Metabolitos primarios y secundarios

Metabolitos Primarios y Secundarios

Sustrato decrecimiento

MetabolitoPrimario

Células

Las células y el metabolito se producen más o menos simultáneamente

Sustrato decrecimiento

MetabolitoPrimario

Células

MetabolitoSecundario

Después de producidas las células y el metabolito primario, las células convierten el metabolito primario en uno secundario

Características de los metabolitos primarios

• Esenciales para la estructura y funciones biológicas

• Están directamente asociados a crecimiento y reproducción

•Moléculas generalmente sencillas.

•Son casi idénticos en todos los organismos.

•Son más baratos y sencillos de producir.

•Poca “actividad biológica”

1. Componentes esenciales de microorganismos: proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos, ácidos grasos (insaturados), esteroles.

2. Derivados del metabolismo intermedio: azúcares (fructosa, ribosa), ácidos orgánicos (ácido láctico, cítrico, acético, succínico, fumárico), alcoholes (xilitol, etanol, butanol), aminoácidos (Lys, Glu, Trp, Phe), vitaminas (B2, B12), nucleótidos, saborizantes (ácidos inocínico y guanílico), polisacáridos y poliésteres de reserva.

• Específicos de un grupo de organismos

• Moléculas complejas

• No esenciales para el crecimiento

• Dependiente de las condiciones de crecimiento

Características de los metabolitos secundarios

• Producidos como grupo de estructuras relacionadas: – Una cepa de Streptomyces produce 32

antibióticos distintos del tipo antraciclina

• Puede obtenerse una superproducción espectacular

•Son muy variados y su estructura es fuertemente dependiente de la especie y variedad utilizada para su producción.

•Se generan en condiciones particulares y son más valiosos y complicados de producir, alto contenido de “actividad biológica”

• Generalmente son productos especiales (alto precio). Funcionan en los organismos que los producen como:

• 1. Armas contra otros microorganismos (antibióticos, toxinas, inhibidores enzimáticos, pesticidas)

• 2. Factores de crecimiento (hormonas)• 3. Ionóforos• 4. Agentes de interacción microbiana• 5. Efectores externos

Productos microbianos

• Metabolitos primarios y secundarios

Relaciones entre metabolismo primario y secundario

• Tetraciclina: 72 pasos• Eritromicina: 25 pasos• Vías que se desprenden

del metabolismo primario• Compuestos producidos

en la vías principales del metabolismo

Relaciones entre metabolitos primarios y secundarios

Glucosa (C6)

Triosa (C3)

Piruvato (C3)

Acetato (C2)

Pentosa (C5)

Citrato (C6)

a-cetoglutarato (C5)

Oxalacetato (C4)

CO2CO2

Tetrosa (C4)

Ácido glutámico (C5N)

Sikimato (C7)

Metabolitos secundariosaromáticos

Aminoaácidos aromáticos

Alanina (C3N)

Malonato (C3)

CO2

CO2

Policétidos (nC2)

Ácidos grasos (nC2)

Metabolitossecundarios

Metabolitossecundarios

CO2

Mevalonato (C6) Pirofosfato de isopentenilo (C5)

CO2

Terpenos/Esteroides (nC5)

Valina (C5N)

Serina (C3N)

Ácido kójicoSacáridosGlucósidos

Glicocola (C3N)

C1-pool

Vía metabólica primaria para la síntesis de aminoácidos y metabolitos secundarios

Glucosa

Eritrosa Fosfoenol-piruvato

3-Desoli-7-fosfoD-arabinoheptulosonato

Ácido shikímico

Ácido corísmico

Ácido prefénico

Ácidoantranílico

CandicidinaNistatina

Cloranfenicol

AnsamicinaRifamicina

Nocardicina

FenilalaninaPolimixina Tirosina Novobiocina

Triptófano

Actinomicina

Piocianina

Metabolitoprimario

Metabolitosecundario

Regulación del metabolismo primario

• Inducción por sustrato

• Represión e inhibición feedback

• Represión por catabolitos

• Regulación por ATP

• Regulación es un proceso dinámico dependiente de la concentración de las moléculas efectoras.

Inducción por sustrato

• Enzimas constitutivas: concentración independiente de la presencia del sustrato– [] =síntesis/destrucción

• Enzimas inducibles: se producen cuando el sustrato o análogos están presentes.– Una enzima o grupo– Depende de la concentración de sustrato

Regulación feedback

• Represión a nivel genético para controlar la síntesis de la enzima o grupo.

• Inhibición actúa a nivel molecular para controlar la actividad de la enzima.

• Regulación feedback depende de la concentración del producto.

Regulación de la producción

• Represor

Represor Inactivo

Arginina

Promotor

argC argB argH

Represor activo

Regulación por retroalimentacion

Regulación catabólica

• Sustratos de uso rápido

• Fuentes de C

• Fuentes de N

• Depende de la proporción a la cual se metabolicen los catabolitos e involucra la concentración y el estado energético de la célula.

