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Fermentación

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  1. Procesos generadores de energia.
  2. Fosforilacion oxidativa
  3. Resumen
  4. Conclusiones.
  5. Bibliografía

 

  1. INTRODUCCIÓN

Los organismos toman de su ambiente circundante los materiales que son punto de partida para las reacciones anabólicas y los convierten en constituyentes celulares, y estas sustancias del ambiente utilizadas por los organismos para el catabolismo y el anabolismo se denominan nutrientes. Los nutrientes pueden dividirse en dos clases: 1) nutrientes necesarios, sin los cuales una célula no puede crecer, y 2) nutrientes útiles puro no indispensables, que se utilizan cuando están presentes pero que no son esenciales. Algunos nutrientes son los bloques de construcción con los cuales la célula construye macromoléculas y otras estructuras, mientras que otros nutrientes sirven solamente como fuentes de energía sin que sean integrados directamente en el material celular; algunas veces un nutriente puede desempeñar los dos papeles. A veces las sustancias requeridas se dividen en dos grupos, macronutrientes y micronutrientes, según si se requieren en grandes o en pequeñas cantidades. Es fácil detectar cuándo se requiere un macronutriente por el solo hecho de que se requiere de él una gran cantidad. Pero los micronutrientes son requeridos en cantidades tan pequeñas que es imposible medir con exactitud la cantidad requerida; ciertamente, no se puede ni siquiera sospechar que un micro-nutriente particular está presente en un medio en el que el organismo está en crecimiento.

La versatilidad nutricional de los microorganismos es impresionante. Algunos microbios son capaces de utilizar una amplia variedad de materiales naturales e incluso pueden utilizar materiales hechos por el hombre. En cambio, hay microorganismos tan restringidos en sus capacidades de biosíntesis que deben ser aprovisionados con muchos constituyentes celulares preformados. En el resto de este capítulo estudiaremos algunas de las vías clave por las que los microorganismos toman nutrientes y los convierten en constituyentes celulares. También se aclararán los contrastes entre las reacciones enzimáticas implicadas en el catabolismo y las implicadas en el anabolismo. Puesto que los hidratos de carbono, los ácidos grasos, los aminoácidos y los nucleótidos son los constituyentes celulares dominantes, nuestro estudio se centrará sobre estas sustancias.

1.2. PROCESOS GENERADORES DE ENERGIA.

La respiración aeróbica implica reacciones que suministran energía y que dependen del oxigeno. Si el substrato es un azúcar simple y se le extrae el máximo de energía, obtenemos el proceso representado en la siguiente reacción:

C6H12O6 + 6 02 6 CO2 + 6 H2O

y, además, probablemente se formen cerca de 38 moléculas de ATP. Todos los átomos de hidrógeno son removidos y reaccionando con el oxigeno forman agua, que es otro producto microbiano. Los átomos de carbono son separados uno del otro y adheridos al oxigeno con el fin de producir dióxido de carbono que es otro producto microbiano.

Este es el ejemplo clásico de la respiración aeróbica, dado que se verifica en animales y en una variedad de microorganismos y plantas. En vista de que el oxigeno desempeña

Tabla 1.2-1

RESPIRACIÓN AERÓBICA COMPARADA CON LA COMBUSTIÓN

Oxidación completa de un carbohidrato

Fuera de la célula — COMBUSTIÓN Dentro de la célula — RESPIRACIÓN

AEROBICA

Proceso llamado respiración aeróbica.

un papel prominente debido a que reacciona con los átomos de hidrógeno y de carbono se reconoce a esta reacción como oxidación. La misma reacción general se verifica si el azúcar se quemara en presencia del aire. Al quemarse, la energía de activación es provista por el calor de la flama y la reacción sigue su curso rápidamente con la evolución de luz y calor.

