Bases Del Metabolismo
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Como se genera una célula?
Todas las células, para poderreproducirse necesitan:
Energía : ATPEnergía : ATP
Precursores metabólicosPrecursores metabólicos
Poder reductor: NADH o NADPHPoder reductor: NADH o NADPH
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Construyendo células
![Page 3: Bases Del Metabolismo](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050918/54362743219acdd95f8b5083/html5/thumbnails/3.jpg)
Bases del Metabolismo 1
FUENTE DE ENERGÍAFUENTE DE CARBONO
PROCESOS BIOSÍNTÉTICOSSíntesis de glúcidos
Síntesis de aminoácidosSíntesis de lípidos
Síntesis de nucleótidos
RUTAS CENTRALES•Glucolisis
•Pentosas fosfato
•Ciclo de Krebs
•Ciclo de Calvin
PRECURSORES METABÓLICOSPRECURSORES METABÓLICOS
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BASES DEL METABOLISMO 2FUENTE DE ENERGIA•LUZ : Fototrofos•COMPUESTOS QUÍMICOS:
Quimiotrofos
FUENTE DE CARBONO•CO2: Autótrofos•COMPUESTOS ORGANICOS:
Heterótrofos
PODER REDUCTORNADH NADPH
ATP PRECURSORES METABÓLICOS
OTROS NUTRIENTESN, P, S,O, H
Célula Procariota
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Fuentes de energía en las Bacterias
Metabolismo FototrofoFototrofo
•• Fuente de Energía: LUZFuente de Energía: LUZ
Metabolismo QuimiotrofoQuimiotrofo
• Fuente de Energía:Compuestos QuímicosCompuestos Químicos
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FUENTES DE ENERGÍA
••LUZLUZ
••COMPUESTOS QUÍMICOSCOMPUESTOS QUÍMICOSOrgánicosOrgánicos
Inorgánicos
FOTOTROFOS
Inorgánicos
QUIMIOTROFOS
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Procesos de obtención de energía
• Obtención de energía– Los Fototrofos: en la
fotofosforilación de la fotosíntesis
– Los Quimiotrofos: • En la fosforlación
oxidativa de la respiración
• En la fosforilación a nivel de sustrato en la glucolisis
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Tipos de metabolismo de las Bacterias
METABOLISMO HETERÓTROFOMETABOLISMO HETERÓTROFO
Fuente de C: Compuestos orgánicos
Fuente de Energía:• Fotoheterótrofos LUZ
• QuimioheterótrofosCOMPUESTOS QUIMICOS ORGÁNICOS
METABOLISMO AUTÓTROFOMETABOLISMO AUTÓTROFO
Fuente de C: CO2
Fuente de Energía:• Fotoautótrofos LUZ
• QuimioautótrofosCOMPUESTOS QUIMICOS INORGÁNICOS
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Fig. 5-23Fermentation CO2
Chemoorganotrophy
Electronacceptors
Organic compound
Anaerobic respiration
Organic e–
acceptors
Electron transport/Proton motive force
Carbon flow in respirations
Aerobic respiration
Biosynthesis
O2SO4
2−NO3–S0
CO2
Electronacceptors Biosynthesis O2 SO4
2−NO3–S0
Inorganic compound
Chemolithotrophy
Carbonflow
CO2
Biosynthesis
Carbonflow
Phototrophy
Biosynthesis
Carbonflow
Organiccompound
Photoheterotrophy
Electrontransport
Photoautotrophy
Protonmotiveforce
Light
Electron transport/Proton motive force
Tipos deMetabolismoEn Bacterias
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Oxidación y reducción
La oxidación es la pérdida de electrones
La reducción es la ganancia de electrones
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Oxidación - Reducción• Cuando un compuesto se oxida (pierde
electrones), otrootro tiene que reducirse (Capta electrones)
• Cuando un compuesto se reduce (Toma electrones), otrootro compuesto se oxida (Pierde electrones)
• A A+ + e- El compuesto A se oxida
• B + e- B- El compuesto B se reduce
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NADH + H+
NAD+
Oxidized Reduced
Adenine
Ribose
Ribose
Nicotinamide
Phosphate addedin NADP+
El NADH de es un dinucleótido deNicotinamida yAdenina
El NADPH es igual pero fosfatado
A estos dinucleótidos se les llamaPoder reductorPoder reductor
REDUCIDO
OXIDADO
Fig. 5-11
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Fig. 5-12
Electron donoroxidized
NADH
Electron donorNAD+
Activesite
NADH
Electron acceptorreduced
Enzymesubstratecomplex
NAD+
Electron acceptor
Enzyme II
NADH bindingsite
Reaction 2.Enzyme II reacts with electronacceptor and reduced form ofcoenzyme, NADH.
