Metabolismo Bacteriano: Características, Vías y Factores

METABOLISMO BACTERIANO

Conjunto de procesos en los cuáles ayudan a un microorganismo a obtener energía y nutrientes necesarios para vivir y la reproducirse.

Las diferentes estrategias que les otorgan distinción.

CARACTERÍSTICAS METÁBOLICAS

Papel ecológico, Responsabilidad Ciclos Biogeoquímicos, Utilidad den procesos

METABOLISMO

Convertir nutrientes exógenos en precursores de componentes macromoleculares.
Formar subunidades que darán macromoléculas, Proporcionar e para procesos.

CATABOLISMO:

Degradación de moléculas complejas a más simples, liberando energía. EXERGÓNICA.

ANABOLISMO:

Energía empleada para sintetizar moléculas complejas a partir de otras más simples. ENDERGÓNICA

CATALIZADOR:

Sustancia que incrementa la velocidad de reacción química sin sufrir cambios permanentes en su estructura (enzima).

VÍA METABÓLICA

Serie de reaccions catalizadas por enzimas.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

Temperatura
pH del sustrato sobre 5,0.
10-100 veces más rápido que en células humanas
Más versatilidad de nutrientes.
Más versatilidad en utilización de oxidantes.
Más requerimiento nutricional
Maquinaría más simple
Procesos biosintéticos únicos.

PROCESOS QUE APORTAN ENERGÍA EN MICROORGANISMOS QUIMIOLITOTROFOS

Respiración Aeróbica- Respiración Anaeróbica

PROCESOS QUE APORTAN ENERGÍA EN MICROORGANISMOS QUIMIORGANÓTROFOS

*La glucosa es una molécula clave en la obtención de energía de este tipo*

Respiración Anaeróbica- Respiración Aeróbica – Fermentación

Se producen 38 ATP por cada molécula de glucosa.Es el proceso menos complejo de su metabolismo.

Cuando usa otras moléculas orgánicas, por lo general se convierten primero las moléculas en intermediarios del catabolismo de la glucosa.

Para producir energía a partir de la glucosa, los microorganismos usan: RESPIRACIÓN Y FERMENTACIÓN. Empiezan con glucólisis, pero se distribuyen por diferentes vías, según la disponibilidad de O2.

*CATABOLISMO: Glucosa en reacción celular.

1. Glucólisis. 2. Ciclo de Krebs. 3. Cadena de transporte de electrones.

OXIDACIÓN DE GLUCOSA – PIRUVATO

Vía Embden-Meyerhof (Glucólisis), 2. Vía Pentosa- Fosfato. 3. Vía Entner-Doudoroff

GLUCÓLISIS O VÍA EMBDEN-MEYERHOF

Consiste en 10 reacciones localizadas en el citosol, donde oxidan glucosa-piruvato (con o sin O2)
Las enzimas catalizan la división de glucosa 6 células en dos azúcares de 3 células.

DHAP

Se oxidan liberando energía y sus se organizan formando dos moléculas de ácido pirúvico.
Durante la glucólisis, NAD+ ->NADH
Produce 2 moléculas de ATP

1.Gasta dos moléculas de ATP por molécula de glucosa.

2.Forma cuatro moléculas de ATP y 2 NADH

2 MOLÉCULAS de: ATP- NADH – ÁCIDO PIRÚVICO

VÍA DE PENTOSA FOSFATO (E.Coli)

Vía Anfibiótica (anabolismo y catabolimo)
Opera simultáneamente con glucólisis
Da medio de descomposición de azúcar de 5C y Glucosa
Produce importantes pentosas usadas en la síntesis de ácidos nucleicos (ribosa y desoxirribosa)
Glucosa a partir de CO2 provee eritrosa fosfato (precursor de aminoácidos aromáticos)
Produce NADPH
Ganancia neta de 1 ATP por cada molécula de glucosa oxidada.

VÍA ENTNER-DOUDOFF

Algunas bacterian sin enzima fosfonuctecinasa y no pueden convertir glucosa 6-P a Fructosa 1,6 Bifosfato. Reemplaza la primera fase de la ruta Embden-Meyerhof.
Glucosa 6-P -> piruvato y glicerolaldehído por la deshidratación del 6-fosfogluconato para formar KDPG
Bacterias con enzimas de esta vía sin entrar a otra pueden metabolizar glucosa.
Proceso que está presente en algunas bacterias del suelo y otras Gram –

Rendimiento:

1 AT, 1 NADPH, 1NADH

FERMENTACIÓN

Después de que la glucosa se ha descompuesto puede convertirse en un producto orgánico mediante el proceso de fermentación. En el cual NAD+ y NADP+ se regeneran entrando en otra ronda de glucolisis.

