Nutrición y Metabolismo de Procariotas Bibliografía: Brock. Cap 5. Nutrición, cultivo y metabolismo microbiano. “No man can make you feel inferior without your consent." — Eleanor Roosevelt

Estructura de la Clase Metabolismo: catabolismo y anabolismo Nutrición microbiana (heterótrofos) Micronutrientes Macronutrientes Factores de crecimiento Medios de cultivo Energía: Reacciones REDOX Potencial de reducción Transportadores de e- Formas de almacenamiento de energía.

Metabolismo Celular Es la suma de todas las reacciones químicas que ocurren en la célula. Anabolismo: Biosíntesis de macromoléculas y polímeros. Requiere energía. Catabolismo: Ruptura de macromoléculas Produce monómeros Libera energía. Mymicrobiologyplace annimations Metabolism video video

Nutrición microbiana Nutrientes: compuestos químicos necesarios para formar las macromoléculas. Nos centraremos en los organismos heterótrofos. No todos se requieren en iguales cantidades y distintos procariotas requieren algunos más específicos. Macronutrientes: se precisan en grandes cantidades: C, N, P, S, K, Mg, Ca, Na - Micronutrientes: en menores cantidades o en cantidades trazas.

Tabla Periódica Microbiana

Macronutrientes Carbono puede obtenerse de: compuestos orgánicos carbonados (heterótrofos) CO2 (autótrofos) - C es el 50% del peso seco. - Requerido para proteínas, lípidos y azúcares. Nitrógeno - es 12% del peso seco. - En la naturaleza esta en forma: - orgánica (menor parte): compuestos orgánicos nitrogenados. - inorgánica: amoníaco (NH3), nitratos (NO3-) o N2. Se utiliza para amino acidos y ácidos nucleicos. La mayoría de los procariotas usan amoníaco, y algunas nitratos. El N2 gaseoso puede ser usado por las bacterias fijadoras de N2.

Macronutrientes S (azufre) se necesita en algunos amino ácidos y vitaminas. Disponible mayormente como S inorgánico: sulfatos (SO4=) o sulfuros (HS-). Algunas bacterias degradan proteínas. Fósforo P - El fósforo se encuentra como ion fosfato (PO4-3) en fosfatos orgánicos o inorgánicos. - Se utiliza en ácidos nucleicos y fosfolípidos. Magnesio - estabiliza ribosomas, membranas y ácidos nucleicos. - importante para la actividad de enzimas Potasio (K) - es necesario en algunas enzimas.

Macronutrientes Calcio (Ca), importante para algunos en membranas y endosporas. Sodio (Na) necesario para organismos marinos. El hierro (Fe) fundamental en respiración (citocromos y proteinas Fe-S) en condiciones anaeróbicas: hierro en estado de oxidación +2 (ferroso) es soluble. en condiciones aeróbicas: en estado de oxidación +3 (férrico) forma minerales insolubles. Sideróforos: son agentes quelantes producidos por procariotas, que solubilizan el hierro de los minerales y lo transportan dentro de la célula.

Fuente: Brock

Micronutrientes Son metales. Muchos tienen función estructural en enzimas. Factores de crecimiento: Compuestos orgánicos que se requieren en pequeñas cantidades. Ej. vitaminas, aminoácidos, purinas, pirimidinas. Muchos microorganismos son capaces de sintetizarlos, otros no.

Cultivo de microorganismos Medios de cultivo : - Químicamente definidos - Complejos Un medio de cultivo incluye: - Fuente de Energía - Macronutrientes esenciales - Micronutrientes esenciales - Factores de crecimiento. Tipos de cultivo: - en medio sólido - en medios líquidos

Energía La Energía celular se obtiene de reacciones redox y se conserva en compuestos ricos en energía. Oxidación: pérdida de electrones por parte de una substancia. Reducción: ganancia de electrones. Video: mymicrobiologyplace oxidation reduction reactions video

Reacciones de oxidación- reducción (redox) En las reacciones redox, los e- cedidos por un donador son aceptadas por un aceptor. Para que ocurra una reducción, debe ocurrir una oxidación acoplada. Compuestos que se oxidan son dadores de e-. Compuestos que se reducen son aceptores de e-.

