8/19/2019 CICLO EMP Y PIRUVATOS INGENIERIA DE LAS REACCIONES II.docx

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INGENIERIA DE LAS REACCIONES IITEMA: Ciclo EMP y Piruvatos

INTRODUCCIÒN

Las bacterias se encuentran en casi todos los ambientes e intervienen en varios procesos

 biológicos. El crecimiento microbiano requiere la formación de estructuras complejas

como proteínas, cidos nucleicos, polisacridos y lípidos a partir de elementos

 preformados en el medio de crecimiento o ser sinteti!ados por la propia c"lula, a su ve!,

este crecimiento necesita de una fuente de energía para ser llevado a efecto, todo este

 proceso se designa con el nombre de metabolismo, que se define como todas las

transformaciones químicas que ocurren en una c"lula.

#odos los seres vivos llevan a cabo el procesamiento de los nutrientes que los mantienen

vivos. $ este conjunto de procesos, se le conoce como metabolismo y consiste de un

gran n%mero de reacciones químicas destinadas a transformar las mol"culas nutritivas

en elementos que posteriormente sern utili!ados para la síntesis de los componentes

estructurales& como pueden ser las proteínas. 'tra parte importante del metabolismo es

la de transformar y conservar la energía que est contenida en una reacción química en

alg%n proceso que requiera de energía, como puede ser el trabajo o el movimiento.

Es evidente que los nutrientes son transformados cuando entran en un organismo, ya

que en ning%n caso el alimento contiene todas las mol"culas que una c"lula requiere.

Esto se vio con claridad al observar el crecimiento normal de levaduras en un medio de

cultivo que sólo contenía glucosa como %nica fuente de energía. $sí pues, se pensó que

la síntesis de todos los componentes celulares se llevaba a cabo en el interior de laslevaduras.

(oy se conoce que las transformaciones que sufre la glucosa no ocurren en un solo

 paso, sino que, por el contrario, se forman varios productos intermedios que en muc)as

ocasiones no tienen una función específica a no ser la de formar parte de lo que se

conoce como vía metabólica. La transformación de los nutrientes en compuestos %tiles

 para la subsistencia de un organismo se lleva a cabo por medio de las reacciones

químicas que reali!an unas proteínas conocidas como en!imas.

El t"rmino metabolismo se refiere al conjunto de reacciones químicas que tiene lugar enla c"lula, y tiene tres funciones específicas a saber*

+ 'btener energía química del entorno, almacenarla, para utili!ar luego en diferentes

funciones celulares,

+ Convertir los nutrientes eógenos en unidades precursoras de los componentes

macromoleculares de la c"lula bacteriana,

+ -ormar y degradar mol"culas necesarias para funciones celulares específicas, como

 por ejemplo, movilidad y captación de nutrientes.

DESARROLLO:

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Marco Teórico.-

Metabolismo microbiao.-

El metabolismo microbiano es el conjunto de procesos por los cuales

un microorganismo obtiene la energía y los nutrientes carbono, por ejemplo/ quenecesita para vivir y reproducirse. Los microorganismos utili!an numerosos tipos de

estrategias metabólicas distintas y las especies pueden a menudo distinguirse en función

de estas estrategias. Las características metabólicas específicas de un microorganismo

constituyen el principal criterio para determinar su papel ecológico, su responsabilidad

en los ciclos biogeoquímicos y su utilidad en los procesos industriales.

!istoria.-

El coste termodinmico de una ruta metabólica tambi"n incluye un coste entre

 bambalinas, el coste proteómico de la síntesis de sus en!imas. 0os lo recuerda un nuevo

artículo en P0$1 que estudia en procariotas la ruta metabólica de la glucólisis, la

síntesis de energía mol"culas de $#P/ oidando glucosa. La ruta metabólica estndar 

 para la glucólisis es la de Embden+Meyer)off+Parnass EMP/, que contiene 23

reacciones en!imticas y cuyo producto son dos mol"culas de $#P. 1in embargo, )ay

otras rutas para la glucólisis en procariotas, siendo la ms com%n la ruta de Entner+

4oudoroff E4/, que produce una sola mol"cula de $#P, pero sólo tiene 5 reacciones

en!imticas. $vi -lam)ol! 6nstituto 7ei!mann de Ciencia, 8e)ovot, 6srael/ y sus

colegas afirman que la prevalencia de la ruta E4 en procariotas es debido a que requiere

menos en!imas 5 en lugar de 23/& este resultado lo )an obtenido tras un anlisis

termodinmico de la cin"tica química de estas rutas metabólicas que incluye el costetermodinmico de la producción de las en!imas normalmente despreciado en este tipo

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de anlisis/. El nuevo estudio nos recuerda que las bambalinas tambi"n eisten en el

metabolismo celular.