Dentro de la célula, el proceso se lleva a cabo a través de pequeñas secuencias, cada una catalizada por una enzima y con la producción de ATP( adenosina – trifosfato), en ciertas etapas. De esta manera, la energía química disponible se convierte en luz y calor por medio de una combustión que se utiliza en la formación de ATP en la oxidación celular. Las células no son completamente eficientes en el uso de la energía y producen algo de calor más el ATP correspondiente. En la Tabla 1.2-1 se presenta una comparación de los dos tipos de oxidación.

Las bacterias son muy versátiles en cuanto a la gran variedad de compuestos orgánicos que utilizan en la respiración aeróbica. A pesar de que el término respiración siempre se aplicó a la respiración animal y al intercambio de oxigeno y dióxido de carbono, ahora tiene un significado más amplio. La respiración aeróbica incluye todas las reacciones que proveen energía a la célula, siempre y cuando el oxigeno sirva como aceptor del hidrógeno, como en el ejemplo previo. Se dice que el oxigeno es el aceptor terminal del hidrógeno, o bien,-de los electrones que acompañan a los átomos de hidrógeno. La definición más precisa de respiración aeróbica es: la serie de reacciones que suministran energía, en las cuales el oxigeno es el aceptor final de electrones. La respiración aeróbica realizada por las células microbianas o por preparaciones de tejidos puede medirse al registrar el grado de consumo de oxigeno.

La respiración aneróbica es el término que se emplea para describir las reacciones que suministran energía, en las cuales el sulfato o el nitrato actúan como aceptores finales de los electrones. Dado que el sulfato y el nitrato reemplazan al oxígeno, estas reacciones se verifican en condiciones anaeróbicas. Cuando se usa el sulfato, el producto microbiano es H2S, que es el análogo correspondiente al H2O formado en la respiración aeróbica. Los diferentes tipos de respiraciones anaeróbicas tienen gran importancia en la geoquímica .

La fermentación describe las reacciones que proveen de energía y mediante las cuales algunos compuestos orgánicos actúan como aceptores finales de electrones. Esto materiales orgánicos son derivados del substrato que fue oxidado previamente. En la Fig. 1.2-1, se forma ácido láctico al actuar el ácido pirúvico como aceptor de electrones (o de hidrógeno) y el alcohol etílico es el producto que se obtiene cuando el acetaldehído es el aceptor final de los electrones.

Glucosa 6 átomos de carbono Sin fosfato

2 ATP consumidos

 

Fructuosa-1-6-Difosfato 6 átomos de carbono 2 grupos fosfato

4 ATP producidos

( Ganancia neta de 2 ATP)

 

2 Moleculas de ácido 2 moléculas de 3 átomos

Piruvico de carbono + 2 H

 

2 Moléculas de ácido láctico 2 CO2 + 2 CH3-CH2OH

CH3-CHOH-COOH se forma alcohol etílico formado por

En el músculo y las bacterias las levaduras

del ácido láctico

fig 1.2-1

Fue el primer ejemplo de vida anaeróbica que fue identificado principalmente a través de los magistrales experimentos de Pasteur. Las fermentaciones se designan de acuerdo con sus productos, por ejemplo, la fermentación butanolacetónica o la fermentación del ácido láctico. Muchas fermentaciones producen algo de dióxido de carbono, además de que el substrato inicial nunca es degradado por completo, y por esta razón se produce menor número de moléculas de ATP que en las respiraciones aeróbicas.

1.2.1. Fermentación.

En ausencia de un aceptor externo de electrones, muchos organismos pueden oxidar algunos compuestos orgánicos con liberación de energía, proceso denominado fermentación. Bajo esas condiciones sólo se produce la oxidación parcial del compuesto orgánico, y únicamente es liberada una pequeña parte de la energía, permaneciendo el resto en los productos resultantes. Esas oxidaciones parciales implican la misma sustancia como dador y aceptor de electrones a la vez.

