Metabolismo Bacteriano

METABOLISMO BACTERIANO

TODOS los seres vivos llevan a cabo el procesamiento de los nutrientes que los mantienen vivos. A este conjunto de procesos, se le conoce como metabolismo y consiste de un gran número de reacciones químicas destinadas a transformar las moléculas nutritivas en elementos que posteriormente serán utilizados para la síntesis de los componentes estructurales; como pueden ser las proteínas. Otra parte importante del metabolismo es la de transformar y conservar la energía que está contenida en una reacción química en algún proceso que requiera de energía, como puede ser el trabajo o el movimiento.

Es evidente que los nutrientes son transformados cuando entran en un organismo, ya que en ningún caso el alimento contiene todas las moléculas que una célula requiere. Esto se vio con claridad al observar el crecimiento normal de levaduras en un medio de cultivo que sólo contenía glucosa como única fuente de energía. Así pues, se pensó que la síntesis de todos los componentes celulares se llevaba a cabo en el interior de las levaduras. Hoy sabemos que las transformaciones que sufre la glucosa no ocurren en un solo paso, sino que, por el contrario, se forman varios productos intermedios que en muchas ocasiones no tienen una función específica a no ser la de formar parte de lo que se conoce como vía metabólica.

La transformación de los nutrientes en compuestos útiles para la subsistencia de un organismo se lleva a cabo por medio de las reacciones químicas que realizan unas proteínas conocidas como enzimas. De tal forma que no podemos hablar del metabolismo si no describimos brevemente qué son y cómo funcionan las enzimas.

II.1 LAS ENZIMAS SON EFICIENCIA Y RAPIDEZ

La enzimología es una parte fundamental de la bioquímica que se ha desarrollado rápidamente en los últimos cinco decenios. Ciertas manifestaciones de la acción enzimática eran conocidas desde mucho tiempo atrás y si bien sus causas eran ignoradas, ya se conocían varios procesos como la fermentación, la digestión y la respiración o consumo de oxígeno.

Las enzimas son proteínas especializadas capaces de transformar químicamente una molécula; son sin duda las moléculas biológicas más notables ya que solamente transforman a una molécula y a ninguna otra y esto lo hacen varios cientos de veces por segundo. Estas características las hacen mucho mejores que cualquier catalizador químico hecho por el hombre.

Figura 8. (a) Cadena lineal de aminoáidos. (b) Cadena tridimensional de aminoácidos.

Pasteur pensaba que la fermentación era llevada a cabo por enzimas y que su acción estaba íntimamente ligada a la estructura y a la vida de las levaduras. Un hecho de gran importancia que marcó el inicio de la enzimología y de la bioquímica ocurrió cuando, en 1877, Edward Buchner logró que un extracto libre de levaduras enteras llevara a cabo la fermentación alcohólica. Esto implicaba que tales enzimas, de gran importancia para la célula viva, eran capaces de llevar a cabo su función con independencia de la integridad de la estructura celular. En 1926, el notable bioquímico J. B. Sumner aisló y cristalizó por primera vez una enzima, la ureasa de frijol, y comprobó que era una proteína, lo que era contrario a la opinión general en aquel tiempo. Tuvieron que pasar 10 años, hasta 1926 que fue cuando Northrop cristalizó otras tres enzimas, para establecer finalmente que éstas son proteínas especializadas en una reacción. Hoy en día se conocen quizá más de 2 000 enzimas diferentes y, aunque se sabe mucho acerca de ellas, quedan aún grandes dudas sobre su control genético y su modo de acción.

Figura 9. (a) Enzima con uno o dos sitios activos y una cadena de aminoácidos. (b) Enzima con varias cadenas de aminoácidos y varios sitios activos.

Estas proteínas actúan sobre una sola molécula, es decir, son como una llave y una cerradura: la llave es la molécula y la cerradura es la enzima. La posibilidad de que una llave abra otra cerradura que no sea la que le corresponde es muy remota. Pues bien, lo mismo ocurre con las enzimas: la posibilidad de que una enzima actué sobre otra molécula que no sea la que le corresponde es muy baja.

Las enzimas, en su calidad de proteínas, se hallan formadas por cadenas de aminoácidos, las cuales se arreglan espacialmente en formas variadas. En otras palabras, las cadenas de aminoácidos constituyen estructuras tridimensionales (Figura 8).

Así, estas complicadas estructuras forman un espacio o hueco en donde se une la molécula que va a ser transformada; a este hueco se le denomina sitio activo. Las enzimas tienen entonces un sitio activo y una estructura tridimensional que las hace ser únicas. Sin embargo, pueden existir enzimas con dos o más sitios activos y con una estructura integrada por una o varias cadenas de aminoácidos (Figura 9).

La velocidad a la que dichas enzimas trabajan es muy alta y esto las hace muy eficientes. Su actividad está en función directa de la cantidad de moléculas que va a ser transformada y su acción es regulada en parte por la aparición en el medio del producto final de la reacción, que de hecho inhibe su actividad. Su acción puede ser concertada es decir, que una enzima se encuentra dentro de un proceso más o menos largo de degradación o de síntesis y de esta forma el producto de dicha enzima será el sustrato de la siguiente enzima y así sucesivamente (Figura 13).

Figura 10. Simplificación de la relación que guardan los organismos autótrofos y heterótrofos.

El metabolismo se podría definir como el conjunto de reacciones químicas que ocurren en la célula y que tienen por objeto generar la energía y los componentes necesarios para que ésta lleve a cabo sus funciones. Esta definición estaría incompleta si no aclaramos antes que todas estas reacciones están altamente coordinadas y dependen del perfecto funcionamiento de los sistemas multienzimáticos.

II.2 UNOS SERES VIVOS DEPENDEN DE OTROS

Organismos autosuficientes y organismos dependientes. Para poder llevar a cabo todas sus reacciones metabólicas, los seres vivos necesitan una fuente de alimento y energía.

De acuerdo con su fuente de obtención de nutrientes, los organismos vivos se pueden dividir en dos grandes grupos. Por una parte, los autosuficientes (autótrofos), que utilizan al bióxido de carbono (CO2) y al agua (H20) como única fuente de alimento y a partir de estos compuestos producen todas las moléculas

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