron logra detoxificar el H2S en su hepatopáncreas al oxidarlo a tiosulfato.
Referencias
[1]http://www.lenntech.es/periodica/elementos/s.htm

[2]www.unioviedo.es/bos/Asignaturas/Fvca/Apuntes/Tema21.doc
[3]ecaths1.s3.amazonaws.com/.../437262345.Metabolismo%20de%20%20Azufre
Ruta asimilativa y desasimilativa de 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. En el primero 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. El segundo caso es cuando tenemos hierro ferroso 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
( ) son insolubles y su solubilidad se favorece mayormente en donde haya oxigeno. 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. El pH apropiado es una condición necesaria para el crecimiento del microorganismo y su
variación es decisiva para la solubilidad de ciertos metales.
Referencias
[1]Carrillo, Leonor. Microbiología Agrícola (2003) [en línea]. [Fecha de consulta: 26 de
abril de 2013] Disponible en: http://www.unsa.edu.ar/matbib/micragri/micagricap3.pdf
[2]Respiración anaerobia. [En linea]. [Fecha de consulta: 26 de abriel de 2013].
Disponible
en:http://www.unac.edu.pe/documentos/organizacion/vri/cdcitra/Informes_Finales_Investigacion/
Octubre_2011/IF_DECHECO%20EGUSQUIZA_FIPA/CAPITULO%20N%BA%2005.pdf
Oxidasa

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.
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.
Referencias
[1]https://www.google.com.pr/search?hl=es&authuser=0&site=imghp&tbm=isch&source=hp&biw=1023&bih=637&q=oxidacion+red
uccion&oq=oxidacion+reduccion&gs_l=img.3..0j0i24l9.6589.14570.0.15151.21.19.1.1.2.1.973.5107.2j7j3j3j2j1j1.19.0...0.0...1ac.1.11.img.y3Px
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Deshidrogenasa
La deshidrogenasa es una enzima que remueve un átomo de hidrogeno al donante de
electrones en reacciones metabólicas de oxidación. Este transfiere un hidrogeno a un aceptador
de electrones o coenzima. Entre estas están: NAD que pasa a ser NADH; NADP que pasa a ser
NADPH y FAD que pasa a ser FMN. Esto se puede ver en procesos metabólicos como glucolisis,
ciclo de Krebs, fermentación láctica y fermentación alcohólica.

Crecimiento en arsénico
Arsénico (As) es un elemento químico de origen metaloide extremadamente tóxico. Se
encuentra distribuidoen la naturaleza en minerales junto con otros elementos como azufre o
metales como hierro, cobalto, manganeso, estaño o plata. Este elemento se puede encontrar de 3
tipos de modificaciones polimórficas: α, β y γ. Todas muestran distintas estructuras tanto físicas
como químicas en las que se puede encontrar arsénico. Este metaloide se ha utilizado para
acelerar la manufactura de instrumentos y aparatos, para aplicarlo como funcionario en los
materiales láser, elaborar vidrio, pigmentación, pirotecnia y propósitos medicinales [1]. También
se considera como un elemento análogo al fósforo [2]. Arsénico en su forma β es isoestructural al
fósforo. Ambos se encuentran en la misma columna vertical o grupo de la Tabla Periódica por lo
que ambos poseen 5 electrones en su capa de valencia [3, 4]. Tanto arsénico como fósforo son
elementos escenciales para la vida. Fósforo es necesario para el funcionamiento normal de toda
célula durante los procesos energéticos como lo son el metabolismo, fotosíntesis, etc. y entre
otros usos para los cuales este elemento es sumamente importante y escencial [5]. En cambio,
GFAJ-1 es una bacteria que tiene la capacidad de incorporar arsénico, en forma de arseniato
(AsO4
3-
), en su material genético (ADN) en sustitución a fosfato (PO4
3-
) sin necesidad de
metabolizarlo cuando esta carece de dicha molécula [6, 7]. Este descubrimiento fue logrado por
la Dra. Felisa Wolfe-Simon del Instituto de Astrobiología de la NASA por medio de
experimentos realizado en el lago Mono en el estado de California de los Estados Unidos [2].
GFAJ-1 es una proteobacteria tipo γ y es extremófila. Pertenece a la familia Halomonadaceae y
habita en aguas de alta salobridad y toxicidad [8].