Algunos átomos del compuesto inicial son oxidados y otros reducidos. A modo de ejemplo, las levaduras oxidan la glucosa en ausencia de aire del modo siguiente:

C6H1206 ——» 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + 57 kcal

Glucosa Etanol Dióxido Energía

(nivel de oxidación (producto de carbono intermedio) reducido) (producto oxidado)

Nótese que algunos de los átomos de carbono acaban en el C02, una forma más oxidada que la glucosa, mientras que otros átomos de carbono acaban en el alcohol, que está más reducido (esto es, tiene más hidrógenos y electrones por átomo de carbono) que la glucosa. La energía generada en esta fermentación (57 kcal) no es liberada toda en forma de calor; parle de ella se conserva en forma de enlaces fosfato ricos en energía en el ATP, con una producción neta de dos enlaces.

glucólisis.- La degradación escalonada de la glucosa se denomina glucólisis y puede ser dividida en dos partes principales. La primera parte es una serie de reacciones preparatorias que no implican oxidorreducción y que conducen a la producción del intermediario clave, el gliceraldehído-3-fosfato. En la segunda parte tienen lugar reacciones de oxidación-reducción, se produce energía originada en el enlace fosfato rico en energía en forma de ATP, y son liberados los productos de fermentación, el etanol y el C02.

Esta vía bioquímica se denomina a veces vía de Embden-Meyerhof, del nombre de dos de sus descubridores.

Inicialmente, la glucosa es fosforilada por el ATP, produciendo glucosa-6-fosfato. A menudo, previamente a la oxidación tienen lugar reacciones de fosforilación de este tipo. Cuando el ATP se convierte en ADP, se disipa energía porque el enlace orgánico del fosfato en la glucosa-6-fosfato se encuentra a un nivel energético inferior al que estaba el enlace fosfato del ATP. (La energía utilizada en este paso será recuperada posteriormente en la secuencia de la reacción.) La fosforilación inicial de la glucosa activa la molécula para posteriores reacciones. Una isomerización y otra fosforilación conducen a la producción de la fructosa-1,6-difosfato, que es un producto intermediario clave en el proceso de degradación. El enzima aldolasa cataliza ahora la escisión de la fructosa- 1,6-difosfato en dos moléculas tricarbonadas, el gliceraldehído-3-fosfato y el fosfato de dihidroxiacetona. Nótese que todavía no ha habido ninguna oxidación, puesto que todas las reacciones se han realizado sin ninguna transferencia electrónica, aunque se han utilizado dos enlaces fosfato ricos en energía procedentes del ATP.

La primera reacción de oxidación se produce en la conversión del gliceraldehído-3-fosfato en ácido 1,3-difosfoglicérico. En esta reacción, el coenzima NAD acepta dos electrones y queda convertido en NADH¡, mientras el fosfato inorgánico se convierte en una forma orgánica. Al contrario que el enlace fosfato orgánico de los fosfatos de hexosa, el nuevo enlace fosfato del ácido difosfoglicérico representa la síntesis de un nuevo enlace fosfato rico en energía. La energía que de otra manera se habría liberado como calor en esta oxidación es así conservada. Las reacciones posteriores mostradas conducen últimamente a la síntesis de ácido pirático y a la transferencia de la energía de los enlaces fosfato ricos en energía al ADP, formando ATP. Inicialmente se utilizan dos moléculas de ATP para fosforilar el azúcar, sintetizándose después cuatro moléculas (dos por cada fragmento tricarbonado), de tal modo que la ganancia neta es de dos moléculas de ATP por molécula oxidada de glucosa. El contenido energético de un enlace rico en energía del ATP es de unas 7 kcal por mol, y durante la fermentación alcohólica de la glucosa se liberan 57 kcal por mol de energía. Por tanto, aproximadamente el 25 % de la energía liberada de la glucosa queda retenido en los enlaces ricos en energía del ATP, perdiéndose el resto en forma de calor.

En las anteriores reacciones el NAD ha sido reducido a NADH2. La célula tiene sólo una reserva limitada de NAD, y si todo se convirtiese en NADH2, la oxidación de la glucosa debería detenerse. Este obstáculo es superado por la oxidación del NADH2 de nuevo a NAD por medio de reacciones que comprenden la conversión del ácido pirúvico en etanol y C02.

