Características Metabólicas de la bacteria

1.    Metabolismo programado para un rápido crecimiento, bastante activo
2.    Diversidad de estrategias para mantener energía.
Ej.: pueden ser organismos aeróbicos o anaeróbicos. Obtienen su energía ya sea de compuestos orgánicos o inorgánicos, y pueden tener agentes oxidantes distintos del oxígeno. Las bacterias aeróbicas usan O2 como aceptor de electrones, mientras que las anaeróbicas utilizan otros agentes como sulfatos, nitratos. En la fermentación no se utiliza un sistema transportador de electrones.
3.    La síntesis de macromoléculas se da por medios mucho más directos.
4.    Los procesos de biosíntesis, como la mureína (peptidoglucano), el LPS (lipopolisacárido) y el ácido teicóico son exclusivos de las bacterias.
5.    Llevan a cabo un metabolismo secundario, no indispensable para la supervivencia de las bacterias, por medio del cual elaboran compuestos exclusivos como los antibióticos.

Unidad Bioquímica

La química de la vida es igual tanto para los organismos procarióticos como los eucarióticos. Hay procesos catabólicos a través del cual se lleva a cabo la degradación de macromoléculas para la obtención de energía, que se adquiere a través de una fuerza motriz de protones; dicha energía se utiliza para los procesos de biosíntesis. El anabolismo es la síntesis de otras macromoléculas, en donde hay consumo de energía.

Las bacterias utilizan diferentes mecanismos de transporte (transporte pasivo, difusión facilitada, choque electroquímico) para que las sustancias ingresen al interior de la célula.

Metabolismo y conversión de la energía

El ATP, energía necesaria para la supervivencia celular, se obtiene a partir de la degradación controlada de diversos sustratos orgánicos.

Catabolismo  proceso de degradación de los sustratos y de su conversión en energía utilizable.
Anabolismo  síntesis de los componentes celulares (pared celular, proteínas, ácidos grasos, ácidos nucleicos)
Metabolismo intermedio  conjunto de los dos procesos anteriores.

El proceso metabólico comienza en el ambiente extracelular con la hidrólisis de grandes macromoléculas. Las moléculas de menos tamaño son transportadas a través de la membrana celular hacia el interior por medio de mecanismos de transporte (activos o pasivos) específicos para cada metabolito. Pueden utilizar:
-    Transportador (carrier) específico
-    Proteínas de transporte de membrana

Los metabolitos se transforman en un producto intermedio universal: ÁCIDO PIRÚVICO.

Clasificación de las bacterias según su fuente de Carbono y Energía

Las necesidades nutricionales y los metabolitos producidos se usan también para la clasificación de bacterias:

a)    Metabolismo quimioorganotrofo (heterótrofas – organótrofas)
Bacterias que utilizan compuestos orgánicos como fuente de energía y de C. Pueden ser aeróbicos (O2 como aceptor electrónico) o anaeróbicos (S, NO3, SO4 como aceptores electrónicos). Hay una fuerza motriz de protones para la síntesis de ATP, por lo tanto es necesaria la presencia de esos aceptores.

b)    Metabolismo quimiolitotrofo (autótrofas)
Bacterias que usan compuestos inorgánicos como fuente de energía y CO2 como fuente de carbono. Realizan sólo respiración anaeróbica, porque no hay O2 como aceptor electrónico.

c)    Metabolismo fototrófico
Bacterias fotosintéticas. No son bacterias patógenas, porque estas no realizan fotosíntesis. Ej.: Las cianobacterias realizan fotosíntesis bacteriana donde no hay liberación de O2, lo que la diferencia de la fotosíntesis vegetal. Pueden ser:

a)    Fotoheterotrofía  fuente de energía son compuestos orgánicos o la luz.
b)    Fotoautotrofía  fuente de carbono es el CO2.

Vías metabólicas utilizadas por los microorganismos para obtener energía

En cada una de ellas la forma de obtención del ATP es diferente.

