bacterias metilotrofas

UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN
FACULTAD DE CIENCIAS
ESCUELA DE BIOLOGIA Y MICROBIOLOGIA
POR: ENRIQUE JOSE CHIPANA TELLERIA

BACTERIAS METILOTROFAS

ASPECTOS GENERALES:

Bacterias metilotrofas son
microorganismos que usan compuestos
metilados pero no al metano como fuentes
de energía; estos compuestos son:
metanol, metilamina o formato y otros
compuestos reducido de un atomo de
carbono, bajo condiciones aerobicas.
Esto significa que estos microorganismos
pueden fabricar sus propios compuestos
orgánicos empleando como fuente las
moléculas de diferentes compuestos
metilados para así obtener su energia
metabólica.

Estas bacterias no presentan sistemas complejos de membranas como los metanótrofos
crecen a expensas de uno o varios componentes utilizados típicamente por los metófilos,
pero, no usan metano, estos microorganismos pueden ser gram (+) o gram (-), ninguno
produce cistes ni escamas como los metanotrofos.

Estas bacterias obtienen su energia del metabolismo de compuestos carbonados
organico como metanol, metilamina, mediante vias metabolicas, como el ciclo de la
serina y el de la ribulosa monofosfato.

Solo algunos de los microorganismos metilotrofos son autotrofos (en el caso de los
metilotrofos facultativos), son mas versatiles, se desarrollan con gran variedad en
compuestos organicos, sin embargo no usan metano.

METABOLISMO METILOTROFICO:

Como ya sabemos el metabolismo bacteriano es el conjunto de procesos por los cuales
se obtiene la energia y los nutrientes para poder subsistir y reproducirse. Los
microorganismos obtienen la energia y los nutrientes gracias a los equivalentes
reductores de los compuestos metilados. Estos compuestos icluyen metanol, aminas
metálicas, formaldehído metanoato.

Dentro de estos microorganismos tenemos por ejemplo:
- Methylomonas
- Methylobacter

No todos los metilotrofos son cosiderados autotrofos porque suelen incorporar algunos
metabolitos como carbono celular antes de su oxidación completa de CO 2.

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El carbono se adquiere en el nivel del formaldehído usando la ruta de la serina
(Methylosinus, Methyilocystis) o de la ribulosa monofosfato (Methylococcus),
dependiendo de la especie de metilotrofos.

Sustratos usados por las bacterias metilotrofas.

Sustratos usados para desarrollo Sustratos oxidados, pero no usados
para su metabolismo
Metano, CH4 Amonio
Metanol, Etileno
Metilamina Clorometano
Di-, trimetilamina Bromometano
Trimetilsulfonio Hidrocarburos Grandes (etano,propano)
Formato
Monoxido de carbono
Eter Dimetil
Dimetil carbonato

Biosintesis de material celular de los Metilotrofos

Durante la oxidación de metano a CO2 se produce HCHO, parte del cual no se oxida a
CO2 si no se incorpora al material celular a traves de dos rutas : El ciclo de la Serina y
el ciclo de la ribulosa monofosfato

Junto con el ciclo de calvin, estas dos rutas poseen una importancia excepcional en el
equilibrio de los compuestos monocarbonados en la biosfera que fijan el sustrato.

Ciclo de serina o ribulosa monofosfato

 El rendimiento con los organismos que usan el ciclo ribulosa monofosfato es
mayor, debido a que requieren menor energía, estos son los de tipo I

 Es claro entonces que al momento de escoger una bacteria oxidante de metano,
seria preferible un organismo que empleara esta vía de metabolismo.

Ejemplos de metilotrofos son las bacterias Methylomonas y Methylobacter.

Ciclo de la Serina

 Consiste en la fijacion del CO2 HCHO y se lleva a cabo por los metilotrofos tipo II

HCHO + CO2 +CoA + 2(NADH + H+) + 2 ATP Acetil-CoA + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi + 2H2O

El ciclo de la Serina-glioxalato. SHT (serina hidroximetilasa); AT (transaminasa); R (reductasa;
K (kinasa); M (mutasa); E (enolasa); PEPC (PEP carboxilasa) ; MDH (malato deshidrogenasa);
S (malil-CoA Sintetasa); L (malil-CoA Liasa).

