2. Fisiología de Microbios
Fisiología – es el estudio de los procesos vitales de la vida
de un organismo. Especialmente como los procesos
normales funcionan en los organismos vivos.
Las bacterias son ideales para estudiar el metabolismo.
Fáciles de mantener
Toman poco espacio
Reproducen fácilmente
Observamos su morfología, nutrición, reacciones
metabólicas
3. Requisitos nutricionales
Seis elementos químicos que poseen los animales:
Carbono, hidrogeno, oxigeno, nitrógeno, fosfato y azufre.
Otros elementos
Sodio, potasio, cloro, magnesio, calcio, hierro, yodo y trazas
de otros alimentos.
Macromoléculas
Carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleícos
4. Requisitos nutricionales
Los organismos necesitan tres recursos:
Recursos de energía
Recursos de carbono
Nutrientes adicionales
Nutrientes esenciales – los materiales que el
organismo no puede sintetizar, pero son necesarios
para hacer macromoléculas y sostener la vida
5. Requisitos nutricionales
Cuatro formas en que los organismos obtienen sus
nutrientes
1. Fotoautótrofos
2. Fotoheterótrofos
3. Quimioautótrofos
4. Quimioheterótrofos
6. Requisitos nutricionales
Fuentes de energía
Fototrofo – usa la luz como fuente de energía.
Convierte la luz en energía química (fotosíntesis)
Quimiotrofo – usa compuestos orgánicos o inorgánicos
para obtener energía.
Quimiolitótrofos – usan compuestos inorgánicos
Quimioorganótrofos – usan compuestos orgánicos.
7. Requisitos nutricionales
Fuente de carbono del organismos
Autótrofos – utilizan el CO2 como única fuente de
carbono.
Ejemplo: algas, plantas, cianobacterias
Heterótrofos – utilizan compuestos orgánicos que no
sean el CO2
Ejemplo: humanos, hongos y protozoarios
8. Requisitos nutricionales
Las fuentes de energía se pueden combinar con las de
carbono
Fotoautótrofos – luz y CO2
Plantas, algas, cianobacterias, bacterias sulfúricas púrpuras y
verdes
Fotoheterótrofos – luz y otras fuentes de carbono que no
sean CO2.
Bacterias no sulfúricas purpuras y verdes
Quimioautótrofas – químicos de energía y CO2
Bacterias denitrificantes, hidrogeno, hierro y azufre
Quimioheterótrofas – químicos y compuesto orgánicos que
no sean CO2
9. Bacterias y ecología
Ecología – estudio de las interacciones entre los
organismo y el mundo que los rodea.
Ecosistema – interacción entre los organismos vivos y sus
ambientes no vivos.
Interacciones entre tipos de nutrición.
10. TABLE 7-1 Terms Relating to
Energy and Carbon Sources
TERMS RELATING TO TERMS RELATING TO
ENERGY SOURCE CARBON SOURCE
Autotrophs (organisms that use Heterotrophs (organisms
CO2 as a carbon source) that use organic compounds
other than CO2 as a carbon
source)
Phototrophs (organisms that Photoautotrophs (e.g., algae, Photoheterotrophs (e.g.,
use light as an energy source) plants, some photosynthetic some photosynthetic
bacteria, including bacteria)
cyanobacteria)
Chemotrophsa (organisms that Chemoautotrophs (e.g., some Chemoheterotrophs (e.g.,
use chemicals as an energy bacteria) protozoa, fungi, animals,
source) most bacteria)
a
Chemotrophs can be divided
into two categories: (1)
chemolithotrophs (or simply
lithotrophs) are organisms that
use inorganic chemicals as an
energy source, and (2)
chemoorganotrophs (or simply
organotrophs) are organisms
that use organic chemicals as
an energy source.
11. Enzimas metabólicas
Metabolismo – todas las reacciones químicas que ocurren
en la célula. (reacciones metabólicas)
Las reacciones son reguladas por enzimas metabólicas
Enzimas – proteínas que catalizan la razón de una
reacción bioquímica (aceleran).