1.    Fotosíntesis bacteriana
Muy parecida a la vegetal. Hay un flujo de electrones a través de una cadena transportadora donde la fuerza motriz de protones genera el ATP. Interviene la bacterioclorofila. Se lleva a cabo en la membrana celular.

2.    Fermentación
No ocurre flujo de electrones.

3.    Respiración anaeróbica
Hay flujo de electrones debido a la presencia de aceptores electrónicos.

Tanto en la fermentación como en la respiración anaeróbica, la síntesis de ATP ocurre por una fosforilación a nivel de sustrato, la cual ocurre cuando un grupo fosfato de un compuesto con alto poder de transferencia de energía pasa al ADP para generar ATP.

4.    Respiración aeróbica
La síntesis de ATP ocurre por fosforilación oxidativa. Ocurre en la membrana celular. Se fosforila el ADP para formar el ATP.  Los compuestos que se oxidan son el NADH y el NADPH.

Degradación de glucosa en las bacterias. Metabolismo de la glucosa.

Las bacterias producen energía a partir de la glucosa a través de (en orden creciente de eficiencia):
1.    Fermentación: en ausencia de O2. Sus productos finales son compuestos de 2 y 3 átomos de carbono.
2.    Respiración anaerobia: en ausencia de O2
3.    Respiración aerobia: convierte los 6 átomos de C de la glucosa en CO2 y H2O además de energía.

Hay 3 vías por las cuales se puede dar la degradación de la glucosa, dependiendo de la actividad metábolica particular de cada bacteria y de las necesidades energéticas de la bacteria:

a)    Vía de Embden – Meyerhof – Parnas (vía glucolítica).

    Ej.: cuando la bacteria tiene necesidad de ATP, y además necesita monómeros para la biosíntesis de otras moléculas.
    Ocurre en condiciones tanto aerobias como anaerobias.
    Convierte glucosa en piruvato.
    Comienza con la activación de la glucosa en glucosa 6 – P.
    Requiere 1 ATP por mol de glucosa en la conversión de glucosa a glucosa 6 – P y en la conversión de fructosa 6 – P a fructosa – 1,6 – DP
    La energía se produce de dos formas: química y electroquímica.
    Química: generación de ATP a partir de ADP, bajo la dirección de una cinasa, con la utilización de un grupo fosfato de alta energía de uno de los productos intermedios de la ruta.
o    Fosforilación a nivel de sustrato: ocurre en dos puntos: en la conversión del 3 – fosfoglicerol – fosfato en 3 – fosfoglicerato y en la conversión del ácido 2 – fosfoenolpirúvico en piruvato.
o    Se producen 4 ATP.
o    Se utilizan 2 ATP.
o    Producción neta de 2 ATP
    Electroquímica: forma reducida de la nicotinamida – adenina dinucleótido (NADH) que luego se convierte en ATP en presencia de O2 y tras una serie de reacciones de oxidación.
    En ausencia de O2 el principal medio de producción de energía es la fosforilación a nivel de sustrato.
    Fermentación: el ácido pirúvico producido por la glucólisis es convertido posteriormente en diversos productos metabólicos.

Ciclo del ácido tricarboxílico
-    En presencia de O2 el ácido pirúvico puede oxidarse por completo hasta CO2 y H2O.
-    Comienza con una descarboxilación oxidativa donde el piruvato se convierte en acetil CoA. Esta reacción produce NADH.
-    El acetil CoA se condensa con el oxalacetato para formar citrato (6 carbonos).
-    El citrato se convierte de nuevo en oxalacetato.
-    Producción teórica por cada molécula de piruvato: 2 CO2, 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP

Cadena transportadora de electrones
•    NADH y FADH2 generan ATP.
•    Los electrones transportados por NADH y FADH2 pasan a través de unos pares donantes – aceptores, con la producción final de O2 (respiración aerobia) u otro aceptor terminal – nitrato, sulfato, CO2, ión férrico – (respiración anaerobia)

