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¿Cuál es el mecanismo de absorción de oxígeno en E. coli?

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Cómo E. coli captación de oxígeno? La mayor parte de la literatura que encontré se refiere a la respuesta al nivel de oxígeno suministrado en el medio, a diferencia de cuánto se transporta realmente al interior. ¿Pueden apagar la absorción de oxígeno si es necesario? Por ejemplo, para evitar los efectos dañinos de especies de oxígeno reactivas.

Existen bacterias que mueren en presencia de oxígeno (anaerobios estrictos), mientras que algunas usan oxígeno cuando está disponible, pero también pueden sobrevivir en ausencia de él (anaerobios facultativos, como E. coli). ¿Hay bacterias que no pueden consumir oxígeno para el metabolismo, pero cuando se exponen al oxígeno no mueren, simplemente descartan el oxígeno y realizan la fermentación? En cierto sentido, son anaerobios estrictos (su modo de metabolismo es anaeróbico), pero aún pueden sobrevivir en presencia de oxígeno en el medio ambiente.


Esta pregunta me hizo pensar en cuáles son las enzimas metabólicas que absorben oxígeno en E. coli. Busqué en la base de datos metacyc reacciones que consumen oxígeno molecular y solo hay 3 que toman oxígeno y una que produce oxígeno.

Los tres consumidores de oxígeno en E. coli son la oxidación de ubiquinona por en dos sitios en el citocromo-bcl o por citocromo-bo. Todos estos protones de exportación para crear el gradiente que impulsa la formación de ATP por F₀F₁ ATPasa en el periplasma (la región entre E. coli Membrana interior y exterior).

En el lado de la producción, la superóxido dismutasa reduce el superóxido a oxígeno para controlar el daño por oxidación. Aparentemente, las entrañas de E. coli son algo tolerantes al oxígeno.


La membrana plasmática es bastante permeable al oxígeno y, por lo tanto, el oxígeno ingresa a la célula simplemente por difusión. Las especies reactivas de oxígeno se pueden reducir enzimáticamente en organismos aeróbicos. Los anaerobios obligados carecen o no producen cantidades suficientes de estas enzimas. Un organismo que no usa oxígeno para el metabolismo, pero que tampoco se ve relativamente dañado por él, puede clasificarse como aerotolerante.

Imagen de: http://en.m.wikipedia.org/wiki/Anaerobic_organism

Leyenda original: Las bacterias aeróbicas y anaeróbicas pueden identificarse cultivándolas en tubos de ensayo con caldo de tioglicolato: 1: Los aerobios obligados necesitan oxígeno porque no pueden fermentar ni respirar anaeróbicamente. Se acumulan en la parte superior del tubo donde la concentración de oxígeno es más alta. 2: Los anaerobios obligados se envenenan con oxígeno, por lo que se acumulan en el fondo del tubo donde la concentración de oxígeno es más baja. 3: Los anaerobios facultativos pueden crecer con o sin oxígeno porque pueden metabolizar la energía de forma aeróbica o anaeróbica. Se acumulan principalmente en la parte superior porque la respiración aeróbica genera más ATP que la fermentación o la respiración anaeróbica. 4: Los microaerófilos necesitan oxígeno porque no pueden fermentar ni respirar anaeróbicamente. Sin embargo, están envenenados por altas concentraciones de oxígeno. Se acumulan en la parte superior del tubo de ensayo, pero no en la parte superior. 5: Los organismos aerotolerantes no requieren oxígeno ya que metabolizan la energía de forma anaeróbica. Sin embargo, a diferencia de los anaerobios obligados, el oxígeno no los envenena. Se pueden encontrar distribuidos uniformemente por todo el tubo de ensayo.


Estoy agregando un suplemento / comentarios finales a las respuestas existentes.

Algunos puntos a considerar:

  • La cadena de transporte de electrones puede funcionar sin oxígeno y puede utilizar otras especies químicas como aceptores de electrones.
  • E. coli es capaz de realizar respiración aeróbica, respiración anaeróbica (anóxica) y fermentación (fosforilación a nivel del sustrato).

¿Cómo absorbe el oxígeno la E. coli?

Respuesta corta como ya lo mencionó el canadiense: difusión pasiva

¿Pueden apagar la absorción de oxígeno si es necesario?

El oxígeno es el principal aceptor de electrones y E. coli preferiría oxígeno a otros aceptores de electrones. Solo en ausencia de oxígeno se enciende el regulón FNR. Otras bacterias pueden mostrar aerotaxis negativa, es decir, huir del oxígeno (obviamente tienen que ser móviles) [árbitro]. Este artículo también comenta que la aerotaxis positiva y negativa ocurre a través de un mecanismo común: la sensibilidad de la fuerza motriz del protón al O₂. Sin embargo, ROS no tiene ningún papel que desempeñar en él. Lo más probable es que a niveles altos de oxígeno E. coli intentará aumentar la respuesta antioxidante. Para concluir, no pueden regular el oxígeno. consumo.

Anaerobios aerotolerantes: Clostridium perfringens, Clostridium intestinale.


UN PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA CUANTIFICACIÓN DE FACTORES HIPERBÁRICOS INDIVIDUALES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO FÍSICO DE LA RATA

RESULTADOS

Los consumos máximos de oxígeno en reposo y durante el ejercicio se resumen en la Tabla 2.

TABLA 2 . Reposo y consumo máximo de oxígeno durante el ejercicio en 10 condiciones ambientales.

DescansarEjercicio
Composiciones de gases1 ATA3 ATA10 ATA1 ATA3 ATA10 ATA
Aire29±1.224 ± 2,6 (a) 20 ± 2,1 (b) 63±3.442 ± 2,6 (c) 23 ± 2,1 (c)
20% O2 en él25±1.423±1.324±1.160±1.756±1.733 ± 2,7 (c)
1% O2 Posada2 22 ± 1,2 (b) 48 ± 2,4 (b)
1% O2 en él 24±1.7 50 ± 3,1 (b)
2% O2 Posada2 24 ± 1,9 (a) 32 ± 4,4 (c)
2% O2 en él 20 ± 1,8 (a) 42 ± 1,3 (c)

Los valores son X ± 1 S.E. para 6 ratas en cada condición experimental. El peso corporal de las ratas fue 344 ± 2,4 (60 ratas) g. y osciló entre 305 y 390 g. La absorción de oxígeno se mide en ml / min / kg (STPD).

(a), (b) y (c) indican P & amplt0.05, P & amplt0.01 y P & amplt0.001, cuando se comparan con sus respectivas mezclas de gas inerte a 1 ATA, mediante pruebas t agrupadas.

Captación de oxígeno en reposo en 3 y 10 ambientes de nitrógeno normóxico ATA se deprimió en un 24% y 17%, respectivamente, mientras que en nitrógeno hiperóxico fue de 17% y 31% respectivamente. Los cambios correspondientes en los entornos de helio fueron mucho menores que los de los entornos de nitrógeno y se observó una depresión significativa de la absorción de oxígeno del 20% en la condición de heliox normóxico de 10 ATA.

Consumo máximo de oxígeno durante el ejercicio en 3 y 10 ATA, el nitrógeno hiperóxico (aire comprimido) se deprimió un 33% y un 63%, respectivamente, en comparación con 1 ATA de aire. En condiciones de nitrógeno normóxico, esta disminución fue del 24% y 49%, respectivamente a 3 y 10 ATA. El efecto depresivo sobre la absorción de oxígeno del ejercicio del helio hiperbárico fue del 17% y 30% en normóxicos 3 y 10 ATA y del 7% y 45% en hiperóxicos 3 y 10 ATA.

Efecto total de aire comprimido y helio comprimido que contienen 20% de oxígeno en la absorción de oxígeno es complejo, porque la elevación de la P inspiradaO2, PAGN2 o PÉl, y la densidad del gas se espera que sea concurrente con la elevación de la presión ambiental. Utilizando los datos presentados anteriormente, la cuantificación de los efectos individuales de la presión hidrostática, la densidad del gas y la hiperoxia sobre la capacidad de absorber oxígeno se realizó mediante los siguientes procedimientos:

Efecto de la hiperoxia se determinó comparando la absorción de oxígeno para una variedad de PO2 a una presión ambiental, gas inerte y densidad de gas dados (Fig. 1).

Figura 1 . Captación de oxígeno en reposo y durante el ejercicio máximo en entornos de nitrógeno normóxico e hiperóxico. Las barras verticales indican ± 1. S.E. de media (6 ratas).

En el ambiente de nitrógeno, un aumento de PO2 de 150 a 450 mm Hg disminuyó la absorción de oxígeno en 6 unidades en ml / min / kg de peso corporal y aumentó la PO2 de 150 a 1500 mm Hg redujo la absorción de oxígeno en 9 ml / min / kg. En reposo, el efecto de la hiperoxia fue pequeño y estadísticamente no significativo. Se puede hacer una comparación similar para el efecto hiperóxico en entornos de helio. Sin embargo, esta comparación no fue tan clara como nos hubiera gustado que fuera porque en el caso del helio, la densidad del gas de la mezcla hiperóxica era aproximadamente 2 veces la de la mezcla normóxica a estas presiones.

Efecto de la densidad del gas inspirado sobre la absorción de oxígeno se analizó utilizando los datos obtenidos en condiciones normóxicas y trazando la absorción de oxígeno en función de la densidad relativa del gas en una escala logarítmica. La absorción de oxígeno disminuyó a medida que aumentaba la densidad del gas en cada entorno de gas inerte durante el ejercicio. Sin embargo, se observó un efecto insignificante en reposo (Fig. 2). El efecto de la densidad de gas elevada se obtuvo comparando las absorciones de oxígeno a la misma presión ambiental. Esta denominada "comparación isobárica" ​​es necesaria para excluir el factor de presión. Durante el ejercicio a 3 ATA, el consumo máximo de oxígeno se redujo en 2 ml / min / kg con un aumento en la densidad del gas de 2,4 unidades, por lo que se realiza una depresión de 2 / 2,4 en el consumo de oxígeno por unidad de aumento en la densidad del gas. Por cálculo, un aumento en la densidad del gas de 2 unidades (de 1 ATA a 3 ATA) resultó en una reducción de la absorción de oxígeno en 1,7 unidades. De manera similar, las comparaciones de la absorción de oxígeno a 10 ATA mostraron que un aumento en la densidad del gas de 8,3 unidades provocó una disminución en la absorción de oxígeno de 10 unidades. Por lo tanto, un aumento de la densidad del gas de 9 unidades (de 1 ATA a 10 ATA) resultó en una reducción de la absorción de oxígeno en 11 (= 10 (10 - 1) /8,3) unidades.

