9 metabolismo bacteriano 09
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El documento describe los procesos metabólicos bacterianos como la glucólisis, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa para obtener energía. También cubre las vías fermentativas donde los compuestos orgánicos sirven como aceptores y donadores de electrones para generar ATP. Las bacterias pueden utilizar diferentes rutas dependiendo de si son aerobias o anaerobias y del medio ambiente.
9 metabolismo bacteriano 09
- 1. METABOLISMO BACTERIANO Los Seres Vivos tienen la característica de sintetizar sus propios constituyentes a partir de sustancias que toman el medio ambiente externo. El crecimiento bacteriano se define como el aumento ordenado de todos los constituyentes químicos de la célula.
- 2. METABOLISMO BACTERIANO APLICACIONES DEL METABOLISMO Permite conocer el modo de vida y el hábitat de diferentes especies bacterianas El ser humano alberga diferentes bacterias en diferentes lugares, dependiendo de la temperatura, pH, nutrientes y oxígeno. Permite formular diferentes medios de cultivo para aislar e identificar bacterias. Desde el punto de vista terapéutico permite conocer el efecto de algunos antibióticos, ya que bloquean alguna vía metabólica .
- 3. METABOLISMO BACTERIANO Metabolismo: Conjunto de reacciones bioquímicas que se lleva a cabo en una célula Obtener energía química y almacenarla y luego utilizarla Convertir los nutrientes exógenos en unidades precursoras de componentes macromoleculares de la bacteria. Forma y degrada moléculas para funciones especificas.
- 4. METABOLISMO BACTERIANO Metabolismo: Anabolismo: Proceso por el cual la célula bacteriana sintetiza sus propios componentes. Requiere energía. Catabolismo: Proceso por el cual la bacteria degrada los nutrientes para obtener energía o para convertirlos en precursores de la biosíntesis.
- 5. METABOLISMO BACTERIANO ATP: Compuesto fosfato de alta energía, este se genera en la célula por dos vías diferentes: Fosforilación a nivel de sustrato Fosforilación oxidativa. En las bacterias de interés médico los sistemas REDOX que transforman la energía química de los nutrientes en energía útil son:
- 6. METABOLISMO BACTERIANO Fermentación: Rendimiento energético es menor. Respiración: aerobia y anaerobia Las bacterias llevan a cabo las tres vías de los hidratos de carbono La vía glucolítica de Embden Merhof Parnas La vía de pentosas fosfato La vía de Entner Doudoroff
- 7. Tipos de fermentación: Fermentación alcohólica Fermentación homoláctica Fermentación heteroláctica Fermentación del ácido propiónico Fermentación ácido mixta Fermentación de butanodiol
- 8. METABOLISMO BACTERIANO Las bacterias sobreviven y crecen en amplia variedad de hábitats Todas las bacterias deben sintetizar constituyentes celulares de una manera coordinada para sobrevivir. Deben estar disponibles los elementos básicos y en la cantidad necesaria en el medio o ser sintetizados por los propios microorganismos. Las diferencias en la respuesta al oxígeno refleja la forma en que las bacterias oxidan sus sustratos para obtener energía. ¿Cuáles son las vías metabólicas utilizadas por las bacterias para obtener energía?
- 9. Metabolismo Bacteriano RESPIRACIÓN: Aerobia y Anaerobia. La respiración aerobia da por resultado más energía por molécula de sustrato oxidada FERMENTACIÓN: Láctica y Alcohólica. La respiración es el proceso metabólico donde el aceptor final de electrones es el oxígeno. Respiración aerobia. La respiración anaerobia el aceptor final de electrones es el nitrato, sulfato, ú otro elemento inorgánico. La fermentación es el proceso metabólico en el cual el donador y el aceptor de electrones es un compuesto orgánico. Ejemplo, en la fermentación láctica el piruvato es reducido a Lactato y la Acetil CoA es reducida a alcohol en la fermentación alcohólica.
- 10. METABOLISMO ENERGÉTICO Las reacciones metabólicas. ATP El ATP es utilizado por la célula para los procesos de síntesis. El ATP se obtiene básicamente por dos vías que son: Fosforilación a nivel de sustrato. Glicólisis, ciclo del ácido tricarboxílico y en algunos procesos fermentación. Fosforilación por transporte de electrones u oxidativa. Cadena respiratoria. Este mecanismo sucede en la respiración aerobia y anaerobia y es el mecanismo por el cual se obtiene la energía. También lo realizan las bacterias facultativas.
- 11. METABOLISMO BACTERIANO VÍA METABOLICA DE LA GLICÓLISIS O VÍA EMBDEN-MEYERHOF-PARNAS O FRUCTOSA 1,6 DIFOSFATO. (FBP) Es la secuencia de reacciones que convierten la glucosa a piruvato, con la producción final de 2 moléculas de ATP Todos los microorganismos ya sean aerobios, anaerobios o microaerófilos siguen esta vía metabólica para oxidar la glucosa a piruvato.
- 12. METABOLISMO BACTERIANO Todos los intermediarios entre la glucosa y el piruvato son fosfatados. La reacción neta es la siguiente: Glucosa + 2 Pi + 2 ADP +NAD ---------- > 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2O Las dos moléculas de ATP se obtienen por fosforilación a nivel de sustrato
- 13. DESTINO DEL PIRUVATO EN LAS BACTERIAS AEROBIAS Las moléculas de NADH generadas se reoxidan a NAD en los microorganismos aerobios en la respiración y en la fermentación por los anaerobios. En contraste con la glicólisis la cual casi es universal en todos los organismos, el piruvato puede ser convertido a diferentes productos, dependiendo de la especie de bacteria y del medio ambiente en el que se está desarrollando, es decir de las condiciones de crecimiento. En los microorganismos aerobios, el piruvato se convierte a Acetil CoA por la enzima piruvato deshidrogenasa. La acetil CoA entra en el ciclo de Krebs o del ácido tricarboxilíco .