La estequiometria química de las rutas metabólicas de Embden+Meyer)of+Parnas

EMP/ y Entner+4oudoroff E4/ parece indicar que la ruta EMP es ms óptima que la

ruta E4 ya que produce dos veces ms $#P para la misma cantidad de glucosa. En la

 primera etapa de la ruta EMP, la glucosa es fosforilada dos veces, consumiendo dos

$#P, mientras que en ruta E4 sólo es fosforilada una ve!. 1e cree por ello que la ruta

E4 es filogen"ticamente ms antigua que la ruta EMP de )ec)o, es la dominante entre

los eucariotas/. $dems, se cree que la ruta EMP es un refinamiento evolutivo de la ruta

E4 para optimi!ar su rendimiento o eficiencia/. 1in embargo, esta optimi!ación tiene

un costo en!imtico muc)o mayor.

-lam)ol! et al. miden el coste en!imtico en cada ruta metabólica utili!ando la relación

de (aldane aplicada a la cin"tica en!imtica de Mic)aelis+Menten& esta relación

muestra de forma eplícita la cantidad de en!ima necesaria para la reacción química.

(an aplicado un algoritmo de optimi!ación con restricciones cuyo código est

disponible en la 9eb y aparece en la información suplementaria de acceso gratuito/ para

demostrar que la ruta de EMP tiene un coste en proteínas :,; veces mayor que la ruta

E4. Este mayor coste en!imtico conlleva un alto consumo de proteoma algo ya

reconocido por autores anteriores en Escherichia coli y Saccharomyces cerevisiae/.

Como la ruta EMP tiene una alta producción de $#P a costa de una costosa maquinaria

en!imtica, nos podemos preguntar <por qu" los procariotas prefieren la ruta E4 y los

eucariotas la EMP= Como siempre, la dinmica evolutiva conlleva ciertos compromisos

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y el coste en!imtico es ms relevante en seres vivos ms simples como los

 procariotas/, en los que el efecto de la epistais es menor.

En mi opinión, el nuevo trabajo de -lam)ol! et al. nos recuerda que no siempre lo que

est ms a la vista es lo ms relevante y que los enfoques )olísticos en biología de

sistemas nos van a ofrecer gran n%mero de sorpresas a la )ora de entender la

complejidad del metabolismo de los seres vivos.

Ti"os #e metabolismo microbiao:

En el > Curso latinoamericano de ?iotecnología 2@@5/, seAalaron que el crecimiento

equilibrado de un microorganismo requiere de la integración de un gran n%mero de rutas

metabólicas alrededor de B333 procesos bioquímicos diferentes/, interconectados, que

 participan en un correcto flujo de energía y carbón )acia la formación de mas materia

celular, los cuales deben operar coordenadamente y permitirle, al menor costo

energ"tico una adaptación a condiciones ambientales cambiantes tanto químicas comofísicas/.

6ndicaron que en general la regulación y fisiología funciona a trav"s de controles

ejercidos sobre las en!imas claves de vías metabólicas y sobre los genes que codifican

 para en!imas o proteínas importantes en el comportamiento microbiano.

Se$% la &'ete #e carboo ('e 'tili)a:

El carbono es el mayor constituyente de la c"lula bacteriana, por lo tanto no llama la

atención que requiera ms carbono que cualquier otro nutriente. Las bacterias se puedendividir de acuerdo a la forma en la que el organismo obtiene o utili!a el carbono para la

construcción de la masa celular*

• A'tótro&o. crecen sinteti!ando sus materiales a partir de sustancias inorgnicas

sencillas. El carbono se obtiene del dióido de carbono C'B/.

• !eterótro&o.  su fuente de carbono es orgnica. El carbono se obtiene de

compuestos orgnicos. En este %ltimo grupo se encuentran todas las bacterias de

inter"s m"dico.

• Mi*ótro&o.  son aquellas bacterias con metabolismo energ"tico litotrofoobtienen energía de compuestos inorgnicos/, pero requieren sustancias

orgnicas como nutrientes para su metabolismo biosint"tico. El carbono se

obtiene tanto de compuestos orgnicos como fijando el dióido de carbono.

Se$% el "'to #e +ista biosit,tico:

La forma en la que organismo obtiene los equivalentes reductores para la conservación

de energía o en las reacciones biosinteticas*

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• Litotro&o. son aquellas que solo requieren sustancias inorgnicas sencillas Los

equivalentes reductores se obtienen de compuestos inorgnicos. 1(B 1', 0(:,

 0'B+, -e, etc./.

• Or$aotro&o. requieren compuestos orgnicos. Los equivalentes reductores se

obtienen de compuestos orgnicos.

1eg%n la forma en la que el organismo obtiene la energía para vivir y crecer*

• 'imiotro&o. La energía se obtiene de compuestos químicos eternos.

• ototro&o. La energía se obtiene de la lu!.

/', es el "ir'+ato0

Es un compuesto muy importante para la c"lula ya que es un sustrato clave para la

 producción de energía y de la síntesis de glucosa neoglucog"nesis/.

