MICROBIOLOGIA GENERALDEPARTAMENTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIAUNIVERSIDAD NACIONAL DE QUILMES

GUIA DE ESTUDIO 5: Metabolismo bacteriano.

Pregunta 11) Las siguientes preguntas se refieren a las rutas metabólicas de utilización de glucosa por el respirador

aerobio Pseudomonas fluorescens:

Glucosa → (ruta glucolítica de Entner-Doudoroff) → ácido pirúvico → acetil-CoA → + citrato → ciclo de Krebs → cadena transportadora de electrones → aceptor final de electrones

La ecuación completa es: Glucosa + 6 O2 → 6CO2 + 6 H2O + 688 kcal/mol glucosa

a) ¿Cuántas moléculas de NADH2/NADPH2 se producen en esta bacteria por oxidación de 1 mol de glucosa?b) ¿En qué rutas metabólicas ocurre fosforilación a nivel del sustrato?c) ¿Cuál es el rendimiento neto en ATP por mol de glucosa (considere la vía glucolítica empleada)?

2) Clostridium acetobutylicum es capaz de convertir 100 toneladas de melazas o granos en 12 toneladas de acetona y 24 de butanol.

a) Describa las vías metabólicas involucradas en este proceso.b) Las cepas bacterianas más eficientes para llevar a cabo este proceso se aislaron por shocks térmicos

sucesivos a 100 ºC. ¿Qué característica de estas bacterias justificó ese procedimiento?

Pregunta 2Explique claramente las diferencias entre

a) respiración y fermentaciónb) respiración aeróbica y anaeróbicac) fosforilación oxidativa y fosforilación a nivel del sustratod) Suponga que aisló una bacteria que realiza fotosíntesis oxigénica. ¿Qué fotosistema o fotosistemas

estarán presentes y a qué grupo probablemente pertenezca dicha bacteria?

Pregunta 3a) El género Lactobacillus comprende a bacilos o cocobacilos anaerobios aerotolerantes que carecen de

citocromos. Se los puede aislar de las superficies de las plantas, de productos lácteos, carne, agua, cerveza, frutas y flora bucal, vaginal e intestinal humana. Cuando los lactobacilos crecen en glucosa, pueden producir únicamente ácido láctico o una mezcla de ácido láctico, etanol y CO2. ¿Cuáles son las rutas metabólicas involucradas en cada caso?

b) ¿Cuál es la función del NAD+/NADH en la fermentación y en la respiración?c) ¿Cuál es la diferencia entre los organismos anaerobios aerotolerantes y los microaerófilos con respecto a su

relación con el oxígeno?d) ¿Por qué ciertas cadenas de transporte electrónico rinden 3 ATPs por cada par electrónico transportado y

otras sólo rinden 2 ATPs?

Pregunta 4a) ¿Qué rutas catabólicas utilizará Escherichia coli cuando crece en un medio mínimo con glucosa como fuente

de C y energía, en condiciones aeróbicas y cuáles cuando lo hace en condiciones anaeróbicas? ¿Cuáles serán los productos finales del catabolismo en cada caso? ¿En qué situación y por qué es mayor la producción de energía?

b) ¿Qué ocurriría, en el caso anterior, si Escherichia coli creciera en anaerobiosis pero en el medio de cultivo estuviese presente KNO3?

c) ¿Por qué necesita la célula regenerar el poder reductor y cómo lo hace durante la respiración y durante la fermentación?

d) ¿Por qué resulta esencial asumir, en la teoría quimiosmótica, que la membrana plasmática es impermeable a H+ y OH- y permeable al agua? ¿Qué procesos bacterianos son dependientes de la fpm?

Pregunta 5

Con el fin de inocular una planta piloto de producción domiciliaria de gas, se aislaron dos cepas de microorganismos procariotas a partir de una muestra de sedimento de aguas cloacales, y una tercera a partir de un estanque con abundante vegetación. a) Considerando que la planta será alimentada con flora superficial acuática proveniente de un río, ¿dentro de

qué grupos metabólicos principales podría encuadrar a cada una de las cepas seleccionadas?b) Describa en términos de fuente de carbono, fuente de energía y poder reductor, y aceptor final de electrones

(si lo hubiere), los requerimientos nutricionales de cada cepa o grupo propuesto. c) Desarrolle los procesos metabólicos globales con los que cada uno de los microorganismos emplea los

nutrientes descriptos. d) Represente en un esquema simplificado los ciclos del carbono, nitrógeno y azufre, e indique en cada caso

cual proceso biogeoquímico es llevado a cabo por cada uno de los microorganismos propuestos.

Pregunta 6Se planea construir una planta piloto para el tratamiento de efluentes industriales provenientes de una fábrica que elimina compuestos reducidos de azufre a un río. Se aislaron dos cepas bacterianas de una muestra de sedimentos de un lago de agua dulce, y una tercera de una fuente termal sulfúrea, para emplearlas en la biorremediación. a) Considerando que la propagación de una de las cepas generó una coloración rosada en las piletas de

tratamiento, ¿dentro de qué grupos metabólicos principales podría encuadrar a cada una de la cepas seleccionadas?.

b) Describa en términos de fuente de carbono, fuente de energía y poder reductor, y aceptor final de electrones (si lo hubiere), los requerimientos nutricionales de cada cepa o grupo propuesto.

c) Desarrolle los procesos metabólicos globales con los que cada uno de los microorganismos emplea los nutrientes descriptos.

d) Represente en un esquema simplificado los ciclos del carbono, nitrógeno y azufre, e indique en cada caso cual proceso biogeoquímico es llevado a cabo por cada uno de los microorganismos propuestos.

Pregunta 7Una cepa de una enterobacteria se crece, con agitación vigorosa, en medio mínimo con glucosa suplementado con NaH14CO3. Al cosechar las bacterias se constató que el 10% del contenido de carbono celular era radioactivo. e) ¿Cómo explicaría dicho hallazgo?f) Desarrolle en forma simplificada el/los proceso/s metabólico/s centrales que estaría realizando la bacteria

para la obtención de energía y para la biosíntesis de precursores básicos, mencionando las enzimas claves que sustenten su respuesta al item a).

g) ¿Cómo clasificaría a la cepa bacteriana en estudio, creciendo en las condiciones descriptas, desde el punto de vista metabólico-nutricional?

Pregunta 8En una serie de experimentos se cultiva una bacteria patógena, con agitación vigorosa, hasta saturación de un medio mínimo conteniendo diferentes concentraciones limitantes de fructosa, como única fuente de carbono. Como resultado del crecimiento bacteriano se obtienen los siguientes datos:

Concentración de fructosa (g/l)

Peso seco de bacterias (g/l)

0.5 0.21.0 0.42.5 1.05.0 2.0

e) ¿Cómo clasificaría a dicha cepa desde el punto de vista metabólico-nutricional?.f) En base a los datos de crecimiento, y considerando que el contenido elemental de carbono en el material

celular es del 50%, explique cómo consume la fructosa (PM 180) la cepa en estudio.g) En concordancia con lo observado en el consumo del nutriente limitante, desarrolle en forma simplificada

el/los proceso/s metabólico/s centrales que estaría utilizando la bacteria para la obtención de energía y para la biosíntesis de precursores básicos, mencionando las enzimas intervinientes.