Tema 9. Metabolismo en microorganismos heterótrofos aerobios y anaerobios

Transporte de electrones

• Los electrones fluyen de transportadores con potenciales de reducción más negativos a transportadores con potenciales más positivos.
• Finalmente, los electrones se combinan con O2 y H+ para formar agua.
• La diferencia de potencial entre O2 y NADH es de 1.14 voltios, lo que permite la liberación de gran cantidad de energía.
• La cadena transportadora de electrones está organizada en cuatro complejos que transportan electrones hacia el O2.
• La Coenzima Q y el citocromo c conectan los complejos entre sí.
• La fosforilación oxidativa utiliza la energía del transporte de electrones para sintetizar ATP.
• Se pueden sintetizar hasta 3 moléculas de ATP a partir de ADP y Pi cuando un par de electrones pasan del NADH a un átomo de O2.
• La relación P/O máxima para el FADH2 es 2, debido a que sus electrones sólo pasan por dos puntos de fosforilación oxidativa.

Inhibidores de la síntesis de ATP

• Existen dos tipos de inhibidores de la la síntesis aerobia de ATP: aquellos que bloquean el transporte de electrones y aquellos que desacoplan la fosforilación oxidativa del transporte de electrones.
• Algunos inhibidores del transporte de electrones son el antibiótico piericidina, el antibiótico antimicina A, el cianuro y la azida.
• Los desacoplantes, como el dinitrofenol y la valinomicina, permiten el paso de iones a través de la membrana sin activar la ATPasa, lo que elimina los gradientes de pH e iónicos.

Respiración Anaerobia

• Algunos procariotas pueden usar aceptores de electrones diferentes del oxígeno en condiciones anóxicas.
• El nitrato (NO3-) puede ser usado como aceptor de electrones, siendo reducido a nitrito (NO2-).
• La cadena transportadora de electrones se reestructura en condiciones anaerobias con nitrato como aceptor final de electrones.

Fosforilación Oxidativa

• La hipótesis quimiosmótica explica la fosforilación oxidativa.
• La cadena transportadora de electrones está organizada para transportar protones hacia afuera de la matriz mitocondrial o de la membrana plasmática de procariotas.
• El movimiento de protones genera una fuerza motriz de protones (FMP).
• La FMP impulsa la síntesis de ATP cuando los protones regresan a la matriz mitocondrial.
• La FMP también puede impulsar el transporte de moléculas a través de las membranas y la rotación de los flagelos bacterianos.

Reductores de azufre

• Algunos microorganismos pueden usar azufre como aceptor de electrones.
• Desulfuromonas acetoxidans puede oxidar acetato o etanol a CO2 y reducir azufre a sulfuro de hidrógeno.
• Los reductores de azufre pueden usar también Fe³+ como aceptor de electrones.

Fermentación

• Algunos quimioorganótrofos no realizan la respiración debido a que carecen de cadenas de transporte de electrones o las reprimen en condiciones anóxicas.
• La fermentación se usa para regenerar el NAD+ a partir del NADH producido durante la glucólisis.
• La fermentación utiliza piruvato o sus derivados como aceptor de electrones.
• La fermentación no utiliza fosforilación oxidativa, por lo que su rendimiento de ATP es menor.

Características comunes de las fermentaciones

• Se oxida parcialmete el sustrato
• El ATP se forma por fosforilación a nivel de sustrato
• No se necesita oxígeno