Teórica Degradación de compuestos orgánicos 2015

Degradación de compuestos
orgánicos
Biopolímeros
Principal sustrato para el
metabolismo microbiano
exoenzimas
Degradación extracelular
Interacción de diferentes
microorganismos
Monómeros y oligómeros
Solubles
Transporte y Degradación
intracelular
Degradación de biopolímeros:
En presencia de O2: Oxidación completa a CO2+ H2O
En ausencia de O2: Fermentación
Productos secretados
Degradación por
otros
microorganismos
Exoenzimas
- Secretadas al medio o adheridas a la superficie celular (celulosoma)
- Sujetas a represión catabólica
- Regulación temporal
- Grupo específicas ( tipificación bioquímica)
Producción de una proteasa
extracelular por una arquea halofila
-β-glucanos: celulosa (plantas). Exo y endoglucanasas. Bacillus sp, Pseudomonas, Erwinia,
Cellulomonas, Ruminococcus.
-α-glucanos: Almidón, glucógeno, pululan. Bacillus sp, Pseudomonas, Clostridium, Pyrococcus
(arquea).
-Glucosamino glucanos: quitina-quitosán. Endo y exoquitinasas rinden N-acetil glucosamina.
Bacillus sp, Pseudomonas, Streptomyces
- Proteínas. Endo y exoproteasas. Bacterias aerobias, anaerobias y arqueas.
-Ac. Nucleicos. Fosfodiesterasas, fosfatasas, nucleasas.
-Lípidos. Trigliceridos, fosfolipidos. Lipasas y fosfolipasas.
Degradación
de
glucógeno
Degradación de proteínas. Sitios de clivaje de un polipéptido por proteínasas
Ensayo de detección
de proteasas
extracelulares en
placas de caseina.
Los polímeros de reserva son
degradados por enzimas
intracelulares cuando la
energía o el poder reductor
son limitantes
a. Glucógeno. Glucógeno fosforilasa
b. Polihidroxialcanoatos. 1.
depolimerasa; 2. NAD-dep. D-3
hidroxibutirato deshidrogenasa; 3.
succinil-CoA transferasa; 4. cetotiolasa.
c. Polifosfatos. 1.Polifosfato-AMP
fosfotransferasa; 2.adenilato quinasa;
3. polifosfatasa; H+ simport.
d. Azufre. (reserva poder reductor).
Oxidación a sulfato
e. Proteinas de reserva. 1. Proteinasa
Los carbohidratos son los sustratos más comunmente usados
Existen varias rutas de oxidación de CH
El ingreso de CH de bajo PM en las rutas degradativas
del metabolismo central requiere reacciones de
interconversión: Metabolismo Perisférico.
Son rutas inducibles por sustrato.
Estructuras de moléculas
constituyentes de CH
Reacciones de interconversión: fosforilación, fosforólisis; isomerización ceto-enol; oxidoreducción; clivaje aldólico, remoción de sustituyentes
Rutas catabólicas para D-fructosa, Dmanosa y L-sorbosa
Rutas catabólicas para pentosas y deoxinucleosidos a partir de ac. nucleicos.
1.fofsorilasa
2. mutasa
3.deoxiriboaldolasa
1. kinasa
2. isomerasa
3. reducatasa
4.deshidrogenasa
Ruta oxidativa de Entner y Doudoroff
En algunas bacterias la ruta de EMP (glucólisis) no es funcional, mientras que las enzimas de
la gluconeogénesis están presentes.
1951. Entner y Doudoroff (ED) descubren nueva ruta para el metabolismo de glucosa en
Pseudomonas saccharophila
Ruta ED se conoce sólo para procariotas.
EDD: 6P gluconato deshidratasa
EDA: 2-ceto-3-desoxi-6P gluconato aldolasa
KDPG: 2-ceto-3-desoxi-6P gluconato
Conway T. FEMS Microbiol Rev. 103 (1992) 1-28
Patrón de marcación de los C en las rutas EMP y ED
PDH: piruvato
deshidrogenasa
Evolución temprana de 14CO2 a partir de 14C1-glucosa: degradación de glu por ED
Ruta cíclica de ED en
Pseudomonas aeruginosa
En las pseudomonas falta la
enzima 6-fosfofructokinasa
que produce fru 1-6 di-P a
partir de fru 6-P
Utilizan ruta ED para catabolizar glucosa
Via inducible de ED en E. coli
En algunas bacterias
(enterobacterias) la ruta ED
cumple un rol secundario.
Es inducida en presencia de
ciertos CH como gluconato.
Se usa en condiciones aeróbicas o
anaeróbicas
La ruta oxidativa cíclica de la Pentosa Fosfato (PP) permite la oxidación
completa de los azúcares
Ruta oxidativa (oxidación de hexosa –P a
pentosa + CO2) combinada con ruta no
oxidativa (conversión de pentosa-P a hexosa –
P) resulta en la oxidación de hexoxa-P a
triosa-P + CO2 + NADPH.
Glu es oxidada sin participación de rutas EMP
o ED.
Ej. algunas cianobacterias, Brucella abortus.
Las rutas EMP y ED operan en las
arqueas pero presentan algunas
modificaciones
Variación de la ruta glicolítica (EMP) en la
arquea anaerobia hipertermófila
Pyrococcus furiosus
Rutas para la
degradación de
glucosa en bacterias
Oxidación de amino ácidos
Son los segundos sustratos mas comunes.
Pasos:
1- Remoción del grupo α-amino, da 2-oxoacido.
Existen varios mecanismos : deaminacion oxidativa, transaminación
2. Oxidación del 2-oxoacido.
Oxidación de ácidos grasos
Por β oxidacion dan acetil-CoA
Oxidación de glicerol da gliceraldehido 3 P
Oxidación de hidrocarburos
Hidrocarburos (HC): compuestos orgánicos que contienen C - H, altamente
insolubles en agua
HC alifáticos
HC aromáticos
Pueden ser oxidados a CO2 en condiciones aeróbicas y anaeróbicas
Oxidación anaeróbica: bacterias respiradoras reductoras de sulfato y desnitrificantes
Oxidación aeróbica: proceso común en muchos grupos de bacterias
Oxidación aeróbica de HC
O2: rol como aceptor de electrones en la respiración y como reactivo en procesos
anabólicos y catabólicos
Oxigenasas: catalizan la incorporación
de at. de O del O2 en compuestos
orgánicos.
Existen Mono y dioxigenasas
Degradación de hidrocarburos:
- Natural
- Proceso dirigido (Biorremediación de
ambientes contaminados)
Pasos en la oxidación de un HC alifático.
Primer paso es catalizado por una
monooxigenasa
Catabolismo de compuestos aromáticos
Mecanismo estudiado en la bacteria del género Pseudomonas
El catecol es degradado a compuestos que entran en ruta TCA (succinato, acetilCoA, piruvato) hasta CO2
Propiedades de los Microorganismos degradadores de HC
Enzimas codificadas en plásmidos
Producción de moléculas surfactantes o tensioactivas
Cepa A
Quimiotaxis
Cepa C
Cepa D
Cepa E
DBS 1 %