Ejemplo de reacción Redox En gral, la transferencia de electrones va acompañada de la transferencia de átomos de H: un protón H+.

Potenciales de reducción (Eo’): Es la tendencia de una sustancia a oxidarse o reducirse. La tendencia se expresa como el potencial de reducción de la media reacción, medida en Voltios y en referencia a una sustancia standard: H2 y bajo condiciones standard. Por convención, los Eo se expresan como reducciones a pH=7. Forma oxidada + e- Forma reducida [Eo’ = potencial de reducción] Eo’ < 0, entonces la reacción tiende a ir en sentido contrario: oxidación. Eo’ > 0, la reacción tiende a reducción. Ejemplos: 2H+ + 2 e- H2 Eo < 0 [Eo = -0,42] H2 es un gran dador de e- y un gran agente reductor 1/2 O2 + 2e- + 2H+ H2O Eo >0 [Eo = +0,81] O2 es un gran aceptor de e- y un gran agente oxidante

La Torre Redox Para construir reacciones redox: Par redox: Forma oxidada/reducida Convención: Reductores + fuertes (donantes de e-) Para construir reacciones redox: La sustancia reducida de un par redox con Eo más negativo dona e- (reduce) a la sustancia oxidada de un par redox con Eo más positivo. Oxidantes + fuertes (aceptores de e-)

Preguntas Quién es el donante de e- y quién el aceptor en la siguiente reacción redox? H2 + NO3 NO2- + H2O Es el nitrato un mejor aceptor de e- que el fumarato? Por qué? El Fe puede actuar como aceptor o donante de e- dependiendo de la sustancia con la que reaccione en el par redox. De un ejemplo de cada situación. Reconozca los compuestos presentes en la cadena transportadora de e- de la respiración en nuestras mitocondrias, en el orden apropiado.

Energía Potenciales de reducción Almacenamiento Compuestos ceden e- Fuente de E Compuestos ceden e- Almacenamiento Energía El donador de e- es como una fuente de E, ya que en la reacción de donación de e-, se libera energía. Cuánta mayor diferencia en Eo, mayor E liberada.

Transportadores de E La reacción redox puede requerir intermediarios en la transferencia de e-, llamados transportadores. Hay 2 tipos de transportadores: Coenzimas: transportadores que difunden libremente Ejemplo. NAD+ y NADP+, transportan 2 e- y 2 H+ - NADH y NADPH son buenos donantes de e- Grupos prostéticos: transportadores anclados en la membrana plasmática. Ejemplo: proteínas de FeS, citocromos, quinonas. Video on electron transport chain and ATP synthesis http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072556781/student_view0/chapter9/animation_quiz.html Mymycrobiologyplace electron transport chain: the process video

Almacenamiento de Energía La E liberada en reacciones redox es almacenada en enlaces fosfato de alta energía, en compuestos fosforilados: ATP Las reacciones redox previas a la síntesis de ATP, pueden ser differentes: Fosforilación oxidativa: El último aceptor de e- es el O2. ATP se forma por una fuerza H+ motriz. video Fotofosforilación: En organismos fotótrofos ATP se forma por una fuerza H+ motriz. Fosforilación a nivel sustrato: Otros compuestos no fosforilados son intermediarios en la síntesis de ATP. Energía liberada de la hidrólisis de coA es almacenada en ATP. Importante en organismos anaerobios, en la fermentacón.

Almacenamiento de Energía Almacenamiento a largo plazo: polímeros insolubles. Ejemplos: bacterias y archaea: glucógeno, poli-B-hidroxibutirato, So eucariotas: almidón, lípidos, glucógeno.

Metabolismo en procariotas Fuente Luz Compuestos Inorgánicos Compuestos Orgánicos CO2 Compuestos orgánicos Energía Carbono Fotoautótrofo Autoquimiolitótrofo Autótrofo Fotoheterótrofo (pocos) Mixótrofo (algunos) Quimioorganótrofo Heterótrofo Fotótrofo Quimiolitótrofo Quimioorganótrofo Qué clase de metabolismo tenemos nosotros? Y las plantas? Y los hongos?