El primer paso es la descarboxilación del ácido pirúvico a acetaldehído y C02; entonces hay una transferencia de electrones del NADH2 al acetaldehído, transferencia que conduce a la formación de etanol y NAD. El NADH2 que había sido producido anteriormente es de este modo oxidado otra vez a NAD.

En cualquier proceso productor de energía la oxidación debe equilibrar la reducción, y debe existir un aceptor para cada electrón retirado. En el ejemplo anterior, la reducción de NAD en un paso enzimático está acoplada con su oxidación en otro. Los productos finales, CO2 y etanol, también están en equilibrio de oxidorreducción .

El resultado último de esta serie de reacciones es la síntesis neta de dos enlaces fosfato ricos en energía, dos moléculas de etanol y dos moléculas de C02. Para la célula de levadura el producto crucial es el ATP, que es utilizado en una amplia variedad de reacciones que requieren energía, y el etanol y el C02 son meros productos de desecho. Sin embargo, estas sustancias difícilmente pueden ser consideradas productos de desecho por el hombre. Para el destilador y el cervecero la fermentación anaeróbica de la glucosa por las levaduras es e1 medio de producir etanol, el producto fundamental de las bebidas alcohólicas; y para el panadero el producto deseado es precisamente el CO2, que resulta esencial para que suba la masa del pan.

Utilizando trazadores radiactivos puede demostrarse si la vía de Embden-Meyerhof tiene lugar o no en un organismo, si el carbono en posición 6 de la glucosa se marca con carbono 14, radiactivo, la radiactividad acabará en el etanol, mientras que si se marca el carbono en posición 3 la radiactividad acabará en el C02. Otros mecanismos de degradación de la glucosa no dan este mismo patrón de marcado radiactivo.

Las reacciones que van desde la glucosa hasta el ácido pirúvico, descritas anteriormente, se producen en una gran variedad de microorganismos, pero el ácido pirúvico resultante puede ser utilizado posteriormente de diversas maneras. Muchas bacterias, igual que animales superiores, llevan a cabo la reacción:

ácido pirúvico + NADH2 ácido láctico + NAD

siendo por tanto el producto final ácido láctico en vez de alcohol y CO2. Otras bacterias forman ácido acético, succínico, u otros ácidos orgánicos, alcoholes como el .butanol, y cetonas como la acetona.

Tabla 1.2.1-1

Tipos de fermentaciones de varios microorganismos

Tipo de fermentación

Productos

Organismos

Alcohólica

Etanol + CO2

Levadura (Saccharomyces)

Acido láctico

Acido láctico

Bacterias del ácido láctico (Streptococcus, lactobacillus, etc)

Acido mixto

Acido láctico, ácido acético, etanol, CO2, H2

Bacterias entéricas (Escherichia, Salmonella)

Butanediol

Butanediol, ácido láctico, ácido acético, etanol, CO2, H2

Bacterias entéricas (Aerobacter, Serratia)

Acido buritico

Acido burítico, ácido acético, CO2, H2

Algunos clostridios (Clostridium butyricum)

Acetona – butanol

Acetona, butanol, etanol

Algunos clostridios (Clostridium acetobutylicum)

Acido propiónico

Acido propiónico

Propionibacterium

 

1.2.2. LA VIA DE LA PENTOSA FOSFATO.

La interconversión de la pentosa y la hexosa sin oxidación-reducción tiene lugar por la vía de la pentosa-fosfato . Esta vía permite la síntesis de la hexosa por bacterias que crecen sobre la pentosa, y también permite la síntesis de otros dos azúcares, la seudoheptulosa-7-fosfato y la eritrosa-4-fosfato. Esta última es una precursora en la biosíntesis de los aminoácidos aromáticos.

