Presentación sobre las rutas asimilativas y disimilativas, junto a los ciclos biogeoquímicos que corresponden a cada una de ellas.

1. Rutas Asimilativas y Disimilativas
Conceptos metabólicos en la fisiología microbiana
Grupo #4: Biol 4368-026
Lidimarie Trujillo, Víctor López, Alex Feliciano, Angel Rubio,
Griselle Martínez, Diego Ramirez, Olga Rodríguez, Bruno Rodríguez

2. Objetivos
I. Introducción
Rutas de metabolismo Asimilativo y Disimilativo
II. Crecimientos en:
Fósforo
Nitrógeno
Carbono
Hierro
Arsénico
III. Tabla comparativa

3. ● Asimilativa - no se genera energía en el proceso, pero
provee nutrientes y componentes orgánicos necesarios
para el crecimiento.
○ Ejemplos: fósforo, nitrógeno, azufre
● Disimilativa - se genera energía en el proceso, está
asociado a respiración anaeróbica, su producto puede
ser utilizado como el último aceptor de electrones, y
al reducirse puede ser liberado al ambiente.
○ Ejemplos: nitrito, hierro, nitrato, sulfato
Ruta Asimilativa vs. Disimilativa

4. ● Ciclo biogeoquímico – ciclo por el cual se mueve un
elemento en la tierra.
● Ciclos:
○ Fósforo
○ Nitrógeno
○ Azufre
○ Carbono
○ Hierro
○ Arsénico
Ciclos biogeoquímicos:

5. ● Organismos litótrofos
○ Desulfotignum phosphitoxidans
■ PO3
-3 PO3
-4 + SO2
-4
○ Thaumarchaeota
● Bacterias que solubilizan fosfato
○ Pseudomonas fluorescens (producción ácidos/fosfatasa)
● Otros
○ Cianobacterias
○ Plantas
Crecimiento en Fósforo

6. ● Asimilativas
○ Ácidos Nucléicos
(DNA/RNA)
○ Fosfolípidos - bicapa
○ Fosforilación
● Disimilativa
○ Moléculas de energía
(ATP)
Bacterias Litotróficas
Descomponedores
Rutas

7. ● El 78% de los gases en la atmósfera es nitrógeno
● Factor limitante en la vida de organismos
fotosintéticos
● Todos los seres vivos contribuyen al ciclo
Crecimiento en Nitrógeno

8. Ciclo del Nitrógeno

9. ● Reacciones asimilativas:
○ Nitrificación (NH4
+(amonio) NO3
-(nitrato) )
■ Nitrosomas
○ NO2
- (nitrito) NO3
- (nitrato)
■ Nitrobacter
○ Fijación de nitrógeno (N2 NH4)
■ Aeróbicos:
● Azotobacter y Cianobacteria
■ Anaeróbicos:
● Clostridium, Bacterias verdes y púrpuras
■ Simbiontes:
● Rhizobium, Bradyrhizobium y Frankia
Crecimiento en Nitrógeno

10. ● Reacciones asimilativas: ( continuación )
○ Amonificación (R – NH2 NH4
+)
■ llevada a cabo por muchos organismos
● R – NH2 = biomasa/materia orgánica (ej. urea); todos
los seres vivos estamos envueltos en este proceso.
● Llevada a cabo por muchos organismos.
Crecimiento en Nitrógeno

11. ● Reacciones disimilativas:
○ Desnitrificación (NO3
- N2)
■ anaeróbico
■ Bacillus, Paracoccus y Pseudomonas
○ Reducción disimilatoria de nitrato (NO3
- NO2
-)
■ Reacción anaeróbica
■ Citrobacter
Crecimiento en Nitrógeno

12. ● El azufre es bien abundante en la corteza terrestre y
se puede encontrar como:
○ azufre elemental
○ sulfuros minerales
○ sulfatos
○ H2S en el gas natural
○ azufre orgánico (aceites, combustibles y carbón)
● Fuente primaria de azufre → azufre inorgánico en los
océanos.
Crecimiento en Azufre

13. ● Proceso mediante el cual una gran variedad de
organismos vivos (incluyendo plantas superiores, algas,
hongos y la mayoría de los procariotas) utilizan sulfato
como fuente de azufre para la biosíntesis de
compuestos organosulfurados,vitaminas, coenzimas y
compuestos osmorreguladores.
● En bacterias H2S se combina con O-acetilserina para
formar cisteína. A partir de esta, se sintetizan
moléculas organosulfuradas.
Reducción Asimilativa de Azufre

14. ● Representa un patrón de respiración anaerobia.
● Los microorganismos utilizan el sulfato como aceptor
final de electrones.
● Requiere activacion del sulfato a expensas de ATP.
Esta activación ocurre en una sola etapa generando
APS, esta es reducida a sulfito a expensas de
hidrógeno molecular. cadenas de transporte están
acopladas a la síntesis de ATP a través de la
generación de un gradiente de protones.
Ruta Disimilativa del Azufre

15. ● No oxidan acetato:
○ Desulfovibrio
○ Desulfomicrobium
○ Desulfobotulus
○ Desulfotomaculum
○ Archaeoglobus
○ Desulfobulbus
○ Thermodesulfobacterium
Bacterias Reductoras de Azufre
● Oxidan acetato:
○ Desulfobacter
○ Desulfobacterium
○ Desulfococcus
○ Desulfonema,
○ Desulfosarcina
○ Desulfoarculus

