Metabolismo Bacteriano—Aeróbico y Anaeróbico
El metabolismo energético bacteriano es el conjunto de vías por las cuales las bacterias extraen energía de los nutrientes y la conservan como ATP y fuerza motriz de protones. Las bacterias son metabólicamente diversas: algunas requieren oxígeno como aceptor final de electrones (respiración aeróbica), otras utilizan aceptores alternativos o ninguno en absoluto (respiración anaeróbica y fermentación), y muchas pueden cambiar entre modos dependiendo de la disponibilidad de oxígeno.
Definition
El metabolismo bacteriano abarca las reacciones catabólicas y anabólicas de las células bacterianas; el metabolismo aeróbico utiliza oxígeno como aceptor final de electrones, mientras que el metabolismo anaeróbico conserva energía sin oxígeno, ya sea a través de la respiración con aceptores alternativos o mediante la fermentación.
Scope
Este tema abarca las principales estrategias de obtención de energía de las bacterias —respiración aeróbica, respiración anaeróbica con aceptores de electrones alternativos y fermentación— junto con la clasificación de las bacterias según su relación con el oxígeno y la regulación que permite a las células seleccionar la vía más favorable. Es un tema de referencia en fisiología microbiana y no proporciona orientación clínica.
Core questions
- ¿Cómo conservan las bacterias la energía a través de la respiración y la fermentación?
- ¿Qué distingue la respiración aeróbica de la anaeróbica?
- ¿Cómo se clasifican las bacterias según su relación con el oxígeno?
- ¿Cómo regulan las células qué vía energética utilizan?
Key concepts
- Respiración versus fermentación
- Aceptores finales de electrones (oxígeno, nitrato, sulfato, fumarato)
- Cadena de transporte de electrones y la fuerza motriz de protones
- Aerobios obligados, anaerobios obligados, anaerobios facultativos y microaerófilos
- Represión catabólica del carbono
- Control redox de la expresión génica
Mechanisms
En la respiración, los electrones de un donador pasan a través de una cadena de transporte de electrones hasta un aceptor terminal, generando una fuerza motriz de protones que impulsa la síntesis de ATP; la respiración aeróbica utiliza oxígeno, mientras que la respiración anaeróbica utiliza aceptores como nitrato, sulfato o fumarato (Madigan et al., 2018; White et al., 2017). En la fermentación, no se utiliza ningún aceptor externo de electrones y el ATP se genera por fosforilación a nivel de sustrato, con moléculas orgánicas que sirven como sumideros internos de electrones. Las bacterias detectan el oxígeno y el estado redox y ajustan la expresión génica en consecuencia (Bauer et al., 1999), y consumen preferentemente la fuente de carbono más favorable a través de la represión catabólica del carbono (Görke & Stülke, 2008).
Clinical relevance
El requerimiento de oxígeno de una bacteria ayuda a explicar dónde crece en el cuerpo y cómo se recupera en el laboratorio, y el metabolismo anaeróbico es característico de los organismos que se encuentran en sitios con poco oxígeno. Los productos de la fermentación también se utilizan para distinguir bacterias en la identificación diagnóstica. Este tema describe estos principios metabólicos para su comprensión y no constituye una base para decisiones de tratamiento.
History
El reconocimiento de que las bacterias pueden vivir con o sin oxígeno se remonta a los estudios de fermentación de Louis Pasteur en el siglo XIX y su distinción entre vida aeróbica y anaeróbica. El siglo XX clarificó la base quimiosmótica de la conservación de energía y la diversidad de aceptores finales de electrones utilizados por las bacterias, y trabajos posteriores detallaron cómo las células detectan el oxígeno y el estado redox para regular su metabolismo (Bauer et al., 1999) y cómo priorizan los nutrientes a través de la represión catabólica (Görke & Stülke, 2008).
Key figures
- Carl Bauer
- Boris Görke
- Jörg Stülke
Related topics
Seminal works
- bauer-1999
- gorke-stulke-2008
Frequently asked questions
- ¿Cuál es la diferencia entre la respiración aeróbica y anaeróbica en bacterias?
- Ambas utilizan una cadena de transporte de electrones para conservar energía, pero la respiración aeróbica utiliza oxígeno como aceptor final de electrones, mientras que la respiración anaeróbica utiliza aceptores alternativos como nitrato, sulfato o fumarato.
- ¿En qué se diferencia la fermentación de la respiración?
- La fermentación genera ATP por fosforilación a nivel de sustrato sin un aceptor externo de electrones ni una cadena de transporte de electrones, utilizando moléculas orgánicas como sumideros internos de electrones, por lo que produce mucha menos energía que la respiración.