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    MICROBIOLOGA INDUSTRIAL

    UNIDAD III REGULACIN METABLICA 48

    UNIDAD IIIREGULACIN METABLICA

    3.1 VAS METABLICAS

    Se le llama va metablicaa las miles de reacciones catalizadas por enzimas que se llevan a caboen las clulas vivas, se pueden agrupar en unidades funcionales. (40)

    Estas son secuencias de reacciones en las cuales el producto de una reaccin catalizada por algunaenzima es el sustrato de la siguiente.(40)

    En resumen se define como(40):

    Protenas que catalizan reacciones qumicas.

    Catalizadores, es decir, sustancias que, sin consumirse en una reaccin, aumentannotablemente su velocidad.

    No hacen factibles las reacciones imposibles, sino que slamente aceleran las queespontneamente podran producirse.

    En una reaccin catalizada por un enzima:1. La sustancia sobre la que acta la enzima se llama sustrato. (40)

    2. El sustrato se une a una regin concreta del enzima, llamada centro activo, este comprendeun sitio de unin formado por los aminocidos que estn en contacto directo con el sustratoy un sitio cataltico, formado por los aminocidos directamente implicados en el mecanismode la reaccin (Fig.56). (40)

    3.

    Una vez formados los productos la enzima puede comenzar un nuevo ciclo de reaccin. (40)

    1.- La enzima y su sustrato 2.- Unin al centro activo 3.- Formacin de productos

    Fig. 56 Mecanismo por el cual acta el complejo enzima-sustrato.

    Existen dos tipos de vas metablicas:

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    El anabolismoo biosntesis es una de las dos partes del metabolismo, encargada de la sntesis obioformacin de molculas orgnicas (biomolculas) ms complejas a partir de otras ms sencillaso de los nutrientes, con requerimiento de energa, al contrario que el catabolismo.(40)

    Aunque anabolismo y catabolismo son dos procesos contrarios, los dos funcionan coordinada yarmnicamente, y constituyen una unidad difcil de separar.(40)

    El anabolismo es el responsable de (40):

    La formacin de los componentes celulares y tejidos corporales y por tanto del crecimiento.

    El almacenamiento de energa mediante enlaces qumicos en molculas orgnicas.

    Un microorganismo que est creciendo rompe molculas de alto peso molecular (almidn)

    introduciendo en la clula estos derivados ms pequeos (glucosa, 6C) donde los degrada amolculas ms pequeas (piruvato, 3C) convirtindolas en aminocidos, nucletidos, vitaminas,carbohidratos y cidos grasos para finalmente construir a partir de estos materiales bsicosprotenas, coenzimas, cidos nucleicos, mucopptidos, polisacridos y lpidos. Todo este procesoimplica que cientos de enzimas deben de producirse y actuar de una manera coordinada para evitarel caos. Alrededor de unas 500 reacciones metablicas comunes se conectan con la va glucoltica ycon el ciclo del cido ctrico. Cada reaccin requiere una enzima determinada, la cual, a su vez, esel producto de toda una serie de reacciones de transferencia de informacin y de sntesis proteica. (40)

    Para realizar todo esto, las clulas poseen una elaborada red de mecanismos de control que regulan

    las reacciones qumicas, permitindoles competir eficientemente con otras formas de vida parapoder sobrevivir en la naturaleza. Por lo tanto, una clula ideal no tiene produccin excesiva demetabolitos ya que una buena regulacin es una ventaja evolutiva; pero por otra parte las clulas nopueden renunciar a una cierta adaptabilidad que les permita subsistir en ecosistemas diferentes. Estoha permitido que existan microorganismos mal regulados en determinados aspectos y que por lotanto produzcan en exceso determinados metabolitos. Estos son los microorganismos que nosinteresan. Pero adems, podemos provocar que un microorganismo bien regulado produzca undeterminado compuesto alterando sus mecanismos reguladores. (40)

    Vas catablicas: conducen de una variedad amplia de sustancias a unos pocos productos finalesllegando por ltimo a la oxidacin completa de las biomolculas hasta dixido de carbono y agua. (40)

    Transformacin de molculas orgnicas complejas en molculas sencillas y en el almacenamientode la energa qumica en forma de ATP, mediante la destruccin de las molculas que contienengran cantidad de energa en los enlaces covalentes que la forman, en reacciones qumicasexotrmicas.(40)

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    Fig. 57 Ciclo de Krebs

    Tipos de catabolismo

    Catabolismo de los hidratos de carbono:Es el proceso de obtener energa a partirde la glucosa que se realiza por tres mecanismos: gluclisis, respiracin celular y

    fermentacin.(40)

    Catabolismo de las grasas: Consiste en la rotura de los triglicridos en cidosgrasos y glicerol, mediante la incorporacin de tres molculas de agua y la ayuda deenzimas llamadas lipasas.(40)

    Catabolismo de las protenas:Es la escisin de las cadenas polipeptdicas en susaminocidos mediante enzimas llamadas proteasas. Los aminocidos obtenidostienen un catabolismo diferente y algunos pueden formar glucosa mediante lagluconeognesis.(40)

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    En las clulas vivas, las reacciones catablicas y anablicas son activadas de manera simultanea ylas vas catablicas pueden originar molculas que son precursoras o inmediatos de vas anablicas.

