DIVERSIDAD METABÓLICA DE LOS MICROORGANISMOS

DIVERSIDAD METABÓLICA DE LOS MICROORGANISMOS

El metabolismo, se define como un gran número de reacciones químicas destinadas a transformar las moléculas nutritivas en elementos que posteriormente serán utilizados para la síntesis de los componentes estructurales; como pueden ser las proteínas y transformar y conservar la energía que está contenida en una reacción química

El metabolismo microbiano es el conjunto de procesos por los cuales un microorganismo obtiene la energía y los nutrientes (carbono, por ejemplo) que necesita para vivir y reproducirse.

El metabolismo microbiano tiene tres funciones específicas:

- Obtener energía química del entorno, almacenarla, para utilizar luego en diferentes funciones celulares.

- Convertir los nutrientes exógenos en unidades precursoras de los componentes macromoleculares de la célula bacteriana.

- Formar y degradar moléculas necesarias para funciones celulares específicas, como por ejemplo, movilidad y captación de nutrientes.

El metabolismo de los microorganismos se puede clasificar según la fuente de energía y la fuente de carbono.

Metabolismo primario: se diferencian aquellos procesos metabólicos asociados al crecimiento celular. El producto del metabolismo primario son metabolitos primarios como azucares, ácidos grasos, etc.

El metabolismo tiene lugar a través de secuencias de reacciones catalizadas enzimáticamente, y se divide en anabolismo y catabolismo. El proceso por el cual la célula bacteriana sintetiza sus propios componentes se conoce como anabolismo, y como resulta en la producción de nuevo material celular, también se denomina biosíntesis.

El catabolismo es la fase destructiva del metabolismo en la cual se obtienen moléculas sencillas, que servirán para construir las propias biomoléculas, y energía para la realización de otras funciones celulares. Son procesos oxidativos en los que los electrones procedentes de moléculas orgánicas complejas van descendiendo progresivamente de nivel energético. La energía se conserva mediante dos mecanismos, la fermentación y la respiración aerobia.

En ambos casos, la síntesis de ATP está acoplada a la liberación de energía en reacciones de oxidación-reducción. Sin embargo, las reacciones redox que ocurren en la fermentación y en la respiración difieren notablemente.

En la fermentación (quimioorganotrofos), el proceso redox ocurre en ausencia de aceptores terminales de electrones, el ATP se forma directamente de un intermediario rico en energía durante los pasos del catabolismo de un compuesto orgánico. Una ruta bioquímica muy usada para la fermentación de la glucosa (E. Coli) es la glucólisis, también denominada vía de Embden-Meyerhof en atención a sus descubridores.

En la respiración aerobia, por otra parte, el oxígeno molecular o algún otro aceptor de electrones funcionan como aceptor terminal de los electrones. En este caso la ruta bioquímica se denomina ciclo del ácido cítrico, donde el producto de la glucolisis se oxida totalmente a CO2.

Respiración anaerobia, se utiliza aceptores de electrones diferentes al oxígeno, como, nitratos (NO3-), hierro férrico (Fe3+), sulfatos (SO42-), carbonatos (CO32-) e incluso algunos compuestos orgánicos debido a que el oxígeno es a menudo limitante en ambientes anóxicos, la respiración anaerobia puede ser muy importante para el crecimiento de los procariotas en dichos hábitats.

Metabolismo autótrofo, en este proceso de utiliza el CO2 como fuente de carbono,  los microorganismos como cianobacterias, quimiolitótrofos, fotótrofos en el dominio bacteria y las halófilas e hipertermófilas del dominio arqueas siguen rutas autótrofas como el ciclo de Calvin, ciclo inverso del ácido cítrico en bacterias verdes del azufre, vía del hidroxipropionato para bacterias verdes no del azufre para la fijación del CO2.

• Quimiolitotrofia (quimiolitótrofos), microorganismos utilizan compuestos inorgánicos como donadores de electrones, sulfuro de hidrógeno (H2S), gas hidrógeno (H2), hierro ferroso (Fe2+) y amoníaco (NH3)  también el CO2, siendo de esta forma autótrofos.  El obtener energía de la oxidación de un compuesto inorgánico y requerir un compuesto orgánico como fuente de carbono, también les da la característica de ser mixótrofos. El metabolismo de los quimiolitótrofos es típicamente aerobio, pero comienza con la oxidación de un donador de electrones inorgánico en vez de orgánico.
• Fototrofía, (fotótrofos), utilizan la luz como fuente de energía. La síntesis de ATP llevada a cabo por la luz se llama fotofosforilación. La mayor parte de los fotótrofos usan la energía conservada en ATP para la asimilación del CO2 como fuente de carbono para la biosíntesis y son llamados fotoautótrofos. Sin embargo, algunos fotótrofos emplean compuestos orgánicos como fuente de carbono y la luz como fuente de energía y se denominan fotoheterótrofos.

Los organismos fotótrofos utilizan la fotosíntesis como ruta metabólica. La fotoautotrofia requiere dos grupos diferentes de reacciones: 1) la producción de ATP y 2) la reducción del CO2 a material celular.[pic 1]

Algunas bacterias fotótrofas obtienen el poder reductor de los donadores de electrones en su ambiente, como fuentes de azufre reducido H2S, S, S2O3 2- o de H2. Las plantas verdes, las algas y las cianobacterias utilizan H2O como donador de electrones débil, la oxidación de H2O produce oxígeno molecular, siendo un proceso de fotosíntesis oxigénica donde se requiere la luz. En algunas bacterias fotótrofas el agua no se oxida y no produce oxígeno, en este caso el proceso es fotosíntesis anoxigénica. 

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