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En algunos metilotrofos, la síntesis de material celular de la isocitrato liasa mediante
una segunda vuelta del ciclo hasta oxalacetato:

Oxalacetato + acetil-CoA citrato isocitrato glioxalato + succinato

El succinato se asimila a material celular via OAA y PEP y el glioxalato se incorpora a
la segunda ronda del ciclo serina o bien el succinato produce la segunda molécula de
OAA y el glioxalato se icorpora al material celular via ciclo de la serina y 3-PGA.

HCHO + 2CO2 + 3(NADH + H+) + 3ATP Succinato + 3NAD+ + 3ADP + 3Pi + 2H2O

NADH CO2 ATP NADH

Succinato Malato OAA PEP 3-PGA 8PGA 3-PGALD Material celular

Síntesis de material celular a partir de succinato.

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Resumen del ciclo de la Serina En el siguiente cuadro

VÍA DE LA SERINA (obtención de Acetil-CoA)

1. Serina transhidroximetilasa.
2. Serina glioxilato
aminotransferasa.
3. Hidroxipiruvato reductasa.
4. Glicerato quinasa.
5. Fosfoenol-piruvato hidratasa.
6. Fosfoenol-piruvato carboxilasa.
7. Malato deshidrogenasa.
8. Malato tioquinasa.
9. Malil-CoA liasa.

Ciclo de la Ribulosa monofosfato

Utiliza unicamente HCHO como fuente de carbono y por tanto no consume poder
reductor si no solo 1 ATP.

3HCHO + ATP 3-PGALD + ADP

Es el mas eficaz de las rutas que fijan el carbono y la llevan a cabo los metilotrofos tipo
I, pertenecientes al grupo α de las baterias purpuras y poseen un ciclo de krebs
incompleto.

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Posee 3 fases:

1.- La condensación del HCHO y la Ru-5P

S IS
3HCHO + 3 Ru-5P 3 Hexulosa-6p 3Fructuosa-6P

Síntesis de F-6P a partir de HCHO. Enzimas: S (sintasa); IS (isomerasa).

2.- Ruptura de la F-6P mediante la F 1,6-BP aldolasa o ruta de Entner-Doudoroff
(RED)

F1.6-BP DHAP + PGALD (metilotrofos facultativos)
ATP PFK
F-6P
RED
Piruvato + PGALD (metilotrofos obligados)

Síntesis de C3. Enzimas: PFK (fosfofructokinasa); ALD (F1,6-BP aldolasa).

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3.- Reordenamiento de azucares para generar la Ru-5P

Ruta TAld (utiliza enzimas de ruta PP): 2 F-6P + PGALD Ru-5P
Ruta SDBPa(utiliza enzimas del CCB): F-6P + 2 PGALD + DHAP Ru-5P

Regeneracion de la Ru-5P. Enzimas: TAlD (transaldolasa); SDBPa
(pseudobisfosfatasa); PP (enzimas dela ruta de las pentosas-P); CCB (enzimas del
ciclo de calvin).

Ruta de la ribulosa monofosfato

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Cuadro de resumen Ribulosa monofosfato

VÍA DE LA RIBULOSA MONOFOSFATO (variante glucolítica)

1. Hexulosa 6-P sintetasa.
2. Isomerasa.
3. Quinasa.
4. Fructosa 1,6-di P aldolasa.
5. Isomerasa.
6. Gliceraldehído 3-P
deshidrogenasa.
7. P-glicérico quinasa.
8. Reacciones de reorganización
de azúcares.

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CLASIFICACION:

Las bacterias metilotrofas, básicamente se clasifican en dos grupos:

1º Por su capacidad de utilización de sustrato monocarbonado

1.- Metilotrofos obligados : Son bacterias que crecen y que utilizan exclusivamente
compuestos monocarbonados, muchas de estas bacterias están estrechamente
relacionadas con microorganismos facultativos de espectro muy reducido.

(I) Crecen con metanol o metilamina: Methylophylus y methylobacillus.

