Metabolismo microbiano y generación de energía en organismos

Oxidación biológica

Oxidación biológica: Todas aquellas reacciones que ocurren en sistemas biológicos para producir energía.

Adición de oxígeno
Remoción de oxígeno
Remoción de electrones

Componentes celulares

Pared celular: Rígida, mecanismos de impacto, alteraciones.
Membrana Celular: flexible, semipermeable, barrera selectiva, transporte de nutrientes y desechos.
Ribosomas: RNA, Síntesis de proteínas.
Citoplasma: suspensión de enzimas, carbohidratos, ácidos orgánicos y nucleicos.
Área nuclear: Material genético.
Macronutrientes.

Fuente de carbono

Autótrofos: CO2
Heterótrofos: material orgánico.

Fuente de energía

Fototróficos: luz.
Quimiotróficos: reacciones químicas.
Fotoautótrofos: luz y CO2 (plantas, algas y bacterias fotosintéticas).
Fotoheterótrofos: luz, materia orgánica (bacterias fotosintéticas).
Quimioautótrofos: materia inorgánica, CO2 (bacterias responsables de nitrificación).
Quimioheterótrofos: materia orgánica (bacterias, hongos, protozoos responsables de degradación de materia orgánica en AR).

Requerimientos de oxígeno

Estrictos aerobios (solo O2).
Facultativos (mayormente O2 o nitratos como aceptores de electrones).
Estrictos anaerobios (sulfatos o CO2 como aceptores de electrones y obtienen energía a través de la respiración aerobia).

Temperatura

Criofílico o psicrifílico (<20, óptima 12-18).
Mesofílico (25-40, óptima 35).
Termofílico (50-75, óptima 55).

Bacterias importantes

Bacterias nitrificantes (nitrosomonas, oxidan amonio a nitrito, nitrobacter oxidan nitrito a nitrato).
Bacterias desnitrificantes (pseudomonas, bacillus, reducen nitritos y nitratos a gas N).
Bacteria de hierro (leptothrix, crenothrix, oxidan ferroso a férrico).
Bacterias de sulfuros (thiobacillus, oxidan sulfuros y hierro, causan corrosión).
Bacterias fotosintéticas (Chromatium, chlorobium, sulfuros a azufre).
Bacterias indicadoras (Escherichia, enterobacter, contaminación fecal).
Bacterias patógenas (salmonella [salmonelosis], Vibrio cholera [cólera], salmonella typhi [tifoidea], legionella pneumophila).

Archea

Halófilos (Methanosarcina, Methanobacterium).
Metanógenas (T. Celer, Thermoproteus).
Termófilas.

Catabolismo

Las reacciones catabólicas liberan energía; un ejemplo de ello es la glucólisis, un proceso de degradación de compuestos como la glucosa, cuya reacción resulta en la liberación de la energía retenida en sus enlaces químicos.

Anabolismo

Utilizan esa energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como las proteínas y los ácidos nucleicos.

Catabolismo oxidativo

Un sustrato es oxidado por reacciones enzimáticas y un compuesto inorgánico es reducido (agente oxidante).

Catabolismo fermentativo

No hay un agente oxidante, aunque pueden existir reacciones internas de oxidación. Se forman dos subproductos, uno siempre es un compuesto orgánico reducido. Ya no se pueden fermentar. Fermentación alcohólica (glucosa, A. pirúvico, acetaldehído, etanol) fermentación láctica (glucosa, A. pirúvico, á láctico).

Metabolismo microbiano

Donador de e (respiración: materia orgánica. Fermentación: materia orgánica oxidada) aceptor de e (respiración: externa, compuestos inorgánicos [oxígeno, nitrato, sulfato]. Fermentación: interna, materia orgánica reducida) número final de productos resultando de la materia orgánica (respiración: CO2. Fermentación: al menos dos CO2 y metano) Del carbono en el producto final (respiración: carbono inorgánico oxidado [CO2]. Fermentación: carbono inorgánico oxidado [CO2] + carbono orgánico reducido [CH4]) Estado final de oxidación en el producto final (respiración: CO2 +4, fermentación -4).

Generación de energía en MO

Proceso aerobio: requiere O2 como aceptor final de e y se reduce a H2O. Proceso anóxico: requiere nitratos NO3- en la fase acuosa. NH4+ (oxidación del amonio) -> NH2OH (nitrificación) -> NO2- (oxidación de nitratos) -> NO3- (NAR) -> NO2- (NIR) -> NO (NOR) -> N2O (NOS) -> N2 [se une con NH4+]. Proceso aerobio: sin O2 ni NO3, reducción de sulfato: SO4-2 à H2S. Metanogénesis: CO2 à CH4. 1) Metanogénesis hidrogenotrópica: producción de metano a partir de H, donde el CO2 es el aceptor final de e y se reduce a metano CO2 à CH4. 2) Metanogénesis acetitrópica: producción de metano a partir de acetato CH3COOH à CH4. Entre más grande sea el estado de oxidación del producto final, más energía liberada habrá. Entre más bajo sea el estado de oxidación del sustrato, más grande será la energía liberada. El CO2 nunca puede actuar como fuente de energía porque el C tiene el estado de oxidación más alto.