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BIOSINTESIS
Las bacterias sintetizan las sustancias químicas
a partir de los nutrientes. Estas sustancias son:
1.- Sustancias Nitrogenadas
1.a Proteínas
1.b Ácidos Nucleicos
2.- Carbohidratos
3.- Lípidos
1.a SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
a.- Síntesis del Esqueleto Carbonado
El acido glutámico es el aminoácido más
importante a partir del cual las bacterias
sintetizan otros aminoácidos. Se transforma
en otros aminoácidos por dos mecanismos:
1.a.1 Transaminación
1.a.2 Alteración de la estructura molecular
1.a.1 TRANSAMINACIÓN
El grupo amino del ac. glutámico, se
intercambia por un átomo de oxígeno de
diversos ácidos orgánicos convirtiéndolos en
aminoácidos.
Por ejemplo: síntesis de alanina a partir de
transaminación del ac. pirúbico
Ac. Glutámico (-NH2) + ac. Pirúbico (=O)
Ac. A-cetaglutámico (=O) + Alanina (-NH2)
1.a.2 Alteración de la Estructura
Molecular
Estos cambios requieren energía en forma de
ATP:
Ac. glutámico + ATP + NADH2
Semialdheido
del ac. Glutámico + ADP + P + NAD
H2O +
Pirrolina-5-ac. Carboxílico + NADPH2
Prolina + NAD
1.a.Síntesis de la Proteínas
La síntesis de proteínas o traducción del ARN es
el proceso anabólico mediante el cual se forman
las proteínas a partir de los aminoácidos. Es el
paso siguiente a la transcripción del ADN a ARN.
Como existen 20 aminoácidos diferentes y sólo
hay cuatro nucleótidos en el ARN (Adenina,
Uracilo, Citosina y Guanina), es evidente que la
relación no puede ser un aminoácido por cada
nucleótido, ni tampoco por cada dos nucleótidos,
ya que los cuatro tomados de dos en dos, sólo
dan dieciséis posibilidades.
La colinearidad debe establecerse como
mínimo entre cada aminoácido y tripletes de
nucleótidos. Como hay sesenta y cuatro
tripletes diferentes (combinación de cuatro
elementos o nucleótidos tomados de tres en
tres con repetición), es obvio que algunos
aminoácidos deben tener correspondencia
con varios tripletes diferentes. Los tripletes
que codifican aminoácidos se denominan
codones
El ADN procariota se organiza en
paquetes coherentes denominados
OPERONES, en los cuales se encuentran
los genes para funciones. La
transcripción se detiene colocando un
obstáculo entre el promotor y los genes
estructurales; ese obstáculo es el
operador (una secuencia corta de
ADN).
• Un operón consiste en:
• un operador: controla el acceso de la ARN
polimerasa al promotor
• un promotor: donde la ARN polimerasa
reconoce el sitio de inicio de la transcripción
• un gen regulador: controla el tiempo y
velocidad de transcripción de otros genes
• un gen estructural: codifican las enzimas
relacionadas o las proteínas estructurales
• El gen regulador codifica para una proteína
que se pega al operador, obstruyendo al
promotor (y por lo tanto a la transcripción),
del gen estructural. El regulador no tiene que
estar adyacente a los otros genes en el
operón. Cuando se remueve la proteína
represora, puede producirse la transcripción.
El operador y el promotor son sitios de unión
sobre el ADN y no se transcriben.
En la biosíntesis de proteínas se pueden
distinguir las siguientes etapas:
a) Activación de los aminoácidos.
b) Traducción:
Iniciación de la síntesis.
Elongación de la cadena polipeptídica.
Terminación de la síntesis.
c) Asociación de varias cadenas
polipeptídicas y a veces de grupos prostésicos
para constituir las proteínas.
La síntesis de proteínas o traducción tiene
lugar en los ribosomas del citoplasma celular.
Los aminoácidos son transportados por el
ARN de transferencia (ARNt), específico para
cada uno de ellos, y son llevados hasta el ARN
mensajero (ARNm), donde se aparean el
codón de éste y el anticodón del ARN de
transferencia, por complementariedad de
bases, y de ésta forma se sitúan en la posición
que les corresponde.
Una vez finalizada la síntesis de una proteína, el ARN
mensajero queda libre y puede ser leído de nuevo.
De hecho, es muy frecuente que antes de que
finalice una proteína ya está comenzando otra, con
lo cual, una misma molécula de ARN mensajero, está
siendo utilizada por varios ribosomas
simultáneamente.
