Quimioheterótrofos

QUIMIOHETEROTROFOS
Quimioheterotrofos: utilizan compuestos orgánicos como fuente de carbono y energía. Los compuestos
orgánicos también se comportan como fuente de electrones. Este grupo está integrado por animales
superiores, hongos, protozoos y la mayoría de las bacterias.
MECANISMOS DE OBTENCION DE ENERGIA POR MICROORGANISMOS
QUIMIOHETEROTROFOS
1.− Fermentación
• Resultados de la fermentación de la glucosa
• El efecto Pasteur
2.− Respiración aeróbica
• Reacciones anapleróticas
• Ciclo del glioxilato
• Balance energético de la respiración aeróbica
MECANISMOS DE OBTENCION DE ENERGIA POR MICROORGANISMOS
QUIMIOHETEROTROFOS
Como ya hemos dicho, los organismos quimioheterotrofos son aquellos que utilizan compuestos orgánicos
como fuente de carbono y energía. Estos organismos son los animales, protozoos, hongos y casi todas las
bacterias. Las vías utilizadas por los quimioheterotrofos para la oxidación de compuestos orgánicos y la
conservación de la energía en ATP se pueden dividir en dos grupos:
1.− Fermentación: cuando las reacciones redox ocurren en ausencia de cualquier aceptor terminal de
electrones.
2.− Respiración: cuando se utiliza el oxígeno molecular o algún otro agente oxidante como aceptor terminal
de electrones. Aeróbica: oxígeno; Anaeróbica: Nitrato, Sulfato, Fumarato, Oxido de Trimetilamina.
1.− FERMENTACION
Existen muchos tipos de fermentaciones pero en todas ellas sólo ocurre una oxidación parcial de los átomos
de carbono del compuesto orgánico y por lo tanto sólo se produce una pequeña parte de la energía disponible.
La oxidación en una fermentación está acoplada a la reducción de un compuesto orgánico generado a partir
del catabolismo del sustrato inicial, por lo que no son necesarios aceptores externos de electrones. El ATP en
la fermentación se produce a partir de la fosforilación a nivel de sustrato. Como consecuencia de la no
participación de un aceptor externo de electrones, el sustrato orgánico experimenta una serie de reacciones
oxidativas y reductoras equilibradas; los piridín nucleótidos reducidos en un paso del proceso son oxidados en
otro. Este principio general se ilustra en dos fermentaciones: la fermentación alcohólica (típica del
metabolismo anaeróbico de la glucosa por levaduras) y la fermentación homoláctica (típica del metabolismo
de algunas bacterias lácticas). Ambos procesos fermentativos utilizan la ruta Embden−Meyerhof: las dos
moléculas de NAD reducidas por esta ruta se reoxidan en reacciones que implican un ulterior metabolismo del
piruvato. En el caso de la fermentación homoláctica, esta oxidación ocurre como consecuencia directa de la
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reducción del ácido pirúvico a ácido láctico. En el caso de la fermentación alcohólica, el ácido pirúvico se
descarboxila primero para formar acetaldehído y la reoxidación del NADH ocurre en paralelo con la
reducción del acetaldehído para formar etanol.
Las bacterias pueden producir productos fermentativos finales distintos al ácido láctico y al etanol debido a las
diferencias en el metabolismo del ácido pirúvico. Estos productos finales pueden ser ácido fórmico, 2,3
butanodiol, isopropanol, ácido butírico, butanol. La mayor parte de las fermentaciones bacterianas pueden
originar varios productos finales, pero ninguna fermentación da lugar a todos los productos finales.
Resultados de la fermentación de la glucosa. El resultado final de la glicolisis es el consumo de glucosa, la
síntesis de 2 ATP y la producción de productos de fermentación. Para el organismo el producto más
importante es el ATP y los productos de la fermentación son productos de desecho. Sin embargo, estos
productos son muy importantes para el cervecero, panadero, quesero. La fermentación anaeróbica de glucosa
por levaduras produce etanol que es el producto principal de las bebidas alcohólicas, y la producción de ácido
láctico es el paso inicial en la producción de productos lácteos fermentados incluyendo el queso. Para los
panaderos, la producción de CO2 por la fermentación de levaduras es el paso esencial en el esponjamiento del
pan.