Figura 2 . Captación de oxígeno en reposo y durante el ejercicio máximo en función de la densidad del gas. El efecto de la densidad del gas se determinó comparando la absorción de oxígeno en condiciones normóxicas e isobáricas y el efecto de la presión hidrostática se determinó comparando la absorción de oxígeno en condiciones normóxicas e isodensidad. Medias de 6 ratas ± 1 S.E. se indican.

Efecto de la presión ambiental per se sobre la absorción de oxígeno en la rata se obtiene comparando la diferencia en la absorción de oxígeno a una densidad de gas dada y PO2 (normóxico). Por ejemplo, dada una densidad relativa de gas de 1,0, la diferencia de presión entre la mezcla de nitrógeno y helio fue de 3,8 ATA (Fig. 2). Para una densidad de gas de 1,7, la diferencia de presión entre estas dos mezclas de gases fue de 8,3 ATA. Las diferencias en la absorción de oxígeno entre estos dos entornos representan el efecto de la presión hidrostática. per se. Con la diferencia de presión entre 3.8 y 8.3 ATA, se encontró que la depresión de la absorción de oxígeno estaba entre 14 y 16 unidades en el esfuerzo máximo y entre 6 y 7 unidades en reposo (Fig. 2).

Suma de los efectos de presión ambiental elevada, densidad de gas y PO2 es suficiente para explicar el efecto total observado sobre la absorción de oxígeno en reposo en varios entornos de nitrógeno hiperbárico, así como la absorción de ejercicio a 3 ATA en el aire. Según lo medido experimentalmente, se observó una subestimación estadísticamente insignificante del efecto total en 10 ATA de aire (Fig. 3). La suma de los efectos de estos tres factores no se puede hacer para condiciones hiperóxicas de heliox debido a dificultades en la estimación de PO2 efecto (ver arriba).

Fig. 3 . Comparación de los efectos totales medidos del aire en condiciones hiperbáricas (T) con los efectos individuales estimados de la hiperoxia (PO2), densidad (D) y presión hidrostática (P). Las líneas indicadas por normóxico, isobárico e isodensidad representan la eliminación gradual de los efectos de la hiperoxia, la presión hidrostática y la densidad del gas, respectivamente.


Escherichia coli

Aunque la mayoría de las cepas de E. coli Las bacterias son inofensivas y viven en los intestinos de seres humanos y animales sanos; varias cepas pueden producir toxinas poderosas y causar enfermedades graves en los seres humanos. Este patógeno versátil es mejor conocido por transmitirse a los humanos a través de alimentos contaminados, como carne poco cocida y jugo de frutas no pasteurizado, y ha atraído mucha atención cuando ocurren brotes graves.

E. coli es capaz de causar una amplia variedad de enfermedades, desde infecciones del tracto urinario hasta meningitis. Recientemente se ha dedicado una cantidad considerable de cobertura mediática a una cepa particular de E. coli, responsable de aproximadamente 73.000 casos de infección y 61 muertes en los Estados Unidos cada año. Conocer más sobre la biología, la evolución y la base genética de este patógeno es crucial para la prevención futura de infecciones y enfermedades.

Patógeno E. coli es un análisis único y completo de la biología y los mecanismos moleculares que permiten que prospere este organismo omnipresente. Los principales investigadores en el campo discuten la base molecular de E. coli patogénesis seguida de capítulos sobre genómica y evolución. Las descripciones detalladas de las distintas cepas revelan la patogenia molecular de cada una y las causas de las infecciones intestinales y extra intestinales en los seres humanos. Patógeno E. coli concluye con una presentación de factores de virulancia, comunes a dos o más patotipos. Esta colección única presenta información oportuna y vital para comprender el funcionamiento interno de E. coli, que brindará información clave sobre la investigación de prevención de enfermedades.

Aunque la mayoría de las cepas de E. coli Las bacterias son inofensivas y viven en los intestinos de seres humanos y animales sanos; varias cepas pueden producir toxinas poderosas y causar enfermedades graves en los seres humanos. Este patógeno versátil es más conocido por transmitirse a los humanos a través de alimentos contaminados, como carne poco cocida y jugo de frutas no pasteurizado, y ha atraído mucha atención cuando ocurren brotes graves.

E. coli es capaz de causar una amplia variedad de enfermedades, desde infecciones del tracto urinario hasta meningitis. Recientemente se ha dedicado una cantidad considerable de cobertura mediática a una cepa particular de E. coli, responsable de aproximadamente 73.000 casos de infección y 61 muertes en los Estados Unidos cada año. Conocer más sobre la biología, la evolución y la base genética de este patógeno es crucial para la prevención futura de infecciones y enfermedades.

Patógeno E. coli es un análisis único y completo de la biología y los mecanismos moleculares que permiten que este organismo omnipresente prospere. Los principales investigadores en el campo discuten la base molecular de E. coli patogénesis seguida de capítulos sobre genómica y evolución. Las descripciones detalladas de las distintas cepas revelan la patogenia molecular de cada una y las causas de las infecciones intestinales y extra intestinales en los seres humanos. Patógeno E. coli concluye con una presentación de factores de virulancia, comunes a dos o más patotipos. Esta colección única presenta información oportuna y vital para comprender el funcionamiento interno de E. coli, que brindará información clave sobre la investigación de prevención de enfermedades.


El enfoque de biología de sistemas revela que el metabolismo de desbordamiento del acetato en Escherichia coli se desencadena por la represión del catabolito de carbono de la acetil-CoA sintetasa

Fondo: La industria de la biotecnología ha explotado ampliamente Escherichia coli para producir proteínas recombinantes, biocombustibles, etc. Sin embargo, los cultivos de E. coli aerobia de alta tasa de crecimiento van acompañados de excreción de acetato, es decir, metabolismo de desbordamiento que es dañino ya que inhibe el crecimiento, desvía el valioso carbono de la formación de biomasa y es perjudicial para la síntesis del producto objetivo. Aunque el metabolismo por desbordamiento se ha estudiado durante décadas, sus mecanismos de regulación aún no están claros.

Resultados: En el trabajo actual, el metabolismo de desbordamiento de acetato dependiente de la tasa de crecimiento de E. coli se controló continuamente utilizando métodos avanzados de cultivo continuo (A-stat y D-stat). El primer paso en el cambio de desbordamiento de acetato (en μ = 0.27 ± 0.02 h (-1)) es la represión de la actividad de la acetil-CoA sintetasa (Acs) desencadenada por la represión del catabolito de carbono que resulta en una menor asimilación del acetato producido por la fosfotransacetilasa (Pta), e interrupción del nodo PTA-ACS. Esto fue indicado por las vías de síntesis de acetato PTA-ACKA y la regulación negativa de la expresión del componente POXB antes del cambio de desbordamiento en μ = 0,27 ± 0,02 h (-1) con una represión simultánea 5 veces más fuerte de Acs que consumen acetato. Esto a su vez sugiere una actividad Acs insuficiente para consumir todo el acetato producido por Pta, lo que conduce a la interrupción del proceso de ciclo del acetato en el nodo PTA-ACS donde la regeneración constante de acetilfosfato o acetato es esencial para la regulación de la quimiotaxis, proteólisis, patogénesis, etc. de E. coli . Además, los experimentos de dos sustratos A-stat y D-stat mostraron que la capacidad de consumo de acetato de E. coli disminuyó drásticamente, al igual que la expresión de Acs, antes del inicio del metabolismo de desbordamiento. El segundo paso en el cambio de desbordamiento es la fuerte disminución en la producción de AMPc en μ = 0,45 h (-1) que conduce a la inhibición total de Acs y la rápida acumulación de acetato.

Conclusión: Este estudio es un ejemplo de cómo un enfoque de biología de sistemas permitió proponer un nuevo mecanismo de regulación para el metabolismo de desbordamiento en E. coli mostrado por niveles proteómicos, transcriptómicos y metabolómicos acoplados a la acumulación de acetato en dos fases: se desencadena el metabolismo de desbordamiento de acetato en E. coli por regulación a la baja de Acs, lo que da como resultado una menor asimilación del ácido acético producido por Pta y la interrupción del nodo PTA-ACS.


Observaciones finales

En conclusión, los mecanismos que afectan las propiedades de barrera de la propia bicapa lipídica de MO o la expresión y / o función de los canales de porina de difusión general que residen en el MO tienen un impacto en la sensibilidad de las bacterias Gram-negativas a muchos tipos diferentes de antibióticos. Claramente, cualquier debilitamiento de la bicapa de LPS al dirigirse a las enzimas que sintetizan LPS sensibilizará a las bacterias a los antibióticos hidrófobos y algunos hidrófilos, lo que dará lugar a la posibilidad de una terapia farmacológica combinatoria. Una mejor comprensión de la función de las porinas de difusión general, y en particular de los parámetros que pueden conducir al cierre o inactivación de las porinas, permitirá reevaluar la eficacia de penetración de los antibióticos que utilizan esta vía en diferentes condiciones. Se espera que, a medida que entendamos mejor a nivel molecular la estructura y función de estas macromoléculas de OM y de las que las regulan, los científicos podrán perfeccionar las terapias farmacológicas actuales o diseñar nuevos tipos de antibióticos que se dirijan a estas entidades expuestas a la superficie. .


