Nutrición microbial

W. Osorio, Ph.D.Universidad Nacional de Colombia

Microbiología del Suelo

Solución del suelo ( cationes, aniones; en la rizosfera compuestos carbonaceos)

Solución del suelo ( cationes, aniones; en la rizosfera compuestos carbonaceos)

Membrana celularMembrana celular

CitoplasmaCitoplasma

Solución del suelo ( cationes, aniones; en la rizosfera compuestos carbonaceos)

Solución del suelo ( cationes, aniones; en la rizosfera compuestos carbonaceos)

Membrana celularMembrana celular

Pared celularPared celular

CitoplasmaCitoplasma

CitoplasmaCitoplasma

Absorción de nutrientes

• Paso de nutrientes hacia el citoplasma a través de la membrana celular

Bicapa deFosfolípidos

Proteína

Extensiones de Glicoproteínas

Solución de sueloSolución de suelo

CitoplasmaCitoplasma

Absorción

• Difusión de nutriente a través de un gradiente de concentración

Mayor Menor

ConcentraciónConcentración

Absorción

• Difusión de nutriente a través de un gradiente de concentración

Mayor Menor

ConcentraciónConcentración

Absorción

• Difusión de nutriente a través de un gradiente de concentración

Menor Mayor

ConcentraciónConcentración

MembranaCelularMembranaCelular

Solución del sueloSolución del suelo CitoplasmaCitoplasma

Rango de concentración de algunos nutrientes en la solución del suelo. Rango de concentración de algunos nutrientes en la solución del suelo.

Nutriente Concentración solución (mM)

Citoplasma microbial (mM)

NO3- 0.1-5.0 50-100

NH4+ 0.1-1.0 50-100

H2PO4- y HPO4

2- 0.001-0.05 0.1-0.5

K+ 0.1-1.0 100-200

Ca2+ 0.1-5.0 100-200

Mg2+ 0.1-2.5 100-200

SO42- 0.1-1.0 0.1-0.5

Potencial electroquímico

• Química: diferencia de concentración

• Eléctrica: diferencia de potencial electrico

µ*= potencial químico de n en el estado estándarR= constante de la ecuación general de los gases (8.31 J K-1 mol-1)T= temperatura absoluta (K)

Cuando C1 > C2, el soluto i se moverá desde el punto 1 hacia el punto 2, y viceversa.

µ*= potencial químico de n en el estado estándarR= constante de la ecuación general de los gases (8.31 J K-1 mol-1)T= temperatura absoluta (K)

Cuando C1 > C2, el soluto i se moverá desde el punto 1 hacia el punto 2, y viceversa.

Δµn = µn* + RT ln (C1/C2)Δµn = µn* + RT ln (C1/C2)

Solución del suelo ( cationes, aniones; en la rizosfera compuestos carbonaceos)

Solución del suelo ( cationes, aniones; en la rizosfera compuestos carbonaceos)

Membrana celularMembrana celular

CitoplasmaCitoplasma

~ (-100 mV)~ (-100 mV)

++--

Solución del suelo ( cationes, aniones; en la rizosfera compuestos carbonaceos)

Solución del suelo ( cationes, aniones; en la rizosfera compuestos carbonaceos)

Membrana celularMembrana celular

CitoplasmaCitoplasma-100 mV-100 mV

H+H+ H+H+

pH ~ 5.0pH ~ 5.0

pH ~ 7.2pH ~ 7.2

ψFnz+nClnRT+*nμ=nμ

Donde,

*μ = potencial electroquímico de n en el estado estándar z = carga eléctrica del ión (+1 para K+, -1 para Cl-) F = constante de Faraday (96.5 J mol-1 mV-1) Ψ = potencial eléctrico, medido en mV

La diferencia de potencial electroquímico entre el exterior (e) y el interior (i) de la membrana, permite predecir la dirección del movimiento del ión n (nutriente):

eψFnz+neClnRT+*nμ=μ (Exterior)

iψFnz+niClnRT+*nμ=μ (Interior)

Si eμ > iμ , entonces el nutriente entrará al citoplasma. Si eμ < iμ , entonces el

nutriente saldrá del citoplasma. Si eμ = iμ ( )0=μΔ , entonces no habrá flujo en

ninguna dirección ya que no habrá fuerza que mueva el nutriente:

eψzF+eClnRT=iψzF+iClnRT

H+

ATP

ADP+PiATP-asa

K+

Solución del Suelo (pH ~5)

Citoplasma(pH ~7)

ATP

ADP+PiATP-asa

K+

1

42

ATP-asa

Membrana

3 K+

K+K+

H+

ATP ADP+Pi

H+

H+ AnionesAzucaresAminoacidos

5

+ + +

- - -

Δψ =~ -150 mV

Uniporte Uniporte

Antiporte Antiporte

Co-transporte o simporte Co-transporte o simporte

Funciones

Carbono (CO2, C-orgánico): fuente de energia, componentes de estructuras y compuestos (50% M.S.)

Hidrogeno (H2O, H2, H+): agua, compuestos

Oxígeno (H2O, O2): agua, compuestos, aceptor de e-

Nitrógeno (N2, NO3-, NH4

+, NH3, N-orgánico): aminoácidos, proteínas (5-12%)

Fósforo (H2PO4-, HPO4

2-): ATP, membranas celulares, Ac. Nucleicos (0.5-1%)

Azufre (S2, SO2, SO42-): aminoácidos, vitaminas, fuente de energía

• Potasio (K+): activador de enzimas, osmoregulación• Magnesio (Mg2+): activador de enzimas, ATP, clorofila• Calcio (Ca2+): estabiliza la pared celular, termoresistencia de

esporas, no es requerido por todos los mos.• Sodio (Na+): osmoregulación, requerido por algunos mos.

Particularmente los de ambientes marinos.• Hierro: citocromos de la CTe- (sideroforos)

• Micronutrientes

• Factores de crecimiento

Funciones

Ca

en s

oluc

ión

(cm

olc

L-1)

Mn

en s

oluc

ión

(µg

mL-1

)

P e

n so

luci

ón (

µg

mL-1

)

Al e

n ex

trac

to d

e K

Cl (

cmol

c kg

-1)

pH del suelo

1.0 -

0.5 -

0.0 -

4 -

2 -

0 -

- 8

- 4

- 0

- 0.08

- 0.04

- 0.0 I I I5 6 7

Mn

Al

P Ca