El método más común por el cual una célula procariota obtiene resistencia al arsénico es a través
de la detoxificación de los operones codificados en plásmidos y/o genoma. La gran mayoría de
los operones poseen 3 genes: arsC (codifica para reductasa de arsenato), arsB (codifica para
transmembrana que expulsa a arsenito de la célula) y arsR (codifica para represor
transcriocional). Otros operones, además de tener arsC, arsB y arsR, poseen arsD (codifica para
un segundo regulador y para una metalochaperona) y arsA (codifica para la ATPasa). Operones
que poseen estos 2 genes adicionales le proveen mayor resistencia al organismo [9]. El
mecanismo consiste en que una vez el arseniato entra a la célula por los canales de fosfato, éste
compuesto es reducido a arsenito (As(OH)3) por la proteína ArsC. Luego, arsenito es expulsado
de la célula por ArsB. Arsenito puede servir como donante de electrones por medio de su
oxidación a arseniato. De esta manera, la célula puede utilizar arseniato como último aceptador
de electrones en el proceso de respiración celular. El arsénico inorgánico puede transformarse a
formas orgánicas o puede formar complejos con residuos de cisteína de los péptidos mediante un
proceso de cascadas de metilación [10]. Algunos otros microorganismos con resistencia al
arsénico son: Pseudomona alcaligenes, Wautersia solanacearum, Escherichia coli, Bacillus spp.
[9].
Referencias:
[1] "Arsénico - As." Arsenico (As) Propiedades Químicas Y Efectos Sobre La Salud Y El
Medio Ambiente. Lenntech, 2012. Web. 25 Apr. 2013.
[2] "Arsénico." - Wikipedia, La Enciclopedia Libre. Wikimedia Foundation, 9 Apr. 2013.
Web. 25 Apr. 2013.

[3] "Fósforo." Elementos De La Tabla Periódica -. Instituto Moderno Americano, n.d.
Web. 25 Apr. 2013.
[4] "Arsénico." Elementos De La Tabla Periódica -. Instituto Moderno Americano, n.d.
Web. 25 Apr. 2013.
[5] "Fósforo - P." Fosforo (P) Propiedades Químicas Y Efectos Sobre La Salud Y El
Medio Ambiente. Lenntech, 2012. Web. 25 Apr. 2013.
[6] Cressey, Daniel. "‘Arsenic-life’ Bacterium Prefers Phosphorus after All." Nature.com.
Nature Publishing Group, 03 Oct. 2012. Web. 25 Apr. 2013.
[7] Campos, Felipe. "“Vida De Arsénico”: Resistente Al Arsénico, Pero Dependiente Del
FÃ³sforo." Cosmo Noticias. Cell-Data-International, 9 July 2012. Web. 25 Apr. 2013.
[8] "Gammaproteobacteria." Wikipedia. Wikimedia Foundation, 22 Apr. 2013. Web. 25
Apr. 2013.
[9] Campos, Victor, Cristian Valenzuela, Marcela Alcorta, Guisella Escalante, and Maria
A. Mondaca. "AISLAMIENTO DE BACTERIAS RESISTENTES A ARSENICO DESDE
MUESTRAS DE ROCAS VOLCANICAS DE LA QUEBRADA CAMARONES, REGION
PARINACOTA. CHILE." Scielo. N.p., 2007. Web. 25 Apr. 2013.
[10] Morgante, Verónica, and José E. Gozález Pastor. "Microorganismos Resistentes a
Arsénico."Seguridad Y Medio Ambiente. Fundación MAPFRE, 2013. Web. 25 Apr. 2013.

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