Algunas características diferenciales de bacterias consumidoras obligadas de metanol y metilamina

6 PGA deshodrogenasa (NADP)
Acidos Grasos C17 ramificados
Requerimiento de Na+ y K+
utilización de fructosa
utilización de glucosa

Auxotrofia para B12
G+C
Fosfolipido (%mol) Asimilación de
Organismo amoniaco
DPG PG PE GL

METHYLOPHILUS 50-53
M. methylotropus - + + A+B + V - - + + Ciclo del
M. glucoseoxidans + - - - glutamato

METHYLOBACILLUS 50-56
M. glucogenes - V - - - + Glutamato
M. ructoseoxidans + + + A - + - - deshidrogenasa

METHYLOVORUS 56-57
M. glucosostrophus + + + C + - - - - - Ciclo del
glutamato
METHYLOPHAGA 43-49
M. marina + +
M. thalassica + +

DPG =difosfatidilgglicerol; PG = fosfatidilglicerol; PE = fosfatidiletanolamina; GL = glucolipidos; V = resultado
variable

(II) Crecen con CH4 o CH3-OH: Methylomonas, methylocystis, methylococcus,
methylobacter y methylosinus.

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2.- Metilotrofos facultativos :

Se caracterizan porque utilizan compuestos monocarbonados y un limitado numero de
compuestos multicarbonados, los facultativos son muy variados y cosmopolitas. No
forman una entidad taxonómica identificable, excepto en muy pocos casos. Ejm
Methylobacterium.

Bacterias Gram negativas Bacterias Gram positivas
Pseudomonas Bacillus
Klebsiella Arthrobacter
Alcaligenes Mycobacterium
Acinetobacter Streptomyces
Hyphomicrobium
Rhodopseudomonas
Mycrocyclus
Paracoccus

Hay grupos sin ninguna relación aparente en cambio otras tienen en común algunas
propiedades fisiológicas y características morfológicas y quizas cierta afinidad
filogenética.

Características de las metilotrofas facultativas:

Fijadores de nitrogeno (Xantobacter y algunosrizobiaceas)
Crecimiento autotrofo (Paracccus, nitrobacter, rhodopseudomonas y
thiabacillus)
Presencia de bacterioclorofila(methylobacterium)

Algunos metilotrofos se distinguen por sus diferentes sistemas de asimilación del
amoniaco, algunas utilizan la glutamato deshidrogenada.

 Sistemas de asimilación del amoniaco

NH2

HOOC-(CH2)2-CO-COOH + NH3 HOOC-(CH2)2-CH-COOH + H2O
NADPH + H+ NADP+

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 Glutamato deshidrogenada

α-cetoglutarato + NH3 + NADPH + H+ Aminoácidos

Glutamato deshidrogenasa Transaminasas

NH3 + ATP Glutamato Glutamato

Glutamina sintetasa Glutamato sintetasa

ADP + Pi Glutamina α-cetoglutarato + NH3 + NADPH + H+

Por sus características morfológico-bioquímicas

A) Metilotrofas de tipo I :

Sistema membranoso repartido por toda la célula, ciclo de krebs incompleto -6S
RNA, asimilación del carbono vía ribulosa monofosfato.
Incluyen a:
- Methylomonas
- Metilobacterium

B) Metilotrofas de tipo II :

Sistema membranoso periferico, ciclo de krebs completo α-16S RNA, asimilacion
del carbono vía ciclo de la serina.

Incluyen a:
- Methylosinus
- Metilocistys

C) Metilotrofas de tipo X :

Son capaces de realizar crecimiento autotrofo sobre CO2 y que incluyen al genero
methylococcus.

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PRINCIPALES MICROORGANISMOS METILOTROFOS.

a) Methylophylus
Son bacilos gram (-) recto o ligeramente curvos, que se encuentran aislados o en
parejas. Estos microorganismos crecen en zonas lodosas en el fango de los rios y
agua estancada.

Methylophilus methylotrophus: Especie de Methylophilus que es móvil por un
sólo flagelo. Además de crecer en Metanol como única fuente de Carbono, el
Crecimiento se produce también con Glucosa.

b) Methylobacillus
Son bacilos gram (-), la mayoria son aerobicos y metilotropos obligados, crecen
en compuestos de un átomo de Carbono que no sea el Metano.

c) Metilocistys
Son bacterias capaces de obtener energia de compuestos monocarbonados que
son oxidados a la forma de formaldehído y asimilado por la ruta de la serina.
Las celulas contienen membranas internas paredes que estan dispuestas hacia la
periferia.

