Subido por Alejandro Iza

Biosintesis de metabolitos primarios

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Licenciatura en Químico Farmacobiólogo
-Biosíntesis de metabolitos primariosBiosíntesis y biotecnología
Profesor (a): Luz María Alejo Álvarez
Elaborado por:
Iza Gutiérrez Manuel Alejandro
Maldonado Urías María de Jesús
Importancia de la
producción de
metabolitos primarios
Introducción
Los productos de la biotecnología se aplican hoy a
un gran número de industrias: Alimenticia,
farmacéutica, textil, detergentes, etc.
Cuando un microorganismo crece en un medio con
nutrientes en exceso, consigue completar sus vías
metabólicas generando los productos finales del
metabolismo energético y todos los compuestos
necesarios para su ciclo de vida (aminoácidos,
proteínas, nucleótidos, ácidos orgánicos, vitaminas,
azúcares, grasas, alcoholes).
Metabolitos primarios más importantes a
nivel industrial
Componentes esenciales y productos formados por los microorganismos:
Proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos y poliésteres (PHB y plásticos), ácidos grasos.
Derivados del metabolismo intermedio:
Azúcares (fructosa, ribosa, sorbosa), ácidos orgánicos (glucónico, ácido láctico, cítrico,
acético, fumárico), alcoholes (etanol, glicerol,butanol), aminoácidos (Lys, Thr, Glu, Trp, Phe),
vitaminas (B2, B12), nucleótidos saborizantes (ácidos inocínico y guanílico).
Microorganismos productores:
Bacterias, levaduras y hongos.
Compuestos orgánicos
Acetona y butanol:
Ácido glucónico:
Ácido itacónico:
Resinas acrílicas
Ácido cítrico:
Alimentos y bebidas.
Tratamiento de
deficiencias de calcio
(gluconato cálcico).
Agente de lavado y
suavizante.
Por fermentación con
Clostridium
acetobutilicum.
Vitaminas
 Las vitaminas se emplean como suplemento alimentario para personas y animales.
 Es el 2º fármaco más vendido (1.000 millones año).
 La mayoría se producen por síntesis química.
 La cobalamina y la riboflavina por fermentación.
Aminoácidos
Los aminoácidos tienen mucho uso en la industria alimentaria como
aditivos, en medicina y como precursores en la industria química.
El aminoácido más importante es el ácido glutámico (producido
por Corynebacterium glutamicun) que se usa para aumentar el
sabor (glutamato monosódico).
Otros dos aminoácidos importantes son el ácido aspártico y la
fenilalanina, que son los ingredientes del edulcorante artificial
aspartamo.
Nucleótidos
Los nucleótidos son productos muy usados en la industria
alimentaria.
Se usa principalmente como saborizantes.
Se usan cepas con alto contenido de ARN, principalmente:
Bacillus subtilis, Candida utilis o Saccharomyces cerevisiae.
Productos finales principales: IMP, GMP.
Microorganismos
involucrados, procesos o
vías metabólicas, regulación
y usos del producto.
Biosíntesis de ácidos orgánicos
La biosíntesis de ácidos orgánicos de bajo
peso molecular es producidos por las
rizobacterias, Los géneros bacterianos con
capacidad de producir ácidos orgánicos
que solubilizan fosfato se tienen:
Pseudomonas,
Rhizobium,
Burkholderia,
Achromobacter,
Agrobacterium,
Aereobacter,
Flavobacterium,
Yarowia,
Streptosporangium y Erwinia.
Ácidos orgánicos alifáticos producidos por
bacterias.
El ácido que produce la
mayoría de bacterias es el
ácido láctico.
Ácidos orgánicos: hidroxiácidos producidos
por bacterias.
Rutas metabólicas o bio-sintéticas
Usos del producto: ácidos orgánicos
Ácidos glucónico y 2cetoglucónico son los
agentes
más
frecuentemente
reportados
como
solubilizadores
de
fosfato
Participan en el suelo
en fenómenos como
la
quimiotaxis
microbiana
y
la
detoxificación
de
metales.
Ácido
glucónico
favorece la disolución
de minerales, como la
hidroxiapatita.
Biosíntesis de vitaminas
Las vitaminas del complejo B (tiamina,
niacina, ác. pantoténico, riboflavina, ác.
fólico y B6 y B12), se sintetizan mediante
fermentación microbiana en el tracto
digestivo, en particular de rumiantes y
herbívoros no rumiantes.
Usos del producto:
 Tienen un rol muy importante
ayudando en la producción de
glóbulos rojos y en conjunto con el
ácido fólico trabaja en la síntesis del
aminoácido metionina.
Las principales fuentes naturales de la
vitamina K son filoquinonas y
menaquinonas.
 Las menaquinonas (vitamina K2) son
producidas por la flora bacteriana, en
los rumiantes.
Usos del producto:
 La bacteria Escherichia coli sintetiza la
vitamina K2, debido a que la utilizará para
obtener energía celular.
