Metabolismo Bacteriano: Fisiología, Reacciones Redox y Catabolismo

Fisiología Bacteriana: Metabolismo y Energía

El metabolismo consiste en el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de la célula para llevar a cabo su función. Para la supervivencia del microorganismo son fundamentales las fuentes de energía y la fuente de carbono. Los organismos se pueden clasificar precisamente según el tipo de energía y la fuente de carbono utilizada.

Hablamos de microorganismos fototrofos cuando la fuente de energía es la luz, mientras que si la energía proviene de compuestos químicos nos encontramos con organismos quimiotrofos. Dentro de este último encontramos quimioorganotrofos cuando el compuesto químico utilizado es de naturaleza orgánica y quimiolitotrofos cuando es de naturaleza inorgánica. Respecto a la fuente de carbono necesario para su metabolismo del CO₂ atmosférico hablamos de autotrofia; por el contrario, cuando utiliza otro compuesto como fuente de carbono reciben el nombre de organismos heterotrofos. Pueden darse todas las combinaciones entre las distintas fuentes de energía y carbono.

Reacciones de Oxidación-Reducción (Redox)

Independientemente de la fuente de energía que utilice un microorganismo, finalmente se almacena en compuestos de alta energía para poder disponer de ella cuando sea precisa. Las reacciones metabólicas que permiten transformar la energía exterior en compuestos de alta energía son reacciones de oxidación-reducción o redox, es decir, uno pierde un electrón y otro capta el electrón y se reduce. El compuesto que se oxida se conoce como donador de electrones mientras que el que se reduce es el receptor de electrones. Cuanto mayor sea la diferencia de potencial entre el donador y el receptor de los electrones mayor será la energía liberada. Durante el transporte electrónico se libera energía suficiente para la síntesis de enlaces de alta energía dentro de moléculas de almacenamiento de energía, que es la forma en que los seres vivos almacenan dicha energía.

Catabolismo Bacteriano

Dentro del metabolismo quimiotrofo, que es el mayoritario en el mundo microbiológico, existe una gran variedad de reacciones que permiten obtener compuestos de alta energía. Independientemente del sustrato utilizado, las reacciones se pueden utilizar en procesos denominados fermentación o respiración, en ambos casos el objetivo final es la obtención de ATP. En los procesos fermentativos no hay un aceptor final de electrones, sino que el aceptor de los electrones es un producto metabólico derivado del sustrato inicial. Por el contrario, en la respiración sí hay un aceptor final de electrones que puede ser el oxígeno, en cuyo caso hablamos de respiración aeróbica, u otro compuesto, hablándose entonces de anaeróbica. La síntesis de ATP en la fermentación tiene lugar mediante fosforilación a nivel de sustrato, donde un compuesto orgánico fosforilado dona un fosfato de lata energía al ADP para formar ATP. La glucólisis o ruta de Embden-Meyerhof es la vía más común para el catabolismo de la glucosa en condiciones fermentativas. En la mayoría de las fermentaciones la producción de ATP es baja, 2-4 moléculas de ATP por molécula de glucosa. El producto final de la glucólisis, el piruvato o un metabolito derivado de este actúa como aceptor de electrones regenerando la forma oxidada de NAD, este paso es esencial ya que la cantidad de NAD disponible en la célula para actuar como transportador intermedio de electrones es limitada. Otras rutas alternativas a la glucólisis son la vía de las pentosas y la vía de Entner-Doudoroff. Los pasos iniciales del metabolismo de la glucosa son similares a los de la fermentación, de hecho normalmente se utiliza la ruta glucolítica, sin embargo en este caso el piruvato se metaboliza posteriormente en el ciclo del ácido tricarboxílico, donde se oxida a CO₂ y los electrones se utilizan para reducir NAD. Se genera una gran cantidad de NAD reducido que debe ser reoxidado para que el metabolismo continúe.