- 14. Metabolismo bacteriano El ciclo de Krebs o del ácido cítrico, describe una secuencia de reacciones donde el producto final es el dióxido de carbono. Esta vía es común a todos los aerobios y algunos anaerobios El ciclo de Krebs provee además intermediarios para la biosíntesis de aminoácidos, ácido nucleicos y grupo heme. Todas las reacciones del ciclo con excepción de la catalizada por el citrato sintetasa son reversibles. Reacción neta es la siguiente: Acetil CoA + 3 NAD + 1FDA + ADP + Pi + 2 H20 ------ >2CO2 + 3NADH + FADH 3 + ATP CoA.
- 15. DESTINO DEL PIRUVATO EN LA FERMENTACIÓN POR BACTERIAS ANAEROBIAS. Las 3 moléculas de NADH y una FADH pueden ser regeneradas a NAD y FAD por la respiración aerobia. En los microorganismos anaerobios el piruvato puede convertirse por una serie de reacciones a compuestos orgánicos reducidos, como por ejemplo: Acetato, etanol y lactato. Todas estas rutas metabólicas tienen la habilidad para consumir NADH por reoxidación de NAD, este mecanismo es la estrategia fundamental de la fermentación. La fermentación se define como el mecanismo de generación de ATP en el cual los sustratos inorgánicos son oxidados a formas ácidas o alcoholes (compuestos orgánicos).
- 16. METABOLISMO BACTERIANO Las bacterias entéricas como E. coli, K. pneumoniae y E. aerogenes fermentan lactosa a una variedad de ácido orgánicos o alcoholes. El disacárido lactosa ---- >Glucosa + Galactosa ----- > Glucosa ----- Glucólisis ------> Piruvato puede pasar a lactato, succinato, acetato. Etanol. Fermentación mixta y fermentación simple. Salmonella, Shigella y Proteus , no fermenta lactosa Glucosa ----- >Piruvato ----- >Lactato. Fermentación alcohólica levaduras y algunas bacterias C. perfringens fermenta la glucosa a butirato, acetato, lactato etanol
- 17. Fermentación y Fosforilación a nivel de sustrato. Las rutas para la oxidación de compuestos orgánicos y la conservación de la energía como ATP se contemplan 2 grupos: Fermentación: Los procesos REDOX ocurren en ausencia de aceptores de terminales de electrones añadidos. Catabolismo anaeróbico en el que un compuesto orgánico sirve al mismo tiempo como donador y aceptor de electrones y en el que el ATP se produce por fosforilación de sustrato.
- 18. Metabolismo bacteriano En las fermentaciones el ATP se produce por: Fosforilación a nivel de sustrato: El ATP se sintetiza durante el catabolismo del compuesto orgánico y en pasos enzimáticos concretos Respiración: el oxígeno molecular u otros oxidantes sirven como aceptores terminales de electrones. Respiración anaerobia: aceptores finales de electrones son: Sulfatos, Nitratos, Carbonatos y el ión hierro
- 19. METABOLISMO BACTERIANO METABOLISMO Todos los procesos químicos que tienen lugar dentro de la célula Anabolismo: suma total de todas las reacciones biosintéticas en la célula Catabolismo: las reacciones bioquímicas que conducen a la producción de energía utilizable por la célula (normalmente ATP) FERMENTACIÓN Y FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO. Glucólisis: Ruta de Embden- Meyerhof Etapa I y II: reacciones preliminres de REDOX Etapa III: producción de productos de fermentación. El resultado último de la glucólisis es el consumo de la glucosa, la síntesis neta de 2 ATPs y la formación de productos de fermentación.
- 20. Catabolism of proteins, polysaccharides, and lipids produces glucose, pyruvate, or intermediates of the tricarboxylic acid (TCA) cycle and, ultimately, energy in the form of adenosine triphosphate (ATP) or the reduced form of nicotinamide-adenine dinucleotide (NADH).
- 23. Fermentation of pyruvate by different microorganisms results in different end products. The clinical laboratory uses these pathways and end products as a means of distinguishing different bacteria.
- 25. Electron transport chain, showing sequential oxidation and energy-generating steps. Electron transfer is accompanied by the flow of protons (H + ) from NADH, through coenzyme Q (CoQ), and electrons through the cytochromes (CYTO). Three ATPs are formed per molecule of NADH reoxidized, but only two ATPs are formed per molecule of FADH 2 reoxidized. FMN, flavin mononucleotide. (Modified from Slots J, Taubman MA, editors: Contemporary oral microbiology and immunology, St Louis, 1992, Mosby.)
- 26. Metabolismo aerobio de la glucosa.
- 28. Peptidoglycan synthesis. A, Peptidoglycan synthesis occurs in the following three phases: (1) Peptidoglycan is synthesized from prefabricated units constructed and activated for assembly and transport inside the cell. (2) At the membrane the units are assembled onto the undecaprenol phosphate conveyor belt, and fabrication is completed. (3) The unit is translocated to the outside of the cell, where it is attached to the polysaccharide chain, and the peptide is cross-linked to finish the construction. Such a construction can be compared with the assembly of a space station. B, The cross-linking reaction is a transpeptidation. One peptide bond (produced inside the cell) is traded for another (outside the cell) with the release of d-alanine. The enzymes that catalyze the reaction are called d- alanine, d- alanine transpeptidase-carboxypeptidases. These enzymes are the targets of β-lactam antibiotics and are called penicillin-binding proteins. (© American Society of Clinical Pathologists. Reprinted with permission.)