13METABOLISMO Y GENÉTICA BACTERIANA

El crecimiento bacteriano requiere una fuente de energía y la materia prima necesaria para fabricar las proteínas, las estructuras y las membranas que conforman la maquinaria estructural y bioquímica de la célula. 

Las bacterias deben obtener o sintetizar los aminoácidos, los carbohidratos y los lípidos utilizados para fabricar sus componente estructurales, mismos que son importantes para su supervivencia y replicación bacteriana.

Las necesidades mínimas para el crecimiento son una fuente de carbono y nitrógeno, una fuente de energía, agua y diversos iones, entre ellos:

HIERRO.- El hierro es tan importante que muchas bacterias secretan proteínas especiales (sideróforos) para concentrarlo a partir de soluciones diluidas, y nuestros cuerpos secuestran el hierro para reducir su disponibilidad como método de protección.  

OXÍGENO: Constituye una sustancia tóxica para muchas bacterias. Algunos microorganismos como por ejemplo el Clostridium Perfringens, causante de gangrena gaseosa no pueden crecer en presencia de oxígeno y de esta forma poder clasificar a las bacterias en los siguientes grupos:

•  anaerobias estrictas.- No pueden crecer en presencia de oxígeno 
•  anaerobias facultativas.- Puede crecer tanto en presencia como en ausencia de oxígeno.

 aerobias estrictas.- Requieren la presencia de oxígeno molecular para su crecimient

 Las bacterias que dependen exclusivamente de sustancias químicas inorgánicas y de una fuente de carbono (CO2) para producir energía se denominan autótrofas (litótrofas), mientras que las bacterias y las células animales que requieren fuentes de carbono orgánico se conocen como heterótrofas (organotrofas). 

METABOLISMO BACTERIANO: Procesos y elementos importantes para convertir la energía biológicamente activa y útil para las funciones celulares de las bacterias: Respiración, Nutrición y Fermentación.

Catabolismo

 Proceso de degradación de los sustratos y de su conversión en energía utilizable.

Para sobrevivir, todas las células precisan de un aporte constante de energía. Esta energía, habitualmente en forma de trifosfato de adenosina (ATP), se obtiene a partir de la degradación controlada de diversos sustratos orgánicos (carbohidratos, lípidos y proteínas). 

Anabolismo

La energía obtenida puede emplearse luego en la síntesis de los componentes celulares (paredes celulares, proteínas, ácidos grasos y ácidos nucleicos.

Macronutrientes Básicos

• NITRÓGENO: Útil para la formación de aminoácidos, componente obtenido de sustancias como: el amonio y nitratos.
• CARBONO: Principal constituyente de la célula, se lo divide según su uso y requerimientos, 
• componente nutricional de las bacterias  autótrofas y heterótrofas.
• AGUA: Es uno de los elementos más esenciales para el desarrollo y metabolismo bacteriano, este elemento compone un 80 - 90% del peso celular.
• HIERRO: Componente de la parte ácida de las enzimas implicadas en los procesos OXIDO - REDUCCIÓN.
• AZUFRE: Forma parte en la síntesis de aminoácidos especialmente de la metionina, se lo  
• obtiene de  sustancias como: sulfatos  fosfatos.
• POTASIO: Activador de varias enzimas.
• FÓSFORO: Necesario para la formación de ácidos nucleicos y fosfolípidos. 
• se encuentra en la naturaleza como fósforo inorgánico.
• Micronutrientes - Oligoelementos
• NÍQUEL, SELENIO, TUNGSTENO: Elementos pocamente requeridos para las funciones bacterianas.
• COBALTO: Útil para la síntesis de vitamina B12, se hace uso de este elemento en
• COBRE: Fijador de O2 durante el proceso de respiración.
  
• pequeñas cantidades en los cultivos.
• MANGANESO: Activador de determinadas enzima

GENÉTICA BACTERIANA  

El genoma bacteriano es todo el conjunto de genes que tiene la bacteria, tanto en su cromosoma como en sus elementos genéticos extracromosómicos, si existen. Los genes son secuencias de nucleótidos con una función biológica y entre ellos se encuentran los genes estructurales relacionados con las proteínas cistrones que son genes codificadores, los genes del ácido ribonucleico (ARN) y los sitios de reconocimiento y unión de otras moléculas (promotores y operadores). Cada genoma contiene muchos operones, que están constituidos por genes. 

Las bacterias suelen tener sólo una copia de sus cromosomas, es decir, son haploides. Su información genética es sometida a procesos que aseguren sus funciones esenciales: REPLICACION, TRANSCRIPCION y TRADUCCION.

INTERCAMBIO GÉNICO EN LOS PROCARIOTAS 

El intercambio de ADN entre células permite el intercambio de genes y características entre ellas, lo que ocasiona la aparición de cepas bacterianas nuevas. Este intercambio puede resultar ventajoso para el receptor, especialmente cuando el ADN codifica mecanismos de resistencia a los antibióticos. 

El ADN transferido puede integrarse en el cromosoma del receptor o bien mantenerse de manera estable en forma de elemento extracromosómico (plásmido) o como un virus bacteriano (bacteriófago) y se transmite a las bacterias hijas como una unidad dotada de capacidad autónoma de replicación. 

PLÁSMIDOS; Son pequeños elementos genéticos (moléculas circulares de ADN - doble cadena) cuya replicación es independiente del cromosoma bacteriano, material genético accesorio no indispensable para la supervivencia de la bacteria.

Los plásmidos contienen información genética, la cual puede proporcionar una ventaja selectiva a las bacterias “BACTERIA RESISTENTES” a la acción de los antibióticos por medio de la formación de las enzimas betalactamasas.

REPLICACIÓN BACTERIANA

La replicación bacteriana es un proceso coordinado durante el cual se producen dos células hijas idénticas. Su crecimiento exige la presencia de suficientes metabolitos para permitir la síntesis de los componentes bacterianos y, especialmente, de los nucleótidos destinados a la síntesis del ADN.

El comienzo de la replicación cromosómica da inicio al proceso de división celular, donde se puede visualizar el comienzo de la formación del tabique que separará a las dos células hijas.

MUTACIÓN, REPARACIÓN Y RECOMBINACIÓN. - Una mutación se define como cualquier modificación de la secuencia de bases del ADN.

Es importante que el ADN se replique de forma precisa para que las bacterias sobrevivan, pero se producen errores y alteraciones accidentales del ADN. Las bacterias tienen sistemas de reparación del ADN eficientes, pero si se sigue produciendo mutaciones y alteraciones en el ADN pueden tener un escaso efecto negativo sobre ellas, sin embargo algunas mutaciones pueden proporcionar una ventaja selectiva para la supervivencia de las bacterias cuando se ven amenazadas por el entorno, el hospedador o el tratamiento. 

Las variaciones genéticas “MUTACIONES” producen un cambio heredable en la secuencia de ácidos nucleicos, el elemento lesivo puede ser de origen FÍSICO: luz UV, rayos X, rayos cósmicos o QUÍMICOS:  Agentes Intercalantes.

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA GENÉTICA ENTRE CÉLULAS

El intercambio de material genético entre las células bacterianas puede tener lugar a través de uno de los tres mecanismos siguientes 

1) CONJUGACIÓN, que consiste en un proceso por contacto directo entre una bacteria (donante) y otra bacteria (receptora).

2) TRANSFORMACIÓN, transferencia de genes de una célula a otra por medio de un ADN desnudo.

3) TRANSDUCCIÓN, la cual se caracteriza por la transferencia de información genética de una bacteria a otra por medio de un bacteriófago.