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

Construyendo células

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

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

Fuentes de energía en las Bacterias

Metabolismo FototrofoFototrofo

•• Fuente de Energía: LUZFuente de Energía: LUZ

Metabolismo QuimiotrofoQuimiotrofo

• Fuente de Energía:Compuestos QuímicosCompuestos Químicos

FUENTES DE ENERGÍA

••LUZLUZ

••COMPUESTOS QUÍMICOSCOMPUESTOS QUÍMICOSOrgánicosOrgánicos

Inorgánicos

FOTOTROFOS

Inorgánicos

QUIMIOTROFOS

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

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

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

Oxidación y reducción

La oxidación es la pérdida de electrones

La reducción es la ganancia de electrones

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

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

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

Enlaces de alta energíaLos que están marcados en azul

Acetil- CoA Acetil Fosfato

ATPFosfoenol Piruvato

Glucosa-6-P

Catabolismo Heterótrofo

• Degradación de compuestos orgánicosorgánicos para obtener:

•• Energía Energía ATP•• Precursores metabólicosPrecursores metabólicos : 12 compuestos

orgánicos•• Poder reductorPoder reductor NADH y NADPH

Tipos de metabolismo heterótrofo en bacterias

• Respiración AEROBIA• Respiración ANAEROBIA• Fermentación

Glucolisis

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

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

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

FERMENTACIÓN

COMPUESTO ORGANICOOXIDADO

PIRUVATO

FASE DE OXIDACIÓN

ATP

NADH

GLUCOSA

COMPUESTOORGÁNICOREDUCIDO

Lactato, Etanol…FASE DE

REDUCCIÓN

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

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

Respiración aerobia

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:

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

+ +

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

Analogía del potencial RedoxEnergía Potencial GravitatoriaGravitatoria

m g hEnergía potencialElectroquímicaElectroquímica

O2 H2 O

e

e- V -

Cadena deTransporteelectrónicoh

V +

TRANSPORTE DE ELECTRONES A FAVOR DE GRADIENTE DE

POTENCIAL REDOX

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)

Cadena de transporte electrónico

MedioExterno

Citoplasma

Fig. 5-21

Membrane

In

C12Out

Fo

b2

F1

citoplasma

ATP-asaF0 F 1

Medioexterno

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

Quimiolitotrofía (Quimioautotrofía)

Minas de Rio Tinto

BACTERIAS QUIMIOLITOTROFAS

• LA ENERGÍA SE OBTIENE DE LA OXIDACIÓN DE COMPUESTOS INORGÁNICOSINORGÁNICOS

• SON BACTERIAS AUTÓTROFASAUTÓTROFAS

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)

ASIMILACIÓN DEL CO2

CICLO DE CALVIN

PARA ASIMILAR6 MOLÉCULAS DECO2 SE NECESITAN

18 ATP12 NADPH

CICLO DEL TCA INVERSO(Archaea)

FotosíntesisEn las bacterias hay2 tipos de Fotosíntesis:

•F. Anoxigénica•No genera O2

•F. Oxígénica•Produce O2

BACTERIAS FOTOSINTÉTICAS ANOXIGÉNICAS

• ROJAS O PURPÚREAS

• VERDES

FOTOFOSFORILACIÓNFOTOFOSFORILACIÓN

CÍCLICACÍCLICA

1 SOLO FOTOSISTEMA

DONADORES DE ELECTRONES

TRANSPORTE INVERSO DE ELECTRONES PARA OBTENER NAD(P)H

TRANSPORTEDEELECTRONES EN LOSFOTOSISTEMAS

EN LAS FOTOSINTÉTICASOXIGÉNICASPUEDE HABERFOTOFOSFORILACIÓNCÍCLICA