carrera de especializacion en biotecnologia...
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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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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)
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
ism
o ce
lula
r
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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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ING. METABOLICA
FIN 2b
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