La fermentación produce solamente 2 ATP por molécula de glucosa. Metabolismo aerobio puede generar 19 veces más energía (38 ATP). Respiración anaerobia utiliza moléculas inorgánicas como aceptores de electrones, lo que produce menos ATP por cada NADH.

b)    Vía de Entner – Douderoff

c)    Vía hexosa monofosfato de Warburg – Dickins (vía de las pentosas fosfato)

    Ej.: La bacteria necesita nucleótidos o NADPH
    Proporciona precursores y poder reductor en forma de NADPH, para la biosíntesis.
    Primera mitad  glucosa se transforma en ribulosa 5 – P (consumo de 1 ATP y generación de 2 NADPH)
    Segunda mitad  ribulosa 5 – P se transforma en ribosa 5 – P (precursor en la síntesis de nucleótidos) o puede convertirse a xilulosa 5 – P.
    Enzimas utilizadas: transcetolasas y transaldolasas
    Generación de diversos tipos de azúcares que pueden ser precursores en la biosíntesis o desviarse de nuevo a la glucólisis.

Fermentación

Se realiza en el citoplasma. No hay flujo de electrones. La glucosa se degrada hasta ácido pirúvico que luego se degrada hasta ciertos compuestos dependiendo del tipo de bacteria.

1-    Estreptococos, lacto bacilos, bacilos  ácido láctico (fermentación láctica)
2-    Levadura (hongo)  etanol y CO2
3-    Propionibacteria  ácido propiónico, ácido acético, CO2 y H2O
4-    Clostridium  ácido butírico, butanol, acetona, alcohol isopropílico, CO2
5-    Escherichia, Salmonella  etanol, ácido láctico, ácido succínico, ácido acético, CO2 y H2O
6-    Enterobacter  etanol, ácido láctico, ácido fórmico, butanodiol, acetoína, CO2 y H2O

•    Fermentación ácida mixta: producen 4 veces más productos ácidos que neutros, acidificando los medios de incubación, generalmente el pH cae hasta 4.5. Ej.: Escherichia coli. Este tipo de fermentación es la base de la prueba de rojo de metilo donde el color indicador pasa de amarillo a rojo (positiva)
Productos típicos  (en moles):
Ácido 4:1 Neutro
CO2 1:1 H2

•    Fermentación butanodiólica: La bacteria produce acetoína. Es detectada por la prueba de Voges Proskauer, la cual detecta la presencia o síntesis de acetil metil carbinol (acetoína); la prueba positiva se detecta por la formación color rojo. Ej.: Enterobacter.
Productos típicos  (en moles):
Ácido 1:6 Neutro
CO2 5:1 H2

Respiración anaeróbica

-    Utiliza aceptores de electrones diferentes al O2. Ej.: NO3, Fe+3, sulfatos, carbonatos, etc.
-    Respiran en un ambiente sin O2.
-    Utilizan sistemas de transporte de electrones como citocromos, quinonas.
-    Se lleva a cabo en la membrana celular, y en el citoplasma en el caso de la glucólisis.

Respiración aeróbica

Hay una cadena transportadora de electrones donde el aceptor es el O2. Se lleva a cabo en la membrana celular, y en el citoplasma en el caso de la glucólisis.

Diferencias metabólicas con los hongos y parásitos

-    Hongos
La mayoría son aerobios. Metabolismo quimioheterótrofo. Obtienen su energía y el carbono de compuestos orgánicos (eucariotas). Los nutrientes complejos son absorbidos, ya que los hongos no pueden sintetizar sus nutrientes. Secretan enzimas que degradan el sustrato del medio exterior para ser incorporado al organismo por medio de absorción. El modo habitual de obtener energía es la respiración aeróbica (la mayoría son aeróbicos estrictos). Puede haber algunos anaerobios, y escasos fermentadores.

-    Parásitos
Grandes diferencias de hábitat. Metabolismo variado. Los parásitos intestinales son aerobios. La energía la obtienen a partir de la fermentación. Los parásitos tisulares y hemáticos son aerobios y presentan actividad oxidativa para la obtención de energía.

Comparte este artículo con tus amigos
 
Top