SEMINARIO FORMATIVO SOBRE FERMENTACIÓN Y RESPIRACIÓN
MICROBIANA
UNIVERSIDAD LAICA “ELOY ALFARO”
DE MANABÍ
DEPARTAMENTO CENTRAL DE INVESTIGACIÓN
Preparado por: Dr. Julio César Marín L.
Prometeo-SENESCYT
Manta, agosto de 2013
ENERGÉTICA Y FLUJO DE CARBONO
Respiración aeróbica
Compuesto orgánico
O2 ATP
CO2
Biosíntesis
Flujo de carbono Flujo de
electrones Fuerza
motriz de protones
Respiración anaeróbica
Compuesto orgánico
NO3- ATP
CO2
Biosíntesis
Flujo de carbono Fuerza
motriz de protones
SO42- Otros
Flujo de electrones
Metabolismo quimiolitotrofo
Compuesto inorgánico ATP
CO2
Biosíntesis
Flujo de carbono Fuerza
motriz de protones
O2
Flujo de electrones
Metabolismo fototrófico Luz
ATP
CO2
Biosíntesis
Flujo de carbono Flujo de electrones
Fuerza motriz de protones
Preparado por: Prof. Julio César Marín L., 2008 Fuente: Brock, 1998
FLUJO DE CARBONO Y ELECTRONES EN LA FERMENTACIÓN
Compuesto orgánico (donador de e-)
Intermediario
Intermediario-P
Compuesto orgánico oxidado (aceptor de e-)
Compuesto orgánico reducido (producto de fermentación)
Transportadores de e-
Fosforilación a nivel del sustrato
P
ADP ATP
Electrones
Preparado por: Prof. Julio César Marín L., 2008 Fuente: Brock, 1998
VĺA DE EMBDEN-MEYERHOF (GLUCÓLISIS)
Preparado por: Prof. Julio César Marín L., 2008 Fuente: Brock, 1998
Glucosa
Glucosa-6- P
Fructosa-6- P
Fructosa-1,6- P P
Gliceraldehído-3- P Etapa I:
reacciones preparatorias (consume ATP)
ADP P AT
ADP P AT
Etapa II:
oxidación (obtención de ATP y piruvato)
Hexokinasa
Aldolasa
1,3-difosfoglicerato– P P
3-fosfoglicerato– P
Fosfoenolpiruvato– P
Pi Electrones NAD+ NADH
ADP P Fosfogliceroquinasa AT
Gliceroaldehído-3-P deshidrogenasa
Enolasa
Piruvato–
Piruvatoquinasa
Etapa III:
reducción (productos de fermentación)
Lactato
Etanol
Acetaldehído CO2
Acetato + formato
H2 + CO2 NADH
NADH
+
Lactato
deshidrogenasa
Piruvato descarboxilasa
Alcohol deshidrogenasa
Piruvato formatoliasa
Formato hidrógeno liasa NAD+
NAD+
ADP P AT
TIPOS DE FERMENTACIÓN
Fermentación alcohólica: los azúcares son fermentados hasta etanol y CO2. Es llevada a cabo por hongos, algunas bacterias, algas y protozoarios.
Fermentación acidoláctica: reducción de piruvato a lactato.
Realizada por bacterias acidolácticas (Bacillus), algas (Chlorella), algunos mohos acuáticos y protozoarios.
Fermentación homoláctica: se utiliza la vía glucolítica, reduciéndose casi todo el piruvato a lactado por la enzima lactato deshidrogenasa.
Fermentación heteroláctica: se forma lactado y cantidades importantes de otros productos; etanol y CO2. Se usa la enzima fosfocetolasa.
Fermentación acidofórmica: se forma una mezcla de ácidos, incluido el fórmico, junto a otra serie de productos importantes como el etanol.
Fermentación ácido-mixta: produce etanol y una mezcla compleja de ácidos (acético, láctico, succínico y fórmico). Desarrollada por Escherichia, Salmonella, Proteus, etc.
Fermentación butanodiólica: característica de Enterobacter, Serratia, Erwinia y algunas especies de Bacillus.
El piruvato es convertido a acetoína que a continuación se reduce a 2,3-butanodiol con NADH.
También se produce una gran cantidad de etanol, junto con pequeñas cantidades de los ácidos presentes en la fermentación ácido-mixta.
Preparado por: Prof. Julio César Marín L., 2008 Fuente: Prescott et al. 1999
CICLO DEL ÁCIDO CĺTRICO
Piruvato (3 carbonos)
Acetil-CoA CO2 NAD+ + CoA
NADH
Citrato3- Oxalacetato2-
CoA
Aconitato3-
Isocitrato3-
α-Cetoglutarato2-
Succinil-CoA Succinato2-
Fumarato2- Malato2-
NAD(P)+
NAD(P)H
CO2
CoA + NAD+
NADH CO2
GDP + Pi
GTP CoA FAD+
FADH NAD+ NADH
Reacción global: Piruvato + 4 NAD+ + FAD+
Fosforilación GDP + Pi → GTP
a nivel del GTP + ADP → GDP + ATP sustrato
Fosforilación 4 NADH 12 ATP por transporte 1 FADH 2 ATP de electrones
Suma CAC + glucólisis = 38 ATP / glucosa 15 ATP
C2
C5 C6 C4
Preparado por: Prof. Julio César Marín L., 2008 Fuente: Brock, 1998
EJEMPLO DE UN SISTEMA TRANSPORTADOR DE ELECTRONES
Preparado por: Prof. Julio César Marín L., 2008 Fuente: Brock, 1998
Potencial de reducción (V)
Sustratos NAD+/NADH
Flavoproteína Proteínas ferrosulfuradas
Quinona Citocromo bc1
Citocromo c
Citocromo aa3
O2 – 0,40
– 0,30
– 0,20
– 0,10
0,0
+ 0,10
+ 0,20
+ 0,30
+ 0,40
+ 0,50
+ 0,60
+ 0,70
+ 0,80 E0’
GENERACIÓN DE LA FUERZA MOTRIZ DE PROTONES PARA LA FORMACIÓN DE ATP
A. Orientación de los transportadores de e- en la membrana. Las cargas + y – originadas por H+ y OH- se acumulan a ambos lados de la membrana.
B. Ciclo Q (intercambio de electrones). Este mecanismo sirve para incrementar el número de protones. C. Estructura y función de la ATP sintetasa. Esta enzima funciona como canal de protones entre el citoplasma y el exterior celular.
A
B
C
LA TORRE DE ELECTRONES
La parejas O-R se ordenan desde la más fuertemente reductoras (potencial reductor negativo) en el extremo superior, hasta las más oxidantes (potencial reductor positivo) en el extremo inferior.