Procesos metabólicos
Puede ser sintetizada solo por bacterias y se requiere para su síntesis, un átomo de
cobalto (Co).
Vitamina B12
La vía de síntesis involucra más de
30 enzimas mediadoras
Esta vitamina al ser un tetrapirrol modificado,
proviene del uroporfirinógeno III que es
transformado en precorrina-2, que se oxida a factor
II y finalmente es quelado con Co.
El factor II del Co es metilado en la posición C-20,
transformándose en factor III del Co.
El factor III del Co es luego transformado a factor IV
del Co.
Describiéndose también una transformación de
precorrina-3 a preocorrina-4, este factor IV del
cobalto y precorrina-4 pasarán a ácido cobirnico
que se transformará finalmente a vitamina B12
(cianocobalamina).
Procesos metabólicos
La bacteria Escherichia coli del intestino grueso sintetiza vitamina K2, mediante
el siguiente mecanismo:
Sus precursores son “quinate” y “eritrosa 4-fosfato”.
Ambos se transforman, gracias a la participación de
numerosas enzimas, en “shikimate”, que luego se
transformará a “isochorismate”, gracias a la
participación de otras enzimas.
Vitamina K2
La bacteria Escherichia coli del intestino grueso sintetiza
vitamina K2, mediante el siguiente mecanismo: sus
precursores son “quinate” y “eritrosa 4-fosfato”. Ambos
se transforman, gracias a la participación de numerosas
enzimas, en “shikimate”, que luego se transformará a
“isochorismate”, gracias a la participación de otras
enzimas. Lo anterior ocurre en la “vía del shikimate”.
Biosíntesis de aminoácidos
El nitrógeno entra en la síntesis de aminoácidos, en forma reducida, por ejemplo, como NH4
Los organismos superiores son
incapaces de convertir N2 a esta
forma. Solo un pequeño número
de
microorganismos,
todos
procariontes, pueden fijar el
nitrógeno atmosférico.
Las
bacterias
pueden sintetizar el
conjunto básico de
los 20 aminoácidos.
A esta conversión se le llama fijación de nitrógeno, la cual es
realizada por bacterias, como las de la especie Azotobacter, y
algas azul-verde.
Algunos de estos microorganismos, por ejemplo las bacterias
simbióticas Rhizobium, invaden las raíces de las plantas
leguminosas (chícharo, frijol, habas, lentejas, garbanzo) y
forman nódulos en las raíces, donde se lleva a cabo la fijación
del nitrógeno, cuyo producto reducido (NH4) es aprovechado
por las bacterias como por las plantas.
Proceso de fijación de nutrientes para biosíntesis
de aminoácidos
En la mayoría de los microorganismos que fijan nitrógeno, la fuente de electrones
de alto potencial en esta reducción de seis electrones es la ferredoxina reducida.
La ferredoxina reducida transfiere sus electrones al componente
reductasa del complejo.
ATP se une a la dinitrogenasa reductasa y desplaza el potencial
redox de la enzima de -0.20 a - 0.40 al alterar su conformación.
Los electrones son transferidos a la dinitrogenasa, el ATP es
hidrolizado, y la dinitrogenasa reductasa se disocia de la
dinitrogenasa
Finalmente, el N2 unido a la dinitrogenasa es reducido a NH4 +.
Regulación de la biosíntesis de aminoácidos
Retroinhibición
(primera
reacción) en la secuencia
biosíntetica por parte del
producto final.
Multiplicidad enzimática:
catalizada por distintos
moduladores
(isoenzimas), lo que evita
el obstáculo de síntesis
cuando es necesario.
Inhibición
Concertada:
Regulada por una enzima
alostérica
(reacción
irreversible)
Retroinhibición secuencial:
cuando la síntesis se inhibe
en sitios diferentes de la
misma vía ( en forma
escalonada)
por
el
producto
Seis productos del
metabolismo
actúan
como
retromoduladores
negativos (E. coli).
Biosíntesis de nucleótidos
Síntesis de pirimidinas
En E. coli, el paso limitante en la
biosíntesis
de
nucleótidos
de
pirimidina es la formación de
Ncarbamilaspartato a partir de
aspartato y carbamilfosfato. La
aspartato transcarbamilasa, la enzima
que cataliza esta reacción, es inhibida
por retroalimentación por CTP, el
producto final de la vía. La
carbamilfosfato sintetasa II es inhibida
por retroalimentación por UMP.
Usos de los productos: nucleótidos
Son precursores activados
de ADN y ARN
Los nucleótidos de adenina
son componentes de tres
coenzimas
muy
importantes: NAD+ , FAD y
coenzima A
Son
reguladores
metabólicos, el AMPc es
mediador ubicuo de la
acción
de
muchas
hormonas.
Las
modificaciones covalentes,
como fosforilación de la
glucógeno sintetasa y la
adenilación de la sintetasa
de glutamina
Gracias!!!
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