El efecto Pasteur se produce en microorganismos capaces de realizar metabolismo fermentador y respiración
aerobia (anaerobios facultativos). En presencia de O2 utilizan la respiración aeróbica, pero pueden emplear la
fermentación si no hay O2 libre en su medio ambiente. Pasteur fué el primero en observar que el azúcar es
convertido en alcohol y CO2 por levaduras en ausencia de aire, y que en presencia de aire se forma muy poco
o nada de alcohol, siendo el CO2 el principal producto final de esta reacción aeróbica. Este efecto indica el
mayor rendimiento energético de la respiración sobre la fermentación.
2.− RESPIRACION AEROBICA (Rutas de utilización del piruvato por aerobios)
La glucosa, tanto en el metabolismo respiratorio como en el fermentativo, se transforma en ácido pirúvico por
una de las siguientes rutas:
a) Embden−Meyerhof (eucariotas y procariotas)
b) Pentosa fosfato (eucariotas y procariotas)
c) Entner Doudoroff (sólo en ciertos procariotas como alternativa a la ruta Embden−Meyerhof)
En la mayor parte de los aerobios, el piruvato sufre una descarboxilación oxidativa catalizada por un sistema
enzimático llamado complejo piruvato deshidrogenasa que produce acetil−coenzima A (acetil−CoA). El
acetil−CoA es un metabolito precursor que puede entrar en rutas biosintéticas; alternativamente, puede ser
oxidado completamente a CO2 a través de una ruta conocida como ciclo de Krebs o ciclo de los ácidos
tricarboxílicos (TCA). Este ciclo es la principal vía de generación de ATP en los heterotrofos aeróbicos (por
paso de electrones a través de una cadena transportadora de electrones desde los piridín nucleótidos
reducidos). El ciclo TCA genera además tres metabolitos precursores, a−cetoglutarato, succinil−CoA y
oxalacetato. El ciclo TCA efectúa la oxidación completa de una molécula de ácido acético a CO2, produce
tres moléculas de piridín nucleótidos reducidos, una molécula de ATP y una molécula de FAD reducido
(flavoproteína que cede electrones a una cadena de transporte independiente de piridín nucleótidos).
Reacciones anapleróticas. El ciclo TCA, además de oxidar el acetil CoA (dentro del ciclo) genera
metabolitos precursores que son utilizados en la biosíntesis (fuera del ciclo), por lo que requiere un aporte de
ácido oxalacético que reponga el utilizado en la síntesis de los metabolitos precursores. Estas reacciones de
síntesis de oxalacético se denominan anapleróticas y fundamentalmente consisten en reacciones que
carboxilan el piruvato o el fosfoenolpiruvato para obtener oxalacetato. Como resultado, el carbono procedente
del piruvato entra en el ciclo por dos rutas: vía acetil−CoA y vía piruvato o fosfoenolpiruvato.
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Ciclo del glioxilato. Durante la oxidación de ácido acético o ácidos grasos que se convierten en acetil−CoA
sin la formación intermedia de piruvato, ocurre una modificación especial del ciclo TCA conocida como ciclo
del glioxilato. Bajo estas circunstancias no puede generarse oxalacetato a partir de piruvato o
fosfoenolpiruvato (anapleróticas) ya que en los microorganismos aeróbicos no existe un mecanismo que
sintetice piruvato a partir de acetato. El oxalacetato requerido para la oxidación del acetato se repone mediante
la oxidación de succinato y malato, que se produce por una secuencia de dos reacciones. En la primera
reacción el isocitrato, que es un intermediario normal del ciclo TCA, se rompe para dar succinato y glioxilato.
En la segunda reacción el acetil−CoA se condensa con el glioxilato para formar malato, el precursor
inmediato del oxalacetato. Así, el ciclo del glioxilato actúa como una secuencia anaplerótica que permite el
funcionamiento normal del ciclo TCA.
