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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
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Ingeniería Metabólica
-Ingeniería Genética -Bioquímica -Fisiología de Cultivos -Biología Microbiana -Análisis Matemático -Uso de algoritmos y programas computacionales
Confluencia de Disciplinas y Conocimientos
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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…
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Metabolismo Central
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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)
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Vías de Oxidación de la Glucosa
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Glicólisis y Vía de las Pentosas Fosfato
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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
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Aspectos que condicionan el crecimiento
Circunstancias Fisiológicas o del medio
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Aspectos que condicionan el metabolismo
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Aspectos que condicionan el metabolismo
Entrada en Fase Estacionaria
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Transporte
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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
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Transporte Activo en Microorganismos
Sistema Fosfo-transferasa (PTS) en Bacterias Entéricas
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Transporte Activo en Microorganismos
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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
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Ejemplo: Producción de PDO
M. Carolina Di Santo
De interés Industrial
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Deleted native genes
Reactions encoded by genes obtained from donor organisms
Early strain Late strain
Ejemplo: Producción de PDO
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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.
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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
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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