La vía de la pentosa-fosfato se inicia con la xilulosa-5-fosfato, que se forma a partir de la ribulosa-5-fosfato. Un fragmento de dos carbonos que contiene un grupo ceto es separado de la xilulosa-5-fosfato por el enzima transcetolasa y transferido al extremo de la ribosa-5-fosfato, generando así el azúcar de siete carbonos sedoheptulosa-7-fosfato y dejando el compuesto de tres carbonos gliceraldehído-3-fosfato. Un fragmento de tres carbonos es luego transferido al gliceraldehído-3-fosfato, de tres carbonos, por el enzima transaldolasa para formar fructosa-6-fosfato y eritrosa-4-fosfato.

La transcetolasa catalizará también la interconversión de la xilulosa-5-fosfato y la eritrosa-4-fosfato para formar fructosa-6-fosfato y gliceraldehído-3-fosfato. Todas estas reacciones son reversibles y los dos enzimas transaldolasa y transcetolasa catalizan así la interconversión de azúcares de tres, cuatro, cinco y seis carbonos. El gliceraldehído-3-fosfato y la fructosa-6-fosfato pueden ser metabolizados por la vía glucolítica , de manera que la vía de la pentosa-fosfato permite que las pentosas sean utilizadas como fuente de energía por organismos que carecen del enzima fosfocetolasa.

Algunos de estos mismos enzimas e intermediarios intervienen en la fijación del CO2 en el ciclo fotosintético del carbono.

1.2.3. CICLO DE KREBS.

Ahora que hemos descrito las características del sistema de transporte de electrones, podemos considerar su función en la oxidación del ácido pirúvico, el intermediario clave en la oxidación de la glucosa. El ácido pirúvico conserva la mayor parte de la energía presente en la glucosa y la mayoría de los organismos aerobios son-capaces de oxidar completamente ese compuesto a C02 a través de una serie de pasos denominados ciclo del ácido tricarboxílico. El NADH2 formado en el ciclo del ácido tricarboxílico es oxidado de nuevo por medio de un sistema de transporte de electrones, con producción concomitante de ATP por medio de la fosforilación oxidativa.

El ácido pirúvico es primero descarboxilado, determinando la producción de una molécula de NADH2 y de un radical acetilo acoplado con el coenzima A (CoA). El acetilcoenzima A (abreviado. acetil-CoA) constituye una forma activada del acetato, siendo el enlace del acetil-CoA rico en energía. Además de resultar un intermediario fundamental del ciclo del ácido tricarboxílico, el acetil-CoA también desempeña muchas otras funciones importantes en la biosíntesis. El grupo acetilo del acetil-CoA se combina con el compuesto tetracarbonado ácido oxalacético, conduciendo a la formación de ácido cítrico, un ácido orgánico de seis carbonos, utilizándose la energía del enlace rico en energía del acetil-CoA para llevar a cabo esta síntesis. Después siguen reacciones de deshidratación, descarboxilación y oxidación, y son liberadas dos moléculas de C02. Por último, es regenerado el ácido oxalacético, y puede servir de nuevo como un aceptor de acétilo, completándose así el ciclo.

1.3. FOSFORILACION OXIDATIVA.

Gran parte de la energía liberada por la transferencia de electrones del NADH2 al 02 es conservada por medio de 1a síntesis de ATP dentro de la partícula transportadora de electrones por un proceso denominado fosforilación oxidativa. Esta síntesis de ATP debería contrastarse con la fosforilación a nivel de sustrato. En la fosforilación oxidativa, la síntesis de ATP está acoplada con el transporte de electrones y de oxígeno. El mecanismo por el cual los enlaces fosfato ricos en energía son sintetizados dentro de la partícula transportadora de electrones no se conoce todavía con detalle pero es completamente diferente de la fosforilación a nivel de sustrato.

La velocidad de fosforilación oxidativa es estudiada experimentalmente midiendo la velocidad de consumo de oxígeno y la velocidad de conversión del fosfato en ATP. Se calcula entonces un cociente —consumo de fosfato/ consumo de oxígeno—, el llamado cociente P/ 0. Con NADH2 como dador de electrones, este cociente es aproximadamente 3; esto es, se sintetizan tres moléculas de ATP por cada átomo de oxígeno consumido y cada molécula de NADH2 oxidada. Con otros dadores de electrones distintos del NADH2, el cociente P/ 0 puede ser diferente. Así, la oxidación de succinato, que implica la donación directa de electrones del succinato a la flavoproteína sin la mediación del NAD, determina un cociente P/ 0 de 2.

