Metabolismo microbiano

METABOLISMO MICROBIANO

INTRODUCCIÓN

A lo largo de la historia de la Tierra, el metabolismo microbiano ha sido la fuerza impulsora detrás del desarrollo y mantenimiento de la biosfera de la Tierra. Los organismos eucariotas, como las plantas y los animales, generalmente dependen de moléculas orgánicas para la energía, el crecimiento y la reproducción. Por otro lado, los procariotas pueden metabolizar una variedad de sustancias orgánicas e inorgánicas, que van desde moléculas orgánicas complejas como la celulosa hasta moléculas e iones inorgánicos como el nitrógeno atmosférico (N2), hidrógeno molecular (H2), azufre (S2-), manganeso . (II) iones (Mn2 ), férricos (Fe2) y ferrosos (Fe3), por nombrar algunos. Al metabolizar estas sustancias, los microbios las convierten químicamente en otras formas. En algunos casos, el metabolismo microbiano produce sustancias químicas que son dañinas para otros organismos; en otros casos, produce sustancias esenciales para el metabolismo y la supervivencia de otras formas de vida.

Metabolismo es el nombre que se le da a una serie de reacciones químicas que tienen lugar en una célula u organismo. Las rutas metabólicas se componen de una serie de reacciones catalizadas por enzimas. Durante el metabolismo se producen una serie de acciones (reacciones) cuando se modifica un elemento: se pueden añadir, transferir o eliminar átomos o grupos funcionales específicos. Los precursores se convierten en productos a través de una serie de intermediarios metabólicos conocidos como metabolitos. Las moléculas de nutrientes se convertirán en moléculas características de la propia célula, incluidos los precursores de macromoléculas. Condensación de precursores monoméricos a macromoléculas: proteínas, ácidos nucleicos y polisacáridos. Síntesis y descomposición de biomoléculas necesarias para funciones celulares especializadas, como lípidos de membrana, mensajeros intracelulares y pigmentos.

El crecimiento microbiano requiere la agregación de elementos bioquímicos para producir proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos y lípidos. Los materiales de construcción deben prepararse con anticipación en cultivo o sintetizarse a medida que crecen las células. Los requisitos de biosíntesis adicionales dependen de la necesidad de que las coenzimas participen en la catálisis enzimática. Las reacciones de polimerización biosintéticas requieren la transferencia de enlaces anhídrido del ATP. El crecimiento requiere una fuente de energía metabólica para sintetizar enlaces anhídrido y mantener gradientes transmembrana de iones y metabolitos.

Metodología

El metabolismo tiene dos componentes, catabolismo y anabolismo . El catabolismo implica el proceso de almacenamiento de la energía liberada por la descomposición de compuestos como la glucosa y el uso de esa energía para sintetizar ATP. Por el contrario, el anabolismo o biosíntesis implica el proceso de utilizar la energía almacenada de ATP para sintetizar y construir las macromoléculas que componen las células, subunidades o bloques de construcción. El orden de los componentes básicos de una macromolécula depende de una de dos formas. En los ácidos nucleicos y las proteínas, está dirigido por moldes: el ADN sirve como molde para su propia síntesis y para la síntesis de varios tipos de ARN; El ARN mensajero sirve como molde para la síntesis de proteínas. Sin embargo, para los carbohidratos y los lípidos, la disposición de los componentes básicos depende completamente de la enzima específica. Una vez producidas, las macromoléculas se ensamblan para formar estructuras supramoleculares de la célula, como ribosomas, membranas celulares, paredes celulares, flagelos y pelos.

La tasa de síntesis de macromoléculas y la actividad de las rutas metabólicas deben regularse para que la biosíntesis permanezca en equilibrio. Todos los componentes necesarios para sintetizar macromoléculas deben estar presentes para un crecimiento ordenado y deben controlarse para que los recursos celulares no generen productos que no favorezcan el crecimiento o la supervivencia celular. Este capítulo proporciona una descripción general del metabolismo microbiano y su regulación. Los microbios representan el extremo de la diversidad evolutiva y existen muchas vías metabólicas diferentes dentro de este grupo. Por ejemplo, cualquiera de las más de seis rutas metabólicas diferentes se puede usar para asimilar el benzoato, un compuesto relativamente simple, y una sola ruta de asimilación de benzoato se puede regular mediante más de seis mecanismos de control. El objetivo de los autores es conocer las bases de las rutas metabólicas y su regulación. El principio básico que define una ruta metabólica es llevar a cabo algunas reacciones bioquímicas relativamente organizadas en un cierto orden. Se pueden inferir muchas rutas biosintéticas examinando las estructuras químicas de los materiales de partida, los productos finales y posiblemente uno o ambos intermediarios metabólicos. La razón principal detrás de la regulación metabólica es que las enzimas tienden a activarse solo cuando se necesita su actividad catalítica. La actividad enzimática se puede cambiar cambiando la cantidad de enzima o la cantidad de sustrato. En algunos casos, la actividad enzimática se altera al unirse a efectores específicos (metabolitos que regulan la actividad enzimática).