Contenido

Tipo y morfología Editar

E. coli es una bacteria gramnegativa, anaerobia facultativa (que produce ATP por respiración aeróbica si hay oxígeno presente, pero es capaz de cambiar a fermentación o respiración anaeróbica si no hay oxígeno) y no esporulante. [17] Las células suelen tener forma de varilla y miden aproximadamente 2,0 μm de largo y 0,25 a 1,0 μm de diámetro, con un volumen celular de 0,6 a 0,7 μm 3. [18] [19] [20]

E. coli tinciones Gram-negativas porque su pared celular está compuesta por una fina capa de peptidoglicano y una membrana externa. Durante el proceso de tinción, E. coli recoge el color de la contratinción de safranina y se tiñe de rosa. La membrana externa que rodea la pared celular proporciona una barrera a ciertos antibióticos de manera que E. coli no se daña con penicilina. [15]

Las cepas que poseen flagelos son móviles. Los flagelos tienen una disposición peritrica. [21] También se adhiere y borra las microvellosidades de los intestinos a través de una molécula de adhesión conocida como intimina. [22]

Metabolismo Editar

MI.coli puede vivir en una amplia variedad de sustratos y utiliza la fermentación ácida mixta en condiciones anaeróbicas, produciendo lactato, succinato, etanol, acetato y dióxido de carbono. Dado que muchas vías en la fermentación de ácidos mixtos producen gas hidrógeno, estas vías requieren que los niveles de hidrógeno sean bajos, como es el caso cuando E. coli vive junto con organismos consumidores de hidrógeno, como los metanógenos o las bacterias reductoras de sulfato. [23]

Además, E. coli'El metabolismo se puede recablear para utilizar únicamente CO2 como fuente de carbono para la producción de biomasa. En otras palabras, el metabolismo de este heterótrofo obligado se puede alterar para mostrar capacidades autótrofas expresando heterólogamente genes de fijación de carbono, así como formiato deshidrogenasa y realizando experimentos de evolución de laboratorio. Esto se puede hacer usando formato para reducir los portadores de electrones y suministrar el ATP requerido en las vías anabólicas dentro de estos autótrofos sintéticos. [24]

E. coli tienen tres vías glucolíticas nativas: EMPP, EDP y OPPP. El EMPP emplea diez pasos enzimáticos para producir dos piruvatos, dos ATP y dos NADH por molécula de glucosa, mientras que OPPP sirve como una ruta de oxidación para la síntesis de NADPH. Aunque la EDP es la más favorable termodinámicamente de las tres vías, E. coli no utilice el EDP para el metabolismo de la glucosa, basándose principalmente en el EMPP y el OPPP. El EDP permanece inactivo principalmente excepto durante el crecimiento con gluconato. [25]

Represión de catabolitos editar

Cuando crecen en presencia de una mezcla de azúcares, las bacterias a menudo consumen los azúcares secuencialmente a través de un proceso conocido como represión de catabolitos. Al reprimir la expresión de los genes implicados en la metabolización de los azúcares menos preferidos, las células normalmente consumirán primero el azúcar que produce la tasa de crecimiento más alta, seguido del azúcar que produce la siguiente tasa de crecimiento más alta, y así sucesivamente. Al hacerlo, las células se aseguran de que sus recursos metabólicos limitados se utilicen para maximizar la tasa de crecimiento. El ejemplo bien utilizado de esto con E. coli implica el crecimiento de la bacteria en glucosa y lactosa, donde E. coli consumirá glucosa antes que lactosa. La represión de catabolitos también se ha observado en E. coli en presencia de otros azúcares distintos de la glucosa, como arabinosa y xilosa, sorbitol, ramnosa y ribosa. En E. coli, la represión del catabolito de glucosa está regulada por el sistema de fosfotransferasa, una cascada de fosforilación de múltiples proteínas que acopla la captación y el metabolismo de la glucosa. [26]

Crecimiento cultural Editar

Crecimiento óptimo de E. coli ocurre a 37 ° C (98,6 ° F), pero algunas cepas de laboratorio pueden multiplicarse a temperaturas de hasta 49 ° C (120 ° F). [27] E. coli crece en una variedad de medios de laboratorio definidos, como caldo de lisogenia, o cualquier medio que contenga glucosa, fosfato de amonio monobásico, cloruro de sodio, sulfato de magnesio, fosfato dibásico de potasio y agua. El crecimiento puede ser impulsado por respiración aeróbica o anaeróbica, utilizando una gran variedad de pares redox, incluida la oxidación de ácido pirúvico, ácido fórmico, hidrógeno y aminoácidos, y la reducción de sustratos como oxígeno, nitrato, fumarato, dimetilsulfóxido, y N-óxido de trimetilamina. [28] E. coli se clasifica como anaerobio facultativo. Utiliza oxígeno cuando está presente y disponible. Sin embargo, puede seguir creciendo en ausencia de oxígeno mediante fermentación o respiración anaeróbica. La capacidad de seguir creciendo en ausencia de oxígeno es una ventaja para las bacterias porque su supervivencia aumenta en ambientes donde predomina el agua. [15]

Ciclo celular Editar

El ciclo celular bacteriano se divide en tres etapas. El período B ocurre entre la finalización de la división celular y el comienzo de la replicación del ADN. El período C abarca el tiempo que lleva replicar el ADN cromosómico. El período D se refiere a la etapa entre la conclusión de la replicación del ADN y el final de la división celular. [29] La tasa de duplicación de E. coli es mayor cuando hay más nutrientes disponibles. Sin embargo, la duración de los períodos C y D no cambia, incluso cuando el tiempo de duplicación es menor que la suma de los períodos C y D. A las tasas de crecimiento más rápidas, la replicación comienza antes de que se complete la ronda anterior de replicación, lo que da como resultado múltiples bifurcaciones de replicación a lo largo del ADN y ciclos celulares superpuestos. [30]

El número de bifurcaciones de replicación en rápido crecimiento E. coli típicamente sigue a 2n (n = 1, 2 o 3). Esto solo ocurre si la replicación se inicia simultáneamente desde todos los orígenes de las replicaciones y se denomina replicación sincrónica. Sin embargo, no todas las células de un cultivo se replican de forma sincrónica. En este caso, las células no tienen múltiplos de dos horquillas de replicación. El inicio de la replicación se denomina asincrónico. [31] Sin embargo, la asincronía puede ser causada por mutaciones en, por ejemplo, DnaA [31] o la proteína de asociación del iniciador DnaA DiaA. [32]

Adaptación genética Editar

E. coli y las bacterias relacionadas poseen la capacidad de transferir ADN a través de la conjugación o transducción bacteriana, lo que permite que el material genético se propague horizontalmente a través de una población existente. El proceso de transducción, que utiliza el virus bacteriano llamado bacteriófago, [33] es donde se propaga el gen que codifica la toxina Shiga desde el Shigella bacterias para E. coli ayudó a producir E. coli O157: H7, la cepa productora de toxina Shiga de E. coli.

E. coli engloba una enorme población de bacterias que exhiben un grado muy alto de diversidad tanto genética como fenotípica. Secuenciación del genoma de muchos aislados de E. coli y bacterias relacionadas muestra que sería deseable una reclasificación taxonómica. Sin embargo, esto no se ha hecho, en gran parte debido a su importancia médica, [34] y E. coli sigue siendo una de las especies bacterianas más diversas: solo el 20% de los genes en una E. coli el genoma se comparte entre todas las cepas. [35]

De hecho, desde el punto de vista más constructivo, los miembros del género Shigella (S. dysenteriae, S. flexneri, S. boydii, y S. sonnei) debe clasificarse como E. coli cepas, un fenómeno denominado taxones disfrazados. [36] Del mismo modo, otras cepas de E. coli (por ejemplo, la cepa K-12 comúnmente utilizada en el trabajo de ADN recombinante) son lo suficientemente diferentes como para merecer una reclasificación.

Una cepa es un subgrupo dentro de la especie que tiene características únicas que la distinguen de otras cepas. Estas diferencias a menudo son detectables solo a nivel molecular, sin embargo, pueden resultar en cambios en la fisiología o ciclo de vida de la bacteria. Por ejemplo, una cepa puede ganar capacidad patógena, la capacidad de utilizar una fuente de carbono única, la capacidad de asumir un nicho ecológico particular o la capacidad de resistir agentes antimicrobianos. Diferentes cepas de E. coli a menudo son específicos del huésped, lo que permite determinar la fuente de contaminación fecal en muestras ambientales. [12] [13] Por ejemplo, saber qué E. coli La presencia de cepas en una muestra de agua permite a los investigadores hacer suposiciones sobre si la contaminación se originó en un ser humano, otro mamífero o un pájaro.

Serotipos Editar

Un sistema de subdivisión común de E. coli, pero no basado en la relación evolutiva, es por serotipo, que se basa en los principales antígenos de superficie (antígeno O: parte de la capa de lipopolisacárido H: antígeno de flagelina K: cápsula), p. O157: H7). [37] Sin embargo, es común citar solo el serogrupo, es decir, el antígeno O. En la actualidad, se conocen alrededor de 190 serogrupos. [38] La cepa común de laboratorio tiene una mutación que evita la formación de un antígeno O y, por lo tanto, no se puede tipificar.

Plasticidad y evolución del genoma Editar

Como todas las formas de vida, nuevas cepas de E. coli evolucionar a través de los procesos biológicos naturales de mutación, duplicación de genes y transferencia horizontal de genes en particular, el 18% del genoma de la cepa de laboratorio MG1655 se adquirió horizontalmente desde la divergencia de Salmonela. [39] E. coli K-12 y E. coli Las cepas B son las más utilizadas para fines de laboratorio. Algunas cepas desarrollan rasgos que pueden ser dañinos para un animal huésped. Estas cepas virulentas suelen causar un episodio de diarrea que a menudo es autolimitante en adultos sanos, pero que con frecuencia es letal para los niños del mundo en desarrollo. [40] Las cepas más virulentas, como O157: H7, causan enfermedades graves o la muerte en los ancianos, los muy jóvenes o los inmunodeprimidos. [40] [41]

Los géneros Escherichia y Salmonela divergieron hace unos 102 millones de años (intervalo de credibilidad: 57-176 millones de años), lo que coincide con la divergencia de sus huéspedes: el primero se encuentra en mamíferos y el segundo en aves y reptiles. [42] Esto fue seguido por una división de un Escherichia antepasado en cinco especiesE. albertii, E. coli, E. fergusonii, E. hermannii, y E. vulneris). El último E. coli ancestro dividido entre 20 y 30 millones de años. [43]

Los experimentos de evolución a largo plazo utilizando E. coli, iniciados por Richard Lenski en 1988, han permitido la observación directa de la evolución del genoma durante más de 65.000 generaciones en el laboratorio. [44] Por ejemplo, E. coli normalmente no tienen la capacidad de crecer aeróbicamente con citrato como fuente de carbono, que se utiliza como criterio de diagnóstico con el que diferenciar E. coli de otras bacterias estrechamente relacionadas, como Salmonela. En este experimento, una población de E. coli inesperadamente evolucionó la capacidad de metabolizar el citrato aeróbicamente, un cambio evolutivo importante con algunas características de la especiación microbiana.

