Respiración bacteriana

Respiración sin oxígeno (anaeróbica)

A diferencia del metabolismo aeróbico clásico, en la respiración anaeróbica las moléculas inorgánicas actúan como aceptor final de electrones.

• Respiración de nitratos. El aceptor es el nitrato. Mediante la enzima nitrato reductasa, las bacterias lo reducen por dos vías: mediante amonificación (hasta amoníaco) o desnitrificación (hasta nitrógeno molecular gaseoso u óxido nitroso). Este tipo de respiración se encuentra frecuentemente en anaerobios facultativos.
• Respiración de sulfatos. Se utiliza sulfato como aceptor terminal y el hidrógeno molecular actúa como donante de electrones. El proceso es característico de anaerobios estrictos quimiolitotróficos (géneros Desulfovibrio, Desulfotomaculum). Habitan en lodos sulfhídricos, pueden detectarse en el organismo humano (en heces o cavidad oral) y son los principales productores de sulfuro de hidrógeno en la naturaleza.

Clasificación de las bacterias según su relación con el oxígeno

Los microorganismos se dividen en tres grupos básicos según su necesidad de oxígeno atmosférico libre (su proporción en el aire es de aproximadamente el 21 %):

1. Aerobios obligados. Crecen exclusivamente en un medio rico en oxígeno. Su metabolismo tiene un carácter oxidativo, donde el oxígeno es el aceptor terminal de electrones, y la enzima clave es la citocromo oxidasa. Estos incluyen aerobios estrictos (requieren una alta presión atmosférica de oxígeno) y microaerófilos (crecen con un contenido reducido de oxígeno, ya que sus enzimas, por ejemplo, la hidrogenasa, son inactivadas por oxidantes fuertes).
2. Anaerobios obligados. Obtienen energía sin la participación de oxígeno, principalmente a través de la fermentación. Los anaerobios estrictos (por ejemplo, clostridios C. botulinum, C. tetani y bacteroides) mueren por el contacto con el oxígeno y obtienen energía mediante la fermentación butírica. Las bacterias aerotolerantes (ácido lácticas) sobreviven en el aire pero no utilizan oxígeno, empleando la fermentación ácido láctica heterofermentativa.
3. Anaerobios facultativos. Bacterias versátiles con vías mixtas de obtención de energía. En presencia de aire respiran oxígeno y, en su ausencia, cambian a la fermentación o a la respiración de nitratos.

Bases bioquímicas de la toxicidad del oxígeno y defensa celular

Durante la oxidación de flavoproteínas en presencia de oxígeno, se forman compuestos tóxicos: peróxido de hidrógeno y el radical superóxido, que posee un electrón desparejado. Estos desencadenan la peroxidación de ácidos grasos, destruyendo las membranas, y oxidan los grupos sulfhidrilo de las proteínas, inactivando las enzimas. La supervivencia del microorganismo depende de la presencia de defensa enzimática.

• En los aerobios y anaerobios facultativos opera un sistema de dos etapas. Primero, la superóxido dismutasa (SOD) convierte el radical en peróxido de hidrógeno y oxígeno molecular. Luego, la catalasa descompone el peróxido en agua y oxígeno seguro.
• Los microbios aerotolerantes carecen de SOD. Del radical superóxido los protege una alta concentración de iones de manganeso, que lo ligan químicamente. La peroxidasa combate el peróxido, destruyéndolo durante las reacciones de oxidación orgánica.
• Los anaerobios estrictos carecen por completo de catalasa y peroxidasa. Algunos representantes presentan SOD, y su presencia se correlaciona directamente con el grado de resistencia de la bacteria a la entrada accidental en una atmósfera de oxígeno (por ejemplo, algunas especies del género Clostridium).

Atmósfera de cultivo de microorganismos

El tipo de respiración determina las condiciones en las que los microorganismos se cultivan en el laboratorio.

• Los aerobios estrictos y anaerobios facultativos crecen en la superficie de medios sólidos o en la capa superior de medios líquidos. Para el crecimiento profundo en el seno del líquido se requiere aireación forzada (agitación constante o mezclado en agitadores). Los anaerobios facultativos se cultivan al aire, ya que el metabolismo oxidativo les aporta más energía que la fermentación.
• Los microaerófilos requieren una atmósfera con presión parcial de oxígeno reducida y una concentración aumentada de dióxido de carbono (1-5 %). Para ello se utilizan incubadoras de $CO_2$ o desecadores con una vela encendida.
• Los anaerobios obligados necesitan la exclusión total del contacto con el aire. El método químico implica la adición al medio de agentes reductores que ligan el oxígeno (ácidos tioglicólico o ascórbico, cisteína, sulfuros). El método físico incluye la ebullición de medios líquidos para eliminar el oxígeno disuelto, seguida del sellado con tapones de goma. También se emplean aparatos especiales: jarras de anaerobiosis (anaerostatos) y cámaras anaerobias.

En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema

Preguntas de clases y exámenes

Qué más repasar sobre el tema

• Fermentación butírica de anaerobios estrictos (clostridios)
• Fermentación ácido láctica heterofermentativa
• Diseño y principio de funcionamiento de los anaerostatos y las cámaras anaerobias
• El papel de la citocromo oxidasa en la cadena respiratoria de los aerobios obligados

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Material preparado por los profesores de WhiteCoat Pro según el plan de estudios de las facultades de medicina. De carácter educativo.