METABOLISMO MICROBIANO
(Taller)
Generalidades
1. Complete las siguientes oraciones con el tipo de transporte involucrado
a. Transporte Activo: cuando la célula utiliza ATP como fuente de energía para hacer atravesar la membrana a una sustancia en particular.
b. Difusion simple: Las moléculas en solución estan dotadas de energía cinética y, por tanto, tienen movimientos que se realizan al azar. La difusión consiste en la mezcla de estas moléculas debido a su energía cinética cuando existe un gradiente de concentración; es decir; cuando en una parte de la solución la concentración de las moléculas es mas elevada.
c. Difusión facilitada: En el primer paso, la glucosa se une a la proteína transportadora, y esta cambia de forma, permitiendo el paso del azúcar. Tan pronto como la glucosa llega al citoplasma, una kinasa (enzima que añade un grupo fosfato a un azúcar) transforma la glucosa en glucosa-6-fosfato. De esta forma, las concentraciones de glucosa en el interior de la célula son siempre muy bajas, y el gradiente de concentración exterior --> interior favorece la difusión de la glucosa.

d. Translocacion de grupo: Es un sistema de transporte que acopla la entrada del sustrato con su modificación química por unión covalente con un grupo químico. Estrictamente hablando, no es un transporte activo, porque no funciona en contra de un gradiente de concentración, pero se considera de hecho como activo, ya que la concentración delsustrato modificado dentro de la célula supera con creces a la del sustrato sin modificar en el exterior.
2. Defina los siguientes términos:

Metabolismo: El metabolismo se refiere a todos los procesos físicos y químicos del cuerpo que convierten o usan energía, tales como
Catabolismo: Fase del metabolismo constituida por el conjunto de reacciones bioquímicas que desintegran la materia viva, por lo tanto son procesos metabólicos de degradación. El catabolismo es el proceso inverso del anabolismo.
Anabolismo: Anabolismo, entonces es el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales a partir de compuestos sencillos (inorganicos u organicos) se sintetizan moléculas mas complejas. Mediante estas reacciones se crean nuevos enlaces por lo que se requiere un aporte de energía que provendra del ATP
.
3. Explique el termino
oxido – reducción:
a toda reacción química en la que uno o mas electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidación.1
Para que exista una reacción de reducción-oxidación, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones, y otro que los acepte:
El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, siendo reducido.2
El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, siendo oxidado.Cuando un elemento químico reductor cede electrones al medio, se convierte en un elemento oxidado, y la relación que guarda con su precursor queda establecida mediante lo que se llama un «par redox». Analogamente, se dice que, cuando un elemento químico capta electrones del medio, este se convierte en un elemento reducido, e igualmente forma un par redox con su precursor oxidado.

4. Que es el ATP?

El ATP es un NUCLEÓTIDO llamado Adenosín-tri-fosfato, esta formado por un azúcar la ribosa y por una base nitrogenada púrina la ADENINA y por 3 moléculas de acido fosfórico, esta sustancia se encuentra en todas las células y posee la característica de poseer doS uniones covalentes con un alto potencial energético que en otras uniones, el ATP es
sintetizado tanto en células procariotas como en células eucariotas vegetales y animales.

5. En que consisten los tres tipos de reacciones de fosforilacion que generan ATP
a. Fosforilacion a nivel de sustrato:
El ATP se puede sintetizar a partir de ADP y Pi mediante dos procesos:
Fosforilación a nivel de substrato.
Mecanismo quimiosmótico de Mitchell.
La fosforilación a nivel de substrato ocurre en el citoplasma celular. Por ejemplo, la formación del acido pirúvico a partir del acido fosfoenol pirúvico, catalizada por la enzima piruvatoquinasa produce ATP.
 

Según la teoría quimiosmótica de Mitchell( ganador del premio Nobel en 1978), el sistema transportador de electrones produce ungradiente de protones entre los dos lados de la membrana mitocondrial interna, que crea una diferencia de pH y un potencial de membrana. De acuerdo a esta teoría, los protones son bombeados de la matriz mitocondrial hacia el compartimiento intermembranal, a medida que los electrones del NADH2 se mueven a través de una cadena transportadora de electrones, la cual forma parte de la membrana mitocondrial. Cada par de electrones cruza la membrana tres veces, transportando en cada una de ellas dos protones hacia el espacio intermembranal. Se forma así un gradiente de protones y de potencial eléctrico ( gradiente electroquímico) , que origina un movimiento inverso de protones hacia la matriz, a través de canales de difusión formados por la ATP asa ( ATP sintetiza). A medida que los protones (H+) pasan a través de la ATP sintetiza, la energía libre liberada potencia la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato. Por cada NADH2 que se oxida, se traslocan 6 protones los que al regresar a la matriz generan 3 moléculas de ATP. La síntesis de ATP acoplada al consumo de oxígeno se llama fosforilación oxidativa.

Fosforilacion oxidative
es un proceso metabólico que utiliza energía liberada por la oxidación de nutrientes para producir adenosín trifosfato (ATP). Se le llama así para distinguirla de otras rutas que producen ATP con menor rendimiento, llamadas 'a nivel de sustrato'. Se calcula que hasta el 90% de la energía celular en forma de ATP es producida de estaforma.1

Fotofosforilacion:
La síntesis de ATP producida en los cloroplastos, mediante la utilización de energía luminosa, se denomina fotofosforilación:

 
En la membrana tilacoidal como resultado de la fotólisis del agua () y de la oxidación de la plastoquinona () se generan protones (H+ ), que originan un alto gradiente de concentración de protones, al ser transportados del lumen tilacoidal hacia el estroma. Ese gradiente de pH a través de la membrana es responsable de la síntesis de ATP, catalizada por la enzima ATP sintetasa.
Metabolismo de carbohidratos

Para producir energia a partir de la glucosa, los microorganismos usan dos procesos generales: respiración y fermentación. Ambos inician usualmente con la glucolisis pero siguen diferentes rutas subsecuentes.

