El metabolismo microbiano anaeróbico puede proceder cerca de los límites termodinámicos

Área de la Ciencia:

• Microbiología Microbiología.
• La bioquímica es la bioquímica.
• La termodinámica es la termodinámica.

Sus antecedentes:

• Las bacterias fermentativas utilizan reacciones con bajo cambio de energía libre (DeltaG') para el crecimiento, acoplando el metabolismo a la síntesis de ATP a través de la transferencia de fósforo.
• Un concepto prevaleciente sugiere que los sistemas biológicos conservan la energía en cantidades discretas, con un valor convertible mínimo de -20 kJ mol-1, deteniendo la descomposición del sustrato anaeróbico.
• Este umbral mínimo de energía predice que el metabolismo cesa antes de alcanzar el equilibrio termodinámico (DeltaG' ≈ 0 kJ mol-1).

Objetivo del estudio:

• Investigar los límites energéticos del metabolismo microbiano en las asociaciones sintróficas.
• Para determinar si las bacterias sintróficas pueden operar en o cerca del equilibrio termodinámico.
• Explorar los factores que influyen en la energía libre a la que se detiene el metabolismo del sustrato en las comunidades microbianas.

Principales métodos:

• Estudió el metabolismo microbiano en asociaciones sintróficas, donde la degradación de una especie depende de la eliminación del producto final de otra.
• Se analizó el cambio en la energía libre (DeltaG') durante el metabolismo del sustrato en estas asociaciones.
• Investigó la relación entre las reacciones de aceptación de electrones terminales, la energía de activación del sustrato y la energía libre residual.

Principales resultados:

• Se demostró que las asociaciones sintróficas metabolizan los sustratos a valores de energía libre cercanos al equilibrio termodinámico (DeltaG' ≈ 0 kJ mol-1).
• La energía libre a la que se detiene el metabolismo no es un valor mínimo constante, sino que varía.
• El metabolismo cercano al equilibrio está influenciado por la reacción específica terminal de aceptación de electrones y los requisitos de energía de activación del sustrato.

Conclusiones:

• El concepto de una energía libre mínima fija para la conservación de la energía biológica es desafiado por el metabolismo sintrófico.
• Las asociaciones sintróficas demuestran que las bacterias pueden operar sistemas catabólicos extremadamente eficientes cerca del equilibrio termodinámico.
• Las comunidades microbianas pueden lograr una recolección eficiente de energía incluso en condiciones cercanas al equilibrio termodinámico.