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d) Methylosinus
Son bacilos Gram-negativos que forman exospores y estan dentro del grupo de
los metilotrofos obligados.

e) Methylomonas:
Son bacilos estrictamente aeróbica.
Recto o curvo varillas, a veces ramificadas
0,5-1,0 x 1,0-4,0 um de tamaño.
Las fases de descanso son de tipo Azotobacter quistes.
Mancha las células Gram negativas.
Casi todas las especies son móviles.
Capaces de fijación de nitrógeno.
Membranas organizar en paquetes de discos vesicular.
Catalasa positivos.
Oxidasa positiva
El porcentaje G + C oscila entre 50 a 54%.
Las colonias son de color rosa o amarillo pigmentado.
TCA ciclo incompleto.

f) Methylococcus
Son bacterias que obtienen el carbono y la energia a partir de compuestos
monocarbonados, tienen membranas internas en forma de discos abultados
perpendiculares a la pared celular, asimila sus compuestos atraves de la via
metabolica ribulosa monofosfato.

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g) Methylobacterium
Son bacterias que utilizan metanol y metilamina, asi como C2, C3 y C4
Compuestos para crecer, generalmente son de color rosa, utilizan el metanol que
es emitido por los estomas de las plantas y se han mostrado para estimular la
germinación de la semilla y el desarrollo de la planta, tal vez por la producción
de fitohormonas.

Methylobacterium
M. adhaesivum
M. aminovorans
M. aquaticum
M. chloromethanicum
M. dichloromethanicum
M. extorquens
M. fujisawaense
M. hispanicum
M. isbiliense
ESPECIE

M. lusitanum
M. mesophilicum
M. nodulans
M. organophilum
M. podarium
M. populi
M. radiotolerans
M. rhodesianum
M. rhodinum
M. suomiense
M. thiocyanatum
M. variabile
M. zatmanii
M. sp

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h) Acetobacter

Se caracterizan por su habilidad de convertir el alcohol (etanol) en ácido acetico
en presencia de aire.

Tiene importancia comercial debido a que :

- son usados en la producción de vinagre.
- convierten el vino en acido acetico.

Acetobacter puede distinguirse en el laboratorio por el crecimiento de colonias
en un medio conteniendo 7 % y suficiente carbonato de calcio.

Acetobacter
A. aceti
A. cerevisiae
A. cibinongensis
A. estunensis
A. indonesiensis
A. lovaniensis
ESPECIE

A. malorum
A. nitrogenifigens
A. oeni
A. orientalis
A. orleanensis
A. orleanensis
A. pasteurianis
A. peroxydans
A. pomorum
A. syzygii
A. tropicalis
A. xylinus

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IMPORTANCIA PRÁCTICA DE ESTAS BACTERIAS

Bioconversión de algunos compuestos inutilizables por otros
organismos, en productos con mayor valor económico y menor
implicación negativa en el ambiente etc.

Una ventaja de la utilización de esta bacteria en los procesos
biotecnológicos industriales se representa en el bajo costo relativo de
los substratos utilizados.

Estos aspectos han provocado la intensificación de los estudios
acerca de la asimilación de compuestos de C1 por estas bacterias.

En el caso de las acetobacter se han observado que tienen relaciones simbionticas con
muchas plantas (como la caña de azúcar y de plantas de café, así como en la
fermentación de vinagre) para asi promover el crecimiento de la planta, pero los
mecanismos detrás de esta relación todavía no se comprenden plenamente.

Methylobacterium son comunes en el suelo
y en las superficies de las hojas y otras
partes de la planta. Cepas de
methylobacterium han sido localizados
como endosymbionts dentro de las células
en las yemas de pino escocés (Pinus
sylvestris). Una especie, Methylobacterium
podarium, se piensa que es parte natural de
la microflora pie humano.
Methylobacterium incluso han sido
encontradas vivas en el interior de la boca
humana.

Bibliografía

Francisco Castillo Rodríguez, Maria Dolores Roldan Ruiz . Biotecnología
Ambiental. Editorial Tebar
• Pelczar MJ, Reid RD, Chan ECS. Microbiología (4ª ed.). Editorial McGraw
Hill, Madrid, 1981.
• Madigan, M. T., J. M. Martinko y J. Parkerl. 1998. Brock Biología de los
Microorganismos (8ª ed.). Prentice-Hall Iberia.
• Ramon Pares, Antonio Juarez. Bioquímica de los microorganismos. Editorial
Reverte, S.A.

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