Reaction 1.Enzyme I reacts with electrondonor and oxidized form ofcoenzyme, NAD+.
Active siteNAD+ bindingsite
Enzyme I
El NADH seEl NADH seoxidaoxida
El El NAD+NAD+ sesereducereduce
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Enlaces de alta energíaLos que están marcados en azul
Acetil- CoA Acetil Fosfato
ATPFosfoenol Piruvato
Glucosa-6-P
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Catabolismo Heterótrofo
• Degradación de compuestos orgánicosorgánicos para obtener:
•• Energía Energía ATP•• Precursores metabólicosPrecursores metabólicos : 12 compuestos
orgánicos•• Poder reductorPoder reductor NADH y NADPH
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Tipos de metabolismo heterótrofo en bacterias
• Respiración AEROBIA• Respiración ANAEROBIA• Fermentación
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Glucolisis
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Procesos en el Catabolismo Heterótrofo
•• GlucolisisGlucolisis :Formación de ATP por fosforilación a nivel de sustrato. Formación de Acido Pirúvico.
RespiraciónRespiración FermentaciónFermentaciónOxidación completa del CarbonoSe forma CO2
Por cada molécula de glucosa seObtienen 36 moléculas de ATP, mayoritariamente por
Fosforilación oxidativa Por cada molécula de glucosa se Obtienen 11 moléculas de NADH Y 3 moléculas de FADH2
Oxidación incompletaDel CarbonoPor cada molécula deGlucosa se obtienen 2Moléculas de ATP por Fosforilación a nivel de sustratoPor cada molécula de glucosa Se obtienen 2 moléculas deNADH
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Fig. 5-14
Oxidative phosphorylation
Less energizedmembrane
Substrate-level phosphorylation
Energizedmembrane
Energy-richintermediates
Intermediates in thebiochemical pathway
ENLACES FOSFATO DE ALTA ENERGÍA
Formas deObtener ATP:
•Fosforilación aNivel de sustrato
•Fosforilación Por gradientequimioosmótico
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Fermentación y Respiración• En la glucolisis la glucosa es
convertida en dos moléculas de piruvato
• A continuación pueden seguirse dos rutas diferentes: La respiración y la fermentación,según las características de los tipos de microorganismos.
• En la Respiración se obtiene ATP y NADH
• En la Fermentación se obtiene ATP y se consume el NADH producido en la glucolisis
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FERMENTACIÓN
COMPUESTO ORGANICOOXIDADO
PIRUVATO
FASE DE OXIDACIÓN
ATP
NADH
GLUCOSA
COMPUESTOORGÁNICOREDUCIDO
Lactato, Etanol…FASE DE
REDUCCIÓN
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Fig. 5-15STAGE I: PREPARATORYREACTIONS
Glucose Glucose-6-Hexokinase Isomerase Phosphofructokinase
Fructose-6- Fructose-1,6-
Aldolase
Glyceraldehyde-3-
Phosphoglycerokinase
Glyceraldehyde-3-Pdehydrogenase
Electrons
1,3-Bisphosphoglycerate−
3-Phosphoglycerate−
2-Phosphoglycerate−
Enolase
Phosphoenolpyruvate−
Pyruvate kinase
Pyruvate−
To Stage II
NADH
NAD+
Lactate dehydrogenase
Pyruvatedecarboxylase
Pyruvate:Formate lyase
Acetate−+ formate−
FormatehydrogenlyaseAcetaldehyde
NADH
To Stage III
STAGE II: MAKING ATPAND PYRUVATE
NADH
2 NAD+
Alcoholdehydrogenase
NAD+ To Stage II
Ethanol
Lactate−
2
2
2
2
2
2
2