Activación de los aminoácidos Los aminoácidos en
presencia de la enzima aminoacil-ARNt-sintetasa y
de ATP son capaces de unirse a un ARN de
transferencia específico y dan lugar a un aminoacilARNt, liberándose AMP, fosfato y quedando libre la
enzima, que vuelve a actuar.
INICIACIÓN DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
Es la primera etapa de la traducción o síntesis de
proteínas. El ARNm se une a la subunidad menor de los
ribosomas. A éstos se asocia el aminoacil-ARNt, gracias
a que el ARNt tiene en una de sus asas un triplete de
nucleótidos denominado anticodón, que se asocia al
primer triplete codón del ARNm según la
complementariedad de las bases. A este grupo de
moléculas se une la subunidad ribosómica mayor,
formándose el complejo ribosomal o complejo activo.
Todos estos procesos están catalizados por los
llamados factores de iniciación (FI). El primer triplete o
codón que se traduce es generalmente el aminoácido
metionina en eucariotas. En procariotas es la
fenilmetionina
LOS RIBOSOMAS ESTÁN COMPUESTOS POR DOS
SUBUNIDADES
Los mecanismos para alinear a los aminoacil ARNtAA
de acuerdo con el orden de los codones del ARNm son
algo complicados. Requieren de los ribosomas cuya
primera tarea es localizar al codón AUG de iniciación y
acomodarlo correctamente para que el encuadre de
ese triplete y el de los siguientes sea el adecuado.
Luego el ribosoma se desliza hacia el extremo 3´del
ARNm y traduce a los sucesivos tripletes en
aminoácidos. Estos son traídos – de a uno por vez – por
los respectivos ARNt. Las reacciones que ligan a los
aminoácidos entre sí - es decir , las uniones peptídicas se producen dentro del ribosoma . Finalmente, cuando
el ribosoma arriba al codón de terminación – en el
extremo 3´del ARNm – cesa la síntesis proteica y se
libera la proteína.
Cada ribosoma está compuesto por dos subunidades una mayor y otra menor – identificadas con las siglas
40S y 60S respectivamente (los números hacen
referencia a los coeficientes de sedimentación de las
subunidades, es decir a las velocidades con que
sedimentan cuando son ultracentrifugadas, la 60S
migra más rápido al fondo del tubo).
Por otro lado en la subunidad mayor las proteínas
ribosómicas formarían un túnel por el que saldría la
cadena polipeptídica a medida que se sintetiza
ELONGACIÓN DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA
El complejo ribosomal posee dos sitios de unión o
centros. El centro peptidil o centro P, donde se sitúa
el primero aminoacil-ARNt y el centro aceptor de
nuevos aminoacil-ARNt o centro A. El radical
carboxilo (-COOH) del aminoácido iniciado se une
con el radical amino (NH2) del aminoácido
siguiente mediante enlace peptídico. Esta unión es
catalizada por la enzima peptidil-transferasa. El
centro P queda pues ocupado por un ARNt sin
aminoácido. El ARNt sin aminoácido sale del
ribosoma. Se produce la translocación ribosomal.
El dipeptil-ARNt queda ahora en el centro P.
Todo ello es catalizado por los factores de
elongación (FE) y precisa GTP. Según la
terminación del tercer codón, aparece el
tercer aminoacil-ARNt y ocupa el centro A.
Luego se forma el tripéptido en A y
posteriormente el ribosoma realiza su
segunda translocación. Estos pasos se pueden
repetir múltiples veces, hasta cientos de
veces, según el número de aminoácidos que
contenga el polipéptido.
TERMINACIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA CADENA
POLIPEPTÍDICA
El final de la síntesis se presenta por los llamados tripletes
sin sentido, también denominados codones stop. Son tres:
UAA, UAG y UGA. No existe ningún ARNt cuyo anticodón
sea complementario de ellos y, por lo tanto, la biosíntesis
del polipéptido se interrumpe. Indican que la cadena
polipeptídica ya ha terminado. Este proceso viene regulado
por los factores de liberación, de naturaleza proteica, que
se sitúan en el sitio A y hacen que la peptidil-transferasa
separe, por hidrólisis, la cadena polipeptídica del ARNt. Un
ARNm, si es lo suficientemente largo, puede ser leído o
traducido, por varios ribosomas a la vez, uno detrás de
otro. Al microscopio electrónico, se observa como un
rosario de ribosomas, que se denomina polirribosoma o
polisoma.