El aspecto más importante de la fosforilación oxidativa es que aporta al organismo un medio de derivar energía de la oxidación de NADH2. La fosforilación oxidativa, por supuesto, depende de la presencia en el ambiente de oxígeno gaseoso o de otro aceptor de electrones adecuado. Los organismos aerobios pueden hacer por tanto mucho más ATP que los fermentadores con la misma cantidad de fuente de energía, y por ello pueden sintetizar mucho más material celular. Además, muchos compuestos orgánicos no pueden ser utilizados fermentativamente a causa de que no pueden entrar en reacciones en las cuales se consiga producir fosforilación a nivel de sustrato, y por ello no pueden participar en este tipo de síntesis de ATP. Por otra parte, muchos de esos compuestos pueden utilizarse aerobiamente como fuentes de energía puesto que pueden reducir NAD a NADH2 y hacer posible la síntesis de ATP a través de la fosforilación oxidativa.

Varias sustancias químicas inhiben el transporte de electrones. El monóxido de carbono (CO) se combina directamente con el citocromo terminal e impide la unión del oxigeno; los cianuros (CN-) y las azidas (N3-) se unen estrechamente al hierro del anillo porfirínico de los citocromos e impiden su función oxidorreductora; el antibiótico antimicina A inhibe el transporte de electrones entre los citocromos b y c. Ciertas sustancias químicas tales como el dinitrofenol actúan como agentes desacopladores e inhiben la fosforilación oxidativa sin inhibir el transporte de electrones. En presencia de dinitrofenol, la oxidación del NAU11 y el consumo de oxígeno ocurren normalmente, pero no hay síntesis de ATP, siendo la consecuencia una pérdida de energía.

Otro inhibidor de la formación de ATP, el arseniato, actúa de diferente manera. El arsénico está relacionado con el fósforo en la tabla periódica, y el arseniato (As043-) es parecido en estructura al fosfato (P043-). Sin embargo, el enlace de alta energía formado cuando se usa arseniato en lugar de fosfato es inestable y se desintegra espontáneamente, resultando de ello una pérdida de energía. Así, el arseniato actúa como un desacoplador de la fosforilación oxidativa, puesto que tiene lugar la oxidación de sustrato y la transferencia de electrones a O2, pero no hay una síntesis neta de ATP. El arseniato inhibe también la fosforilación a nivel de sustrato puesto que el enlace de arseniato rico en energía que se forma sobre el sustrato es también inestable y se rompe.

Estos agentes son útiles en ocasiones para estudiar el mecanismo de la fosforilación oxidativa. En microbiología tienen la máxima utilidad como inhibidores selectivos de organismos aerobios, puesto que los anaerobios, al no usar el sistema de los citocromos, no son afectados. La azida sódica se añade a menudo a los medios de cultivo para aislar selectivamente las bacterias del ácido láctico, puesto que esas bacterias carecen de sistema citocromo y son capaces de crecer en presencia de la azida sódica, mientras que la mayoría de las demás bacterias no pueden hacerlo.