H2 + CO2
CO2
2
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Respiración• Es un proceso de oxidación completa del carbono. La glucosa es oxidada a 6
moléculas de CO2.• Los electrones procedentes de esa oxidación son cedidos a la cadena de
transporte electrónico, por la que van “descendiendo” energéticamente hasta el aceptor final de elctrones
• Si el aceptor final de electrones es el oxígeno, la respiración es aerobia. Si el aceptor final de electrones es otro compuesto, la respiración es anaerobia
• La energía “perdida” por los elctrones al recorrer la cadena de transporte, se conserva acumulándose como gradiente quimioosmótico en la membrana celular
• La entrada de H+, a través de la ATP-asa F0 F1, transforma la energía del gradiente quimiosmótico en la energía necesaria para fosforilar el ADP y sintetizar ATP
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Respiración aerobia
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Ciclo de KrebsEl Piruvato formado en la glucolisisEs descarboxilado y unido a la CoA,Produciéndose CO2 y Acetil-CoA
A continuación se inicia el Ciclo de Krebso TCA, incorporándose el Acetil-CoA al Oxalacetato, liberándose la CoAy formándose Acido cítrico
En el TCA se producen dos Descarboxilaciones oxidativas:
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Pyruvate− (three carbons)
C6
Acetyl-CoA
Oxalacetate2−
Malate2−
Citrate3−
Fumarate2−
Succinate2−α–Ketoglutarate2−
Succinyl-CoA
Isocitrate3−
Aconitate3−
C2C4C5
Key
(3) Sum: Glycolysis plus CAC
(b) Oxidative phosphorylation
38 ATP per glucose
15 ATP (× 2)
(a) Substrate-level phosphorylation1 GDP + Pi
1 ATP + 1 GDP1 GTP
1 GTP + 1 ADP
4 NADH1 FADH
12 ATP2 ATP
(2) CAC: Pyruvate− + 4 NAD+ + GDP + FAD
(b) Oxidative phosphorylation
(a) Substrate-level phosphorylation2 ADP + Pi 2 ATP
6 ATP2 NADH
3 CO2
8 ATP
to Complex I
4 NADH FADH GTP
to Complex II
(1) Glycolysis: Glucose + 2NAD+ + 2 ATP
to Complex I
Energetics Balance Sheet for Aerobic Respiration
2 Pyruvate− + 4 ATP + 2 NADH
to CAC + 4 ADP
+ +
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Fig. 5-10-3
(3)
Redox couple E0′ (V)
-0.60
+0.10
-0.50
-0.40
-0.30
-0.20
-0.10
+0.20
+0.30
+0.40
+0.50
+0.60
+0.70
+0.80
+0.90
0.0
(3) H2 + O2 H2O ∆G0 ′ = –237 kJ12
Energía PotencialEléctrica (Eo,V)En procesosRedox
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Analogía del potencial RedoxEnergía Potencial GravitatoriaGravitatoria
m g hEnergía potencialElectroquímicaElectroquímica
O2 H2 O
e
e- V -
Cadena deTransporteelectrónicoh
V +
![Page 30: Bases Del Metabolismo](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050918/54362743219acdd95f8b5083/html5/thumbnails/30.jpg)
TRANSPORTE DE ELECTRONES A FAVOR DE GRADIENTE DE
POTENCIAL REDOX
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Fig. 5-20
Fumarate
Succinate
CYTOPLASM
ENVIRONMENT
Complex II
Complex I
Complex III
Complex IV
E0′ (V)
–0.22
0.0
+0.1
+0.36
+0.39
E0′ (V)
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Cadena de transporte electrónico
MedioExterno
Citoplasma
![Page 33: Bases Del Metabolismo](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050918/54362743219acdd95f8b5083/html5/thumbnails/33.jpg)