1.b Ácidos Nucleicos
Los aminoácidos son utilizados también para sintetizar
nucleótidos Existen dos tipos de nucleótidos según el azúcar
que contengan:
Ribonucleótidos ribosa síntesis RNA
Desoxirribonucleótido desoxirribosa sintesis ADN
Estos nucleótidos se clasifican en dos grupos según la base
nitrogenada que contengan:
Purina: adenina o guanina
Pirimidina : citosina, timina o uracilo
En la biosintesis de las purinas se requiere los aminoacidos
glicina, aspartico y glutamina mas energía en forma de
ATP y GTP
En la biosíntesis de las pirimidinas se
requieren los aminoácidos glutamina, CO2 y
acido acido aspartico, mas energía en forma
de ATP.
En ambos casos la Ribosa se obtiene a partir
de glucosa.
Una ves sintetizados los nucleótidos se activan
mediante dos moléculas de ATP
2. Peptidoglicano
Los microorganismos sintetizan carbohidratos a
partir de monosacáridos como la glucosa. Estos
son activados para poder ser ensamblados en los
polisacáridos correspondientes.
Glucosa + ATP + UTP
UDP-Glucosa + ADP +
Pirofosfato
Ejemplo de la síntesis de polisacáridos es la
biosíntesis del peptidoglucano
• UDP-Glucosa + ATP + UTP + NH2
N-Acetil
glucosaamida-UDP(NAG-UDP) + Pirofosfato
• NAG-UDP + ATP + UTP
N-acetilmuramico
trnaaminación
t
fosfoenolpirubato
-UDP (NAM-UDP)
ATP
• NAM-UDP + 5 aminoácidos
Cadena
pentapeptidica-UDP
• UDP-NAM-pentapeptidico +
Lipidotransportador de cadena + UDP
LTC-NAM-pentapeptidico + NAG-UDP
se adicionan al peptidoglucano(unión cadena)
3. Lípidos
Los lípidos se sintetizan a partir de la glucosa
que atreves de la glucolisis produce acetil-CoA
el cual se carboxila para formar malonil-CoA
• Acetil-CoA + CO2 + ATP
Malonil-CoA + ADP
+P
• Acetil-CoA + MalonilCoA
Butiril-Enzima +
CO2
+ Malonil-proteina
2 Ácidos
grasos de cadena larga + Glicerol fosfato
acido fosfatidico (fosfolipido sencillo)
Enzima (AEP)
BIOSÍNTESIS DE AMINO ÁCIDOS SULFURADOS
SO4= + NADPH + 2 ATP
SH2 + H2O + Serina
SO3= + NADPH
ADP + NADP +
Cisteina
SH2 + H2O
NADP+
El Azufre se incorpora a los distintos compuestos como SO4= y
SO3=
INCORPORACIÓN DE FOSFORO A LA CELULA
El fosforo se encuentra en la naturaleza
principalmente como fosfatos orgánicos e
inorgánicos y es utilizado por los microorganismos
para la síntesis de Nucleótidos, Ácidos Nucleícos,
ADP y Fofolípidos .
Las fosfatasas hidrolizan los enlaces esteres de los
fosfatos orgánicos , son acidas o alcaninas y están
situadas en el espacio periplasmático .
Los fosfatos inorgánicos son incorporados como
orgánicos por medio de la reacción del
gliceraldhidofosfato y liberados como ATP.
Incorporación de Fe, K, Mg, Ca y Na
Son incorporados como sales inorgánicas. El K, es
necesario en diversas enzimas. El Mg interviene en
la estabilización de los ribosomas, membranas
celulares , ácidos nucleícos y para la actividad de
numerosas enzimas. El Ca es importante en la
formación de esporas bacterianas y en la estabilidad
de la pared celular. El Na es requerido en bacteria
marinas. El Fe se incorpora como sales de Fe+++ y Fe++
o atreves de compuestos denominados ferronoforos
que lo incorporan solubilizan y fijan. Son necesarios
para la formación de citocromos y en los procesos
anaeróbicos que actúan como aceptores de
electrones.
Ciclo Nitrógeno Inorgánicos
N Orgánico
N Orgánico
NO2NO3
N2
-
Desnitrificación
Incorporación de
Nitrógeno
NO2
NO2-
Nitrificación
Descomposición
del N
NH3
Glutamida
Aminoacido