$ntes de entrar en la mitocondria, puede convertirse en lactato, mediante una reacción

anaerobia en ausencia o bajo aporte de oígeno/ de bajo rendimiento en la producciónde energía, cuando la vía principal est interferida. #ambi"n puede convertirse en el

aminocido alanina.

4entro de la mitocondria, puede transformarse, mediante la piruvato

des)idrogenasa P4(/, en acetil+coen!ima $ acetil+Co$/, punto de entrada del ciclo de

Drebs. $dems, mediante la piruvato carboilasa, puede transformarse en oalacetato,

lo que constituye el primer paso de la neoglucog"nesis. El que se produ!ca una u otra de

estas reacciones depende bsicamente de las necesidades energ"ticas del organismo y

del aporte de oígeno para la producción de $#P.

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La im"ortacia #el "ir'+ato.-

El piruvato es el anión del cido pir%vico. Es una pequeAa mol"cula, de tan solo :

carbonos, que resulta ser el eje central del metabolismo celular de todos los seres vivos.

uímicamente )ablando el cido pir%vico se denomina cido oopropanoico o cido

alfa+ cetopropanoico. Consta de F )idrógenos, : oígenos y : carbonos. 1u fórmula

química es (:C+C'+C''(. Cuando se libera un catión )idrógeno del cido pir%vico se

 produce el piruvato (:C+C'+C''+.

Estr'ct'ra ('1mica #el "ir'+ato.-

El piruvato es el producto final de la degradación de la glucosa en la glucolisis y es el

sustrato del ciclo de Drebs, principal ruta de la formación de energía bioquímica de las

c"lulas, tanto en forma de $#P como de poder reductor 0$4(. Puedes leer ms sobre

la glucolisis, una vía universal a todos los seres vivos y que produce B piruvatos, aquí y

sobre el ciclo de Drebs aquí. $dems el piruvato puede ser sustrato para en!imas que

catali!an la formación de aminocidos de alanina.

En aquellos seres vivos que utili!an el oígeno como dador electrónico la mol"cula de

 piruvato puede ser rota por el complejo en!imtico de la piruvato des)idrogenasa,

formndose en el proceso dióido de carbono y acetil coen!ima $, de esta manera

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entrar en el ciclo de Drebs. 1i por el contrario el ser vivo no puede emplear oígeno o,

simplemente es un organismo anaeróbico, el cido pir%vico entrar en la fermentación

lctica, donde producir cido lctico o alco)ólica reduciendo el piruvato o etanol.

Puedes leer ms sobre ambos tipos de fermentación en su propios artículos,

generalidades de la fermentación aquí y fermentación ac"tica aquí.

Eisten varios en!imas que interaccionan con el piruvato. Entre ellos las en!imas

 piruvato des)idrogenasas que des)acen el piruvato con liberación de energía. La

 piruvato des)idrogenasa dependiente de 0$4G propia de las mitocondrias de eucariotas

cataboli!a la descarboilación oidativa del cido pir%vico. En esta reacción se pierde

de uno de sus tres carbonos, concretamente el C''(. El C'B ser eliminado como gas

y el )idrogeno se unir al 0$4G almacenndose así poder reductor. La mol"cula

resultante (:C+C'+ es un grupo acetilo y se unir a la coen!ima $, cofactor importante

que enla!a el metabolismo de los gl%cidos y el ciclo de Drebs.

$ partir del piruvato tambi"n se puede formar oalacetato. Mediante la adición de un

carbono por la piruvato carboilasa, proveniente de una mol"cula de dióido de

carbono. El oalacetato sustrato del ciclo de Drebs conjuntamente con el acetil+Co$/.

$dems de ser un sustrato para la formación de glucógeno gluconeog"nesis/, el ciclo

de la urea, la degradación y la formación de proteínas.

En la actualidad eisten medios para sinteti!ar cido pir%vico en el laboratorio. 1i se

calienta una disolución de cido tartrico y bisulfato de potasio puede obtenerse el

cido. Entre sus características organol"pticas destacar que es incoloro y desprende el

mismo olor que el cido ac"tico, puesto que la conversión entre uno y otro es muysencilla, por la p"rdida de un dióido de carbono. Es soluble tanto en agua como en

alco)ol. Para conseguir la conversión de este cido monoprótico para conseguir el

 piruvato basta con virar el p( del medio.

LIN2OGRAIA

• )ttp*HHfrancis.nauIas.comHB32:H35H3;Hel+coste+en!imatico+de+la+eficiencia+en+el+

metabolismo+energeticoH

• )ttp*HH999.unac.edu.peHdocumentosHorgani!acionHvriHcdcitraH6nformesJ-inalesJ 

6nvestigacionH'ctubreJB322H6-J4EC(EC'

KB3E16N$J-6P$HC$P6#L'KB30K?$KB32.pdf 

• )ttp*HH999.guiametabolica.orgHecmHdeficiencia+piruvato+carboilasa+pcHinfoHes+

 piruvato

• )ttp*HHbiologia.laguiaB333.comHbioquimicaHla+importancia+del+piruvato