16. Reducción de azufre

17. ● Todos los organismos que respiran contribuyen a la
oxidación de materia orgánica y la producción de CO2.
● Ocurre bajo diferentes condiciones:
○ Aeróbicamente (fotosíntesis, respiración)
○ Anaeróbicamente (fermentación, metanogénesis)
Crecimiento en Carbono

18. • Respiración y fotosíntesis
• Es un proceso exergónico (de cambio en energía libre
negativo) → producción de ATP
• Usualmente, los organismos fototróficos son capaces de
oxidar CO2 y H2O para producir oxígeno
• Organismos fotolitotróficos: Algas y cianobacterias
• El CO2 es el producto de la oxidación de materia
orgánica y H2O es el producto de la reducción de
oxígeno como aceptador de electrones.
Ciclo Aeróbico (Disimilativo)

19. • Fotosíntesis anoxigénica; no genera O2
• Bacterias verdes y púrpuras sulfurosas
• Anaeróbicamente, cuando ocurre la descomposición de
materia orgánica, como no hay oxígeno, hay organismos
que utilizan otros compuestos orgánicos como
aceptadores de electrones.
• arqueas
• metanogénesis
Ciclo Anaeróbico (asimilativo)

20. Ciclo de Carbono

21. ● Extracción a través de lixiviación
○ recuperación de minerales de la tierra a través del
metabolismo de microorganismos
● Su estado de oxidación afecta su solubilidad
○ ferroso: soluble
○ férrico: insoluble
Crecimiento en Hierro

22. ● De hierro ferroso a hierro férrico
● Condiciones aerobias
● Tres tipos:
○ En pH bajo, organismos acidófilos
■ Leptospirillum ferrooxidans (Proteobacteria)
■ Ferroplasma (arquea)
○ En pH neutro
■ Gallionella ferruginea
■ Leptotrix discophora
○ Producción de ATP
para fijar CO2
■ Thiobacillus ferrooxidans
Oxidación (Fe2+ Fe3+)

23. ● Thiobacillus ferrooxidans
○ pH±6 vs pH del ambiente
○ Gradiente de protones generar ATP
■ mantenida mientras Fe2+ esté en el ambiente
extracelular.
● Transporte reverso de electrones
○ Electrones fluyen del ión ferroso en dirección contraria
al flujo normal
○ Fijación autotrófica de CO2
○ Energía proviene del ATP formado por el gradiente de
protones
Oxidación con bacterias quimiolitotrofas

24. ● De hierro férrico a hierro ferroso
● Condiciones aerobias y anaerobias
● En condiciones anaeróbicas, hierro puede actuar como
aceptador final de electrones
Reducción (Fe3+ Fe2+)

25. ● Publicación en 2011 afirma la utilización de arsénico como sustituyente
de fósforo en DNA (Wolfe-Simone et al.)
● Bacteria del género Halomonas, cepa GFAJ-1.
● El estudio indicaba que la bacteria utilizaba arsénico (presente
abundantemente en su ambiente) en deficiencia de fósforo.
● Estudios independientes refutaron los hallazgos. El estudio fue rechazado
por deficiencias en la metodología.
● En fin, se determinó que GFAJ-1 era una bacteria extremófila, tolerante
a arsénico, pero dependiente de fósforo.
Asimilación de Arsénico

26. ● No obstante, As puede utilizarse como donante de
electrones en fotolitoautótrofos y quimiolitoautotróficas.
● Algunas bacterias metabolizan arsénico por metilación,
demetilación, y reacciones redox.
○ Ej. ArsM (metil transferasa) - enzima de Rhodobacter
sphaeroides que otorga resistencia a As y produce
trimetilarsina.
● Reducción disimilatoria de arsenato- observada en
Sulfurospirillum arsenophilum. Usa As(V) como receptor
final de electrones.
● Homólogos de la enzima codificante para arsénico reductasa
en bacterias fototróficas indican posible rol en fotosíntesis.
Ruta disimilativa de Arsénico

27. Tabla comparativa
Parte/Ciclo Asimilativas Disimilativas
Fósforo Fosforilación Producción de ATP
Nitrógeno Nitrificación
Amonificación
Fijación de N
Desnitrificación y reducción disimilatoria de
nitrato
Azufre Biosíntesis de compuestos
organosulfurados, como
aminoácidos vitaminas y
coenzimas
Producción de H2S
Carbono Fijación de H2S
Iniciación de descomposición
Producción de ATP
Oxidar materia orgánica
Hierro Oxidación de ion férrico a pH
neutro y pH bajo
Producción de ATP y fijación CO2
Arsénico
(Ruta debatible)
Presencia de fósforo en un estudio demuestra la utilización del mismo
Utiliza As(V) como aceptor final de electrones y produce ATP

28. ¿Dudas o Preguntas?

29. Corstjens PL, de Vrind JP, Westbroek P, de Vrind-de Jong EW. 1992. Enzymatic iron oxidation by Leptothrix
discophora: identification of an iron-oxidizing protein. Appl Environ Microbiol. 58(2): 450–454. PMID:195268
Weber KA, Achenbach LA, Coates JD. 2006. Microorganisms pumping iron: anaerobic microbial iron oxidation
and reduction. Nat Rev Microbiol. 4(10):752-64. PMID:16980937
Fuentes F, Massol A. 2002. Nutrientes y gases. Manual de laboratorios de Ecología de Microorganismos.
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Referencias