Fig. 5-21
Membrane
In
C12Out
Fo
b2
F1
citoplasma
ATP-asaF0 F 1
Medioexterno
![Page 34: Bases Del Metabolismo](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050918/54362743219acdd95f8b5083/html5/thumbnails/34.jpg)
Fig. 5-25
Citric acid cycle
α-Ketoglutarate
Glycolysis
Oxalacetate
Pyruvate
3-Phosphoglycerate
Phospho-enolpyruvate
Erythrose-4-PChorismate
Glutamate familyProlineGlutamineArginine
Aspartate familyAsparagineLysineMethionineThreonineIsoleuine
Alanine familyValineLeucine
Aromatic familyPhenylalanineTyrosineTryptophan
Serine familyGlycineCysteine
Precursores metabólicos paraSíntesis de aminoácidos
![Page 35: Bases Del Metabolismo](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050918/54362743219acdd95f8b5083/html5/thumbnails/35.jpg)
Quimiolitotrofía (Quimioautotrofía)
Minas de Rio Tinto
![Page 36: Bases Del Metabolismo](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050918/54362743219acdd95f8b5083/html5/thumbnails/36.jpg)
BACTERIAS QUIMIOLITOTROFAS
• LA ENERGÍA SE OBTIENE DE LA OXIDACIÓN DE COMPUESTOS INORGÁNICOSINORGÁNICOS
• SON BACTERIAS AUTÓTROFASAUTÓTROFAS
![Page 37: Bases Del Metabolismo](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050918/54362743219acdd95f8b5083/html5/thumbnails/37.jpg)
QUIMIOLITOTROFÍAQUIMIOLITOTROFÍAAUTÓTROFOS
FUENTE DE CARBONO CO2
asimilación del carbono :Ciclo de Calvin o TCA inverso
SÍNTESIS DE ATPFOSFORILACIÓN OXIDATIVAFOSFORILACIÓN OXIDATIVADONADOR ELECTRÓNICO:
COMPUESTO COMPUESTO INORGÁNICO INORGÁNICO REDUCIDOREDUCIDONITRIFICANTES NH3 NO2-
SULFOOXIDANTES S2- S SO4 2-
FERROOXIDANTES Fe2+OXIDADORES DE HIDRÓGENO H2
ACEPTOR ELECTRÓNICO:OXÍGENO MOLECULAR (Bacteria)NO OXÍGENO (Algunas Arqueas)
![Page 38: Bases Del Metabolismo](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050918/54362743219acdd95f8b5083/html5/thumbnails/38.jpg)
ASIMILACIÓN DEL CO2
CICLO DE CALVIN
PARA ASIMILAR6 MOLÉCULAS DECO2 SE NECESITAN
18 ATP12 NADPH
![Page 39: Bases Del Metabolismo](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050918/54362743219acdd95f8b5083/html5/thumbnails/39.jpg)
CICLO DEL TCA INVERSO(Archaea)
![Page 40: Bases Del Metabolismo](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050918/54362743219acdd95f8b5083/html5/thumbnails/40.jpg)
FotosíntesisEn las bacterias hay2 tipos de Fotosíntesis:
•F. Anoxigénica•No genera O2
•F. Oxígénica•Produce O2
![Page 41: Bases Del Metabolismo](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050918/54362743219acdd95f8b5083/html5/thumbnails/41.jpg)
BACTERIAS FOTOSINTÉTICAS ANOXIGÉNICAS
• ROJAS O PURPÚREAS
• VERDES
![Page 42: Bases Del Metabolismo](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050918/54362743219acdd95f8b5083/html5/thumbnails/42.jpg)
FOTOFOSFORILACIÓNFOTOFOSFORILACIÓN
CÍCLICACÍCLICA
1 SOLO FOTOSISTEMA
DONADORES DE ELECTRONES
TRANSPORTE INVERSO DE ELECTRONES PARA OBTENER NAD(P)H
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![Page 44: Bases Del Metabolismo](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050918/54362743219acdd95f8b5083/html5/thumbnails/44.jpg)
TRANSPORTEDEELECTRONES EN LOSFOTOSISTEMAS
EN LAS FOTOSINTÉTICASOXIGÉNICASPUEDE HABERFOTOFOSFORILACIÓNCÍCLICA