En el mundo microbiano se puede establecer una relación de depredación similar a la observada en el mundo animal. Considerado, se ha visto que E. coli es presa de múltiples depredadores generalistas, como Myxococcus xanthus. En esta relación depredador-presa se observa una evolución paralela de ambas especies a través de modificaciones genómicas y fenotípicas, en el caso de E. coli las modificaciones se modifican en dos aspectos involucrados en su virulencia como es la producción de mucoides (producción excesiva de alginato de ácido exoplasmático ) y la supresión del gen OmpT, produciendo en las generaciones futuras una mejor adaptación de una de las especies que es contrarrestada por la evolución de la otra, siguiendo un modelo coevolutivo demostrado por la hipótesis de la Reina Roja. [45]

Cepa de neotipo Editar

E. coli es la especie tipo del género (Escherichia) y a la vez Escherichia es el género tipo de la familia Enterobacteriaceae, donde el apellido no proviene del género Enterobacter + "i" (sic.) + "aceae", pero de "enterobacterium" + "aceae" (enterobacterium no es un género, sino un nombre trivial alternativo a la bacteria entérica). [46] [47]

Se cree que la cepa original descrita por Escherich se ha perdido, por lo que se eligió como representante una nueva cepa tipo (neotipo): la cepa neotipo es U5 / 41 T, [48] también conocida con el nombre de depósito DSM 30083, [49] ATCC 11775, [50] y NCTC 9001, [51] que es patógena para los pollos y tiene un serotipo O1: K1: H7. [52] Sin embargo, en la mayoría de los estudios, se utilizaron O157: H7, K-12 MG1655 o K-12 W3110 como representante E. coli. El genoma de la cepa tipo sólo se ha secuenciado recientemente. [48]

Filogenia de E. coli cepas Editar

Se han aislado y caracterizado muchas cepas pertenecientes a esta especie. Además del serotipo (vide supra), se pueden clasificar de acuerdo con su filogenia, es decir, la historia evolutiva inferida, como se muestra a continuación, donde la especie se divide en seis grupos. [53] [54] Particularmente, el uso de secuencias del genoma completo produce filogenias altamente respaldadas. Sobre la base de estos datos, cinco subespecies de E. coli fueron distinguidos. [48]

El vínculo entre la distancia filogenética ("parentesco") y la patología es pequeño, [48] p.ej. las cepas del serotipo O157: H7, que forman un clado ("un grupo exclusivo") - grupo E a continuación - son todas cepas enterohemorrágicas (EHEC), pero no todas las cepas EHEC están estrechamente relacionadas. De hecho, cuatro especies diferentes de Shigella están anidados entre E. coli cepasvide supra), tiempo E. albertii y E. fergusonii están fuera de este grupo. De hecho, todos Shigella Las especies se colocaron dentro de una sola subespecie de E. coli en un estudio filogenómico que incluyó la cepa tipo, [48] y por esta razón es difícil una reclasificación correspondiente. Todas las cepas de investigación de uso común E. coli pertenecen al grupo A y se derivan principalmente de la cepa K-12 de Clifton (λ + F + O16) y en menor grado de la de d'Herelle Bacillus coli cepa (cepa B) (O7).

E. coli S88 (O45: K1. Patógeno extracelular)

E. coli UMN026 (O17: K52: H18. Patógeno extracelular)

E. coli (O19: H34. Patógeno extracelular)

E. coli (O7: K1. Patógeno extracelular)

E. coli GOS1 (O104: H4 EAHEC) Brote alemán de 2011

E. coli ATCC8739 (O146. E. coli de Crook utilizada en el trabajo con fagos en la década de 1950)

E. coli K-12 W3110 (O16. Λ - F - cepa de biología molecular "tipo salvaje")

E. coli K-12 DH10b (cepa de biología molecular de alta electrocompetencia O16.)

E. coli K-12 DH1 (O16. Cepa de biología molecular de alta competencia química)

E. coli K-12 MG1655 (O16. Λ - F - cepa de biología molecular "tipo salvaje")

E. coli BW2952 (cepa de biología molecular competente O16.)

E. coli B REL606 (O7. Cepa de biología molecular de alta competencia)

E. coli BL21-DE3 (cepa de biología molecular de expresión de O7 con polimerasa T7 para el sistema pET)

La primera secuencia de ADN completa de un E. coli El genoma (derivado de la cepa de laboratorio K-12 MG1655) se publicó en 1997. Es una molécula de ADN circular de 4,6 millones de pares de bases de longitud, que contiene 4288 genes codificadores de proteínas anotados (organizados en 2584 operones), siete operones de ARN ribosómico (ARNr), y 86 genes de ARN de transferencia (ARNt). A pesar de haber sido objeto de análisis genéticos intensivos durante unos 40 años, muchos de estos genes eran desconocidos anteriormente. Se encontró que la densidad de codificación era muy alta, con una distancia media entre genes de solo 118 pares de bases. Se observó que el genoma contenía un número significativo de elementos genéticos transponibles, elementos repetidos, profagos crípticos y restos de bacteriófagos. [55]

Más de trescientas secuencias genómicas completas de Escherichia y Shigella Se conocen especies. La secuencia del genoma del tipo cepa de E. coli se agregó a esta colección antes de 2014. [48] La comparación de estas secuencias muestra una notable cantidad de diversidad, solo alrededor del 20% de cada genoma representa secuencias presentes en cada uno de los aislados, mientras que alrededor del 80% de cada genoma puede variar entre los aislados. [35] Cada genoma individual contiene entre 4000 y 5500 genes, pero el número total de genes diferentes entre todos los secuenciados E. coli cepas (el pangenoma) supera las 16.000. Esta gran variedad de genes componentes se ha interpretado en el sentido de que dos tercios de los E. coli El pangenoma se originó en otras especies y llegó a través del proceso de transferencia horizontal de genes. [56]

Genes en E. coli generalmente se nombran mediante acrónimos de 4 letras que se derivan de su función (cuando se conocen) y en cursiva. Por ejemplo, recA lleva el nombre de su papel en la recombinación homóloga más la letra A. Los genes funcionalmente relacionados se nombran recB, recC, recibido etc. Las proteínas se nombran mediante acrónimos en mayúsculas, p. ej. RecA, RecB, etc. Cuando el genoma de E. coli se secuenció, todos los genes se numeraron (más o menos) en su orden en el genoma y se abreviaron con números b, como b2819 (= recibido). Los nombres "b" se crearon después de Fred Blattner, quien dirigió el esfuerzo de secuenciación del genoma. [55] Se introdujo otro sistema de numeración con la secuencia de otro E. coli cepa, W3110, que fue secuenciada en Japón y por lo tanto usa números que comienzan por JW. (Japanese W3110), p. Ej. JW2787 (= recibido). [57] Por lo tanto, recibido = b2819 = JW2787. Sin embargo, tenga en cuenta que la mayoría de las bases de datos tienen su propio sistema de numeración, p. Ej. la base de datos EcoGene [58] utiliza EG10826 para recibido. Finalmente, los números ECK se utilizan específicamente para los alelos en la cepa MG1655 de E. coli K-12. [58] Se pueden obtener listas completas de genes y sus sinónimos de bases de datos como EcoGene o Uniprot.

Proteoma Editar

Varios estudios han investigado el proteoma de E. coli. Para 2006, 1.627 (38%) de los 4.237 marcos de lectura abiertos (ORF) se habían identificado experimentalmente. [59] Se presenta la secuencia de 4,639,221 pares de bases de Escherichia coli K-12. De 4288 genes codificadores de proteínas anotados, el 38 por ciento no tiene una función atribuida. La comparación con otros cinco microbios secuenciados revela familias de genes ubicuas, así como de distribución estrecha, muchas familias de genes similares dentro de E. coli también son evidentes. La familia más grande de proteínas parálogas contiene 80 transportadores ABC. El genoma en su conjunto está sorprendentemente organizado con respecto a la dirección local de replicación guaninas, oligonucleótidos posiblemente relacionados con la replicación y recombinación, y la mayoría de los genes están orientados de esta manera. El genoma también contiene elementos de secuencia de inserción (IS), restos de fagos y muchos otros parches de composición inusual que indican la plasticidad del genoma a través de la transferencia horizontal. [55]

Interactome Editar

El interactoma de E. coli ha sido estudiado mediante purificación por afinidad y espectrometría de masas (AP / MS) y analizando las interacciones binarias entre sus proteínas.

Complejos proteicos. Un estudio de 2006 purificó 4,339 proteínas de cultivos de la cepa K-12 y encontró compañeros interactivos para 2,667 proteínas, muchas de las cuales tenían funciones desconocidas en ese momento. [60] Un estudio de 2009 encontró 5.993 interacciones entre proteínas del mismo E. coli tensión, aunque estos datos mostraron poca superposición con los de la publicación de 2006. [61]

Interacciones binarias. Rajagopala et al. (2014) han llevado a cabo cribados sistemáticos de levadura de dos híbridos con la mayoría E. coli proteínas, y encontró un total de 2.234 interacciones proteína-proteína. [62] Este estudio también integró interacciones genéticas y estructuras de proteínas y mapeó 458 interacciones dentro de 227 complejos de proteínas.

