Metabolismo bacteriano aeróbico: Definición y proceso

Bloques de construcción metabólicos

Los seres humanos consumen alimentos para obtener energía y utilizan oxígeno para la respiración en un proceso denominado metabolismo. Lo crea o no, las células bacterianas llevan a cabo casi exactamente los mismos procesos. Comprender el metabolismo bacteriano puede resultar difícil. Hay muchas vías y enzimas, y no siempre está claro cómo se unen. En esta lección, utilizaremos una forma sencilla de visualizar algunas vías metabólicas. Así que quédate conmigo y, al final, deberías tener una buena comprensión de algunas vías básicas y cómo encajan en una célula bacteriana.

Una de las formas más fáciles de visualizar las conexiones entre las vías metabólicas es imaginar las diversas vías y procesos como bloques individuales. Usemos estos para construir un modelo metabólico de una célula bacteriana que crece por respiración aeróbica. La respiración aeróbica es el proceso en el que se oxida un compuesto, utilizando oxígeno como aceptor de electrones terminal. Esa definición probablemente no tenga mucho sentido todavía, pero al final de la lección, se unirá.

Bien, comencemos a construir. Nuestra célula utilizará la glucosa como fuente de energía en condiciones de oxígeno.

Glucólisis

El primer bloque metabólico que elegiremos es la glucólisis . La glucosa es absorbida por la célula y degradada a través de la glucólisis. Si disecciona el término ‘glucólisis’, ‘gluco-‘ significa azúcar y ‘-lisis’ significa dividir. Entonces, de manera muy simple, la glucólisis usa enzimas para dividir las moléculas de glucosa en piruvato . Durante la descomposición de la glucosa, los electrones se liberan y se utilizan para formar NADH , o dinucleótido de nicotinamida-adenina , un importante portador de electrones en la célula.

Tomemos un breve descanso. En los sistemas biológicos, la energía se captura y se conserva mediante reacciones de oxidación-reducción o reacciones redox para abreviar. Básicamente, las reacciones redox implican el movimiento de electrones entre moléculas, donde » oxidación » se refiere a la eliminación de electrones y » reducción » se refiere a la adición de electrones. Entonces, para relacionar eso con la glucólisis, la glucosa se oxida, lo que significa que los electrones se eliminan y se descomponen en piruvato.

El piruvato formado por la glucólisis sirve como conexión entre el bloque de glucólisis y nuestro siguiente bloque, el ciclo del ácido cítrico.

El ciclo del ácido cítrico

El ciclo del ácido cítrico es una serie de enzimas que se utilizan para descomponer el piruvato hasta llegar al dióxido de carbono. Este ciclo oxida el piruvato, captura sus electrones y los deposita en NAD para formar NADH. El NADH formado durante la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico se conecta al siguiente bloque de nuestra vía, la cadena de transporte de electrones.

La cadena de transporte de electrones

La cadena de transporte de electrones es una serie de enzimas, proteínas y moléculas incrustadas en la membrana celular que pasan a lo largo de los electrones. Los componentes actúan como una especie de cinta transportadora de electrones. El primer complejo enzimático es una deshidrogenasa que elimina los electrones del NADH y los pasa a una molécula llamada quinona. Las moléculas de quinona las pasan a una serie de proteínas llamadas citocromos que luego las transportan a la enzima multicitocromo final de la cadena, llamada oxidasa terminal. La oxidasa terminal es un complejo enzimático que transfiere los electrones al oxígeno, generando agua y terminando el proceso de transferencia de electrones. La parte más importante es que a medida que la cinta transportadora pasa a lo largo de los electrones, se puede capturar energía para bombear protones simultáneamente.fuera de la celda. Esto da como resultado un gradiente de protones a través de la membrana celular, alto en el exterior y bajo en el interior. Este gradiente de protones alimenta el siguiente bloque de nuestro modelo metabólico, la ATP sintasa.

Bien, usemos un tiempo de espera más. La mejor analogía para el gradiente de protones es la corriente eléctrica que utiliza para alimentar los electrodomésticos de su casa. Esa corriente es simplemente el flujo de partículas cargadas (electrones) desde una fuente (la salida) a un refrigerador (el aparato). El gradiente de protones se conoce como la fuerza motriz del protón y, al igual que la corriente a la que accede a través de sus salidas, da como resultado el flujo de partículas cargadas, en este caso, protones. La fuerza motriz del protón es un estado energizado a través de la membrana debido al gradiente de protones. Al igual que la electricidad en nuestros hogares, este estado de energía se puede medir en voltios.

La ATP sintasa

La ATP sintasa utiliza la fuerza motriz del protón para generar ATP. El ATP , o trifosfato de adenosina , es la moneda de energía de la célula. Es una molécula de alta energía que se utiliza para construir todos los componentes y estructuras celulares. La ATP sintasa se encuentra en la membrana celular y es capaz de abrir un canal que permite que los protones fluyan por el gradiente. La energía proporcionada por el flujo de protones da como resultado una fuerza que hace girar la ATP sintasa. Esa energía de giro se usa para catalizar la adición de un grupo fosfato al ADP (o difosfato de adenosina) para generar ATP. Este proceso de síntesis de ATP se conoce como fosforilación oxidativa o la generación de ATP utilizando una fuerza motriz de protones generada por una cadena de transporte de electrones.

Ahora hemos completado nuestro modelo celular metabólico. Esta célula utiliza glucosa como fuente de energía y oxígeno como aceptor de electrones para generar ATP.

Diversidad metabólica

Ahora, hemos hecho un gran trabajo construyendo una célula modelo, pero rara vez una célula crece con glucosa pura. En el mundo real, existe una gran variedad de sustratos de crecimiento potencial, y tendríamos muchos bloques adicionales para elegir para construir una célula bacteriana funcional. Algunos de estos bloques reemplazarían completamente a uno de los bloques que usamos hoy. Otros bloques encajarían perfectamente en nuestro camino existente. Y aún otros bloques reemplazarían casi todos los bloques en nuestro modelo original.

Resumen de la lección

La respiración aeróbica es el proceso en el que un compuesto se oxida utilizando oxígeno como aceptor de electrones terminal. Al principio, esto puede haber parecido complicado, pero ahora podemos usar nuestra celda modelo para comprender mejor esa definición. Al comienzo del proceso, la glucosa se oxida. A través de una serie de pasos y vías, los electrones que se originaron a partir de la glucosa terminan en la cadena de transporte de electrones. La cinta transportadora de la cadena de transporte de electrones pasa los electrones mientras bombea simultáneamente protones fuera de la celda. Al final de la cadena, el oxígeno se reduce a agua y se realiza el trabajo del electrón. Es importante destacar que todo el objetivo es generar el gradiente de protones que da como resultado una fuerza motriz de protones que impulsa a la ATP sintasa a generar energía para la célula, un proceso denominado fosforilación oxidativa.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya completado esta lección, podrá:

• Recita el proceso de respiración aeróbica.
• Proporcione un ejemplo de un bloque de construcción metabólico
• Enfatizar la importancia del NADH durante la glucólisis.
• Conocer la forma en que se crea la fuerza motriz del protón y su importancia.
• Identificar el papel de la ATP sintasa

Rodrigo Ricardo Editor y fundador