Los microbios y la biotecnologaOpcin F

5 Parte: Metabolismo de los microbios

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Tema 8 de Biologa NS

Diploma BI

Curso 2011-2013

Metabolismo

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Concepto: Conjunto dereacciones qumicas quetienen lugar en las clulaspara la obtencin de energa,utilizada en el mantenimientode sus concentraciones inicasy regenerar continuamente lasmolculas y las estructurasque se degradan.

A su vez, dentro de unaclula, tienen lugar dos tiposde metabolismo, catabolismoy anabolismo, los cuales noocurren ni de formasimultnea, ni en el mismolugar de la clula, pero queestn acoplados.

Tipos de nutricin bacteriana

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Las bacterias, grupo muy heterogneo, pueden colonizar todos losambientes, ya que presentan todos los tipos de metabolismoconocido, y algunas son capaces de cambiar de metabolismo en funcindel tipo de nutrientes que encuentran en el medio.

La bacterias se pueden clasificar en funcin de:

- Si la fuente de energa es la de la luz (fottrofas) o la de compuestosqumicos (quimitrofas).

- Si la fuente de carbono es el CO2 (auttrofas) o molculas orgnicassencillas (hetertrofas).

- Si la fuente de protones y electrones son molculas inorgnicassimples (littrofos) o molculas complejas (organtrofos).

Tipos de nutricin bacteriana

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Bacterias prpuras no sulfurosas

Cianobacterias (fotosintticas)Bacterias verdes y prpuras sulfurosas

Bacterias quimiosintticas(descomponedores)

Bacterias saprfitas(descomponedores)

FOTOAUTTROFOSO

QUIMIOAUTTROFOSO

FOTOHETERTROFOSO

QUIMIOHETERTROFOSO

Tipos de nutricin

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En funcin de la naturaleza de la energa que incorporan, losmicroorganismos auttrofos (que utilizan el CO2 atmosfrico parasintetizar molculas orgnicas) se dividen en:

- Fotoauttrofo: organismo que usa la luzcomo fuente de energa para generar ATP yel CO2 atmosfrico como fuente de carbonopara producir compuestos orgnicos. Unejemplo es la cianobacteria Anabaena.

- Quimioauttrofo: organismo que usaenerga de reacciones qumicas como fuentede energa para generar ATP y el CO2atmosfrico como fuente de carbono paraproducir compuestos orgnicos. Un ejemploes la bacteria nitrificante Nitrosomonas.

Tipos de nutricin

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En funcin de la naturaleza de la energa que incorporan, losmicroorganismos hetertrofos (que utilizan materia orgnica parasintetizar molculas orgnicas) se dividen en:

- Fotohetertrofo: organismo que usa laluz como fuente de energa para generarATP y obtiene compuestos orgnicos deotros organismos como fuente de carbono.Un ejemplo es la bacteria prpura nosulfurosa Rhodobacter.

- Quimiohetertrofo: organismo que usaenerga de reacciones qumicas como fuentede energa para generar ATP y obtienecompuestos orgnicos de otros organismoscomo fuente de carbono. Un ejemplo es labacteria Lactobacillus.

Comparacin tipos de nutricin

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Fuente de carbono

CO2 inorgnico Compuestos orgnicos

Fuente de energa

Luz Fotoauttrofo

(bacterias verdes sulfurosas: Chlorobium)

Fotohetertrofo

(bacterias prpuras no sulfurosas: Rhodospirillum)

Qumica Quimioauttrofo

(bacterias oxidantes del hierro: Thiobacillusferrooxidans )

Quimiohetertrofo

(La mayora de bacterias:E. coli)

Video1

Estructura de Anabaena

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Anabaena es una cianobacteriafilamentosa que vive en charcas deagua dulce y sobre la hierba.

Posee clorofila para la fotosntesisoxignica, es decir, utiliza el aguacomo donador de electrones.

Es nica, al poseer dos tipos declulas distintas e independientes.

Anabaena es til para losagricultores al incrementarla fertilidad del suelogracias a la fijacin denitrgeno.

Estructura de Anabaena Las clulas vegetativas fijan el CO2 atmosfrico

por fotosntesis para la fabricacin decarbohidratos. Al ser un procariota carece decloroplastos, pero posee tilacoides, que soninvajinaciones de la membrana.

Los heterocistos fijan el N2 atmosfrico enamoniaco, mediante la enzima nitrogenasa, para lafabricacin de protenas. La enzima nitrogenasa seinhibe por O2, por lo que en ellos su concentracines menor y poseen una gruesa pared.

Ambos tipos celulares intercambian sus productosfijados a travs de pequeos poros en sus paredescelulares.