Son especificas
Ejercen sus efectos en una sustancia particular (substrato)
La enzima se recicla y cataliza más substrato
Las enzimas se degradan y se hacen nuevas
Tenemos miles de enzimas.
13. Enzimas
Endoenzimas – se producen en la células y se quedan
dentro de la célula, catalizan una reacción dentro de la
célula.
Ejemplo: enzimas digestivas en los fagocitos
Exoenzimas – dentro de la célula que se liberan de la
célula. Catalizan reacciones extracelulares.
Ejemplo: celulosa, pectinasa (hongos los segregan)
Ejemplo de otras enzimas metabólicas: hidrolasas (rompen
macromoléculas) y polimerasas (formación de polímeros
de DNA y RNA)
14. Enzimas
Apoenzimas
Necesitan de un cofactor para que se lleve a cabo la
reacción.
Cofactores – iones de minerales o coenzimas (son orgánicas
pequeñas, moléculas tipo enzima)
FAD (flavin-adenine dinucleotide)
NAD (nicotinamide adenine dinucleotide)
Holofactor – apoenzimas y cofactores
15. Factores que afectan la enzima
Factores que afectan la eficiencia de la enzima
Funcionan a condiciones optimas
pH, temperatura y cantidades adecuadas de enzima y
substrato
Acidez y calor – desnaturaliza a las enzimas (dañan su
estructura tridimensional)
Las bacterias crecen a una temperatura y pH. (depende
de sus enzimas)
Hay minerales que afectan los cofactores – calcio,
magnesio y hierro.
Hay metales pesados que son tóxicos (plomo, zinc,
mercurio, arsenio)
16. Metabolismo
Metabolismo – todas las reacciones químicas que ocurren en
la célula.
Metabolitos – cualquier molécula que sea nutriente, un
producto intermediario o el producto final de una reacción
metabólica
Hay dos tipos de reacciones: anabolismo y catabolismo
Catabolismo – reacción catabólica que ocurre en la
célula.
−Rompimiento de moléculas grandes en moléculas
pequeñas.
Anabolismo – se refiere a todas las reacciones anabólicas
que ocurren en la célula.
− Ensamblaje de moléculas pequeñas en moléculas
grandes.
17. Metabolismo
Catabolismo
Rompimiento de moléculas grandes en moléculas pequeñas.
Esto requiere el rompimiento de enlaces.
Cada vez que se rompe un enlace se libera energía.
Ósea que las reacciones catabólicas son la mayor fuente de
energía de la célula.
Anabolismo
Ensamblaje de moléculas pequeñas en moléculas grandes.
Requiere la formación de enlaces.
Energía es requerida para que se formen enlaces.
Una vez formados los enlaces representan energía
almacenada.
18. Tabla 7-2
TABLE 7-2 Differences Between
Catabolism and Anabolism
CATABOLISM ANABOLISM
All the catabolic reactions in a cell All the anabolic reactions in a cell
Catabolic reactions release energy Anabolic reactions require energy
Catabolic reactions involve the breaking of Anabolic reactions involve the creation of
bonds; whenever chemical bonds are bonds; it takes energy to create chemical
broken, energy is released bonds
Larger molecules are broken down into Smaller molecules are bonded together to
smaller molecules (sometimes referred to create larger molecules (sometimes referred
as degradative reactions) to as biosynthetic reactions)
19. Catabolismo y anabolismo
La energía liberada en una reacción de catabolismo se
utiliza en una de anabolismo.
La energía también se puede obtener de la luz y
almacenarse en moléculas de adenosina trifosfato (ATP).
El ATP es la mayor fuente de almacenamiento de energía
de la célula.
Esta energía se utiliza en reacciones.
Si no se usa, se hidroliza a ADP (es más estable).
La energía se requiere para crecer, reproducir,
esporulación, movimiento y transporte activo en la
membrana.
21. CATABOLISMO
Liberan energía. Mayor fuente de energía celular. Rompe
enlaces químicos.