    (40)

    En las clulas, las vas opuestas operan con frecuencia de modo simultneo dentro de un ampliocontexto para el mantenimiento y desarrollo de la clula. La materia del ambiente es absorbida y laenerga es atrada mediante procesos catablicos. Esta energa se emplea para conducir otrasreacciones que contribuyen al mantenimiento, crecimiento y divisin de la clula. (40)

    Cada una de las reacciones del metabolismo implica una transferencia de materia y energa.

    Las enzimas son catalizadores bioqumicos de naturaleza proteca que intervienen en todas lasreacciones metablicas energticamente posibles las cuales aceleran las reacciones por activacin

    especfica.(40)

    Fig.58 Secuencia que sigue una reaccin catalizada por enzimas.

    La direccin que tomar una reaccin catalizada por enzimas depender del cambio de energalibre.(40)

    Dentro de las clulas el cambio de energa libre que ocurre durante una reaccin dada dependesobre todo de las concentraciones de los reactantes y productos.(40)

    En la Microbiologa son las enzimas las que catalizan las reacciones metablicas y aseguran suregulacin. Son ellas las que conducen la Ingeniera Gentica para realizar las modificaciones delsistema enzimtico de ciertos microorganismos para hacerlos aptos para la biosntesis demetabolitos de inters. Cuando dos molculas chocan producen energa que puede ser disipada en

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    forma de calor o ser adsorbida por las mismas molculas. Si este fenmeno se presenta en unsustrato y la energa es suficiente para traspasar la barrera potencial, o sea, la energa de activacin,el sustrato se puede transformar en un producto diferente al inicio.(40)

    Esta energa generalmente es muy elevada y no es compatible con las condiciones del medio al cualse deben llevar o desarrollar las reacciones del metabolismo de los organismos vivientes. Larealizacin de esta reaccin necesita de enzimas, cuya accin consiste en bajar la energa deactivacin. (40)

    El metabolismo es el acoplamiento de reacciones energnicas y exergnicas mediadas por lasenzimas para promover la vida. Las enzimas (catalizadores biolgicos de naturaleza proteca)aceleran las reacciones metablicas permaneciendo al final inalteradas.(40)

    Si el metabolismo microbiano, slo fuera el rompimiento del sustrato en molculas ms pequeas,pero no indispensables para la clula, se desperdiciara energa, por lo que debe haber mecanismosde regulacin metablica, con los cuales se tenga la habilidad de metabolizar los nutrientes yresponder a los cambios del medio ambiente, sintetizando slo lo que se ocupa y evitando laproduccin de molculas no necesarias.(40)

    Niveles de regulacin metablica en la clula:

    1. El primer nivel de regularizacin establece que la velocidad de una reaccin enzimtica esta

    en funcin del pH, la temperatura y las concentraciones intracelulares del sustrato y otroscofactores.(40)

    2. El segundo nivel de regularizacin es a travs de una enzima regulatoria.(40)

    3. El tercer nivel de regulacin es a travs de un control gentico de la velocidad de sntesisenzimtico. Los organismos multicelulares con sistemas endcrinos, presentan un cuartonivel de regulacin. Las hormonas elaboradas por una glndula endcrina, estimulan oinhiben las actividades metablicas.(40)

    Entre la enorme cantidad de enzimas que un microorganismo es capaz de producir, existen algunas

    que siempre estn presentes. Son los llamados enzimas constitutivos. Pero tambin existen otrasque no estn presentes bien lo estn en cantidades mnimas y que ante la presencia de unasustancia, que suele ser su sustrato, la clula aumenta enormemente su cantidad. Estas son lasdenominadas enzimas inducibles y la sustancia que incrementa la sntesis de nuevo de estasenzimas, se llama inductor. Muchas enzimas catablicas, son inducibles. A esta forma deregulacin de la expresin de genes, slo cuando el apropiado sustrato del enzima est presente, sellama induccin.(40)

    Algunas enzimas actan con ayuda de estructuras no protecas:

    Cofactor: iones o molculas inorgnicas (fig.59). (40)

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    Fig. 59

    Coenzima: molcula orgnica (vitaminas) funcionan como