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Una introducción al metabolismo microbiano, sus características, funciones y diferentes tipos. Se abordan los procesos de anabolismo y catabolismo, la respiración celular y la fermentación, así como la importancia de la energía en estos procesos. Además, se presenta la fotosíntesis como un mecanismo para obtener energía. El texto es parte de la carrera de biología en isfd famatina.
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Tipo: Apuntes
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Metabolismo microbiano El metabolismo es el conjunto de procesos por los cuales un microorganismo obtiene la energía y los nutrientes (carbono, por ejemplo) Los microorganismos utilizan numerosos tipos de estrategias metabólicas distintas y las especies pueden a menudo distinguirse en base a estas estrategias. Las características metabólicas específicas de una especie es el principal criterio para determinar el papel ecológico y su utilidad industrial. Las principales funciones del metabolismo son: Formar las subunidades que luego serán utilizadas en la síntesis de macromoléculas. ANABOLISMO Proporcionar la energía necesaria para todos aquellos procesos que la requieran como transporte activo, movilidad, biosíntesis, etc. CATABOLISMO El metabolismo de las bacterias tiene muchos procesos en común con el metabolismo de las células eucariotas, pero algunos procesos son exclusivos del metabolismo bacteriano. Algunas particularidades del metabolismo bacteriano son: El metabolismo de la bacteria está adaptado para el crecimiento veloz; transcurre entre 10 y 100 veces más rápido que en las células humanas. procesos en común con el metabolismo de las células eucariotas, pero algunos procesos son exclusivos del metabolismo bacteriano. Una bacteria tiene mayor versatilidad en cuanto al tipo de nutrientes que puede utilizar para obtener energía; también en la utilización de oxidantes que son exclusivos del metabolismo bacteriano, pues no están limitadas al sólo uso del O 2. El cuerpo de los procariotas es muy sencillo, lo que le permite sintetizar macromoléculas por mecanismos menos complicados que los que utilizan las células eucariotas. Existe una gran diversidad de requerimientos nutricionales entre las bacterias debido a particularidades de los caminos biosintéticos. Los distintos tipos de metabolismo microbiano se pueden clasificar según tres criterios distintos: Según la forma en la que el organismo obtiene el carbono para la construcción de la masa celular. Autótrofo: El carbono se obtiene del dióxido de carbono (CO2). Heterótrofo: El carbono se obtiene de compuestos orgánicos (glucosa, por ejemplo). Litótrofo: Los equivalentes reductores se obtienen de compuestos inorgánicos, es la forma en la que el organismo obtiene los equivalentes reductores para la conservación de la energía o en las reacciones biosintéticas. Quimiotrofo: La energía se obtiene de compuestos químicos externos. Fototrofo: La energía se obtiene de la luz. Por lo tanto existen distintos tipos de organismos según como aprovechan el carbono y el tipo de energía que utilizan. Dado que las reacciones químicas que ocurren en la célula liberan o consumen energía, el metabolismo se puede dividir en dos clases de reacciones: catabólicas y anabólicas Catabolismo: Esta degradación se acompaña de la liberación de una gran cantidad de energía, ya que a partir de estas macromoléculas estructura compleja y alto contenido energético se obtienen moléculas sencillas estructuralmente y de bajo contenido energético. Anabolismo: Es decir que a partir de moléculas sencillas de escasa complejidad estructural y bajo contenido energético se sintetizan macromoléculas complejas, ricas en energía.
Las reacciones catabólicas aportan las materias primas y la energía necesaria para las reacciones anabólicas. Este acoplamiento de reacciones que liberan energía y otras que requieren energía es posible gracias al ATP (adenosintrifosfato) y gracias a otras tareas celulares Ambos procesos, anabólicos y catabólicos, se dan en la célula en forma simultánea e interdependiente. Los intermediarios químicos de ambos procesos reciben el nombre de metabolitos. La Respiración celular: Es un proceso generador de ATP. Un rasgo esencial de la respiración es la presencia de una cadena transportadora de electrones. Existen dos tipos de respiración que dependen de si el organismo es aerobio, es decir que utiliza O 2 , o si es anaerobio, es decir que no necesita O 2 , e incluso el O 2 puede destruirlo. La respiración aerobia consiste en una primera fase donde las macromoléculas se degradan hasta sus unidades constitutivas, en la segunda fase, estas son transformadas por una serie de reacciones enzimáticas en Acetil Coenzima A (Acetil CoA), donde se obtiene Acetil CoA por oxidación de piruvato que proviene de la degradación de la glucosa por la vía glicolítica, o por la oxidación de ácidos grasos o aminoácidos. En la tercera fase la acetil CoA se degrada en el Ciclo de Krebs con producción de CO 2 , H 2 O e H+. Después se produce un transporte electrónico hasta el O 2 este proceso llamado cadena de transporte electrónico o cadena respiratoria va acoplado a un proceso de producción de ATP llamado fosforilación oxidativa. En la respiración anaerobia el aceptor final de electrones es otra sustancia inorgánica distinta del O 2. La cantidad de ATP generada durante la respiración anaerobia, varía de un organismo a otro pero siempre es menor que la cantidad producida por respiración aerobia. En consecuencia los microorganismos anaerobios se desarrollan más lentamente que los aerobios. Una vez que la glucosa ha sido degradada a ácido pirúvico, éste compuesto puede experimentar una degradación completa durante la respiración, o se puede convertir en un producto orgánico durante la fermentación. La fermentación se puede definir como un proceso que: Libera energía a partir de azúcares u otras moléculas orgánicas como aminoácidos, ácidos orgánicos, purinas, pirimidinas. No necesita oxígeno pero a veces puede ocurrir en su presencia; no necesita recurrir al Ciclo de Krebs ni a una cadena de transporte electrónico. Sólo produce pequeñas cantidades de ATP, o dos moléculas por cada molécula de material inicial, debido a que una gran parte de la energía inicial almacenada en la glucosa (o cualquier otro sustrato fermentable) permanece en los enlaces químicos de los productos finales orgánicos, como el etanol. Los microorganismos poseen la capacidad de fermentar diversos sustratos, los productos finales dependen del tipo de microorganismo, del tipo de sustrato y del tipo de enzimas que se encuentren presentes. El análisis químico de estos productos finales ayuda a identificar los microorganismos.
En los procesos metabólicos vistos anteriormente, los organismos obtienen energía para el trabajo celular mediante la oxidación de compuestos orgánicos. Algunos organismos incluidos los animales y muchos microbios, se alimentan de sustancias producidas por otros organismos. Por ejemplo las bacterias pueden catabolizar compuestos derivados de plantas y animales muertos o alimentarse de un huésped vivo o a partir de sustancias inorgánicas simples. El principal mecanismo responsable de esta síntesis es el proceso de Fotosíntesis. La fotosíntesis es la transformación de energía luminosa en energía química. Posteriormente la energía química, en forma de ATP, se utiliza para convertir el CO 2 de la atmósfera en compuestos orgánicos como la glucosa y otros azúcares. La fotosíntesis se lleva a cabo en dos fases: