SEMINARIO FORMATIVO SOBRE FERMENTACIÓN Y RESPIRACIÓN MICROBIANA

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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

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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

SO₄^2- 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

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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

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VĺA DE EMBDEN-MEYERHOF (GLUCÓLISIS)

Glucosa

Glucosa-6- P

Fructosa-6- P

Fructosa-1,6- P P

Gliceraldehído-3- P Etapa I:

reacciones preparatorias (consume ATP)

ADP P AT

Etapa II:

oxidación (obtención de ATP y piruvato)

Hexokinasa

Aldolasa

1,3-difosfoglicerato^– P P

3-fosfoglicerato^– P

Fosfoenolpiruvato^– P

P_i 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

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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

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CICLO DEL ÁCIDO CĺTRICO

Piruvato (3 carbonos)

Acetil-CoA CO₂ NAD⁺ + CoA

NADH

Citrato^3- Oxalacetato^2-

CoA

Aconitato^3-

Isocitrato^3-

α-Cetoglutarato^2-

Succinil-CoA Succinato^2-

Fumarato^2- Malato^2-

NAD(P)⁺

NAD(P)H

CO₂

CoA + NAD⁺

NADH CO₂

GDP + P_i

GTP CoA FAD⁺

FADH NAD⁺ NADH

Reacción global: Piruvato + 4 NAD⁺ + FAD⁺

Fosforilación GDP + P_i → 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

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EJEMPLO DE UN SISTEMA TRANSPORTADOR DE ELECTRONES

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’

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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

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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.