1.3.1. VÍAS ANAPLERÓTICAS.

Una consecuencia importante de la síntesis de neurotransmisores, especialmente aminoácidos dicarboxílicos, es la necesidad de proveer intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos, para sustituir aquellos que han resultado disminuidos. El mantenimiento de los niveles de los intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos en el cerebro se debe, en gran medida, a las elevadas proporciones de fijación de CO2. Estas reacciones son conocidas como reacciones anapleróticas, de hecho, siete vías anapleróticas han sido descritas en cerebro (Patel, 1989; Siesjo, 1978). De ellas la piruvato carboxilasa , la acetil-CoA carboxilasa , la propionil-CoA carboxilasa y la 3-metilcrotonil-CoA carboxilasa son biotino-dependientes. La fosfoenolpiruvato carboxiquinasa , la malato deshidrogenasa-NADP (enzima málica) , la NADP-isocitrato deshidrogenasa , no son biotino-dependientes y catalizan procesos reversibles que, al menos en en teoría, pueden conducir a la fijación de CO2 (Attwood, 1984; Patel, 1989).
    La acetil-CoA carboxilasa se encuentra en el citosol y cataliza la carboxilación de acetil-CoA a malonil-CoA y esta considerada como el paso limitante en la biosíntesis de ácidos grados de cadena larga. La actividad de la acetil-CoA carboxilasa es mayor en cerebro de rata durante los últimos días de gestación y los 10-15 días de vida postnatal, declinando lentamente en las siguientes dos semanas, llegando a alcanzar entre un 30-50% del valor observado en el neonato (Patel, 1989).
    La propionil-CoA carboxilasa ha sido localizada exclusivamente en mitocondrias.  Las deficiencias de biotina causan una marcada reducción de la actividad de esta enzima en cerebro comparado con otros tejidos de rata. Esta enzima está implicada en el metabolismo del propionato y los aminoácidos ramificados.
    La piruvato carboxilasa, se encuentra principalmente en mitocondrias de astrocitos y cataliza la formación de oxalacetato a partir de piruvato (Patel, 1973; Patel, 1989). La actividad de la enzima en cerebro de neonato de rata es muy baja, incrementandose 15 veces en el primer mes de vida postnatal (Carey, 1982; Patel, 1989). Posiblemente, esta enzima es la principal responsable de la fijación del CO2 en el cerebro (Patel, 1974), puesto que la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa tiene una función descarboxilante y la enzima málica carece de suficiente actividad para fijar la cantidad observada de CO2. Parece que la incorporación de CO2 a través de la piruvato carboxilasa depende de la disponibilidad de piruvato. Se ha discutido que la fijación de CO2 en cultivos primarios de neuronas es muy baja y no se afecta por el incremento extracelular de potasio, como si ocurre en cultivos de astrocitos ó fibroblastos (Kaufman y Driscoll, 1992). Por lo tanto se ha concluye que, en cerebro, la piruvato carboxilasa es una enzima exclusivamente astrocítica (Yu, 1983). La actividad anaplerótica de la piruvato carboxilasa provee a-cetoglutarato y glutamina que sirven como precursores para el restablecimiento de la reserva de neurotransmisores en los terminales presinapticos (Shank, 1984).
    La malato deshidrogenasa-NADP (enzíma málica) se han encontrado en citosol y en mitocondrias de astrocitos y oligodendrocitos (Young, 1991a) y favorece la lipogénesis durante el desarrollo (Patel, 1989). En cultivos primarios de astrocitos ha sido localizada la enzima málica en el citosol y en la mitocondria, mientras no se ha detectado la presencia de la misma en el citosol de las neuronas (McKenna y col., 1990; Kurz, 1993). En cerebro de neonato de rata, la actividad citosólica y mitocondrial de esta enzima es muy baja alcanzando durante el destete los niveles del adulto (Patel, 1989).
    La isocitrato deshidrogenasa-NADP se encuentra en citosol y mitocondria de neuronas y favorece, posiblemente, la lipogénesis. Esta enzima existe en tejidos de mamíferos como dos isoenzimas, una que se encuentra en el citosol y la otra en la mitocondria. En cerebro de rata, la actividad específica de la forma mitocondrial es tres veces superior que la forma citosólica. Durante el período postnatal, la actividad de la forma citosólica decrece, mientras la forma mitocondrial se mantiene. La participación de la forma citosólica de la isocitrato deshidrogenasa-NADP en una lanzadera con el a-cetoglutarato a sido demostrada, aunque su contribución en proveer grupos acetilo para la síntesis de ácidos grasos en el cerebro es relativamente pequeña (Patel, 1989).
 Las enzimas catalizadoras de las cuatro principales reacciones anapleróticas, esto es la piruvato carboxilasa, la enzima málica, la isocitrato deshidrogenasa-NADP y la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa, podrían causar la oxidación completa de los intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos, en el caso de que existiera una escasa producción de piruvato, o como mecanismo para la oxidación de aminoácidos. En cultivos primarios de astrocitos de cerebelo de ratón se ha detectado por inmunofluorecencia la presencia de piruvato carboxilasa. Asimismo, se ha establecido la existencia de un posible mecanismo de liberación de uno o más intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos por astrocitos, seguido por la captación de estos por las neuronas. Todos estos hechos apuntan hacia la existencia de una compartimentación intercelular. La presencia de transportadores de a-cetoglutarato y malato en los sinaptosomas soportan esta idea (Young, 1991a). Así, la piruvato carboxilasa podría mediar con su función anaplerótica a mantener las reservas entre astrocitos y neuronas (Shank y col., 1985).
    Durante la acumulación de amonio en cerebro, circunstancia en que la formación de glutamina está muy acelerada, los intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos se disminuirían drásticamente, en el curso de dos a tres minutos, sino fuera por la síntesis anaplerótica. De hecho, los volúmenes de los depósitos de estos intermediarios difícilmente cambian en estas condiciones. En la práctica parece que la piruvato carboxilasa es responsable de la mayor parte de la fijación de CO2 en el cerebro (Yu, 1983), dado que aproximadamente un 7-10% de todo el piruvato utilizado sirve para sustituir los intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos durante el normal funcionamiento de este ciclo. La enzima málica y la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa contribuyen de forma poco significativa, ya que sus estados de equilibrio favorecen mucho más la descarboxilación que la carboxilación. Además, las reacciones de transaminación pueden generar intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos en condiciones cinéticas favorables y, por tanto, servir como función anaplerótica.

