TEMA 10 fisiologia i metabolisme microbià, primer parcial PDF

Preview

Summary

El DNA d’E. Coli té aproximadament 1 mm de llargada, és a dir, 1000 µm. S’ha d’empaquetar en un volum d’entre 0.5 i 1 µm3 (probablement menys). El DNA procariota és molt gran (1mm) l’empaquetament en un espai tant petit és un repte ja que a més ha de complir 2 funcions: ha de ser compatible amb proc...

Description

jro

Si una cèl·lula no disposa d’acceptor d’electrons a una cadena de transport, para el cicle de Krebs, ja que genera NADH, que no pot aprofitar. Per tant, no genera acetil- CoA, ja que no es pot reduir. En aquest punt, hem de tenir en compte que, per oxidar la glucosa, cal NAD+ i aquest és limitat dins la cèl·lula. Per tant, s’utilitza el NADH resultant per reduir el piruvat a lactat, tornant a obtenir NAD+. Gràcies a això, podrem seguir generant piruvat, obtenint dues molècules d’ATP cada cop. Els productes de la fermentació són alliberats al medi. El lactat està igual d’oxidat que la glucosa, com a tots els productes de fermentació amb el seu monòmer inicial. No hi ha pèrdua ni guany ni de carbonis ni de electrons. Ha de fermentar molta glucosa per aconseguir el mateix ATP. Si el piruvat es descarboxila, passa a acetaldehid. Aquest, en reduir-se amb el NADH, permet obtenir etanol, regenerant, així, el NAD+. Això és la fermentació alcohòlica. En aquest cas, l’etanol està més reduït que la glucosa. Tot i això, tenint en compte tots els carbonis dels productes resultants, es segueix complint que l’estat d’oxidació de la glucosa reactiva és el mateix que el dels productes. A les fermentacions, la estequiometria és molt complicada. La intensitat amb la que l’organisme utilitza una branca o una altra és condicionada amb les condicions de creixement.

Tipus de Fermentacions * Fermentació Homolàctica Consisteix en la reducció dels dos piruvats (acoblat amb l’oxidació de dos NADH a NAD+) provinent de la glucòlisis en dues lactoses en un sol pas mitjançant l’enzim lactat deshidrogenasa. * Fermentació Heterolàctica ✓ No hi ha degradació de glucosa fins a piruvat sinó que glucosa és fosforilada a glucosa6P (ATP→ ADP), que és oxidada a 6P-gluconat (reducció de NAD+ a NADH) que és oxidat (reducció de NAD+ a NADH) i descarboxilat a xilulosa-5P. ✓ La xilulosa-5P es parteix en dues molècules: gliceraldehid 3P (3C) i acetil-P (2C). ✓ Gliceraldehid 3P és oxidat fins a piruvat (s’obtenen 2 ATP per fosforilació a nivell de substrat), que és reduït fins a lactat. ✓ L’Acetil-P pateix una desfosforilació i dues reduccions (oxidació de 2 NADH a 2 NAD+) donant lloc a etanol. * Fermentació Alcohòlica -

El piruvat (provinent de la glicòlisi) és descarboxilat en forma de CO2) fins a acetil-aldehid i per l’enzim piruvat descarboxilasa (no oxida al piruvat). L’acetil-aldehid és reduït fins a etanol per l’enzim alcohol deshidrogenasa (oxidació de NADH a NAD+). *em: 2atp, ed: 1atp*

* Fermentació Àcid-Mixta ✓ Consisteix en la oxidació de la glucosa fins a obtenir piruvat que és convertit en Acetil-CoA, que entra el cicle de Krebs (estan inhibides les reaccions oxidatives que produeixen NADH).

jro ✓ Part de piruvat a ves de oxidar-se en Acetil-CoA es redueix en lactosa (oxida NADH a NAD+) o convertit en format. ✓ Acetil Co-A és reduit a etanol (oxida NADH a NAD+) o àcid acètic (produeix ATP). ✓ Els fosfoneolpiruvat, que és intermediari de la glucólisi, pot ser carboxilat i convertit en oxalacetat, que és un intermediari del cicle de Krebs. ✓ L’oxalacetat es redueix a malat (oxidació de NADH), el malat passa a fumarat i el fumarat es redueix a succinat (oxidació de NADH). ✓ Permet obtenir ATPs addicionals i oxidar més NADHs. * Fermentació Àcid mixta – Butanodiòlica -

-

Important en enterobacteris. Els dos piruvats resultants de la glucòlisi poden donar lloc a lactat, format, succinat... El piruvat tmb es pot unir amb una molècula de TPP (té lloc una descarboxilació) per formar un intermediari que porta a terme una reacció de condensació amb l’altra molècula de piruvat (el TPP s’allibera) per formar α-acetolactat que és decarboxilat per formar acetoin, que se redueix en 2,3-Butanodiol (oxida NADH en el procés). Important en diagnosis de bacteris → s’utilitza per poder distingir entre diferents grups microbians segnons si produeixen més o menys 2,3-Butanodiol.