Balance energético de la respiración aeróbica. El TCA produce la completa oxidación del ácido pirúvico en
3 moléculas de CO2 con la producción de 4 moléculas de NADH y una molécula de FADH. El NADH y
FADH pueden ser reoxidados a través del sistema de transporte de electrones originando 3 moléculas de ATP
por NADH y 2 moléculas de ATP por FADH. También se produce una molécula de ATP por fosforilación a
nivel de sustrato en la oxidación de a−cetoglutarato a succinato. En total suman 15 moléculas de ATP por
ciclo. Como por cada molécula de glucosa se originan 2 moléculas de ácido pirúvico, en total serían 30
moléculas de ATP. A estos hay que añadir las 2 moléculas de ATP formadas en la glicolisis y los 2 NADH
que en presencia de O2 pueden ser reoxidados en el transporte de electrones originando 6 moléculas de ATP.
En total son 38 ATP por cada molécula de glucosa que contrastan con los 2 ATP producidos en la
fermentación.
BACTERIAS FERMENTADORAS
BACTERIAS ACIDO LACTICAS
Las bacterias ácido lácticas (LAB) agrupan un amplio rango de géneros que incluyen un considerable número
de especies. Dentro de estas las cepas utilizadas como probióticos generalmente pertenecen a especies de los
géneros Lactobacillus, Enterococcus y Bifidobacterium. Muchas de las características fisiológicas de estas
especies son de gran interés para su empleo como probióticos, como pre−requisito indispensable para su
supervivencia en el tracto gastrointestinal (TGI).
Bacterias fermentadoras de lactosa
Las bacterias fermentadoras de lactosa producen durante la fermentación aldehidos, que en combinación con
la fucsina y el sulfito presentes en el medio le confieren a la colonia un brillo metálico, mientras que las
colonias de las no fermentadoras son rosadas.
Saccharomyces cerevisiae
Clostridium
El Clostridium es una bacteria que comúnmente se encuentra en el tracto intestinal pero que, bajo
circunstancias propicias, como después o durante una terapia con antibióticos, puede causar enterocolitis
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E. Coli
Micrococos.
Los micrococos son bacterias grampositivas que necesitan oxígeno para vivir. Son células esféricas que a
menudo se encuentran solas o por pares. Se dividen típicamente en más de un plano, produciendo tétradas,
paquetes cúbicos irregulares de cuatro células. No forman esporas y muchas de ellas no son móviles.
Los micrococos on aerobios estrictos o facultativos. Algunos pueden fermentar, pero todos respiran utilizando
al oxígeno como aceptor final de electrones. Sintetizan unos pigmentos respiratorios llamados citocromos y
una clase de quinonas también inplicadas en la respiración, llamadas menaquinonas. Muchas especies
metabolizan azúcares, como por ejemplo la glucosa que se oxida a acetato o totalmente a CO2 y H2O.
Metabolizan la glucosa por la vía de la hexosa monofosfato, en lugar de la vía de Embden−Meyerhof usada
por las eucariotas y muchas bacterias heterótrofas. Algunas especies también oxidan compuestos orgánicos
más pequeños, como piruvato, acetato lactato, succinato y glutamato mediante el ciclo de Krebs típico de las
mitocondrias. Algunos micrococos pueden crecer en ambientes hipersalinos con porcentajes de sla en el agua
de 5%(el aguas de mar tiene aproximadamente 3.4%). Todos descomponen el peroxido de hidrógeno
mediante la enzima catalasa.
Sehan reconocido como mínimo siete géneros: Planococcus, Aerococcus, Micrococcus, Sarcina, Gaffkya,
Paracoccus y Staphylococcus.
El género Micrococcuss tiene varias especies, algunas de ellas con movimiento M.luteus se caracteriza por la
producción de un pigmento amarrillo y M. Roseus por la de uno rojizo. La pared celular de M. Luteusse
caracteriza por contener unidades peptídicas de L−lisina. Las bacterias pertenecientes a este género tienen
sistemas multienzimáticos de transporte de electrones ligados a la membrana celular, estos sistemas contienen
citocromos a, b y c y pigmentos carotenoides amarrillos y rojizos. La temperatura óptima para muchas
especies de Micrococcus es de unos 30º C.
Micrococcus roseus tiene gran parecido con M. radiodurans. Algunos bacteriólogos consideran que M.
radiodurans es simplemente una cepas de M roseus, puesto que sus ADN poseen similares proporciones de
guanina y citosina y tienen pigmentos parecidos y otras características bioquímicas en común. Sin embargo, la
composición de la pared celular de M radiodurans es totalmente diferente de la de todos los demás miembros
del género, M radiodurans tiene una gran resistencia a las radiaciones gamma y ultravioleta. Quizás esta
resistencia pueda relacionarse con la peculiar composición de su pared celular.