1. La respiracion de la glucosa ocurre en tres etapas principales (glicolisis, ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones), cual es el objetivo de cada uno de ellos y cuales moléculas principales intervienen?

Glicolisis: Es la ruta melabolica en la que se degrada la glucosa hasta dos moléculas de piruvato, a la vez se produce energía en forma de ATP y NADH; esta ruta se forma de 10 reacciones enzimaticas en las que intervienen las siguientes moléculas: Hexoquinasa, fosfoglucoisomerasa, p-fructo quinasa 1, aldolasa, triofosfato isomerasa, gliceraldehido-3-deshidrogenasa, fosfogliceratoquinasa, fosfoglicerato mutasa, enolasa y piruvato quirasa.

Ciclo de Krebs:Encargado de oxidar acetil CoA a CO2, generar equivalentes de NADH YFADH2, suministrar intermediarios para la síntesis de otros compuestos(aminoacidos, acidos grasos, colesterol, gluconeogénesis, porfirinas y vincular derivados de aminoacidos al proceso de oxidación; inervienen las siguientes moléculas:

La Coenzima A (adenosina, acido pantotenico, cistena.
Acetil CoA
Oxalacetico
Cítrico

Cadena de transporte de electrones: Su objetivo es formar un gradiente de protones ( H+ ) que se utilizara en la síntesis de ATP; intervienen las siguientes moléculas:

Moleculas de nicotinamida y de flavina (NAD y FAD)
Ubiquinona o Coenzima
Citocromos
Complejos enzimaticos

2. La ruta de las pentosas fosfato opera en forma simultanea a la glicolisis y provee un medio para el catabolismo de azucares de cinco carbonos (pentosas) y de glucosa. Consulte las moléculas principalmente involucradas y las moléculas de importancia que se generan en esta ruta metabólica.

3. La ruta Entner-Doudoroff puede ser encontrada en algunas bacterias gram negativas. Cuantas moléculas de NADPH y de ATP son generadas en esta ruta metabolica? Cual es el sustrato de entrada y el producto final?

Hexoquinasa, fosfoglucoisomerasa, p-fructo quinasa 1, aldolasa, triofosfato isomerasa, gliceraldehido-3-deshidrogenasa, fosfogliceratoquinasa, fosfoglicerato mutasa, enolasa y piruvato quirasa.

4. La respiración celular se define como un proceso generador de ATP en el cuallas moléculas son oxidadas y el aceptor final de electrones es casi siempre una molecula inorganica. Existen dos tipos de respiración, investigue cuales son estos e identifique el aceptor final de electrones en cada uno.


5. De los tipos de respiración, cual de ellos se relaciona con el ciclo de Krebs y con la cadena de transporte de electrones y en que forma? En que consisten estos procesos?


6. Con respecto a la fermentación es verdadero o falso que (para las afirmaciones que considere falsas establezca la afirmación verdadera):
a. Aminoacidos, acidos organicos, purinas y pirimidinas nunca se encuentran involucrados.
b. Requiere de oxigeno.
c. Requiere el uso del ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones.
d. Usa una molécula organica como el aceptor final de electrones.
e. No produce ATP.


Catabolismo de lípidos y proteínas

Los lípidos consisten de acidos grasos y glicerol. Los microorganismos producen enzimas denominadas lipasas que hidrolizan los lípidos en los acidos grasos y glicerol. Por su parte, las proteínas son muy grandes para pasar libremente a través de las membranas. Los microorganismos producen proteasas y peptidasas extracelulares que hidrolizan las proteínas en los aminoacidos que las componen y estos ya pueden cruzar las membranas. Sin embargo, antes que los aminoacidos puedan ser catabolizados deben ser convertidos enzimaticamente en otras sustancias que puedan entrar al ciclo de Krebs. Comointervienen los procesos de desaminacion, descarboxilacion y deshidrogenacion en el catabolismo de aminoacidos?


Fotosintesis

En todas las rutas metabólicas ya discutidas, los organismos obtienen energía para el trabajo celular mediante la oxidación de compuestos organicos. Los animales y muchos microorganismos se alimentan de materia producida por otros organismos. Otros organismos sintetizan compuestos organicos complejos a partir de sustancias inorganicas simples. El principal mecanismo para tal síntesis es un proceso que se conoce como fotosíntesis la cual es empleada por muchas plantas y microorganismos.

1. Resuma el proceso de la fotosíntesis. Cual es la relación de la fotosíntesis con el ciclo de Calvin?


2. Categorice y defina los diferentes patrones nutricionales entre los organismos de acuerdo a la fuente de carbono que utilizan y a los mecanismos que emplean para el catabolismo de carbohidratos y la generación de ATP.


6. Algunos microorganismos tienen la capacidad de fijar nitrógeno. Como se lleva a cabo este proceso y cual es su objetivo?


Rutas metabolicas para el uso de la energía.
La mayor parte del ATP generado durante el catabolismo es empleado en la producción de nuevos componentes celulares.

1. Describa brevemente como se lleva a cabo la síntesis de lípidos, aminoacidos, purinas y pirimidinas (sustratos y rutas metabólicas involucradas).

2. Describa el proceso de síntesis de la pared celular.