Libera energía de azucares u otros materiales orgánicos.
No requiere O2
No requiere Ciclo de Krebs o una cadena de transporte de electrones.
Usa una molécula orgánica como el aceptor de electrones final. (ácido pirúvico)
Produce poco ATP (sólo en glucolisis=

Los microorganismos pueden fermentar varios sustratos y sus productos finales dependen de:

Tipos de microorganismos, 2. Sustrato. 3. Enzimas presentes

RESPIRACIÓN BACTERIANA

Glucosa -> Piruvato -> Respiración Celular / Fermentación

Respuesta Celular: proceso de generación de ATP, en el cual las moléculas de oxidan y el aceptor de electrones final es, por lo general, una molécula inorgánica.

Se realiza en la Membrana Plasmática bacteriana.

Hay dos tipos de respiración, dependiendo de si el microoganismo es un aerobio o un anaerobio.

En aerobiosis el aceptor final de electrones es O2. En la anaerobiosis el aceptor final de electrones es una molécula orgánica.

RESPIRACIÓN AEROBICA

Sustrato oxidado a CO2 (O2 es el aceptor) y H2O con transporte de electrones en la Membrana Plasmática
En la respiración de la glucosa, el piruvato es oxidado completamente a CO2 a través del Ciclo de Krebs. (Citosol bacteriano). Libera electrones a través de oxidación del Acetil-coA.
Por cada molécula de piruvato oxidada a través del ciclo de Krebs se generan 3 moléculas de CO2, 4NADH, 1FADH Y 1 ATP O GTP.
*NADH Y FADH, son los productos más importantes del ccilo de Krebs, contienen mayor parte de energía almacenada es la glucosa.
Cadena transportadora de electrones (reducción que transfieren energía de NADH y FADH al ATP. *QUIMIOSMOSIS* 34 moléculas de ATP.
Oxidación final irreversible.
ATP sintasa: forma ATP, a partir de ADP y P, encontrada en proteínas de canal difundido por proteínas externas

RESPIRACIÓN ANAERÓBICA

Aceptor final molécula inorgánica distinta a O2
Los que tienen como aceptor final son nitrato, silfato y son escenciales para ciclos de Nitrógeno y Azufre.
Cantidad de ATP generada varía de acuerdo al microorgnaismo y a la ruta metabólica.
El rendimiento de ATP es menor que en la respiración aeróbica, crecen más lento.

CATABOLISMO BACTERIANO

Elementos constitutivos, tienen su genenesís en precursores:

BIOSÍNTESIS DE POLISACÁRIDOS

Microorganismos sintetizan azúcares y polisacáridos, se sintetiza glucosa, a través de medios del ciclo de Krebs.
Se sintetiza ADPG, se une con similares para sintetizar glucógeno.
Nucleótido UTP, bacterias sintetiza glucosa por UDPNAc

BIOSÍNTESIS DE LÍPIDOS

Glicerol (dihidroxiacetona) + ácidos grasos (2 Actilco-A)
Sus unidades de construcción se unen por requerimientoo de energía y deshidratación, no siempre por ATP.

BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS

Fuente importante de intermediarios utilizados en síntesis de aminoácidos se encuentra en Krebs.

AMINACIÓN: Convierte al ÁCIDO en AMINOÁCIDOS

Amino + Ácido Pirúvico
Amino + Ácido apropiado de Krebs

TRANSAMINACIÓN: Grupo Amino de un aminoácido existente

AMINOÁCIDO + AMINOÁCIDO = PROTEÍNAS
Requiere ATP

BIOSÍNTESIS DE NUCLEÓTIDOS

En organismos pluricelulares, proliferación bacteriana, AUMENTA TAMAÑO DE ORGANISMO.
En unicelulares, AUMENTA TAMAÑO DE POBLACIÓN.

CRECIMIENTO BACTERIANO INDIVIDUAL

Replicación plásmidos/cromosomas
Segregación de lo replicado a células hijas.
Síntesis de nuevos materiales de envoltura.
Señales -> REPLICACIÓN Y DIVISIÓN.

CRECIMIENTO BACTERIANO POBLACIONAL

Cinética creciente
Factores que afectan al tiempo de generación.
Factores ambientales que limitan el crecimiento.

FISIÓN BINARIA

Crece célula y replica ADN
División pared celular y membrana plasmática.
Formación paredes medias, separadas por las copias de ADN
Separación de las células hijas

Depende de factores genéticos, factores nutricionales y la temperatura.

El tiempo de generación o duplicación es igual al tiempo necesario para que la población se duplique.