Los miembros del género Plancoccus tienen de una a cuatro flagelos. Sus células son esferas pequeñas de
1m de diámetro, a menudo reunidas en pares, tríos o tétradas. Producen un pigmento insoluble en agua, de
color amarrillo−limón y forman, en las placas de agar−agar, unas colonias lisas, brillantes, ligeramente
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convexas.
Las bacterias pertenecientes al género Aerococcus tienen una fuerte tendencia a crecer en tétradas. Estos
pequeños cocos de 1 a 2m de diámetro, son homofermentativos, es decir, el producto de su fermentación de
los azúcares es un único ácido. Son microaerofílicos, con crecimiento óptimo a concentraciones de O2
menores que las atmosféricas.
Las especies pertenecientes al género Sarcina forman paquetes cúbicos de células. Viven en condiciones muy
ácidas y pueden fermentar azúcares.
Hongos
Un hongo es un organismo formado por un conjunto de filamentos casi microscópicos, los cuales forman una
masa algodonosa blanca. A partir de esta masa nacen los primordios que al madurar se convierten en las
fructificaciones del hongo. Estas fructificaciones producen las esporas, que vienen siendo las semillas del
hongo, y las cuales se encargarán de perpetuar el hongo, a través de su diseminación generalmente por el aire
y su debida germinación. Los filamentos del hongo antes mencionados se llaman hifas y la masa algodonosa
que forman micelio. De tal manera, que un hongo es un conjunto de hifas, las cuales son células filamentosas.
Todos los hongos son organismos que viven sobre materia orgánica ya formada, la cual descomponen y así
obtienen de ella sus alimentos. Por otra parte, existen especies que viven sobre otros organismos vivos,
parasitándolos. De esta manera los hongos se distinguen perfectamente bien de los vegetales, los cuales
forman sus alimentos a través del aire por medio de la energía solar y del pigmento verde que contienen: la
clorofila (a excepción de los casos de los vegetales parásitos).
Los hongos por su peculiar nutrición, su estructura tan especial y su reproducción por esporas, se consideran
organismos ajenos a los vegetales y a los animales, por lo que los biólogos modernos están de acuerdo en
considerar a los hongos como un reino independiente de los vegetales, más bien afín a los animales.
Los mohos son hongos microscópicos
El moho es un hongo que se encuentra tanto al aire libre como en interiores. Nadie sabe cuántas especies de
hongos existen, pero se calcula que puede haber desde decenas de miles hasta quizá trescientas mil o más. El
moho crece mejor en condiciones cálidas, mojadas y húmedas, y se propaga y reproduce mediante esporas.
Las esporas del moho pueden sobrevivir en condiciones ambientales, como la resequedad, que no favorecen el
crecimiento normal del moho.
Los mohos se encuentran virtualmente en cada ambiente y pueden ser detectados, tanto en interiores como al
aire libre, durante todo el año. Las condiciones húmedas y cálidas favorecen el crecimiento del moho. Al aire
libre pueden encontrarse en áreas o lugares húmedos sombreados donde hay descomposición de hojas o de
otro tipo de vegetación. En los interiores pueden encontrarse en lugares donde los niveles de humedad son
altos como los sótanos o las duchas.
Los tipos más comunes de mohos son:
Cladosporium
Aspergillus
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Penicillium
Alternaria
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Mucor
Algunas personas son sensibles a los mohos. La exposición a los mohos en estas personas puede causarles
síntomas como congestión nasal, irritación de los ojos o resuello. Otras personas que tienen graves alergias a
los mohos pueden experimentar reacciones más severas. Las reacciones severas pueden ocurrir entre
trabajadores expuestos a grandes cantidades de mohos en los lugares de trabajo, como en el caso de los
granjeros que trabajan todo el día alrededor del heno mohoso. Algunas reacciones severas pueden incluir
fiebre y dificultad para respirar. Las personas con enfermedades crónicas, como enfermedad obstructiva de los
pulmones, pueden presentar infecciones de moho en los pulmones.
