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Clase 2: Vias Metabolicas RES. (I) Prof: Guillermo R. Castro Lab de Nanobiomateriales – CINDEFI UNLP – CONICET, La Plata Materia de Articulación CEBI - E4b Ingeniería Metabólica CARRERA DE ESPECIALIZACION EN BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL . FCEyN-INTI

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Clase 2: Vias Metabolicas RES. (I)

Prof: Guillermo R. Castro Lab de Nanobiomateriales – CINDEFI UNLP – CONICET, La Plata

Materia de Articulación CEBI - E4b Ingeniería Metabólica

CARRERA DE ESPECIALIZACION EN BIOTECNOLOGIA

INDUSTRIAL . FCEyN-INTI

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Guillermo R. Castro Page 2

Metabolic engineering is the improvement of cellular activities

by manipulation of enzymatic, transport, and

regulatory function of the cell with the use of

recombinant technology.

(Que lo diferencia de ing genetica?: • genes heterologos • elementos regulatorios

J.E. Bailey, Science 252 1991. 1668.

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Procesos celulares:

Son de 2 tipos:

Anabólicos (o de biosíntesis)

Catabólicos (o de degradación)

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Curva de crecimiento microbiano (poblacional)

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Crecimiento microbiano (poblacional)

Modelo de Monod

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Modelos de

vías

metabólicas

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Crecimiento microbiano (poblacional)

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Blackman 1905

Hipótesis: existe al menos una etapa limitante al metabolismo: “Cuello de Botella (Bottleneck)”

En términos generales, es una restricción de flujos metabólicos determinada a través de una enzima en particular debido a:

La actividad máxima de una enzima particular, un conjunto de enzimas, tasa de flujos a través ciertos puntos de ramificación (un nodo) en rutas metabólicas,

ó

La velocidad máxima de interacción macromolecular.

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Clasificación de “limitaciones metabólicas”

Limitación fisiológica: a nivel de complejos metabólicos o sistemas fisiológicos. Ej: sistemas de

captación de glucosa. Limitación enzimática clásica: a nivel de una

enzima o un bloque de enzimas. Limitación de biología molecular: a nivel de

complejos macromoleculares. Ej, maquinaria de síntesis de proteínas.

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Niveles de regulación:

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Regulacion metabólica

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Leloir Pathway (Nobel Prize 1970)

Holden H M et al. J. Biol. Chem. 2003;278:43885-43888

galactose mutarotase

galactokinase

galactose-1-phosphate uridylyltransferase

UDP-galactose 4-epimerase

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De que dependen (los procesos metabolicos)? Sensores intracelulares y extracelulares (membrana):

•Ftes. de C, N, P, oligoelementos (trazas), etc…

• Presencia o ausencia de precursores bioS!.

• Reducción y/o cambio de una vía metabólica por otra.

• Recambio bioS! (expresión de nuevos receptores o supresión de algunos).

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Procesos celulares:

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Variaciones de Energía:

Si sólo se toman las consideraciones

energeticas.

Porque son necesarios otros

compuestos productores de

energia?

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Glucosa, eje central del metabolismo

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Glicólisis – fase preparatoria

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Glicólisis – fase de síntesis

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Glicólisis – resumen energético

La glicólisis se encuentra muy regulada en la célula y coordinada con otras rutas metabólicas que producen energía para poder suministrar ATP. Las enzimas Hexokinasa, PFK-1 y Piruvato Kinasa se encuentran reguladas alostericamente, lo que permite controlar el flujo de C a través de la vía metabólica y mantiene constante los niveles de los intermediarios de la ruta.

Detalle de los mecanismos: http://www.iubmb-nicholson.org/swf/glycolysis.swf

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Típicos mecanismos de regulación covalente en enzimas

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El “hub” del metabolismo: el piruvato

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Posibles vías alternativas

de degradación

de Glucosa

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Com

para

ción

de

los

posi

bles

m

etab

olis

mos

de

gluc

osa

Metabolismo de glucosa: Anaerobio vs. aerobio.

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Ciclo del TCA (Acidos Tricarboxílicos)

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Ciclo del TCA (Acidos Tricarboxílicos)

Balance Gral. del TCA

Piruvato es OXIDADO a:

Acetil-CoA y CO2

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Síntesis

de hidratos de

Carbono a partir

de simples

precursores

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Vías alternativas de piruvato a fosfoenol piruvato (PEP)

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Papel del Acido cítrico en el anabolismo celular

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Sitios de regulación del TCA

P

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Otras conexiones del TCA

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Mol

écul

as c

lave

s de

l met

abol

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lula

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Algunas estrategias de mejoramiento de cepas:

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Estrategias en Ingeniería Metabólica

Clásicas

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Estrategias en Metabolic engineering

Nuevas

tendencias

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GUERRA CONTRA LOS MICROORGANISMOS

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Ejemplos de

S! de Novo

Current Opinion in Biotechnology 2008, 19:468–474

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Compuestos aromáticos sintetizados por E. coli mediante la introducción de genes de otras especies microbianas

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Guillermo R. Castro Page 40

ING. METABOLICA

FIN 2b

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