Degradación de compuestos orgánicos

Biopolímeros

Degradación extracelular Interacción de diferentes

microorganismos

exoenzimas

Monómeros y oligómeros

Transporte y Degradación intracelular

Principal sustrato para el metabolismo microbiano

Solubles

Degradación de biopolímeros:

En presencia de O2: Oxidación completa a CO2+ H2O En ausencia de O2: Fermentación

Productos secretados

Degradación por otros

microorganismos

- Secretadas al medio o adheridas a la superficie celular (celulosoma) - Sujetas a represión catabólica - Regulación temporal - Grupo específicas ( tipificación bioquímica)

Producción de una proteasa extracelular por una arquea halofila

Exoenzimas

Degradación de

glucógeno

-β-glucanos: celulosa (plantas). Exo y endoglucanasas. Bacillus sp, Pseudomonas, Erwinia, Cellulomonas, Ruminococcus.

-α-glucanos: Almidón, glucógeno, pululan. Bacillus sp, Pseudomonas, Clostridium, Pyrococcus (arquea).

-Glucosamino glucanos: quitina-quitosán. Endo y exoquitinasas rinden N-acetil glucosamina. Bacillus sp, Pseudomonas, Streptomyces

- Proteínas. Endo y exoproteasas. Bacterias aerobias, anaerobias y arqueas.

-Ac. Nucleicos. Fosfodiesterasas, fosfatasas, nucleasas.

-Lípidos. Trigliceridos, fosfolipidos. Lipasas y fosfolipasas.

Degradación de proteínas. Sitios de clivaje de un polipéptido por proteínasas

Ensayo de detección de proteasas

extracelulares en placas de caseina.

Los polímeros de reserva son degradados por enzimas intracelulares cuando la energía o el poder reductor son limitantes

a. Glucógeno. Glucógeno fosforilasa

b. Polihidroxialcanoatos. 1. depolimerasa; 2. NAD-dep. D-3 hidroxibutirato deshidrogenasa; 3. succinil-CoA transferasa; 4. ceto-tiolasa.

c. Polifosfatos. 1.Polifosfato-AMP fosfotransferasa; 2.adenilato quinasa; 3. polifosfatasa; H+ simport.

d. Azufre. (reserva poder reductor). Oxidación a sulfato

e. Proteinas de reserva. 1. Proteinasa

Los carbohidratos son los sustratos más comunmente usados Existen varias rutas de oxidación de CH

Estructuras de moléculas constituyentes de CH

El ingreso de CH de bajo PM en las rutas degradativas del metabolismo central requiere reacciones de interconversión: Metabolismo Perisférico. Son rutas inducibles por sustrato.

Rutas catabólicas para D-fructosa, D-manosa y L-sorbosa

Rutas catabólicas para pentosas y deoxi-nucleosidos a partir de ac. nucleicos.

1. kinasa

2. isomerasa

3. reducatasa

4.deshidrogenasa

1.fofsorilasa

2. mutasa

3.deoxiriboaldolasa

Reacciones de interconversión: fosforilación, fosforólisis; isomerización ceto-enol; oxido-reducción; clivaje aldólico, remoción de sustituyentes

Ruta oxidativa de Entner y Doudoroff

En algunas bacterias la ruta de EMP (glucólisis) no es funcional, mientras que las enzimas de la gluconeogénesis están presentes. 1951. Entner y Doudoroff (ED) descubren nueva ruta para el metabolismo de glucosa en Pseudomonas saccharophila Ruta ED se conoce sólo para procariotas.

EDD: 6P gluconato deshidratasa EDA: 2-ceto-3-desoxi-6P gluconato aldolasa KDPG: 2-ceto-3-desoxi-6P gluconato

Conway T. FEMS Microbiol Rev. 103 (1992) 1-28

Patrón de marcación de los C en las rutas EMP y ED

PDH: piruvato deshidrogenasa

Evolución temprana de 14CO2 a partir de 14C1-glucosa: degradación de glu por ED

Ruta cíclica de ED en Pseudomonas aeruginosa

Utilizan ruta ED para catabolizar glucosa

En las pseudomonas falta la enzima 6-fosfofructokinasa que produce fru 1-6 di-P a partir de fru 6-P

Via inducible de ED en E. coli

En algunas bacterias (enterobacterias) la ruta ED cumple un rol secundario. Es inducida en presencia de ciertos CH como gluconato. Se usa en condiciones aeróbicas o anaeróbicas

La ruta oxidativa cíclica de la Pentosa Fosfato (PP) permite la oxidación completa de los azúcares

Ruta oxidativa (oxidación de hexosa –P a pentosa + CO2) combinada con ruta no oxidativa (conversión de pentosa-P a hexosa –P) resulta en la oxidación de hexoxa-P a triosa-P + CO2 + NADPH. Glu es oxidada sin participación de rutas EMP o ED. Ej. algunas cianobacterias, Brucella abortus.

Variación de la ruta glicolítica (EMP) en la arquea anaerobia hipertermófila

Pyrococcus furiosus

Las rutas EMP y ED operan en las arqueas pero presentan algunas

modificaciones

Rutas para la degradación de

glucosa en bacterias

Oxidación de amino ácidos Son los segundos sustratos mas comunes. Pasos: 1- Remoción del grupo α-amino, da 2-oxoacido. Existen varios mecanismos : deaminacion oxidativa, transaminación 2. Oxidación del 2-oxoacido.

Oxidación de ácidos grasos Por β oxidacion dan acetil-CoA Oxidación de glicerol da gliceraldehido 3 P

Oxidación de hidrocarburos

Hidrocarburos (HC): compuestos orgánicos que contienen C - H, altamente

insolubles en agua

HC aromáticos

Pueden ser oxidados a CO2 en condiciones aeróbicas y anaeróbicas

Oxidación anaeróbica: bacterias respiradoras reductoras de sulfato y desnitrificantes

Oxidación aeróbica: proceso común en muchos grupos de bacterias

HC alifáticos

Oxidación aeróbica de HC

Pasos en la oxidación de un HC alifático.

Primer paso es catalizado por una

monooxigenasa

O2: rol como aceptor de electrones en la respiración y como reactivo en procesos

anabólicos y catabólicos

Oxigenasas: catalizan la incorporación

de at. de O del O2 en compuestos

orgánicos.

Existen Mono y dioxigenasas

Degradación de hidrocarburos:

- Natural

- Proceso dirigido (Biorremediación de

ambientes contaminados)

Catabolismo de compuestos aromáticos

Mecanismo estudiado en la bacteria del género Pseudomonas

El catecol es degradado a compuestos que entran en ruta TCA (succinato, acetil-

CoA, piruvato) hasta CO2

Propiedades de los Microorganismos degradadores de HC

Producción de moléculas surfactantes o tensioactivas

Enzimas codificadas en plásmidos

Quimiotaxis

Cepa A Cepa C Cepa D Cepa E DBS 1 %