Bakterioen metabolismoaAnalisia eta Kontrola

Entseiu mikrobiologiakoa

Juan Arbulu

http://www.arizmendipro.eu

juarbulu@gmail.com

@jarbulu

Hazkuntzarako beharrezkoak

• Ingurumen urtsua

• Energi iturria

– Argia Fototrofoa

– Kimikoa Kimiotrofoa

• Karbono iturria

– Konposatu organikoak Organotrofoa

– Konposatu inorganikoa Litotrofoa

• Nitrogeno iturria

• Sufre iturria

• “traza” elementuak

• Bitaminak

Z

E

L

U

L

A

K

Konposatu organiko edo

inorganikoen oxidazioa

ENERGIA

(1 kcal = 4.184 kJoule)

ARGIA

Prokariotak erabiltzen dituzten energi iturri eta

mekanismoak eukariotenak baino ugariagoak dira

Fermentazioa

Arnasketa aerobikoa(inorganikoak)

Arnasketa anaerobikoa

Fotosintesioxigenikoa

Fotosintesianoxigenikoa

Energia iturria

Beroa

Energia

erabilgarria

Produktu

metabolikoak

Pi

ADP

ATP

Biopolimeroak

(Adb. proteinak)

Bitartekari

biosintetikoak

Biltegi

zelularra

Kanpo

nutrienteak

(Zurgapena)

METABOLISMO BIOENERGETIKOA

KATABOLISMOA

METABOLISMO BIOSINTETIKOA

ANABOLISMOA

METABOLISMOA

Z

E

L

U

L

A

K

Energiaren kontserbapena

A. Sustratu mailako fosforilazioa

1) 1.3-difosfoglizeratoa + ADP → 3-fosfoglizeraldehidoa + ATP

2) Fosfoenolpirubatoa + ADP →pirubatoa + ATP

3) azetil-P + ADP → azetato + ATP

B. Energia ekoizpena protoien mugimenduagatik

Ared

Aox

Box

Bred

eta H+

Kanpokaldea Barnekaldea

Bide glikolitikoa

Metabolismo energetiko motak

prokariotoetan

• Fotosintesia

• Arnasketa (gai organiko edoinorganikoena)

– Aerobioa

– Anaerobioa

• Hartzidura

Arnasketa

Energia lortzeko prozesua non konposatu bat oxidatzen da eta oxigenoa edo elektroien besteazken hartzaile bat erreduzituegiten da.

Sustratu desberdinen degradazio aerobioa

Karbohidratoen metabolismoa

• Oinarrizko bide metabolikoak

– Embden-Meyerhof-Parnas bidea (EMP, glikolisia)

– Pentosa fosfatoen bidea (monofosfato hexosak)

– Entner-Doudoroff bidea (prokariota batzuk bakarrik)

• Hiru bideak glukosa glizeraldehido 3 fosfatoan (G3P)

bihurtzen dute (bide diferenteak erabiliz)

• G3Pa pirubatoan bihurtzen da erreakzio berdina erabiliz hiru

bideetan.

• G3Paren oxidazioa pirubikoa emateko ATParen ekoizpena

eragiten du sustratu mailako fosforilazioaren bidez.

•Pirubatoaren ondorengoa

Hartzidura: alkoholak, azido organikoak

Arnasketa: azetil CoA eta Krebs-en zikloa

•NADHaren ibilbidea

Hartzidura

Arnas katea

Glikolisia

Glikolisia

Entner-Doudoroff-en bidea

PENTOSEN BIDEA

Glukosa 6P+12NADP++7H2O 6CO2+12 NADPH+12H++ Pi

3 Glukosa6P+6NADP++3H2O 2 fruktosa6P+G3P+3CO2+6NADPH+6H+

3

3

X3

3CO2

ATParen formazioa EMP, E-D eta pentosa fosfato bideetan

• Entner-Doudoroff

ematen du: -1 ATP/glukosa

-2 NAD(P)H

Prokariota askotan ematen da

Glukonatorekin hazteko erabili daiteke

• Pentosa fosfato– Glukosa -6-P oxidatua,CO2 produzitzen du

– Azukreen arteko eraldaketak 3, 4, 5, 6, 7 C

– NADPHaren formazioan inportanteaanabolismorako, erribosa azido nikleikoentzako

Pirubato deshidrogenasa (aerobioa)

GLUKOSA 6 O2

12 H2O6 CO2

24[H]4ADP

+4PI

4ATP

34 ADP + 34PI

34 ATP

GLUKOSAREN OXIDAZIO AEROBIKOA

∆Go´= -2830 kJ/mol glukosa

Ekuazioa idatzi

Delta G kalkulatu

Krebs-en zikloa

Azido zitrikoaren zikloa

• Bakarrik agertzen da hazkuntza aerobioan

• Baldintza anaerobikoetan,

– alfa zeto glutarato deshidrogenasaren

aktibitate baxua

– Sukzinato deshidrogenasaren ordez fumarato

deshidrogenasa

Hartzidura

• Redox prozesu anaerobioa

• ATP: sustrato mailako fosforilazioa, sustratoaren oxidazioari lotuta.

• Hartzaileraino dagoen elektroi garraioa ez duenergia produkziorik ematen.

• Orokorrean konposatu bera da elektroienemaile eta hartzaile bezala jokatzen duena.

• Konposatu oso oxidatu edo erreduzituak: hartzidurarako ez dira baliagarriak(arnasketan erabiliak)

Glukosa 2 laktatoa + 2H+

G0=2*(-517,81) + 2*-39,83)-(-917,22)= -198kJ/mol

GLUKOSA 2PIRUBATOA

2 LAKTATOA2 PIRUBATOA

4[H]

2ADP

+PI

2ATP

GLIKOLISI ANAEROBIKOA - HARTZIDURA

∆Go´= -198 kJ/mol gluKosa

Hartziduren ezaugarriak

• Organismo desberdinak hartzidura produktu

desberdinak sortzen dituzte:

identifikaziorako erabiltzen dira

• Glukosaren energia asko hartziduran galdu

egiten da: ez da prozesu eraginkorra

• NAD+ berrizketa elektroien

transferentziagatik (NADHtik pirubatora)

Hartzidura alkoholikoa

C6H12O6 2 CO2 + 2CH3CH2OH

Onddoak, legamiak (Saccharomyces cereviseae), bakteria

batzuk, algak eta protozooak

Pirubatoa azetaldehidoa + CO2

etanola

Alkohol deshidrogenasa

NADH + H+ NAD+

Zymomonas generoko baketria eta legamietan

ematen den alkohol produkzioa

Hartzidura homolaktikoa

Hartzidura heterolaktikoa – Fosfozetolasaren bidea

Hartziduren produktoak

H2-aren produkzioa

• H+ elektroi hartzailea:

2H+ + 2e- → H2 (E0´= -420 mV)

• Termodinamikoki okerragoa

• Elektroien emailea: ferredoxinaerreduzitua

• pirubikoa → azetil CoA, H2, CO2

• Clostridium, sulfato erreduktoreak, besteanaerobio batzuk

+ CoASH + CO2

COOH

C=O

CH3

C-SCoA

CH3

O

Fdox Fdred

H2 2H+

1

2

1. Pirubato-ferredoxina oxido erreduktasa 2. Hidrogenasa

Azetil-CoA + Pi Azetil-P + CoASH

Azetil-P + ADP Azetato + ATP

fosfotransazetilasa

Azetato kinasa