METABOLISMO DE LOS MICROORGANISMOS

IMPORTANCIA DE LAS ENZIMAS

• Todas las actividades celulares se realizan por acción de enzimas, sustancias presentes en la célula en cantidades muy bajas y capaces de efectuar todos los cambios propios de los procesos celulares y vitales.

• Hay miles de enzimas diferentes en cualquier célula. Estos enzimas y sus actividades en la célula viva, deben coordinarse de tal forma que proporcionen los productos adecuados a cada lugar, en las cantidades y momentos que convenga y con el mínimo gasto energético.

Características de los enzimas

• Los enzimas son catalizadores biológicos. Tienen la capacidad de acelerar reacciones químicas, sin ser utilizados ni alterados como consecuencia de la reacción.

• La síntesis de todo enzima tiene lugar en el interior de las células de los microorganismos.

• Se consideran dos tipos de enzimas: enzimas extracelulares o exoenzimas ( que funcionan fuera de la célula) y enzimas intracelulares o endoenzimas (que funcionan dentro de la célula).

• Una molécula enzimática normalmente cataliza la conversión de 10 a 1000 moléculas de sustrato por segundo. La reacciones catalizadas por enzimas, con frecuencia tienen tienen lugar a velocidades de mil a un millón de veces más rápidas que las no catalizadas.

Propiedades físicas y químicas de los enzimas• Los enzimas son proteínas que pueden o no tener

unidos otros grupos químicos.• Son inestables.• Se desnaturalizan por el calor.• Precipitan en presencia de etanol y con sulfato amónico.• Son moléculas grandes, y con pesos moleculares

elevados entre 10000 a un millón.• Apoenzima + Coenzima ------- Holoenzima. activaSon altamente eficientes como catalizadores.Actúan específicamente sobre un sustrato.

Clasificación de enzimas

• Responsable de la nomenclatura enzimática es la COMISION DE ENZIMAS DE LA UNION INTERNACIONAL DE BIOQUIMICA.

• Oxidorreductasas.• Transferasas.• Hidrolasas.• Liasas.• Isomerasas.• Ligasas.

Mecanismo de la acción de una enzima. Complejo enzima-sustrato

Un enzima disminuye la energía de activación de una reacción química ,es su

principal función .

Factores que influyen en la actividad enzimática (temperatura)

Factores que influyen en la actividad enzimatica (concentración de sustrato)

Ecuación Michaelis - Menten

Factores que influyen en la actividad enzimática (pH)

Factores que influyen en la actividad enzimática ( concentración de enzima)

Inhibición enzimática irreversible:implica la modificación de

uno o más grupos funcionales del enzima

Inhibición enzimática competitiva (reversible) puede revertirse incrementando

la concentración de sustrato

Inhibición enzimática no competitiva (reversible),el cianuro es inhibidor de las

enzimas que contienen Fe; el fluoruro inhibe a los enzimas que requieren Ca y Mg.

MECANISMOS DE LA REGULACIÓN ENZIMÁTICA

La célula viva sintetiza y cataboliza distintos materiales según requieren su metabolismo y desarrollo normales. Todo esto hace necesario un control preciso de metabolismo celular. Todas las rutas metabólicas principales tienen la propiedad de autorregularse.

Control directo del mecanismo enzimático- Por alteraciones de concentración de sustrato. Sólo se ve

influenciado por la compartimentalización dentro de la célula. O sea los enzimas pueden estar fijos a diversas estructuras internas, especialmente membranas y macromoléculas, de forma que enzimas y sustratos no estén en contacto directo.

-Por acoplamiento con otros procesosImplica la regulación por ligandos (moléculas

capaces de fijarse al enzima) pero no participan en el proceso catalítico propiamente dicho.

RetroinhibiciónEl ligando que ejerce la regulación es el producto

final de una ruta metabólica, el cual puede bloquear su propia síntesis inhibiendo la actividad de uno de los primeros enzimas que actúan en dicha ruta.

Activación por precursoresEl ligando regulatorio es el precursor del primer

metabolito de una ruta.Control dependiente de energíaAlgunos enzimas muestran una sensibilidad a los niveles

de ATP , adenosina difosfato (ADP) o adenosina monofosfato (AMP) , otros parecen sensibles a la relación de concentraciones de dos de estos nucleótidos. En general , los enzimas responsables de la generación de energía se inhiben a elevada carga energética ( alta concentración de ATP), mientras que ciertos enzimas claves para la biosíntesis resultan activados. Este control resulta de gran utilidad para equilibrar producción y utilización energética.