Se usan para mover un flagelo, etc. Pero más que nada
para llevar a cabo una reacción anabólica. Por ejemplo:
disacárido → monosacáridos
Rutas bioquímicas:
Rutas bioquímicas – una serie de reacciones bioquímicas
que ocurren paso a paso comenzando con un material y
terminando con otro. (Fig 7-3)
23. Reacciones de oxidación-reducción (redox)
Reacciones pares donde se transfiere un electrón de un
compuesto a otro.
Oxidación – cuando un átomo, ion o molécula pierde uno
o más electrones. (se oxida)
Reducción – la molécula que gana uno o más electrones
(se reduce)
24. Reacciones de oxidación-reducción (redox)
Oxidación y reducción ocurren simultáneamente. La
molécula que dona el electrón es el agente reductor y
el que la acepta es el agente oxidante.
Muchas reacciones además de perder un electrón
también pierden un hidrógeno (H+). Reacción de
deshidrogenación.
27. Fig. 9-2
Light
energy
ECOSYSTEM
Photosynthesis
in chloroplasts
CO2 + H2O Organic
molecules + O2
Cellular respiration
in mitochondria
ATP
ATP powers most cellular work
Heat
energy
28. Glucosa
Glucosa – el alimento favorito de las células (incluye
microorganismos).
Nutrientes – fuentes de energía, mientras los enlaces
químicos son energía almacenada.
Existen varios procesos químicos por los cuales la
glucosa es catalizada en la célula:
1. respiración aeróbica
2. fermentación
29. Respiración aeróbica
La respiración aeróbica ocurre en tres fases:
1. Glucolisis
2. Ciclo de Krebs
3. Cadena de transporte de electrones
Glucólisis es anaeróbico, mientras el ciclo de Krebs y
cadena de transporte de electrones son aeróbicos.
30. Figura 7.4
1.Glucolisis
Consiste de 9 pasos bioquímicos
Cada paso necesita de una enzima
Una molécula de 6 carbonos se rompe
en dos moléculas de acido piruvico.
Produce poca energía (dos moléculas
de ATP)
Se lleva a cabo en el citoplasma
32. Fig. 9-10
CYTOSOL MITOCHONDRION
NAD+ NADH + H+
2
1 3
Acetyl CoA
Pyruvate CO2 Coenzyme A
Transport protein
33. 2. Ciclo de Krebs
El acido piruvico es convertido en acetyl CoA antes de
entrar al ciclo
Consiste de 8 pasos bioquímicos
Luego del ciclo terminamos con el mismo substrato:
oxaloacetato
Se producen dos moléculas de ATP.
Se produce “nicotinamide adenine dinucleotide” NADH,
“flavin-adenine dinucleotide” FADH e iones de hidrogeno.
En eucariotas esto ocurre en el mitocondria, en procariotas
ocurre en la superficie de la membrana celular
37. 3. Cadena de transporte de electrones
Consiste de una serie de reacciones de reducción –
oxidación, por lo tanto electrones son liberados y
transferidos a otros compuestos.
Los compuestos son “flavoproteinas, quinonas, “nonheme
iron proteins”, y citocromos”.
El oxigeno es el aceptador final de electrones en la cadena
Una de las enzimas envueltas en este proceso es la “oxidasa
del citocromo” (citocromo C).
Transfiere el electrón al oxigeno.
Importante en pruebas bioquímicas para la identificación de la
Bacillus Gram neg.
38. 3. Cadena de transporte de electrones
Se obtienen 32 moléculas de ATP (procariotas) y 34
(eucariotas)
Una sola molécula de glucosa: en total se producen 36
moléculas de ATP en procariotas y 38 moléculas de ATP
en eucariotas.