FTS: filamentous temperature-sensitive

Son proteínas escenciales para división celular en todos los rocariontes, ellas interactúan para formar el aparato de división celular (divisioma)

FtsZ; forma un anillo alrededor del centro de la célula hecho de tubulina
FtsK: media separación cromosómica para células
FstA: es ATPasa, junto con ZIPA, conecta el anilllo FtsZ
FtsI: síntesis peptidoglucano (inhibido por penicilina)

Formación de divisoma comienza con la unión de moléculas FtsZ en un anillo al centro de la célula atrayendo FtsA y ZIPA.

ZIPA ancla el anillo con FtsZ a Membrana Plasmática.
Se forma divisoma, comienza alargamiento de la célula.
Nueva Membrana Plasmática.

PROTEÍNA MreB:

Principal factor determinante de la forma bacteriana. Citoesqueleto simple, por reclutamiento proteico.

Forma hélice de filamentos debajo de Membrana Citoplasmática.
Inactiva el gen que activa la MreB en bacterias, hace que se transformen en cocáceas (caren de MreB)
Las estructuras helicoidales rotan dentro de la célula.
El peptidoglucano se asocia a las helices cuando entran en contacto con la Membrana.
MreB, localiza síntesis de nueva pared celular en ubicaciones específicas, mientras estas helices giren.

MreB -> Actina (microfilamentos)

FtsZ ->Tubulina (microtúbulos)

Crescentina -> Queratina (filamentos intermedios)

E. Coli -> 17 minutos

CULTIVOS CERRADOS: No entran desechos (acumulan), ni salen nutrientes (agotan).

QUIMIOSTATO: Se utiliza para obtener cultivos continuos (crecimiento exponencial)

Densidad poblacional controla la cantidad de nutrientes***

MUERTE BACTERIANA (+poblaciones)

No desarrollo ni división
Taza constante de muerte
Tiempo de muerte proporcional a la cantidad de microorganismos

Causas:

Agotamiento de nutrientes
Desinfección
Antimicrobianos

Agentes Antimicrobianos

Bacteriostáticos: inhiben crecimiento
Bacteriocidas: matan microorganismos
Bacteriolíticos

En ellos influye la diversidad de microorganismos, factores ambientales, tiempo de exposición, características, etc.

BACTERIOSTÁTICOS

·Inhiben procesos bioquímicos (proliferación) como la síntesis de proteínas. Inhiben la proliferación, pero no matan las células.

·Ej: Tetracicilinas: inhibe síntesis proteica, efecto de dilución.

BACTERICIDAS

·Se unen con objetivo celular, matando células. Sin embargo, las células muertas no se lisan, y el número total de células se sigue viendo reflejado en el cultivo, viéndose turbio.

·Ej: Metales pesados.

BACTERIOLÍTICOS

·Los agentes bacteriolíticos matan a las células lisándolas y liberando sus contenidos citoplásmicos.

·La lisis disminute tanto el número de células viables como el número total de células.

·Agentes que actúan a nivel de membrana: KOH, alcoholes, detergentes.

Mecanismos de acción de los agentes microbianos:

·Alteran la permeabilidad de la Membrana Plasmática

·Alteración a nivel proteico y ácidos nucleicos.

·Alteración del nivel enzimático

DESINFECCIÓN: Uso de agentes químicos para inhibir el crecimiento de patógenos. Depende de:

·La carga orgánica que está presente

·La carga biológica (tipo y número)

·La concentración del desinfectante

·El tiempo de contacto

·La naturaleza física del objeto que se está desinfectando

·Temperatura y pH

DROGAS ANTIMICROBIANAS

·Compuestos sintéticos o naturales (antibióticos)

·Bactericidas o bacteriostáticos

·Amplio o reducido espectro

·Poseen toxicidad selectiva

INHIBIDORES DE SÍNTESIS DE ADN

Quinolonas
Inhibidores de folatos (sulfas)
Metronizadol
Rifampicina

INHIBIDORES DE SÍNTESIS DE PROTEÍNAS:

Aminoglúcosidos
Tetraciclinas
Cloranfenicol
Macrólidos
Clindamicina

INHIBIDORES DE LA SÍNTESIS DE LA PARED CELULAR

Penicilinas
Cefalosporinas
Carbapenémicos
Monobactamicos
Inhibidores de betalactamasa

ALTERACIÓN Y ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Polimixina beta y colistina: Efecto catiónico similar al del detergente, se enlaza con la membrana celular de bacterias Gram – alterado y produce la pérdida de componentes citoplasmáticos esenciales y posteriormente, la muerte de la bacteria.

ACCIÓN ANTIMICROBIANA

Concentración Inhibitoria Mínima (CIM): Concentración más naja de antimicrobiano capaz de inhibir el crecimiento bacteriano.

Concentración Bactericida Mínima (CBM): Concentración mínima de antibiótico que mata a las bacterias en cuestión.