E. coli pertenece a un grupo de bacterias conocidas informalmente como coliformes que se encuentran en el tracto gastrointestinal de animales de sangre caliente. [63] E. coli normalmente coloniza el tracto gastrointestinal de un bebé dentro de las 40 horas posteriores al nacimiento, llegando con comida o agua o de las personas que manipulan al niño. En el intestino E. coli se adhiere al moco del intestino grueso. Es el anaerobio facultativo primario del tracto gastrointestinal humano.[64] (Los anaerobios facultativos son organismos que pueden crecer en presencia o ausencia de oxígeno). Mientras estas bacterias no adquieran elementos genéticos que codifiquen los factores de virulencia, siguen siendo comensales benignos. [sesenta y cinco]

Uso terapéutico Editar

Debido al bajo costo y la velocidad con la que se puede cultivar y modificar en entornos de laboratorio, E. coli es una plataforma de expresión popular para la producción de proteínas recombinantes utilizadas en terapéutica. Una ventaja de usar E. coli sobre otra plataforma de expresión es que E. coli naturalmente no exporta muchas proteínas al periplasma, lo que facilita la recuperación de una proteína de interés sin contaminación cruzada. [66] El E. coli Las cepas K-12 y sus derivados (DH1, DH5α, MG1655, RV308 y W3110) son las cepas más utilizadas por la industria biotecnológica. [67] No patógeno E. coli cepa Nissle 1917 (EcN), (Mutaflor) y E. coli O83: K24: H31 (Colinfant) [68] [69]) se utilizan como agentes probióticos en medicina, principalmente para el tratamiento de diversas enfermedades gastrointestinales, [70] incluida la enfermedad inflamatoria intestinal. [71] Se cree que la cepa EcN podría impedir el crecimiento de patógenos oportunistas, incluidos Salmonela y otros enteropatógenos coliformes, a través de la producción de proteínas microcina la producción de sideróforos. [72]

La mayoría E. coli las cepas no causan enfermedades, viven naturalmente en el intestino, [73] pero las cepas virulentas pueden causar gastroenteritis, infecciones del tracto urinario, meningitis neonatal, colitis hemorrágica y enfermedad de Crohn. Los signos y síntomas comunes incluyen calambres abdominales severos, diarrea, colitis hemorrágica, vómitos y, a veces, fiebre. En casos más raros, las cepas virulentas también son responsables de la necrosis intestinal (muerte del tejido) y la perforación sin progresar a síndrome hemolítico-urémico, peritonitis, mastitis, sepsis y neumonía por gramnegativos. Los niños muy pequeños son más susceptibles a desarrollar enfermedades graves, como el síndrome urémico hemolítico; sin embargo, las personas sanas de todas las edades corren el riesgo de sufrir las consecuencias graves que pueden surgir como resultado de la infección con E. coli. [64] [74] [75] [76]

Algunas cepas de E. coli, por ejemplo O157: H7, puede producir la toxina Shiga (clasificada como agente de bioterrorismo). La toxina Shiga causa respuestas inflamatorias en las células diana del intestino, dejando atrás lesiones que resultan en la diarrea sanguinolenta que es un síntoma de una toxina Shiga productora. E. coli (STEC). Esta toxina causa además la destrucción prematura de los glóbulos rojos, que luego obstruyen el sistema de filtrado del cuerpo, los riñones, en algunos casos raros (generalmente en niños y ancianos) causando el síndrome urémico hemolítico (SUH), que puede conducir a insuficiencia renal. e incluso la muerte. Los signos del síndrome urémico hemolítico incluyen disminución de la frecuencia de la micción, letargo y palidez de las mejillas y el interior de los párpados inferiores. En el 25% de los pacientes con SUH se producen complicaciones del sistema nervioso, que a su vez provocan accidentes cerebrovasculares. Además, esta tensión provoca la acumulación de líquido (ya que los riñones no funcionan), lo que provoca edema alrededor de los pulmones, las piernas y los brazos. Este aumento en la acumulación de líquido, especialmente alrededor de los pulmones, impide el funcionamiento del corazón y provoca un aumento de la presión arterial. [77] [22] [78] [79] [80] [75] [76]

Uropatógeno E. coli (UPEC) es una de las principales causas de infecciones del tracto urinario. [81] Es parte de la microbiota normal del intestino y se puede introducir de muchas formas. En particular para las mujeres, la dirección de limpieza después de la defecación (limpiando de atrás hacia adelante) puede conducir a la contaminación fecal de los orificios urogenitales. El coito anal también puede introducir esta bacteria en la uretra masculina y, al cambiar del coito anal al vaginal, el hombre también puede introducir UPEC en el sistema urogenital femenino.

Enterotoxigénico E. coli (ETEC) es la causa más común de diarrea del viajero, con hasta 840 millones de casos en todo el mundo en los países en desarrollo cada año. La bacteria, que generalmente se transmite a través de alimentos contaminados o agua potable, se adhiere al revestimiento intestinal, donde secreta cualquiera de los dos tipos de enterotoxinas, lo que provoca diarrea acuosa. La tasa y la gravedad de las infecciones son más altas entre los niños menores de cinco años, e incluyen hasta 380.000 muertes al año. [82]

En mayo de 2011, uno E. coli La cepa O104: H4 fue objeto de un brote bacteriano que comenzó en Alemania. Ciertas cepas de E. coli son una de las principales causas de enfermedades transmitidas por los alimentos. El brote comenzó cuando varias personas en Alemania se infectaron con enterohemorrágico. E. coli (EHEC), que conduce al síndrome urémico hemolítico (SUH), una emergencia médica que requiere tratamiento urgente. El brote no solo afectó a Alemania, sino también a otros 15 países, incluidas regiones de América del Norte. [83] El 30 de junio de 2011, el alemán Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) (Instituto Federal de Evaluación de Riesgos, un instituto federal del Ministerio Federal de Alimentación, Agricultura y Protección del Consumidor de Alemania) anunció que las semillas de fenogreco de Egipto probablemente fueron la causa del brote de ECEH. [84]

Algunos estudios han demostrado la ausencia de E.coli en la flora intestinal de sujetos con el trastorno metabólico Fenilcetonuria. Se plantea la hipótesis de que la ausencia de estas bacterias normales perjudica la producción de las principales vitaminas B2 (riboflavina) y K2 (menaquinona), vitaminas que están implicadas en muchas funciones fisiológicas en los seres humanos, como el metabolismo celular y óseo, y por lo tanto contribuyen al trastorno. [85]

Periodo de incubación Editar

El tiempo que transcurre entre la ingestión de la bacteria STEC y la sensación de malestar se denomina "período de incubación". El período de incubación suele ser de 3 a 4 días después de la exposición, pero puede ser tan corto como 1 día o tan largo como 10 días. Los síntomas a menudo comienzan lentamente con un leve dolor abdominal o diarrea sin sangre que empeora durante varios días. El SUH, si ocurre, se desarrolla en promedio 7 días después de los primeros síntomas, cuando la diarrea está mejorando. [86]

Diagnóstico Editar

El diagnóstico de la diarrea infecciosa y la identificación de la resistencia a los antimicrobianos se realiza mediante un cultivo de heces con pruebas posteriores de sensibilidad a los antibióticos. Requiere un mínimo de 2 días y un máximo de varias semanas para cultivar patógenos gastrointestinales. Las tasas de sensibilidad (verdadero positivo) y especificidad (verdadero negativo) para el cultivo de heces varían según el patógeno, aunque varios patógenos humanos no pueden cultivarse. Para las muestras con cultivo positivo, la prueba de resistencia a los antimicrobianos demora entre 12 y 24 horas adicionales en realizarse.

Las pruebas de diagnóstico molecular actuales en el punto de atención pueden identificar E. coli y la resistencia a los antimicrobianos en las cepas identificadas mucho más rápido que el cultivo y las pruebas de sensibilidad. Las plataformas basadas en microarrays pueden identificar cepas patógenas específicas de E. coli y E. coli- genes AMR específicos en dos horas o menos con alta sensibilidad y especificidad, pero el tamaño del panel de prueba (es decir, patógenos totales y genes de resistencia a los antimicrobianos) es limitado. Actualmente se están desarrollando nuevas plataformas de diagnóstico de enfermedades infecciosas basadas en la metagenómica para superar las diversas limitaciones del cultivo y todas las tecnologías de diagnóstico molecular disponibles en la actualidad.

Tratamiento Editar

El pilar del tratamiento es la evaluación de la deshidratación y la reposición de líquidos y electrolitos. Se ha demostrado que la administración de antibióticos acorta el curso de la enfermedad y la duración de la excreción de E. coli (ETEC) en adultos en áreas endémicas y en la diarrea del viajero, aunque la tasa de resistencia a los antibióticos de uso común está aumentando y generalmente no se recomiendan. [87] El antibiótico utilizado depende de los patrones de susceptibilidad en la región geográfica particular. Actualmente, los antibióticos de elección son las fluoroquinolonas o la azitromicina, con un papel emergente de la rifaximina. La rifaximina oral, un derivado semisintético de la rifamicina, es un antibacteriano eficaz y bien tolerado para el tratamiento de adultos con diarrea del viajero no invasiva. La rifaximina fue significativamente más eficaz que el placebo y no menos eficaz que la ciprofloxacina para reducir la duración de la diarrea. Si bien la rifaximina es eficaz en pacientes con E. coli-diarrea del viajero predominante, parece ineficaz en pacientes infectados con enteropatógenos inflamatorios o invasivos. [88]

Prevención Editar

ETEC es el tipo de E. coli en el que se centran la mayoría de los esfuerzos de desarrollo de vacunas. Los anticuerpos contra la LT y las principales CF de ETEC brindan protección contra las CF homólogas que producen LT y que expresan ETEC. Se han desarrollado vacunas inactivadas orales que consisten en antígeno de la toxina y células completas, es decir, la vacuna contra el cólera de la subunidad B recombinante del cólera (rCTB) -WC, Dukoral. Actualmente no hay vacunas autorizadas para ETEC, aunque varias se encuentran en diversas etapas de desarrollo. [89] En diferentes ensayos, la vacuna contra el cólera rCTB-WC proporcionó una protección alta (85 a 100%) a corto plazo. Un candidato a vacuna oral de ETEC que consiste en rCTB y formalina inactivada E. coli Se ha demostrado en ensayos clínicos que las bacterias que expresan las principales FQ son seguras, inmunogénicas y eficaces contra la diarrea grave en viajeros estadounidenses, pero no contra la diarrea ETEC en niños pequeños en Egipto. Una vacuna ETEC modificada que consiste en recombinantes E. coli se están sometiendo a pruebas clínicas cepas que sobreexpresan las principales FC y un toxoide híbrido más parecido al LT llamado LCTBA. [90] [91]

Otros métodos de prevención probados para E. coli La transmisión incluye lavarse las manos y mejorar el saneamiento y el agua potable, ya que la transmisión se produce a través de la contaminación fecal de los alimentos y el agua. Además, cocinar bien la carne y evitar el consumo de bebidas crudas no pasteurizadas, como jugos y leche, son otros métodos probados para prevenir E. coli. Por último, evite la contaminación cruzada de utensilios y espacios de trabajo al preparar alimentos. [92]

