INDUCCIÓN BIOQUÍMICA DE LAS PRUEBAS CATALASA Y OXIDASA EN LOS MICROORGANISMOS AEROBIOS

INDUCCIÓN BIOQUÍMICA DE LAS PRUEBAS CATALASA Y OXIDASA EN LOS MICROORGANISMOS AEROBIOS

Medina Toledo Ariadna Karina, Quintos de la Cruz Arnold Brandon, Peralta-Gil Martin, Pérez España Víctor Hugo, Teresa Romero Cortes1*

ariadnamedina4@gmail.com, abquintosss@outlook.es, martinpergil@gmail.com,  vhperez3@gmail.com, tromerocortes@gmail.com*

Escuela Superior de Apan de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Ejido de Chimalpa, Tlalayote, S/N, Colonia Chimalpa Apan, Hidalgo1. *

RESUMEN

Las enzimas catalasa y oxidasa son sistemas antioxidantes eficientes en los microorganismos porque participan en la eliminación del H2O2 y el radical libre superóxido (O2¯*) que pueden dañar las proteínas, lípidos y/o ácidos nucleicos. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue comprender la ruta bioquímica que se desencadena en los microorganismos durante las pruebas de la catalasa y oxidasa para obtener un aprendizaje constructivo por parte de los estudiantes. Se utilizaron cultivos axénicos de Escherichia coli, Estafilococos aureus y Nocardia sp. cultivados en diferentes medios de cultivo. Los resultados microorganismos mostraron una reacción positiva para catalasa. E. coli, E. aureus y S. cerevisiae presentaron oxidasa – (negativa) mientras que Nocardia sp. presentó oxidasa + (positiva). La fundamentación de cómo se llevan a cabo estas rutas, permitió a los estudiantes de Ingeniería en Biociencias, obtener un aprendizaje metacognitivo que será muy útil en la práctica profesional.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

La utilización de oxígeno como aceptor de electrones es normalmente una ventaja para las bacterias, sin embargo esta reacción produce H2O2 o el radical libre superóxido (O2¯*) como subproductos. Estos compuestos pueden dañar las proteínas, lípidos y ácidos nucleicos, por lo que se requieren sistemas antioxidantes eficientes, entre los que se incluyen ciertas enzimas (Díaz, 2003). La mayoría de las bacterias que utilizan oxígeno previenen tales daños produciendo catalasa y oxidasa (Yousten et al., 1975). Existen varias enzimas capaces de degradar el H2O2: las catalasas, las peroxidasas y las peroxirredoxinas (Díaz, 2003). Durante la reacción las moléculas de H2O2  se convierten en O2 + H2O en cuestión de segundos.

Las catalasas monofuncionales se clasifican en dos tipos: las catalasas con subunidades pequeñas (masa molecular de 60 kDa) y las catalasas con subunidades grandes (80 kDa). Los dos tipos de catalasas (pequeñas y grandes) se encuentran en hongos y en la mayoría de las bacterias. La diferencia consiste en que las catalasas pequeñas tienen la característica de unir NADPH para prevenir la acumulación de otros  compuestos y de ser inhibidas e inactivadas por sustrato. Por otro lado, las catalasas grandes, no unen NADPH y son muy resistentes al H2O2.  Las características de las catalasas identificadas de acuerdo a Díaz (2003) tienen las características descritas en la Tabla 1.

Tabla 1. Características de las catalasas en hongos y bacterias.[pic 1]

Se ha identificado que el contenido de catalasa corresponde aproximadamente hasta el 10% del total de proteínas en el extracto celular de Psycrobacter piscatorii (Kimoto et al., 2012).  En eucariotas, el último donador de electrones es siempre un compuesto orgánico que se oxida por los nucleótidos de nicotinamida o de flavina y su proceso es exclusivamente mitocondrial. En las bacterias aerobias en presencia de oxígeno el aceptor final de los electrones es el oxígeno molecular, que se reduce a agua (Nelson y Cox, 2009).

Por otro lado, en las bacterias quimiorganótrofas, los donadores de electrones para la fosforilación oxidativa son el NADH y diversos compuestos orgánicos reducidos (glicerol-3-fosfato, succinato, acil-CoA). Las bacterias quimiolitótrofas, pueden utilizar compuestos inorgánicos reducidos como el SH2 (oxígeno como aceptor final de electrones), amoniaco, nitritos o hierro en estado ferroso. En la tabla 2, se puede observar las reacciones generales de los aceptores de electrones en el mundo procariota (Nelson y Cox, 2009).

  Tabla 2. Reacciones generales de los aceptores de electrones en procariotas.

En los organismos procariotas la cadena respiratoria o la cadena de transporte de electrones y la enzima ATP sintasa se encuentran incluidos en  doble cadena lipídica de la membrana citoplasmática, mientras que en eucariotas en las mitocondrias. Los componentes  más importantes en el mecanismos en la oxidación del hidrogeno son flavoproteínas, ferroproteínas y sulfuroproteínas, quinonas y citocromos. Los citocromos son sistemas REDOX recibiendo los electrones de las quinonas. Se conocen varios citocromos (a, a3, b, c, o, entre otros). El citocromo c está presente en casi todos los organismos que dispone de una cadena respiratoria (Schelegel, 1997; Figura 1).

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