RESUMEN

Para el desarrollo de los organismo es necesario la existencia del metabolismo que se puede presentar como catabolismo o anabolismo según la reacción que se dé ( degradación o de síntesis), este metabolismo depende de la disponibilidad de los nutrientes que se encuentra en el medio o de aquellos que son sintetizados por la célula.

El crecimiento de los microorganismo puede ir acompañado de generación de energía como sucede en la fermentación aeróbica, y puede verificarse con el grado de consumo de oxígeno. Para sintetizar un material celular es necesario la presencia del ATP ( adenosina trifosfato), el cuál provee de energía para la biosíntesis, mediante la eliminación enzimática de un fosfato del ATP generando una serie de reacciones para la formación de carbohidratos, proteínas y murinas. La síntesis del ATP es importante porque ayuda a controlar la energía liberada por la transferencia de electrones del NADH2 al O2 en el ciclo de Krebs, mediante la fosforilación oxidativa

CONCLUSIONES.

1. Las vías catabólicas se caracterizan por ser degradativas y convergentes, se presenta con liberación de energía y son espontáneas.

2. Las vía anabólicas se caracterizan por ser biosentetisantes y divergentes, y necesitan de energía para su metabolismo.

3. La nutrición y el metabolismo están relacionados entre sí ya que el requerimiento nutritivo de una bacteria depende del tipo de reacciones (metabolismo) que esa especie en particular realiza.

4. La vía de la pentosa fosfato permite obtener la hexosa y otros dos azúcares como la seudoheptulosa-7-fosfato y la eritosa-4-fosfato, mediante las bacterias que se desarrollan en la pentosa.

BIBLIOGRAFÍA

  • Introducción a la microbiología, Walter W. y McBee R., Compania Editorial Continental S.A., Primera edición, México D.F., México, 1980. pp. 121, 126-134
  • Biología de los microorganismos, Thomas Brock, Segunda edición, Ediciones Omega S.A., Barcelona, España, 1978. pp. 99-104, 122-123, 107-110, 132-133.

URL

  • BITEC.COM.MX

 

Juan Sebastián Ramírez

 

 


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