Microrganismos de importancia quimioheterotrófica
Los microorganismos conocidos como quimioheterotróficos son específicamente bacterias y hongos. En
general por su metabolismo, las bacterias pueden ser fotosintéticas, quimiosintéticas y heterótrofas. Por su
|alimentación pueden ser saprofitas, descomponedoras o patógenas. En cuanto a los hongos, que se definen
por ser organismos eucarióticos quimioheterótrofos que obtienen su alimento por absorción. No realizan la
fotosíntesis. La pared celular contiene generalmente quitina. Para comprender su lugar dentro de un
ecosistema es necesario conocer su papel en la red trófica.
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Red Trófica
En contraste con los autótrofos que utilizan como fuente de carbono el dióxido de carbono y como fuente
energética, la luz o la energía que se desprende en reacciones químicas, los heterótrofos no pueden sintetizar
sus propios alimentos a partir de materiales inorgánicos y no pueden asimilar el carbono oxidado, sino que
necesitan obtenerlo en forma de moléculas elaboradas por los autótrofos o de materia orgánica en
descomposición. Todos loa animales, todos los hongos y la mayor parte de las bacterias son heterótrofos.
Primer nivel: Organismos productores; vegetales y algunas bacterias. Autótrofos.
Segundo nivel: Consumidores primarios o herbívoros. Heterótrofos desde aquí.
Tercer nivel: Carnívoros o consumidores secundarios, se alimentan de los herbívoros.
Cuarto nivel: Carnívoros finales o superdepredadores, que se alimentan de otros carnívoros. Carroñeros y
detritívoros: el nivel en que se sitúan depende del origen de los restos o cadáveres que consumen
QUIMIO/HETERÓTROFOS
Fuente de Energía QUIMIO
Si una bacteria puede emplear productos químicos como fuente de energía se llama quimiotrófica. Estos
microorganismos se dividen en dos categorías: los quimiolitotróficos y los quimiorganotróficos.
• Quimiolitrotóficos.− Obtienen energía de compuestos inorgánicos. Las sutancias inorgánicas para su
crecimiento son compuestos ferrosos, compuestos sulfurados reducidos, amoniaco, nitritos,
hidrógeno, etc.
• Quimiorganotróficos.− utilizan compuestos orgánicos como fuentes de energía, como el
Streptococcus pyogenes, que utiliza carbohidratos como fuente de energía y Rodospirillum rubrum
que crece como fototrófico (utiliza luz como fuente de energía), pero también puede crecer en la
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obscuridad como quimiorganotrófico.
Nutrición HETEROTRÓFICA
Saprófita.
Las levaduras, mohos y casi todas las bacterias, ni obtienen sus nutrimentos por procesos autotróficos, ni
pueden ingerir alimentos sólidos. Deben absorber las sustancias nutritivas directamente a través de la
membrana celular. Los saprófitos solo pueden desarrollarse donde se encuentren cuerpos de animales o
vegetales en descomposición, o masas de productos de desecho de los mismos. También se conocen como
microconsumidores por el hecho de que además de absorber parte de los productos de descomposición,
desdoblan los compuestos de organismos muertos, y liberan nutrientes inorgánicos aprovechables por los
productores para completar los varios ciclos de elementos.
El concepto de descomponedor se refiere a un organismo que provoca la descomposición de la materia muerta
mediante digestión externa y que se alimenta de los fluidos generados por dicha digestión. Los organismos
típicamente descomponedores son los hongos y las bacterias. Como la descomposición supone el paso de la
materia orgánica a inorgánica, una parte importante de esa materia pasa a formar parte del suelo: en un primer
paso se produce el desmenuzamiento de la materia orgánica gruesa para pasar a una textura más fina en lo que
se denomina humificación. La última fase de la descomposición de la materia que forma el humus es la
mineralización, en la que ya no existe ninguna característica orgánica de la materia original. Los organismos
descomponedores se cuentan entre los heterótrofos más eficientes ecológicamente. Los descomponedores
actúan en todos los niveles de la red trófica.
Patógena: Parasitismo.
Se encuentra en plantas y animales. El parásito vive sobre o dentro del cuerpo de una planta o animal
(huésped) y obtiene de él su alimento. Casi todos los organismos vivos son huéspedes de uno o mas parásitos
que obtienen su alimento por ingestión y digestión de partículas sólidas o por absorción de moléculas
orgánicas a través de sus paredes celulares, a partir de líquidos o tejidos del huésped. El daño que producen se
debe a la destrucción de células del huésped, o producción de sustancias que le son tóxicas porque dificultan
el metabolismo del huésped. Son parásitos algunos animales, virus, bacterias, hongos, protozoarios y algunos
gusanos.
