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Dra. M. Carolina Di Santo Lic. Cs. Biológicas

Lab. Interdisciplinario de Dinámica Celular y Nano-Herramientas, Departamento de Química Biológica,

FCEN-UBA, IQUIBICEN-CONICET

Materia de Articulación CEBI-E4b

Carrera de Especialización en Biotecnología Industrial (CEBI) FCEyN -INTI

Clase: Ingeniería Metabólica 1b

Ingeniería Metabólica

-Ingeniería Genética -Bioquímica -Fisiología de Cultivos -Biología Microbiana -Análisis Matemático -Uso de algoritmos y programas computacionales

Confluencia de Disciplinas y Conocimientos

Se divide en: Catabolismo: Conjunto de reacciones de generación de energía (reacciones exergónicas), oxidativas, degradativas. Anabolismo: Conjunto de reacciones que requieren de energía (r. endergónicas), reductoras, biosintéticas

El metabolismo se refiere a la suma de reacciones bioquímicas requeridas para la generación y el uso de la energía con el fin de sintetizar material celular incorporando moléculas del medio ambiente.

En microorganismos podemos definir: Un metabolito primario como un producto metabólico que se forma durante la fase primaria del crecimiento de un microorganismo, mientras que un metabolito secundario es el que se forma cerca del final de la fase de crecimiento, frecuentemente cerca de, o en la fase estacionaria del crecimiento.

El metabolismo…

Metabolismo Central

Metabolismo Central

1-El azúcar es transportado en la célula donde primero es fosforilado

y luego entra a formar parte del pool de hexososas –fosfato 2- En la glicólisis, las hexosas fosfato se transforman hasta piruvato o

se utilizan en vías anábolicas (Ciclo de las pentosas fosfato)

3-El piruvato puede ser oxidado hasta CO2 en la respiración o bien

ser fermentado (en ausencia de O2 y convertido en otros productos

metabólicos)

4-En aerobios, los equivalentes de reducción generados (NADH) en

glicólisis y ciclo de Krebs pueden ser oxidados a NAD+ en la

fosforilación oxidativa o mediante la fermentación en anaerobios.

5-Algunos intermediarios de Glicólisis y Ciclo de Krebs sirven como

precursores de síntesis de macromoléculas mas complejas (Proteínas,

lípidos, ácidos nucleicos)

Vías de Oxidación de la Glucosa

Glicólisis y Vía de las Pentosas Fosfato

Las enzimas y su regulación: Claves de las rutas metabólicas

M. Carolina Di Santo

Metabolismo

Se definen parámetros cinéticos medibles Vmax, Km

Efecto cooperativo de unidades multiméricas

Enzimas regulatorias claves del metabolismo central generalmente tienen este tipo de cinética

Aspectos que condicionan el crecimiento

Circunstancias Fisiológicas o del medio

Aspectos que condicionan el metabolismo

Aspectos que condicionan el metabolismo

Entrada en Fase Estacionaria

Transporte

Transporte Activo en Microorganismos

Simporte Azúcar/H+

• El transporte de otro compuesto a favor de gradiente –en este caso el H+- dentro de la célula-se acopla al transporte del azúcar

• El gasto energético proviene de la necesidad de regular el pH intracelular

Transporte Activo en Microorganismos

Sistema Fosfo-transferasa (PTS) en Bacterias Entéricas

Transporte Activo en Microorganismos

M. Carolina Di Santo

Sistema Fosfo-transferasa (PTS) en Bacterias Entéricas

Cepas de E. Coli con mecanismos de transporte activo que no

involucren al PEP

IM

Ejemplo: Producción de PDO

M. Carolina Di Santo

De interés Industrial

Deleted native genes

Reactions encoded by genes obtained from donor organisms

Early strain Late strain

Ejemplo: Producción de PDO

Concepto de Sobreflujo Metabólico: Producción de PRs

Producción elevada de Acetato en E. coli crecida en condiciones aeróbicas

-La producción de acetato bajo condiciones aerobias es un problema constante en los cultivos de E. coli. La producción de acetato es indeseable ya que representa un derroche de esqueletos carbonados, afecta el pH y el gradiente de protones transmembranal, entre otros efectos como la pérdida de plásmidos

-Una manera de evitar el sobreflujo metabólico es restringir la velocidad de consumo de glucosa mediante la adición controlada de una solución concentrada al biorreactor.

M. Carolina Di Santo

Concepto de Sobreflujo Metabólico: Producción de PRs

Desbalance entre los flujos de carbono proveniente de glucosa

El flujo Glucolítico >>>>Flujo C. Krebs

Ej…. IM aplicada para evitar el sobreflujo

Permeasa de Galactosa (GalP)

Cepa de E. coli modificada en el sistema de transporte de glucosa

----Dado que la velocidad de consumo de glucosa en este sistema es 33 % menor que en una cepa nativa, el sobreflujo metabólico es fuertemente reducido