Metabolismo Bacteriano: Respiración, Fermentación y Crecimiento

Metabolismo Bacteriano

Fermentación

Fermentación: Proceso a nivel citoplasmático. Se obtiene ATP por fosforilación a nivel de sustrato. Proceso independiente de O₂, se puede producir igual en su presencia, ya que las bacterias presentan gran diversidad de rutas metabólicas.

1. Un sustrato se oxida hasta un intermediario metabólico produciendo NADH₂ y energía (ATP).
2. Este intermediario oxidado es reducido para dar un producto final y regenerar NAD⁺.

Respiración

Respiración: Conjunto de reacciones bioquímicas por las cuales determinados compuestos orgánicos son degradados completamente, por oxidación, hasta convertirse en sustancias inorgánicas (liberando ATP).

1. Un sustrato, generalmente glucosa (compuesto orgánico), se oxida para obtener electrones utilizados para reducir NAD y transferidos a una cadena de transporte de electrones de membrana celular, donde un aceptor final de electrones se reduce.
2. En todo el proceso se va generando fuerza protón-motriz que se emplea para la generación de ATP.

Comparación entre Fermentación y Respiración

Fotosíntesis Anoxigénica y Anaerobia

Los organismos fotoautótrofos anoxigénicos convierten la energía lumínica en energía química, liberando electrones. Al contrario que plantas, algas y cianobacterias, en este proceso de transferencia de energía no se produce O₂. Otra diferencia es que contienen un tipo de clorofila diferente que las plantas. Por otra parte, la fotosíntesis es anaeróbica porque se da en ambientes o medios donde no hay O₂, ya que no interviene en la cadena.

Si añadimos NaNO₃, añadimos el aceptor final de electrones y E. coli puede elegir la vía de respiración frente a la fermentación, por lo que aumenta el rendimiento del medio.

Organismos Quimiolitótrofos

Organismos quimiolitótrofos: Capaces de utilizar compuestos químicos inorgánicos reducidos como sustratos para obtener energía y utilizarla en el metabolismo respiratorio. Ejemplos en bacterias: azufre, N₂, H₂, Fe.

Obtención de ATP por fosforilación oxidativa, cadena de transporte de electrones mediante la oxidación de un donador inorgánico de electrones. A excepción del H₂, los donadores de electrones no sirven para generar poder reductor, para obtenerlo se requiere la inversión de la cadena de electrones.

Enzimas

Catalasa

1. Sustrato: H₂O₂
2. Producción de O₂: H₂O₂ + O₂
3. Función en la tolerancia celular al O₂: Capaz de hidrolizar el H₂O₂. La poseen todos los aerobios.

Peroxidasa

Igual que la catalasa excepto en el punto 3: Capaz de eliminar el H₂O₂, la poseen todos los aerobios que carecen de catalasa.

Superóxido Dismutasa

1. Sustrato: Radicales superóxidos
2. Producción de O₂: Igual que la catalasa
3. Función en la tolerancia celular al O₂: Elimina los radicales superóxido potencialmente peligrosos por su capacidad de reducir todos los componentes del organismo causando su muerte. Precisa de la presencia de una de las otras dos enzimas que eliminen el H₂O₂.

Si se produce efervescencia: la bacteria posee catalasa (libera O₂).

Transportadores

Transportadores de H⁺: Flavínas, quinonas, FMN, FAD, ubi-/menaquinonas. Su estructura química permite reducirse u oxidarse mediante la adición de H⁺.

Transportadores de electrones: Sulfoferroproteínas y citocromos, el átomo que capta o cede electrones es un átomo de Fe, pasa de férrico a ferroso y viceversa.

Metabolitos Precursores

Metabolitos precursores: Son los compuestos necesarios que se requieren para sintetizar una célula por completo, obtenidos tras la degradación de nutrientes mediante reacciones de mantenimiento, 12 precursores. 3 principales: glucosa-6-fosfato, piruvato, acetil-CoA.

Curva de Crecimiento Bacteriano

1. Fase de Latencia

El inóculo se adapta a las condiciones del medio fresco sobre el que se ha sembrado. Período de ajuste metabólico. Su duración depende de: tamaño del inóculo, medio del que procede; en caso de que sea similar la latencia es más corta, sino la fase de retardo es larga. Representada por una línea recta horizontal.

2. Crecimiento Acelerado

Cada célula entra en la fase exponencial. No todas están en las mismas condiciones fisiológicas. Pendiente creciente (μ aumenta hasta llegar a μ máx.).

3. Fase Exponencial

Se da un crecimiento equilibrado no restringido durante unas cuantas generaciones, menos de 10. Tiempo de generación (g) característico de cada especie, en cada medio concreto. Recta de pendiente máxima (μ es constante y máxima).

4. Fase de Crecimiento Retardado

Fase de transición.

5. Fase Estacionaria

La tasa específica de crecimiento se hace nula (μ=0), aún existe crecimiento. El crecimiento bruto se equilibra con las muertes celulares. Se agotan nutrientes especiales y se acumulan sustancias de desecho, el pH empieza a ser inadecuado para el crecimiento.

6. Fase de Muerte

Se da la muerte y lisis del cultivo, ya que se agotan las reservas de energía. Pendiente depende de la especie.

La división celular empieza al principio de la fase 2.

Nutriente Limitante

Nutriente limitante: Aquel cuya concentración está por debajo del límite de eficiencia de las permeasas.

Si cambiamos a otro medio de la misma composición, en caso de estar en:

1. Fase de crecimiento exponencial: no se da fase de latencia.
2. Fase estacionaria avanzada: sí se da porque las células han agotado diferentes coenzimas esenciales u otros componentes y se requiere tiempo para su resíntesis.