Debido a su larga historia de cultivo de laboratorio y facilidad de manipulación, E. coli juega un papel importante en la ingeniería biológica moderna y la microbiología industrial. [93] El trabajo de Stanley Norman Cohen y Herbert Boyer en E. coli, utilizando plásmidos y enzimas de restricción para crear ADN recombinante, se convirtió en la base de la biotecnología. [94]

E. coli es un huésped muy versátil para la producción de proteínas heterólogas, [95] y se han desarrollado varios sistemas de expresión de proteínas que permiten la producción de proteínas recombinantes en E. coli. Los investigadores pueden introducir genes en los microbios utilizando plásmidos que permitan un alto nivel de expresión de proteínas, y dicha proteína puede producirse en masa en procesos de fermentación industrial. Una de las primeras aplicaciones útiles de la tecnología del ADN recombinante fue la manipulación de E. coli para producir insulina humana. [96]

Muchas proteínas que antes se pensaba que eran difíciles o imposibles de expresar en E. coli en forma plegada se han expresado con éxito en E. coli. Por ejemplo, las proteínas con múltiples enlaces disulfuro pueden producirse en el espacio periplásmico o en el citoplasma de mutantes que se vuelven lo suficientemente oxidantes para permitir que se formen enlaces disulfuro, [97] mientras que las proteínas que requieren modificación postraduccional como la glicosilación para estabilidad o función tienen se ha expresado utilizando el sistema de glicosilación ligado a N de Campylobacter jejuni diseñado en E. coli. [98] [99] [100]

Modificado E. coli Las células se han utilizado en el desarrollo de vacunas, biorremediación, producción de biocombustibles, [101] iluminación y producción de enzimas inmovilizadas. [95] [102]

La cepa K-12 es una forma mutante de E. coli que sobreexpresa la enzima fosfatasa alcalina (ALP). [103] La mutación surge debido a un defecto en el gen que codifica constantemente la enzima. Se dice que un gen que produce un producto sin inhibición alguna tiene actividad constitutiva. Esta forma mutante particular se usa para aislar y purificar la enzima mencionada anteriormente. [103]

Cepa OP50 de Escherichia coli se utiliza para el mantenimiento de Caenorhabditis elegans culturas.

La cepa JM109 es una forma mutante de E. coli que es recA y endA deficiente. La cepa se puede utilizar para el cribado azul / blanco cuando las células portan el factor de fertilidad episoma [104]. La falta de recA disminuye la posibilidad de una restricción no deseada del ADN de interés y la falta de endA inhibe la descomposición del ADN plasmídico. Por tanto, JM109 es útil para sistemas de clonación y expresión.

Organismo modelo Editar

E. coli se utiliza con frecuencia como organismo modelo en estudios de microbiología. Cepas cultivadas (p. Ej. E. coli K12) están bien adaptadas al entorno de laboratorio y, a diferencia de las cepas de tipo salvaje, han perdido su capacidad de prosperar en el intestino. Muchas cepas de laboratorio pierden su capacidad para formar biopelículas. [105] [106] Estas características protegen a las cepas de tipo salvaje de los anticuerpos y otros ataques químicos, pero requieren un gran gasto de energía y recursos materiales. E. coli se utiliza a menudo como microorganismo representativo en la investigación de nuevos métodos de esterilización y tratamiento de agua, incluida la fotocatálisis. Mediante métodos estándar de recuento en placa, después de diluciones secuenciales y crecimiento en placas de gel de agar, se puede evaluar la concentración de organismos viables o UFC (unidades formadoras de colonias) en un volumen conocido de agua tratada, lo que permite la evaluación comparativa del rendimiento de los materiales. [107]

En 1946, Joshua Lederberg y Edward Tatum describieron por primera vez el fenómeno conocido como conjugación bacteriana utilizando E. coli como bacteria modelo, [108] y sigue siendo el modelo principal para estudiar la conjugación. [109] E. coli fue una parte integral de los primeros experimentos para comprender la genética de los fagos, [110] y los primeros investigadores, como Seymour Benzer, utilizaron E. coli y fago T4 para comprender la topografía de la estructura genética. [111] Antes de la investigación de Benzer, no se sabía si el gen era una estructura lineal o si tenía un patrón de ramificación. [112]

E. coli fue uno de los primeros organismos en tener su genoma secuenciado el genoma completo de E. coli K12 fue publicado por Ciencias en 1997 [55]

De 2002 a 2010, un equipo de la Academia de Ciencias de Hungría creó una variedad de Escherichia coli llamado MDS42, que ahora es vendido por Scarab Genomics de Madison, WI bajo el nombre de "Clean Genome. E. coli", [113] donde el 15% del genoma de la cepa parental (E. coli K-12 MG1655) fueron eliminado para ayudar en la eficiencia de la biología molecular, eliminando elementos IS, pseudogenes y fagos, lo que resulta en un mejor mantenimiento de los genes tóxicos codificados por plásmidos, que a menudo son inactivados por transposones. [114] [115] [116] La bioquímica y la maquinaria de replicación no se alteraron.

Al evaluar la posible combinación de nanotecnologías con la ecología del paisaje, se pueden generar paisajes de hábitats complejos con detalles a nanoescala. [117] En tales ecosistemas sintéticos, los experimentos evolutivos con E. coli se han realizado para estudiar la biofísica espacial de la adaptación en una biogeografía insular en chip.

También se están realizando estudios para intentar programar E. coli para resolver problemas matemáticos complicados, como el problema del camino hamiltoniano. [118]

En otros estudios, no patógenos E. coli se ha utilizado como microorganismo modelo para comprender los efectos de la microgravedad simulada (en la Tierra) sobre el mismo. [119] [120]

En 1885, el pediatra alemán-austríaco Theodor Escherich descubrió este organismo en las heces de individuos sanos. Lo llamó Bacterium coli commune porque se encuentra en el colon. Las primeras clasificaciones de procariotas los ubicaron en un puñado de géneros en función de su forma y motilidad (en ese momento estaba en vigor la clasificación de bacterias de Ernst Haeckel en el reino Monera). [91] [121] [122]

Bacteria coli era la especie tipo del género ahora inválido Bacteria cuando se reveló que la especie tipo anterior ("Bacteria triloculare") faltaba. [123] Tras una revisión de Bacteria, fue reclasificado como Bacillus coli por Migula en 1895 [124] y luego reclasificado en el género recién creado Escherichia, llamado así por su descubridor original. [125]

En 1996, el peor brote hasta la fecha de E. coli En Wishaw, Escocia, se produjo una intoxicación alimentaria que provocó la muerte de 21 personas. [126] Este número de muertos se superó en 2011, cuando el brote de E. coli O104: H4 en Alemania de 2011, vinculado a brotes orgánicos de fenogreco, mató a 53 personas.


El análisis del balance de flujo se basa en restricciones

El primer paso en FBA es representar matemáticamente las reacciones metabólicas (Cuadro 1). La característica central de esta representación es una tabulación, en forma de matriz numérica, de los coeficientes estequiométricos de cada reacción (Fig. 1a, b). Estas estequiometrías imponen limitaciones al flujo de metabolitos a través de la red. Restricciones como estas se encuentran en el corazón de FBA, diferenciando el enfoque de los modelos basados ​​en la teoría basados ​​en ecuaciones biofísicas que requieren muchos parámetros cinéticos difíciles de medir 8, 9.

Cuadro 1: Representación matemática del metabolismo

Las reacciones metabólicas se representan como una matriz estequiométrica (S), de tamaño metro*norte. Cada fila de esta matriz representa un compuesto único (para un sistema con metro compuestos) y cada columna representa una reacción (norte reacciones). Las entradas en cada columna son los coeficientes estequiométricos de los metabolitos que participan en una reacción. Hay un coeficiente negativo para cada metabolito consumido y un coeficiente positivo para cada metabolito que se produce. Se utiliza un coeficiente estequiométrico de cero para cada metabolito que no participa en una reacción en particular. S es una matriz escasa ya que la mayoría de las reacciones bioquímicas involucran solo unos pocos metabolitos diferentes. El flujo a través de todas las reacciones en una red está representado por el vector v, que tiene una longitud de norte. Las concentraciones de todos los metabolitos están representadas por el vector X, con longitud metro. El sistema de ecuaciones de balance de masa en estado estacionario (dX/ dt = 0) se da en la Fig.1c 23:

Alguna v que satisface esta ecuación se dice que está en el espacio nulo de S. En cualquier modelo metabólico realista a gran escala, hay más reacciones que compuestos (norte & # x0003e metro). En otras palabras, hay más variables desconocidas que ecuaciones, por lo que no existe una solución única para este sistema de ecuaciones.

Aunque las restricciones definen una variedad de soluciones, aún es posible identificar y analizar puntos únicos dentro del espacio de la solución. Por ejemplo, puede que nos interese identificar qué punto corresponde a la tasa máxima de crecimiento oa la producción máxima de ATP de un organismo, dado su conjunto particular de restricciones. FBA es un método para identificar esos puntos óptimos dentro de un espacio limitado (Fig. 2).

La base conceptual del modelado basado en restricciones y FBA. Sin restricciones, la distribución de flujo de una red biológica puede encontrarse en cualquier punto de un espacio de solución. Cuando las restricciones de balance de masa impuestas por la matriz estequiométrica S (1) y las limitaciones de capacidad impuestas por los límites inferior y superior (unI y BI) (2) se aplican a una red, define un espacio de solución permitido. La red puede adquirir cualquier distribución de flujo dentro de este espacio, pero las restricciones niegan los puntos fuera de este espacio. Mediante la optimización de una función objetivo, Logística de Amazon puede identificar una única distribución de flujo óptima que se encuentra en el borde del espacio de solución permitido.

Logística de Amazon busca maximizar o minimizar una función objetiva Z = C T v, que puede ser cualquier combinación lineal de flujos, donde C es un vector de pesos, que indica cuánto contribuye cada reacción (como la reacción de la biomasa al simular el crecimiento máximo) a la función objetivo. En la práctica, cuando solo se desea una reacción para maximizar o minimizar, C es un vector de ceros con uno en la posición de la reacción de interés (Fig. 1d).