Regulación por ATP

• No muy clara

• Relacionada con la energía de activación de las enzimas que intervienen en la reacción.

Regulación en metabolitos secundarios

Regulación feedback

• Acumulación del MS: inhibición e inducción

• Metabolitos primarios precursores se regulan así mismos inhibiendo la síntesis de MS.

• Metabolitos primarios en una vía ramificada puede disminuir o inhibir el flujo en la otra vía inhibiendo un paso común

Represión por catabolitos

• La síntesis de la enzima se reprime por la presencia de sustratos de rápido consumo para crecimiento.

• Fuentes de C y/o N.

• Relacionada con la proporción a la cual los catabolitos son metabolizados. (ξ y [])

Represión por C

• Glucosa y otras fuentes de C de metabolismo rápido inhiben la producción

neomicina, bacitracina, penicilina, prodigiosina, cefalosporina.

• S. antibioticus: actinomicinaGlucosa y galactosa

• Otras ftes de C con los mismos efectos: citrato

• Fuentes de carbono, no deben añadirse en exceso

• Pequeños incrementos

• Diferentes fuentes de C

Represión catabolica

PenicilinaActinomicinaNeomicinaEstroptomicinaCandicidinaEstreptomicinaTetraciclinaPenicilina

GlucosaGlucosaGlucosaGlucosaFosfatoFosfatoFosfatoFuentes de nitrógeno

Componente del medio Metabolito secudario reprimido

Represión del metabolismo secundario por componentes del medio

Represión por Nitrogeno y Fosfato

• Disminuyen severamente la producción de antibióticos

• P: inhibe la transcripción de genes

• Omura: metal que se une a P y lo libera lentamente.

Presencia de iones

• Streptomyces aureofaciens produce tetraciclina cuando el medio carece de Fe.

• Zinc, Hierro, Magnesio, Manganeso, Cloro, Calcio, Cobalto, Cobre, Molibdeno

Regulación por ATP

• Carga energética

• Relación entre la inhibición o la activación de una reacción. Energía de activación para que se de una reacción en una vía metabólica.

Regulación por ATP

• Reacciones enzimáticas involucran la transferencia de energía.

• Activación o inhibición de enzimas por los niveles de ATP, ADP y AMP en la célula.

• Altas cargas energéticas inhiben unas enzimas y activan otras.

Regulación por ATP

• Relacionado con la regulación por P

• Producción de tetraciclina comienza cuando disminuyen los niveles de P.

• Altas cargas energéticas inhiben producción de algunos metabolitos secundarios: tetraciclina, vancomicina, neomicina…

Otros ej. de efectos del metabolismo primario en el secundario

• Triptofano induce la ergolina en Claviceps– Precursor y como inductor de enzimas– Se agrega durante la fase de crecimiento

• Metionina induce Cefalosporina

Criterios

• Inducción del MS requiere la adición de la molécula efectora antes de la síntesis

• El MP tenga un efecto estimulante separado de una función de precursor

• Análogos del efector deberían ser capaces de reemplazar la molécula en cuestión

• Debería observarse un incremento en las concentraciones del metabolito efector o sus derivados antes de la producción de las enzimas para MS

Funciones de los MS

Actividades:• Actividad antibiótica• Actividad en animales

– Toxicidad: Blanco son vías metabólicas primarias comunes.

– Citotoxicidad: selectiva– Actividad insecticida: patógenos– Actividad nematicida– Actividad farmacológica– Actividad inmunológica

• Actividad en plantas– Sustancias tóxicas producidas por

patógenos: herbicidas– Promotores de crecimiento

• Inhibidores de enzimas

• Kinasa C y factores de agregación de plaquetas

• Autorreguladores

• Surfactantes: lipopeptidos, lipoproteínas, glicolipidos.

• Absorción de luz.

Evidencias para función

• Complejidad estructural

• Enzimas especificas

• Regulación: ambientes favorables, estimulación

• Secreción del producto

• Tolerancia del productor

• Organización genética

Funciones globales

• Productos de desecho: no existe sistema secretor. Control de la predación

• Productos detoxificantes

• Metabolitos “shunt”

• Productos de mantenimiento metabólico

Funciones individuales

Funciones intrínsecas

• Sustancias de reserva• Precursores de componentes

estructurales• Capturadores de minerales• Señales de diferenciación• Agentes morfogeneticos

Funciones individuales

Funciones extrínsecas

• Disuasión ecológica

• Agentes patogénicos

• Agentes de simbiosis

• Farmacológicos y otros

Biosíntesis

• Vías multipasos desde precursores hasta metabolitos específicos

• Enzimas especificas algunas con una amplia especificidad: familias

• Genes codificando para enzimas especificas envueltas en la biosíntesis de MS están localizadas en clusters en el cromosoma bacteriano o en plásmidos.

• En organismos eucariotes en diferentes cromosomas

• Existe ligamiento entre los genes de las vías biosinteticas y los de resistencia