C6H12O6 + O6 + 38 ADP + 38 (P) → 6 H2O + 6 CO2 + 38 ATP
40. Fig. 9-16
H+
H
+
H+
H+
Protein complex Cyt c
of electron
carriers
ΙV
Q
ΙΙΙ
Ι
ATP
synthase
ΙΙ
2 H+ + 1/2O2 H2O
FADH2
FAD
NADH NAD+
ADP + P i ATP
(carrying electrons
from food)
H+
1 Electron transport chain 2 Chemiosmosis
Oxidative phosphorylation
41. Tabla 7-3
TABLE 7-3 Recap of
the Number of ATP
Molecules Produced
From One Molecule
of Glucose by
Aerobic Respiration
PROCARYOTIC EUCARYOTIC
CELLS CELLS
Glycolysis 2 2
Krebs cycle 2 2
Electron transport 32 34
chain
Total ATP molecules 36 38
43. Fermentación de glucosa
Fermentación – reacciones que ocurren en la ausencia de
oxigeno (anaeróbicas)
Pasos:
1. Glucolisis
2. Convertir piruvato a otro producto
Ejemplo: alcohol etílico y CO2: acido láctico: acido
propionico, acido acético, acetona, butanol, acido butírico,
isopropanol, acido succínico.
Producen solo dos ATP (un método poco efectivo para usar
la glucosa)
44. Fermentación de glucosa
Alcohol etílico – levaduras (Saccharomyces) y bacterias
(“Zymomonas”)
Vinos, cervezas, otras bebidas alcohólicas, pan
Acido láctico – bacterias gram positivas
Quesos, yogurts, pepinillos
En los humanos causa inflamación del musculo. Algunas
bacterias del genero “Streptococcus” daña el esmalte de los
dientes.
La presencia de bacterias que producen acido láctico causa
el sabor amargo en la leche
Acido propionico – bacterias “Propionibacterium”
Para hacer queso suizo. Le da el sabor y el CO2 que se libera
hace los huecos.
45. Fig. 9-18a
2 ADP + 2 P i 2 ATP
Glucose Glycolysis
2 Pyruvate
2 NAD+ 2 NADH 2 CO2
+ 2 H+
2 Ethanol 2 Acetaldehyde
(a) Alcohol fermentation
46. Fig. 9-18b
2 ADP + 2 P i 2 ATP
Glucose Glycolysis
2 NAD+ 2 NADH
+ 2 H+
2 Pyruvate
2 Lactate
(b) Lactic acid fermentation
47. Anabolismo
Requieren energía porque se están formando
enlaces químicos.
Mucha de la energía requerida para la reacción
anabólica proviene de la reacción catabólica.
Creación de disacáridos a partir de dos monosacáridos.
48. Anabolismo
La síntesis de compuestos orgánicos requiere
energía.
Fotosíntesis quimiosíntesis
Fotosíntesis – la energía de luz se convierte en
energía química formada por enlaces químicos.
fotoautótrofos - fototrofos que utilizan CO2 como
fuente de carbono.
Algas, plantas, cianobacterias y otros tipos de bacterias.
Fotoheterótrofos – utilizan pequeñas moléculas
orgánicas como fuente de carbono.
Algunas bacterias
49. Anabolismo
La meta de la fotosíntesis es atrapar la luz radiante y
convertirla en ATP y carbohidratos (glucosa)
Bacterias fotosintéticas oxigenicas – bacterias que
producen oxigeno por medio de la fotosíntesis.
6CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O + ADP + (P)
Al revés de la respiración aeróbica.
50. Anabolismo
Bacterias fotosintéticas anoxigenicas – bacterias
que no producen oxigeno durante el proceso de
fotosíntesis.
Bacteria sulfúricas violetas y bacterias sulfúricas verdes
(obligadas anaerobias fotoautótrofas) – utilizan azufre o
compuestos de azufre o hidrógenos.
51. Anabolismo
Quimiosíntesis
Envuelve una fuente de energía química y
materiales crudos para la síntesis de metabolitos y
macromoléculas necesarias para el crecimiento y
funcionamiento del organismo.
52. Anabolismo
Quimioautotrofos – utilizan CO2 como fuente de
carbono.
Algunas arqueas producen metano.
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O
Quimioheterotrofos – utilizan otra molécula que no
sea CO2 como fuente de carbono
La mayoría de las bacterias, todos los protozoarios,
hongos, animales e humanos.
53. Referencias
Esta presentación fue preparada por la Dra. Noemí Soto
Nieves.
18/03/10