El metabolismo microbiano es una serie de procesos bioquímicos por los que los microorganismos obtienen la energía y los nutrientes necesarios para su supervivencia y reproducción. Los microorganismos utilizan muchas estrategias metabólicas diferentes y, a menudo, las especies se pueden distinguir en función de sus estrategias. Las propiedades metabólicas específicas de los microorganismos son el principal criterio para determinar sus roles ecológicos (funciones ecológicas), su responsabilidad en los ciclos biogeoquímicos y su aplicabilidad en los procesos industriales humanos.

Los diferentes tipos de metabolismo microbiano se pueden clasificar de acuerdo con tres criterios diferentes:

1. La forma en que los organismos obtienen carbono para la formación de masa celular:

autótrofo. El carbono es autogenerador, se obtiene a partir del dióxido de carbono (CO2). heterótrofo. El carbono se obtiene a partir de compuestos orgánicos, como la glucosa, producidos por otros organismos. Organismos mixotróficos. Son organismos que pueden utilizar la luz o la materia como fuente de energía, también pueden obtener donantes de electrones de compuestos inorgánicos u orgánicos, y obtener carbono producido por ellos mismos o producido por otros organismos. Pueden existir mixótrofos obligados o facultativos.

De hecho, los conceptos se pueden combinar casi libremente. Los ejemplos típicos incluyen:

Los quimioautótrofos obtienen energía de la oxidación de compuestos inorgánicos y carbono de la fijación de dióxido de carbono. Ejemplos: bacterias nitrificantes, bacterias oxidantes de azufre, bacterias oxidantes de hierro, bacterias oxidantes de hidrógeno Los fotoautótrofos obtienen energía de la luz y el carbono de la fijación del dióxido de carbono utilizando compuestos inorgánicos como equivalentes reductores. Ejemplos: Cianobacterias (agua como equivalente reductor), Chlorophyceae, Chromaticaceae (sulfuro de hidrógeno), Chloroflexus (hidrógeno). Los quimioheterótrofos obtienen energía de la oxidación de compuestos inorgánicos, pero no pueden fijar dióxido de carbono. Por ejemplo: ciertas especies de Nitrobacter, Wolinella (con hidrógeno como equivalente reductor), ciertas bacterias oxidantes de hidrógeno. Los quimioorganoheterótrofos obtienen energía, carbono y equivalentes reductores para reacciones biosintéticas de compuestos orgánicos. Ejemplo: La mayoría de las bacterias como Escherichia coli, Bacillus, Actinomycetes. Los fotoorganotrofos obtienen energía de la luz y el carbono, así como de la reducción de los equivalentes de reacciones biosintéticas de compuestos orgánicos. Algunas especies son estrictamente heterótrofas, pero muchas otras también pueden fijar dióxido de carbono y son mixótrofas. Ejemplos: Rhodobacter, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Rhodomicrobium, Rhodocyclus, Heliobacterium, Chloroflexus (minas con fotoautotrofia de hidrógeno).

El proceso de desnitrificación mejorada está íntimamente relacionado con el metabolismo de las comunidades microbianas involucradas en su transformación. Para diseñar, optimizar o mejorar los sistemas de tratamiento de aguas residuales domésticas, ingenieros y microbiólogos trabajan juntos para configurar reactores terciarios apropiados para el desarrollo de estas comunidades y lograr altas eficiencias de eliminación de nutrientes. Este artículo examina la actividad bacteriana y su aplicación en sistemas de remediación, primero conceptualizando el impacto de las actividades microbianas y humanas en el ciclo global del nitrógeno y luego analizando los procesos específicos de intervención microbiana. Se ha catalogado y documentado nueva evidencia de metabolismo asociado que ilustra algunos de los procesos exitosos de tratamiento terciario de aguas residuales desarrollados en las últimas décadas.

El crecimiento microbiano requiere la formación de estructuras bioquímicas complejas, como proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos y lípidos, derivados de elementos preparados previamente en el medio de cultivo o sintetizados en las propias células; mientras que la continuación de este crecimiento requiere energía; Estos procesos son facilitados por el nombre de metabolismo. El metabolismo se define como todas las transformaciones químicas que tienen lugar en las células. Si es para la síntesis de macromoléculas, se denomina biosíntesis o anabolismo, que requiere el aporte de energía procedente de la descomposición o catabolismo; la forma química común en la que se encuentra la energía es el trifosfato de adenosina (ATP), que es producido por varios mecanismos como la fotosíntesis, así como por compuestos inorgánicos y orgánicos.

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