Metabolismo bacteriano
El metabolismo se puede dividir en dos grandes partes: el catabolismo y el anabolismo.
La fase del metabolismo que descompone las moléculas grandes en pequeñas es el catabolismo. Las moléculas grandes como las proteínas, las grasas (lípidos) o los azúcares (carbohidratos), que provienen de nutrientes del medio ambiente, se descomponen enzimáticamente. El producto de esta descomposición o degradación lo forman las moléculas más simples y pequeñas como, por ejemplo, el ácido láctico, el ácido acético, el bióxido de carbono, el amoniaco y la urea. De estas reacciones químicas de degradación se obtiene la energía química contenida en las estructuras de las grandes moléculas. Esta energía se conserva en forma de molécula conocida como adenosíntrifosfato (ATP), la cual es de vital importancia en el metabolismo de cualquier organismo vivo.
Por otra parte, el anabolismo es la fase del metabolismo durante la cual se sintetizan de nuevo las moléculas que la bacteria o célula utiliza para regenerarse, mantenerse o dividirse, como son: las grasas, las proteínas, los azúcares o carbohidratos y los ácidos nucleicos (ADN y ARN), que forman parte funcional o estructural de los organismos. Esto lo lleva a cabo el microorganismo o la célula a partir de los constituyentes primarios que se obtienen de los nutrientes. Sin embargo, tales procesos de síntesis requieren de energía y ésta la proporciona el ATP que fue generado durante el catabolismo. Así, el anabolismo y el catabolismo se llevan a cabo simultáneamente y cada uno está regulado en forma muy precisa, ya que ambos procesos son interdependientes Las enzimas que llevan a cabo las diferentes reacciones en el metabolismo funcionan en forma secuencial, lo que quiere decir que el producto de una reacción enzimática será a su vez degradado por la siguiente enzima de la cadena de reacciones de alguna vía metabólica, proceso al que se conoce como de sistemas multienzimáticos. La razón de este tipo secuencial de reacciones se debe, aparentemente, a los múltiples puntos de control que ofrece, ya que un solo paso para la conversión de una sustancia presentaría serios riesgos para un organismo; probablemente por esta razón tal estrategia no ha sido adoptada por la naturaleza.
La degradación de los nutrientes: Las proteínas, los lípidos y los carbohidratos son degradados mediante reacciones enzimáticas que ocurren una después de la otra. Este proceso de degradación está dividido en tres etapas que a grandes rasgos son las siguientes:
La primera consiste en la conversión de moléculas complejas a moléculas más simples; esto quiere decir que una proteína, que no es más que una cadena de aminoácidos, tiene que ser convertida de nuevo en sus constituyentes, que son los aminoácidos, para que éstos puedan ser debidamente aprovechados en la segunda etapa de degradación. Estos procesos degradativos no requieren de energía y ocurren en el interior del microorganismo.
La segunda etapa consiste en la conversión de estas moléculas, ya bastante simples, en una aún más simple y común, independientemente del origen de las moléculas. Es decir, que tanto los carbohidratos como las proteínas o los lípidos son convertidos en una molécula mucho más simple llamada "acetil coenzima A".
Es a partir de esta molécula que la tercera etapa del metabolismo se lleva a cabo y consiste en generar la energía que necesita la célula para realizar procesos vitales, como desplazarse o dividirse, entre otros. En esta etapa ocurre uno de los ciclos metabólicos más importantes de la biología: el ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo de Krebs. Así pues, todas las moléculas que sirven a un organismo como fuente de subsistencia son llevadas, por medio de diversos caminos de degradación, a un camino metabólico común. Esta vía metabólica común degrada una sola molécula en una serie de pasos y como resultado se obtiene energía principalmente en forma de ATP. Los caminos metabólicos están finamente controlados. Estos mecanismos de control consisten en que los niveles de algunos productos regulan la actividad de algunas enzimas, de tal forma que su actividad se incrementa o disminuye dependiendo de los niveles del producto. Por otra parte, las concentraciones de ATP, que como ya vimos es una molécula muy importante en el metabolismo de la célula, regulan también la actividad de ciertas enzimas y esto lo hacen por medio de la unión del ATP a las enzimas susceptibles de ser reguladas por esta molécula. La regulación del metabolismo es vital, y de ésta depende que un un organismo produzca solamente la cantidad necesaria de cada una de las moléculas que requiere para subsistir y por lo tanto que el desperdicio de energía sea mínimo.
Tanto las bacterias como las células de los seres superiores generan la energía necesaria durante el catabolismo y la almacenan en forma de ATP. Así, éstas pueden realizar funciones vitales como el movimiento, el transporte de nutrientes a su interior y la síntesis de las moléculas que forman parte de su estructura o que tienen funciones específicas y deben ser sintetizadas en el interior. La síntesis de las moléculas es continua e implica un recambio constante entre las moléculas que se degradan y las que se sintetizan. De hecho, los procesos de degradación se conocen, aunque las señales que los gobiernan son aún tema de intensas investigaciones.
El estudio del metabolismo se ha apoyado en el uso de microorganismos a los cuales se les induce un cambio genético o mutación. Este tipo de enfoque ha permitido entender la mayoría de las vías metabólicas. Así, por ejemplo, el hongo Neurospora crassa puede crecer en un medio simple que contenga glucosa como única fuente de carbono y amoniaco como fuente de nitrógeno. Sin embargo, si se expone este hongo a rayos X, se obtiene una neurospora que ya no crece en el medio simple. Esta mutante solamente puede crecer en un medio de cultivo al cual se le ha añadido el compuesto que ya no sintetiza dicho microorganismo. Un ejemplo de esto son las mutantes del hongo que ya no crecen a menos que se añada al medio un aminoácido conocido como arginina (como todos los aminoácidos contiene nitrógeno). Lo cual quiere decir que la síntesis de este aminoácido está alterada y el hongo, por lo tanto, no puede utilizar el nitrógeno del medio para sintetizarlo. Esta mutante no crecerá a menos que se le adicione dicho aminoácido en el medio de cultivo. Existen toda otra serie de mutantes similares que difieren en los pasos en que el metabolismo se encuentra alterado; así se han podido conocer las diferentes etapas que forman parte de una vía metabólica.
El metabolismo es, entonces, un sistema complejo de reacciones químicas llevadas a cabo por las enzimas que son las responsables de la transformación de los nutrientes en moléculas útiles para la bacteria.
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