Los microorganismos
utilizan el sustrato en la síntesis de nuevo material celular y
de productos extracelulares, para obtener la energía requerida
por las reacciones de síntesis y recirculación de materiales, y
para mantener las sustancias dentro de la célula en un nivel de
concentración generalmente diferente de la concentración de
estas mismas sustancias en el ambiente.
La
energía que impulsa los procesos celulares es la
energía química del ATP o de sustancias similares,
obtenida mediante la oxidación del sustrato por el
oxígeno molecular hasta CO2
y agua, proceso conocido como fosforilación
oxidativa. Otro proceso de obtención de
energía es la fosforilación al nivel de sustrato
mediante la degradación de éste hasta productos más
simples como etanol, ácido láctico, ácido cítrico, CO2
y agua. Estos productos excretados por la célula,
mediante fosforilación al nivel de sustrato, son
conocidos como productos del tipo 1.
Los
productos del tipo 2, son
compuestos extracelulares tales como exoenzimas,
polisacáridos y metabolitos especiales. Las exoenzimas
degradan las moléculas del sustrato demasiado grandes
para atravesar la pared celular. Los polisacáridos como
la celulosa y el almidón, cumplen funciones
estructurales en la agregación de células y como
reserva de alimentos. Los metabolitos especiales como los
antibióticos, evitan la competencia de otros
microorganismos.
En
algunos casos donde el medio contiene un exceso de fuente
de carbono y cantidades limitadas de otros sustratos como
nitrógeno o magnesio, pueden obtenerse productos del
tipo 3. Estos productos, como el glicógeno y las
grasas, actúan como depósitos de energía y pueden ser
almacenados o excretados por la célula.
Los
productos del tipo 4, son los
constituyentes celulares tales como el núcleo, los
cromosomas, el citoplasma, el lisosoma y las membranas
celulares.
Gaden (1959), distingue cuatro
tipos de formación de producto de acuerdo con la relación
cuantitativa entre la cantidad de producto y el crecimiento de
biomasa.
Tipo
0:
Las células en reposo utilizan pequeñas cantidades de
sustrato para su propio metabolismo y funcionan como
transportadores de enzimas. Como ejemplos pueden
mencionarse la transformación de esteroides y la
síntesis de vitamina E por Saccharomyces cerevisiae.
Tipo
1:
La formación de producto está asociada directamente con
el crecimiento. Es el caso de los metabolitos primarios
en los cuales la formación del producto está asociada
con el metabolismo de energía. Como ejemplos pueden
mencionarse la producción de etanol, ácido láctico,
acetona, ácido acético y ácido glucónico, y el
tratamiento biológico de aguas residuales.
Tipo
2:
La formación del producto no se relaciona con el
crecimiento, y por esto no está relacionado con el
metabolismo primario (por ejemplo, la producción de
penicilina, estreptomicina y ácido glutámico).
Tipo
3:
Hay una relación parcial entre el crecimiento y la
formación de producto y por consiguiente una relación
indirecta con el metabolismo de energía. Como ejemplos
pueden mencionarse la producción de ácido cítrico y la
de algunos aminoácidos.