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Video2

Relaciones entre los microorganismosy la especie humana

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Al clasificar las relaciones que los microorganismos establecen con laespecie humana en concreto, podemos encontrar tres posibilidades:

- Inocuas: Podemos encontrar muchas especies de microroganismosque directamente no se relacionan con la humana, por lo que no lecausan ni beneficio ni perjuicio. Sin embargo, como componentesimportantsimos de todos los ecosistemas, siempre hay relaciones,aunque indirectas o ms difcles de de delimitar. Un ejemplo de ello sonlos ciclos biogeoqumicos, como el del nitrgeno.

- Beneficiosas: El hombre obtiene gran cantidad de beneficios demuchos microorganismos, utilizndolos para la depuracin de aguasresiduales, produccin de combustibles, tcnicas biotecnolgicas oproduccin de alimentos, entre otros.

- Perjudiciales: Hay muchos microorganismos causantes deenfermedades infecciosas y reciben el nombre de patgenos.

Biorremediacin

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Concepto: Utilizacin de organismos vivos con el fin de remediar unproblema ambiental eliminado el contaminante.

Entre los agentes contaminantes se encuentranel selenio, los disolventes y los pesticidas en elsuelo, y los vertidos de petrleo en el agua.

Estos microorganismos obtienenenerga para crecer a partir de ladegradacin de estos compuestosqumicos txicos. Es decir, sonquimiohetertrofos cuya actividadmetablica acaba degradando yconsumiendo dichas molculasorgnicas que son contaminantespara el medioambiente.

Normalmente se utilizan bacteriasy hongos, aunque tambin puedenusarse plantas (fitorremediacin) uotros, y siempre despus de haberusado otros sistemas de limpiado.

Video3

Biorremedicacin

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La biorremediacin puede ser de dos tipos:

- Biomagnificacin cuando una bacteria se aade para suplementar lapoblacin microbiana existente. La bacteria aadida parece competirpobremente con la poblacin autctona.

Estos microorganismos obtienen energa de loscompuestos txicos, convitindolos encompuestos no txicos.

- Bioestimulacin cuando se aadennutrientes para estimular elcrecimiento de la poblacinmicrobiana autctona en el mediocontaminado. Las concentraciones denutrientes deben ser losuficientemente grandes como parasoportar la mxima tasa decrecimiento de la bacteria a lo largodel proceso de limpiado. Bacterias delgnero Pseudomonas se usaron en lalimpieza del vertido del Exxon Valdz.

Biorremedicacin de vertidos de petrleo

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Uno de los primeros exitos de la biorremediacin fue el tratamiento delvertido de 37 mil toneladas por el petrolero Exxon Valdez en la costa deAlaska en 1989.

Video4

Con objeto de eliminar la capa de petrleo que cubralas rocas y arena de la costa, los investigadoresrealizaron gran cantidad de muestreos y experimentosde laboratorio que demostraron que la poblacin demicroorganismos autctonos tena capacidadesdegradativas de hidrocarburos alifticos y aromticos yque la cintica de la degradacin poda ser mejoradacon la adicin de nutrientes.

Con objeto de incrementar sunmero, aadieron nitrgeno y fosfatoal agua. Varios meses ms tarde, yase observaba una visible reduccin delpetrleo sobre las rocas y arena. Conesto se acort el tiempo debiorremedicacin natural en 5 aos.

Biorremediacin de suelos

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Los compuestos txicos ms usados son los plaguicidas, los cuales enmuchos casos resultan ser muy txicos. Estos compuestos qumicosconstituyen una adecuada fuente de carbono y donadores de electronespara ciertos microorganismos del suelo. En la literatura existen ejemplosde degradacin de plaguicidas por microorganismos:

- En 2001 se aislaron varias especies dehongos en suelos de Argelia contaminadoscon pesticidas. Las especies ms frecuentespertenecan al gnero Aspergillus ydestacaron por su habilidad para ladegradacin del herbicida.

- Las Pseudomonas son las bacterias mseficientes en la degradacin de compuestostxicos. La capacidad de estas bacteriaspara degradar estos compuestos dependedel tiempo de contacto con el compuesto, lascondiciones ambientales en las que sedesarrollen y su versatilidad fisiolgica.

Biorremedicacin de suelos

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Los disolventes industriales son compuestos orgnicos, tales como eldicloroetileno, tricloroetileno, cloroformo y algunos compuestos fluorados,que son txicos (carcingenos) y que frecuentemente se detectan comocontaminantes persistentes en los suelos.

Una amplia variedad de bacterias son capaces de romper estas molculas.Por ejemplo, Dehalobacterium usa el compuesto diclorometano en sumetabolismo, produciendo sustratos respiratorios, formato y acetato.

Geobacter sulfurreducens seusa para eliminar el uranio,ya que lo transforma en unaforma insoluble que puedeser recolectada.