La quantitat de productes de fermentació (d’un tipus o l’altra) està regulat de manera que varia depenent de les concentracions de creixement → comú en totes les fermentacions. P.e: E.Coli en pH 7.8 i 6.2 produeix concentracions diferents dels productes fermentatius. En pH 7.8 la concentració de CH3COOH és alta (contribueix a l’acidificació del medi) i el pH s’acidifica massa (atura el creixement) E.Coli produeix l’enzim formiat hidrogen liasa, que oxida el CH3COOH alliberant CO2 i H2 (les concetracions d’aquests dos gasos són molt més petites a pH 7.8 que el pH 6.2). Fermentació Acetona Butanol -

-

Pot donar lloc a compostos de 2C, 3C o 4C. La reacció central és la condensació de de dos acetil-CoA (provenen de la oxidació de dos piruvats de la glucòlisis) per donar lloc a acetoacetil-CoA. Tmb poden haver altres reaccions en les que l’acetil-CoA que pot donar lloc a etanol o acetat (CH 3COOH) (conversió d’ADP a ATP). L’acetoacetil-CoA pot perdre el CoA per formar acetoacetat que es descarboxila en acetona i formar isopropanol. L’acetoacetil-CoA tmb pot formar butirat/àcid butíric (conversió d’ADP ATP) o formar butanol.

si

a

Productes de la fermentació Acetona Butanol en diversos espècies de Clostridia: tenen diferents perfils de fermentació, o sigui que amb la mateixa quantitat de glucosa en el medi diferents espècies produeixen diferents quantitats de productes. Una mateixa espècie, depenent del moment de la seva corba de creixement, produeix diferents quantitats d’aquests productes: En el cas les primeres 20-24h de fermentació produeix àcids orgànics (acetats, butirats) que acidifiquen el medi (fase acidogènica). En arribar fins a un punt mínim de pH, atura la producció d’àcids i sintetitza elevades quantitats de butanol i acetona i poques quantitats d’etanol.

De glucosa a priruvat tenim la glucólisi amb un guany de 2 atp i de NADH reduït. El poder reductor el passa a una ferredoxina que passa els electrons a l’hidrogen. L’hidrogen es una molt bona

jro manera de reciclar el NAD. L’organisme amb el piruvat per una part fora un acetilfosfat amb un enzim coa. Finalment obtenim àcid acètic. L’acetil coa es pot condensar produint finalment àcid butíric. L’enzim hidrogenassa només funciona a baixes concentracions d’hidrogen i per això a les 24h es canvia el metabolisme. Per tant després de les 24h es formen les formes reduïdes que són els alcohols.

-

Fase acidogènica: producció d'àcids. Permet obtenir el doble d’ATP. Fase solventgènica: no produeix variacions del pH: producció d’alcohols.

-

El piruvat provinent de la glucòlisis és oxidat en medis anaeròbics per la piruvat descarboxilasa, que oxida un carboni, alliberant-lo en forma de CO2 i transfereix el poder reductor a una ferredoxina que transfereix els e- als H+, formant H2 c El NADH i NADPH provinents de la glucòlisis tmb poden reduir a ferredoxina, passant-se a NAD+, NADP+. La ferredoxina transfereix els e- als H+, formant H2 → H2 és una molt bona manera de reciclar NAD+. Els e- que sobren de la glicòlisi els elimina en forma d’H2 (participa una hidrogenasa) via ferredoxina, això vol dir que no sobren NADH → no té el problema de regenerar NAD+, no s’obté productes fermentatius (no cal reduir el piruvat). El piruvat passa a acetil-CoA, el CoA és substituït per un grup fosfat donant un acetil fosfat, el grup fosfat de l’acetil és transferit a un ADP, obtenint ATP i acetat (àcid acètic). L’acetil-CoA tmb pot condensar-se amb un altra acetil-CoA per formar acetoacetil-CoA que, a través d’un parell de reduccions (2NADH → 2NAD+) forma Butiril-CoA. El grup CoA del butiril és substituït per un grup fosfat, que en la següent reacció és transferit a un ADP per formar ATP i butirat (àcid butíric). S’obtenen en total 4 ATPs (2 de la glucòlisi i 2 de la transferència de grups fosfat a ADP). Encara que permet obtenir més ATP, l’acumulació dels àcids baixa en pH atura el creixement del bacteri. Quan s’acumula massa H2 i la seva concentració augmenta en el medi la hidrogenasa deixa de funcionar → no es pot reciclar el NAD+

*

Fase Acidogènica

-

*

Fase solvenogènica -

No hi ha producció d’àcids orgànics. L’acetil CoA pot condensar-se amb un altra acetil-CoA per formar acetoacetil-CoA (NADH → NAD+), que passa a ser etanol (NADH → NAD+) El butiril CoA tmb pot perdre el CoA (NADH→NAD+) formant butiraldehid, que es torna a reduir a butanol (NADH→NAD+). En aquesta fase es recicla NAD+.

Va ser un dels primers processos fermentatius utilitzats industrialment → per Alemanya durant la guerra mundial II per obtenir solvents orgànics feien créixer el bacteri en medis amb molt d’H2 fent que el bacteri produeixi només butanol, acetona i etanol....