• Propiedades de fijación de enzimas regulatorios.No todos los enzimas son enzimas regulatorios

sometidos a control directo de su actividad. Pero aquellos que lo son, hacen posible el control y la integración de la actividad de las rutas metabólicas.

A los enzimas regulatorios se les llama también enzimas alostéricos, ya que el sitio de la molécula en donde actúa el efector (inhibidor o activador) es distinto del sitio catalítico. Por tanto el sitio alostérico regula la actividad del enzima.

METABOLISMO

• El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que una célula lleva a cabo y que producen energía o utilizan energía para la síntesis de componentes celulares o para otras actividades de la célula, como el movimiento.

• Reacciones de desasimilación: son reacciones químicas que liberan energía por degradación de nutrientes. (catabolismo)

• Reacciones de asimilación: Utilizan energía para la síntesis de nutrientes, y otras funciones de la célula (anabolismo)

REACCIONES DE DESASIMILACIÓN

• El ATP es la molécula energética de la célula. Es el medio de intercambio de energía entre reacciones exergónicas y endergónicas.

• Las células obtienen energía a partir de los nutrientes, mediante una serie de reacciones químicas, algunas de las cuales son oxidaciones.

• Las reacciones de oxidación con frecuencia son deshidrogenaciones, que implican pérdida de átomos de hidrógeno . Un átomo de hidrógeno consiste en un protón H más un electrón, y por tanto, un compuesto que pierde un átomo de hidrógeno, ha perdido un electrón y ha sido oxidado.

Glucólisis

Glucólisis

Una molécula de glucosa da 2 ATP (anaerobiosis)

Producción de ácido láctico y etanol

Desasimilación de la glucosa

Clasificación de bacterias según productos de desasimilación

Ciclo de Krebs o del ácido tricarboxílico

Resumen del ciclo TCA

Respiración aeróbica

Oxidación completa de la glucosa, vía glucólisis, ciclo TCA y cadena respiratoria

Catabolismo de lípidos

Catabolismo de proteínas

ASIMILACION Y UTILIZACION DE ENERGIA

• Los microorganismos producen calor durante su metabolismo, lo que produce un aumento de la temperatura de los cultivos. El ATP al transformarse y al romperse los enlaces fosfato producen energía ( la rotura de un enlace fosfato libera de 12000 cal.).

• Para el movimiento de flagelos y cilios de los microorganismos se necesita energía. El 10% de la energía consumida por estos microorganismos se utiliza para la movilidad flagelar. La enzima ATPasa se hace presente en los lugare donde se originan los flagelos.

• El transporte de nutrientes , éstos pueden ingresar al citoplasma por difusión simple o pasiva, esta no requiere energía metabólica.

• Otro mecanismo de transporte de sustancias a través de membranas semipermeables es la difusión facilitada. Esta si requiere energia.

1. Traslocación de grupo. Transporte de azúcares como glucosa, fructosa y manosa en bacterias. El procesos se inicia con la activación de un transportador termoestable por incorporación de un grupo fosfato procedente del compuesto, altamente energético, fosfoenolpiruvato , en el interior de la célula,. Al mismo tiempo, el azúcar se combina con un enzima en la superficie externa de la membrana, siendo transportado a la superficie interna. El azúcar fosfato se libera por parte del enzima y entra a la célula.

2. Transporte activo. Incluye azúcares, aminoácidos péptidos, nucleósidos e iones . Primero se fija un soluto a un receptor de la molécula del transportador de membrana (permeasa). Translocación del complejo soluto-transportador a través de la membrana. Acoplamiento de la translocación a una reacción que libera energía, para rebajar la afinidad de la proteína transportadora por el soluto, en la superficie interna de la membrana, de forma que la proteína transportadora libere el soluto al interior de la célula

Biosíntesis de aminoácidos

Biosíntesis del ácido UDP-acetil murámico

Estructura del peptidoglucano

Ciclo de Calvin para la fijación de dióxido de carbono en organismos autótrofos