La optimización de dicho sistema se logra mediante programación lineal (Fig. 1e). Por lo tanto, FBA se puede definir como el uso de programación lineal para resolver la ecuación SV = 0 dado un conjunto de límites superior e inferior en v y una combinación lineal de flujos como función objetivo. La salida de FBA es una distribución de flujo particular, v, que maximiza o minimiza la función objetivo.

Formulación de un problema de Logística de Amazon. (a) Primero, se construye una reconstrucción de la red metabólica, que consiste en una lista de reacciones bioquímicas balanceadas estequiométricamente. (B) A continuación, esta reconstrucción se convierte en un modelo matemático formando una matriz (etiquetada S) en el que cada fila representa un metabolito y cada columna representa una reacción. (C) En estado estacionario, el flujo a través de cada reacción viene dado por la ecuación SV = 0. Dado que hay más reacciones que metabolitos en modelos grandes, hay más de una posible solución para esta ecuación. (D) Una función objetivo se define como Z = C T v, dónde C es un vector de pesos (que indica cuánto contribuye cada reacción a la función objetivo). En la práctica, cuando solo se desea una reacción para maximizar o minimizar, C es un vector de ceros con uno en la posición de la reacción de interés. Al simular el crecimiento, la función objetivo tendrá un 1 en la posición de la reacción de la biomasa. (mi) Finalmente, la programación lineal puede usarse para identificar una distribución de flujo particular que maximiza o minimiza esta función objetivo mientras se observan las restricciones impuestas por las ecuaciones de balance de masa y los límites de reacción.

Las restricciones se representan de dos formas, como ecuaciones que equilibran las entradas y salidas de la reacción y como desigualdades que imponen límites al sistema. La matriz de estequiometrías impone restricciones de balance de flujo (es decir, masa) en el sistema, asegurando que la cantidad total de cualquier compuesto que se produzca debe ser igual a la cantidad total que se consume en estado estacionario (Fig. 1c). A cada reacción también se le pueden dar límites superior e inferior, que definen los flujos máximos y mínimos permitidos de las reacciones. Estos equilibrios y límites definen el espacio de distribuciones de flujo permitidas de un sistema, es decir, las velocidades a las que cada metabolito es consumido o producido por cada reacción. También se pueden agregar otras restricciones 10.


Generación de ambientes reductores controlados en aerobio recombinante Escherichia coli fermentaciones: efectos sobre el crecimiento celular, la absorción de oxígeno, la expresión de proteínas de choque térmico y la actividad CAT in vivo

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Abstracto

El control independiente del potencial redox del cultivo (PCR) mediante la adición regulada de un agente reductor, ditiotreitol (DTT) se demostró en recombinantes aireados. Escherichia coli fermentaciones. Los niveles moderados de adición de DTT dieron como resultado cambios mínimos en la absorción de oxígeno específico, la tasa de crecimiento y el oxígeno disuelto. Los niveles excesivos de adición de DTT fueron tóxicos para las células, lo que provocó el cese del crecimiento. La actividad de cloranfenicol acetiltransferasa (CAT) (nmoles / μg de proteína total min.) Disminuyó en los experimentos de fermentación por lotes con respecto al aumento de los niveles de adición de DTT. Para investigar más a fondo los mecanismos que afectan la actividad CAT, se realizaron experimentos para analizar la expresión de la proteína de choque térmico y la actividad CAT específica (nmoles / μg CAT min.). Se encontró que la expresión de chaperonas moleculares tales como GroEL y DnaK aumentaba después de la adición de DTT. Además, se observó que el factor sigma 32 (σ 32) y varias proteasas aumentaban drásticamente durante la adición de DTT. La actividad CAT específica (nmoles / μg CAT min.) Varió mucho a medida que se añadió DTT, sin embargo, se encontró un mínimo de actividad en el nivel más alto de adición de DTT en E. coli cepas RR1 [pBR329] y JM105 [pROEX-CAT]. En conjunto, se encontró que el estrés celular alcanza un máximo a los mismos niveles de DTT. Aunque la adición de DTT tiene el potencial de afectar directamente el plegamiento de proteínas intracelulares, los efectos que se sienten por el aumento del estrés dentro de la célula son probablemente el efector dominante. El hecho de que los efectos de DTT se midieran dentro del citoplasma de la célula sugiere que el potencial redox periplásmico también se alteró. Los cambios en la actividad CAT específica, chaperonas moleculares y otras proteínas de choque térmico, en presencia de alteraciones mínimas en la tasa de crecimiento y la absorción de oxígeno, sugieren que el control ex vivo del potencial redox proporciona un nuevo proceso para afectar el rendimiento y la conformación de proteínas heterólogas. en aireado E. coli fermentaciones. © 1998 John Wiley & Sons, Inc. Biotechnol Bioeng 59: 248–259, 1998.


5 principales vías metabólicas en los organismos | Microbiología

Los siguientes puntos destacan las cinco vías principales en los organismos. Las vías son: 1. Glucólisis 2. Vía de las pentosas fosfato 3. Vía Entner-Doudoroff 4. Ciclo del ácido tricarboxílico 5. Ciclo del glioxilato.

Vía metabólica n. ° 1. Glucólisis:

La glucólisis (gluco-azúcar dulce, degradación por lisis) es la fase inicial del metabolismo durante la cual la molécula orgánica glucosa y otros azúcares se oxidan parcialmente a moléculas más pequeñas, p. piruvato generalmente con la generación de algo de ATP y coenzimas reducidas. Los microorganismos emplean varias vías metabólicas para catabolizar la glucosa y otros azúcares.

Hay tres rutas importantes de conversión de glucosa en piruvato, como la glucólisis o la ruta de Embden-Myerhof (BMP), la ruta de las pentosas fosfato y la ruta de Entner-Doudroff. La glucólisis es el tipo de mecanismo más importante por el cual los organismos obtienen energía a partir de compuestos orgánicos en ausencia de oxígeno molecular. Como ocurre en ausencia de oxígeno, también se le llama fermentación anaeróbica.

Dado que los organismos vivos surgieron en el medio ambiente sin oxígeno, la fermentación anaeróbica fue el único método para obtener energía. Sin embargo, la glucólisis o fermentación anaeróbica está presente tanto en organismos aeróbicos como anaeróbicos.

La mayoría de los organismos superiores han conservado la vía glucolítica de degradación, es decir, glucosa a ácido pirúvico como vía preparatoria para el catabolismo aeróbico completo de la glucosa. La glucólisis también sirve como mecanismo de emergencia en organismos anaeróbicos para producir energía en ausencia de oxígeno.

(i) Vías EMP:

En caso de metabolismo aeróbico catabólico de carbohidratos (respiración aeróbica y timidez), algunas bacterias como E. coli, Azotobacter spp., Bacillus eutrophus, etc. exhiben la vía EMP, mientras que la vía de la DE (fosforilada) es seguida por las especies de Alcaligenes, Rhizobium, Xanthomonas. , etc. La vía de la DE no fosforilada ocurre en arqueas (Pyrococcus spp., Thermoplasma spp, etc.). Es interesante notar que ninguna arqueobacteria usa la vía EMP.

La vía EMP en bacterias se inicia mediante el uso del sistema de fosfoenol piruvato fosfotransferasa (PEP: PTS) que convierte la glucosa en glucosa 6-fosfato durante el transporte de nutrientes a través de la membrana celular.

La glucosa 6-fosfato se isomeriza luego a fructosa 6-fosfato que se convierte adicionalmente en fructosa 1, 6-bi-fosfato. Esta conversión requiere ATP como fuente de energía y una enzima llamada fosfofructoquinasa.

Es esencialmente la reversión de la glucólisis, que cumple una función anaplerótica similar. Es particularmente importante durante el crecimiento en C relacionado con piruvato3 compuestos y C2 unidades. Las diversas clases de flujo de carbono del piruvato mantienen un suministro de hexosas. Estos son necesarios para la síntesis de la pared celular y sus componentes.

La ruta completa de la glucólisis de la glucosa al piruvato (Fig. 12.4) fue aclarada por Gustav Embden (quien dio la forma de escisión de la fructosa 1, 6-difosfato y el patrón de los pasos posteriores) y Otto Meyerhof (quien confirmó el trabajo de Embden y # 8217 y estudió la energética de la glucólisis), a fines de la década de 1953. Por lo tanto, la reacción de secuencia de glucosa a piruvato también se denomina vía de Embden-Meyerhof o glucólisis (EMP).

El balance general de la glucólisis se muestra a continuación:

Glucosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD + → Piruvato + 2ATP + 2NADH + 2H +

En los organismos anaeróbicos, el piruvato se convierte en lactato u otros compuestos orgánicos como alcohol, etc., después de usar NADH y H + formados durante la glucólisis:

Piruvato + NADH + H + ↔ Lactato + NAD +

En aerobios, el piruvato se convierte en acetil CoA como paso preparatorio para la entrada en el ciclo del ácido tricarboxílico, para la oxidación completa de la glucosa.

Piruvato + NAD + + CoA → Acetil CoA + NADH + H + + CO2

La glucólisis se lleva a cabo con la ayuda de diez enzimas para diez reacciones de la vía glucolítica. Estas enzimas están presentes en la porción soluble del citoplasma. Todos los intermediarios de la vía glucolítica son compuestos fosforilados. El uso más importante de los grupos fosfato es la producción de ATP a partir de ADP y fosfato.

Las reacciones completas de la vía glucolítica se pueden dividir en dos etapas. En la primera etapa, se utiliza ATP y la glucosa se convierte en dos moléculas de tres compuestos de carbono, gliceraldehído 3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato. El gliceraldehído 3-fosfato se convierte en ácido pirúvico dando como resultado una síntesis neta de dos moléculas de ATP.

La reacción completa con la enzima respectiva se muestra en la figura 12.4:

Además de la glucosa, otros tipos de azúcar (monosacáridos, disacáridos, polisacáridos) también pueden entrar en la vía glucolítica.

(a) Polisacáridos, p. ej. Glucógeno:

Glucosa-6-fosfato La glucosa 6 y el fosfato # 8211 pueden entrar como intermedio de la glucólisis.

