Degradación de compuestos orgánicos

Transcripción

1 Degradación de compuestos orgánicos

2 Biopolímeros Principal sustrato para el metabolismo microbiano exoenzimas Degradación extracelular Interacción de diferentes microorganismos Monómeros y oligómeros Solubles Transporte y Degradación intracelular

3 Degradación de biopolímeros: En presencia de O 2 : Oxidación completa a CO 2 + H 2 O En ausencia de O 2 : Fermentación Productos secretados Degradación por otros microorganismos

4 Exoenzimas - Secretadas al medio o adheridas a la superficie celular (celulosoma) - Sujetas a represión catabólica - Regulación temporal - Grupo específicas ( tipificación bioquímica) Producción de una proteasa extracelular por una arquea halofila

5 -β-glucanos: celulosa (plantas). Exo y endoglucanasas. Bacillus sp, Pseudomonas, Erwinia, Cellulomonas, Ruminococcus. -α-glucanos: Almidón, glucógeno, pululan. Bacillus sp, Pseudomonas, Clostridium, Pyrococcus (arquea). -Glucosamino glucanos: quitina-quitosán. Endo y exoquitinasas rinden N-acetil glucosamina. Bacillus sp, Pseudomonas, Streptomyces - Proteínas. Endo y exoproteasas. Bacterias aerobias, anaerobias y arqueas. -Ac. Nucleicos. Fosfodiesterasas, fosfatasas, nucleasas. -Lípidos. Trigliceridos, fosfolipidos. Lipasas y fosfolipasas. Degradación de glucógeno

6 Degradación de proteínas. Sitios de clivaje de un polipéptido por proteínasas Ensayo de detección de proteasas extracelulares en placas de caseina.

7 Los polímeros de reserva son degradados por enzimas intracelulares cuando la energía o el poder reductor son limitantes a. Glucógeno. Glucógeno fosforilasa b. Polihidroxialcanoatos. 1. depolimerasa; 2. NAD-dep. D-3 hidroxibutirato deshidrogenasa; 3. succinil-coa transferasa; 4. cetotiolasa. c. Polifosfatos. 1.Polifosfato-AMP fosfotransferasa; 2.adenilato quinasa; 3. polifosfatasa; H+ simport. d. Azufre. (reserva poder reductor). Oxidación a sulfato e. Proteinas de reserva. 1. Proteinasa

8 Los carbohidratos son los sustratos más comunmente usados Existen varias rutas de oxidación de CH El ingreso de CH de bajo PM en las rutas degradativas del metabolismo central requiere reacciones de interconversión: Metabolismo Perisférico. Son rutas inducibles por sustrato. Estructuras de moléculas constituyentes de CH

9 Reacciones de interconversión: fosforilación, fosforólisis; isomerización ceto-enol; oxidoreducción; clivaje aldólico, remoción de sustituyentes Rutas catabólicas para D-fructosa, D- manosa y L-sorbosa Rutas catabólicas para pentosas y deoxinucleosidos a partir de ac. nucleicos. 1.fofsorilasa 2. mutasa 3.deoxiriboaldolasa 1. kinasa 2. isomerasa 3. reducatasa 4.deshidrogenasa

10 Ruta oxidativa de Entner y Doudoroff En algunas bacterias la ruta de EMP (glucólisis) no es funcional, mientras que las enzimas de la gluconeogénesis están presentes Entner y Doudoroff (ED) descubren nueva ruta para el metabolismo de glucosa en Pseudomonas saccharophila Ruta ED se conoce sólo para procariotas. EDD: 6P gluconato deshidratasa EDA: 2-ceto-3-desoxi-6P gluconato aldolasa KDPG: 2-ceto-3-desoxi-6P gluconato Conway T. FEMS Microbiol Rev. 103 (1992) 1-28

11 Patrón de marcación de los C en las rutas EMP y ED PDH: piruvato deshidrogenasa Evolución temprana de 14 CO 2 a partir de 14 C1-glucosa: degradación de glu por ED

12 Ruta cíclica de ED en Pseudomonas aeruginosa En las pseudomonas falta la enzima 6-fosfofructokinasa que produce fru 1-6 di-p a partir de fru 6-P Utilizan ruta ED para catabolizar glucosa

13 Via inducible de ED en E. coli En algunas bacterias (enterobacterias) la ruta ED cumple un rol secundario. Es inducida en presencia de ciertos CH como gluconato. Se usa en condiciones aeróbicas o anaeróbicas

14 La ruta oxidativa cíclica de la Pentosa Fosfato (PP) permite la oxidación completa de los azúcares Ruta oxidativa (oxidación de hexosa P a pentosa + CO 2 ) combinada con ruta no oxidativa (conversión de pentosa-p a hexosa P) resulta en la oxidación de hexoxa-p a triosa-p + CO 2 + NADPH. Glu es oxidada sin participación de rutas EMP o ED. Ej. algunas cianobacterias, Brucella abortus.

15 Las rutas EMP y ED operan en las arqueas pero presentan algunas modificaciones Variación de la ruta glicolítica (EMP) en la arquea anaerobia hipertermófila Pyrococcus furiosus

16 Rutas para la degradación de glucosa en bacterias

17 Oxidación de amino ácidos Son los segundos sustratos mas comunes. Pasos: 1- Remoción del grupo α-amino, da 2-oxoacido. Existen varios mecanismos : deaminacion oxidativa, transaminación 2. Oxidación del 2-oxoacido. Oxidación de ácidos grasos Por β oxidacion dan acetil-coa Oxidación de glicerol da gliceraldehido 3 P

18 Oxidación de hidrocarburos Hidrocarburos (HC): compuestos orgánicos que contienen C - H, altamente insolubles en agua HC alifáticos HC aromáticos Pueden ser oxidados a CO 2 en condiciones aeróbicas y anaeróbicas Oxidación anaeróbica: bacterias respiradoras reductoras de sulfato y desnitrificantes Oxidación aeróbica: proceso común en muchos grupos de bacterias

19 Oxidación aeróbica de HC O 2 : rol como aceptor de electrones en la respiración y como reactivo en procesos anabólicos y catabólicos Oxigenasas: catalizan la incorporación de at. de O del O 2 en compuestos orgánicos. Existen Mono y dioxigenasas Degradación de hidrocarburos: - Natural - Proceso dirigido (Biorremediación de ambientes contaminados) Pasos en la oxidación de un HC alifático. Primer paso es catalizado por una monooxigenasa

20 Catabolismo de compuestos aromáticos Mecanismo estudiado en la bacteria del género Pseudomonas El catecol es degradado a compuestos que entran en ruta TCA (succinato, acetil- CoA, piruvato) hasta CO 2

21 Propiedades de los Microorganismos degradadores de HC Enzimas codificadas en plásmidos Producción de moléculas surfactantes o tensioactivas Cepa A Cepa C Cepa D Cepa E DBS 1 % Quimiotaxis