Ejemplo: El Origen De Los Organismos Quimioheterótrofos y el Origen De La Vida.
Las teorías vigentes sobre el origen de la vida apuntan que los primeros organismos eran procariotas y
heterótrofos. Después, algunos se especializaron para realizar la fotosíntesis o la quimiosíntesis. Así surgieron
los autótrofos. Aparecieron después los organismos eucariotas, tanto autótrofos como heterótrofos.
Los restos fósiles más antiguos conocidos se encontraron en rocas de hace 3.850 millones de años y
demuestran la presencia de bacterias procariotas unicelulares, además de indicios de actividad fotosintética;
aunque estos ultimos se han obtenido mediante el análisis de restos de materia orgánica que no se encontraban
en forma de fósiles identificables. La geología ha demostrado que en esa época la actividad volcánica era
intensa y los gases liberados por las erupciones eran la fuente de la atmósfera primitiva, compuesta sobre todo
de vapor de agua, dióxido de carbono (CO2), nitrógeno, amoníaco (NH3), sulfuro de hidrógeno (H2S) y
metano (CH4) y carente de oxígeno. Ninguno de los organismos que actualmente vive en nuestra atmósfera
hubiera podido sobrevivir en esas circunstancias. El enfriamiento paulatino determinó la condensación del
vapor y la formación de un océano primitivo que recubría gran parte del planeta.
Los primeros organismos vivientes producidos en este mar, derivados de moléculas orgánicas,
presumiblemente obtuvieron energía por la fementación de algunas de estas sustancias orgánicas. De modo
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que es seguro que los primeros organismos fueron heterótrofos y también una especie muy primitiva de
quimioheterótrofos, debido a que solo pudieron sobrevivir mientras duró el suministro de moléculas orgánicas
que se habían acumulado en el caldo marino en el pasado. Antes que se agotara el suministro, algunos
heterótrofos evolucionaron aún mas y se convirtieron en autótrofos capaces de producir sus propias moléculas
orgánicas por quimiosíntesis o fotosíntesis.
Ejemplo: Espiroquetas Gram negativo.
• Son aerobias, anaerobias facultativas y anaerobias estrictas.
• Se dividen por fisión binaria.
• Se encuentran en diferentes hábitats: medios acuáticos, suelos, fangos, MB mucosas, mucosas de
animales y el hombre.
• Se caracterizan por tener una morfología y movilidad poco usuales: Morfología: alargadas y
helicoidales ( sacacorchos ). Movilidad: flagelos denominados eudoflagelos, ya que se encuentran
dentro del periplasma bacteriano; se insertan en unas estructuras llamadas filamentos axiales, los
cuáles pueden englobar de 2 a 200 flagelos. Poseen dos filamentos axiales con sus correspondientes
flagelos en el interior. Cada filamento axial se va a originar en un polo de la célula. Este recorre a la
bacteria: los flagelos definen el movimiento de la bacteria. Se pueden mover en ambientes viscosos,
sólidos, e incluso ambientes donde otros flagelados no pueden.
Entre ellas son muy conocidas:
• Género Spirochaeta: sarro dental. Ambientes acuáticos.
• Género Cristispira: común de ambientes acuáticos.
• Patógenos de hombres y animales: Treponema pallidum ( sífilis ), Borrelia, Leptospira.
Ejemplo: Propionibacterium shermanii
De la cual se obtiene su producto de fermentación y es industrializado. APLICACIÓN:
Ensaladas, aliños, salsas, pastas rellenas, productos cárnicos, donde se pueda usar, frescos y cocidos. DOSIS:
Del 0,3% al 1%, disuelto previamente en agua.
BIBLIOGRAFIA
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William Burrows "Tratado de Microbiología", pp70−71, 642−647, editorial Interamericana, 20°
Edición, México1980
Alexander Oparin "El origen de la Vida", Editores Mexicanos Unidos, Enero 1992. Capítulo VI, pp:87−96
Claude De Ville "Biología", editorial Mc. Graw Hill, 7° Edición, México, 1990, pp:111, 615 y 643
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