(b) Disacáridos, p. ej. Sacarosa:

Las tres enzimas reguladoras clave, hexoquinasa, fosfofructoquinasa y piruvato cinasa, actúan de forma irreversible y el resto de los pasos son reversibles.

(c) Homo-sacáridos: e.gramo. Fructosa:

La fructosa puede entrar en la glucólisis cambiando a gliceraldehído 3-fosfato.

El fosfato de dihidroxiacetona puede entrar en la glucólisis después de convertirse enzimáticamente en fosfato de dihidroxiacetona.

(ii) Vía alternativa de EMP-Vía de metilglioxal:

La vía del metilglioxal es una alternativa de la vía EMP. Opera en presencia de baja concentración de fosfato a las bacterias, E. coli, Clostridium spp., Pseudomonas spp. etc. En esta vía, la dihidroxiacetona así formada se convirtió en metil glioxal que más tarde da lugar a piruvato.

Por tanto, existe una ausencia completa de la etapa de fosforilación en la que el gliceraldehído 3-fosfato forma 1,3-bis-fosfoglicerato. La vía del metil glioxal consume O2 y en esta vía se genera ATP y no ATP (fig. 12.5).

Camino metabólico # 2. Vía de las pentosas fosfato (PPP):

La vía de las pentosas fosfato es una alternativa de degradación de la glucosa. Esta vía, también llamada derivación de hexosa monofosfato (HMP) o vía de fosfogluconato no es la vía principal, pero es una vía de usos múltiples. Su función principal es generar poder reductor en el citoplasma extramitocondrial en forma de NADH. Su segunda función es convertir hexosas en pentosas, necesarias en la síntesis de ácidos nucleicos.

Su tercera función es la degradación oxidativa completa de la pentosa. Las reacciones de la vía del fosfogluconato tienen lugar en la porción soluble del citoplasma extra-mitocondrial de las células.

Las bacterias que presentan PPP son Bacillus subtilis, E. coli. Streptococcus faecalis y Leuconostoc mesenteroides. Aparte de los microorganismos, los tejidos prominentes que muestran PPP son el hígado, la glándula mamaria y la corteza suprarrenal. La PPA completa se muestra en la figura 12.6.

Hay tres enzimas involucradas en PPP, es decir, transcetolasa, transaldolasa y ribulosefosfato 3-epimerasa. La ribulosa fosfato 3-epimerasa cataliza la conversión de ribulosa 5-fosfato en el epímero xilulosa 5-fosfato. La transcetolasa transfiere el grupo glicoaldehído (CH, OH-CO-) de xilulosa 5-fosfato a ribosa 5-fosfato para producir sedoheptulosa 7-fosfato y gliceraldehído-3-fosfato.

La transcetolasa también cataliza la transferencia del grupo glicoaldehído de una serie de fosfato de azúcar 2-ceto a un átomo de carbono de una serie de fosfato de aldosa diferente. La transaldolasa actúa sobre los productos de la transcetolasa y transfiere el grupo dihidroxiacetona para formar fructosa 6-fosfato y eritrosa 4-fosfato (fig. 12.6).

Fig. 12.6: La vía de las pentosas fosfato.

La vía de las pentosas fosfato funciona de acuerdo con las necesidades de la célula. Si el requerimiento de poder reductor es mayor, entonces avanza hacia la formación de NADPH, pero si se requieren pentosas, funciona en la dirección de formación de pentosas. Pero si la célula requiere energía instantánea, el PPP se detiene y continúan la glucólisis y el TCA.

(a) A reacciones anabólicas que requieren donantes de electrones

(b) Al ciclo de Calvin-Benson (reacciones oscuras de la fotosíntesis)

(c) Para la síntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos.

(d) Al paso e de la glucólisis

(e) A glucosa 6-fosfato que puede entrar en la vía de las pentosas fosfato o la glucólisis.

(f) Para la síntesis de varios aminoácidos.

Camino metabólico # 3. Camino Entner-Doudoroff:

Aparte de la glucólisis, la vía Entner-Doudoroff es otra vía para la oxidación de la glucosa a ácido pirúvico. Esta vía se encuentra en algunas bacterias Gram-negativas como Rhizobium, Agrobacterium y Pseudomonas y está ausente en bacterias Gram-positivas. En esta vía, cada molécula de glucosa forma dos moléculas de NADPH y una molécula de ATP. La ruta completa se muestra en la Fig. 12.7.

En esta vía, la glucosa 6-fosfato se oxida a 6-fosfogluconato, luego se convierte en 2- ceto-3-desoxi-6-fosfoglucosa (kDPG) escindida usando enzima para dar lugar al gliceraldehído & # 8217s 3- fosfato y piruvato directamente sin generación de ATP . El catabolismo de la glucosa da como resultado la producción de una sola molécula de ATP, mientras que en la vía EMP se producen dos moléculas de ATP. Esto parece que la vía EMP es más eficiente que la vía ED.

Además, la diferencia entre la vía de la disfunción eréctil y la vía de la PP es la generación de NADPH reducido a partir de NADP en la primera. Es interesante notar que la coenzima NADP + y NADPH se utilizan en reacciones anabólicas. Por lo tanto, la vía de la DE proporciona un mecanismo importante para producir NADPH y los bloques de construcción de 3 carbonos utilizados en reacciones biosintéticas, etc.

La vía de la disfunción eréctil parcialmente no fosforilada está involucrada en algunas bacterias como Clostridium spp. Achromobacter spp., Alcaligens spp. y Archaea (Halobacterium spp.) En este caso, el producto intermedio formado antes de la kDPG no está fosforilado y el fosfogluconato se deshidrata para dar lugar a la kDPG, que da lugar al piruvato.

En pasos posteriores, se siguen las reacciones de la vía de la disfunción eréctil. Esta vía también se encuentra en otras bacterias como Pseudomonas aeruginosa, Azotobacter y Enterococcus faecalis, y una bacteria anaerobia Zymomonas mobilis.

Camino metabólico # 4. Ciclo del ácido tricarboxílico:

El ciclo del ácido tricarboxílico fue dado por primera vez por H.A. Krebs en 1937. H.A. Krebs luego le dio el nombre de ciclo del ácido cítrico. Debido a que el ácido cítrico es el primer producto del ciclo de Krebs, también se conoce como ciclo TCA debido a la presencia de tres grupos carboxílicos en una molécula de ácido cítrico.

El ciclo es de ocurrencia universal en todos los organismos aeróbicos y conduce a la oxidación completa de la glucosa a CO2 y H2O mientras que la glucólisis conduce a una oxidación incompleta de la glucosa a piruvato.

El ciclo del ácido tri-carboxílico lo oxida completamente para liberar una gran cantidad de energía en forma de NADH + H + principalmente y GTP. NADH + H + ingresa a la cadena respiratoria donde cada NADH + H + produce tres moléculas de ATP. El GTP se convierte en ATP por oxidación a nivel de sustrato. Otra forma de energía está en forma de sustrato de FADH 2, que también ingresa a la cadena respiratoria para formar dos moléculas de ATP.

Todas las reacciones del ciclo del ácido tricarboxílico tienen lugar en el compartimento interno de la mitocondria. Algunas de estas enzimas se encuentran en la matriz del compartimento interno, mientras que el resto se encuentran en la membrana mitocondrial interna. Para el inicio del ciclo, el piruvato formado en la glucólisis se convierte primero en acetil Co-A mediante una reacción preparatoria.

Piruvato + NAD + + CoA → acetil CoA + NADH + H + + CO2

La reacción es irreversible y no es en sí misma parte del ciclo del ácido tricarboxílico. Se lleva a cabo con la ayuda de la enzima piruvato deshidrogenasa. El acetil CoA entra en el ciclo después de combinarse con oxaloacetato para formar citrato, después de lo cual se produce un ciclo de reacciones (figura 12.8) que conduce a la formación de seis CO2, ocho NADH + H +, un FADH2 y una molécula de glucosa.

Hay algunos pasos clave en el ciclo del ácido tricarboxílico que controlan el ciclo según las necesidades de la célula. El primero de estos controles es la reacción preparatoria.La actividad de la piruvato deshidrogenasa se reduce en presencia de un exceso de ATP y aumenta nuevamente en ausencia de ATP.

Hay dos pasos más que pueden controlar el ciclo. Estos son la reacción de isocitrato deshidrogenasa (que requiere ADP como regulación positiva) y la reacción de succinato deshidrogenasa (promovida por succinato, fosfato y ATP). Sin embargo, el control clave del ciclo es la reacción llevada a cabo por la citrato sintasa. Este es el control principal del ciclo.

Camino metabólico # 5. Ciclo de glioxilato:

Es una reacción anaplerótica en la que se toma oxaloacetato del ciclo de TCA para satisfacer la demanda de carbono requerido para la biosíntesis de aminoácidos. Por lo tanto, estos intermedios deben reponerse a través de una ruta alternativa, llamada ruta anaplerótica, es decir, ruta del glioxilato. Este ciclo opera para la glucoieogénesis. El ciclo de glioxilato fue administrado primero por Krebs y H.R. Kornberg.

Este ciclo es una forma modificada del ciclo del ácido tricarboxílico que se encuentra en las plantas y los microorganismos que utilizan ácidos grasos como fuente de energía en forma de acetil Co A.

En este ciclo el CO2 Se omitieron los pasos evolutivos del ciclo del ácido tricarboxílico y en su lugar se utilizó una segunda molécula de acetil CoA (que se condensa con glioxilato para formar malato). El succinato es un subproducto que se utiliza para la biosíntesis, particularmente en la gluconeogénesis.

La reacción general del ciclo de glioxilato se da a continuación:

2 Acetil Co-A + NAD + + 2H2O → Succinato + 2CoA + NADH + H +

Las dos enzimas clave, isocitrato liasa y malato sintasa del ciclo del glioxilato están localizadas en orgánulos citoplasmáticos llamados glioxisomas. El ciclo del glioxilato continúa simultáneamente con el ciclo del ácido tricarboxílico, mientras que el ácido tricarboxílico proporciona energía. El ciclo del glioxilato proporciona succinato para la formación de nuevos carbohidratos a partir de grasas, como se muestra en la figura 12.9.


Ver el vídeo: How Bacteria Rule Over Your Body The Microbiome (Mayo 2022).