BIOSINTESIS Las bacterias sintetizan las sustancias químicas a partir de los nutrientes. Estas sustancias son: 1.- Sustancias Nitrogenadas 1.a Proteínas 1.b Ácidos Nucleicos 2.- Carbohidratos 3.- Lípidos

1.a SÍNTESIS DE PROTEÍNAS a.- Síntesis del Esqueleto Carbonado El acido glutámico es el aminoácido más importante a partir del cual las bacterias sintetizan otros aminoácidos. Se transforma en otros aminoácidos por dos mecanismos: a.1 Transaminación a.2 Alteración de la estructura molecular

A.1 TRANSAMINACIÓN El grupo amino del ac. glutámico, se intercambia por un átomo de oxígeno de diversos ácidos orgánicos convirtiéndolos en aminoácidos. Por ejemplo: síntesis de alanina a partir de transaminación del ac. pirúbico Ac. Glutámico (-NH2) + ac. Pirúbico (=O) Ac. A-cetaglutámico (=O) + Alanina (-NH2)

Alteración de la Estructura Molecular Estos cambios requieren energía en forma de ATP: Ac. glutámico + ATP + NADH2 Semialdheido del ac. Glutámico + ADP + P + NAD H2O + Pirrolina-5-ac. Carboxílico + NADPH2 Prolina + NAD

Síntesis de la Proteínas La síntesis de proteínas o traducción del ARN es el proceso anabólico mediante el cual se forman las proteínas a partir de los aminoácidos. Es el paso siguiente a la transcripción del ADN a ARN. Como existen 20 aminoácidos diferentes y sólo hay cuatro nucleótidos en el ARN (Adenina, Uracilo, Citosina y Guanina), es evidente que la relación no puede ser un aminoácido por cada nucleótido, ni tampoco por cada dos nucleótidos, ya que los cuatro tomados de dos en dos, sólo dan dieciséis posibilidades. La colinearidad debe establecerse como mínimo entre cada aminoácido y tripletes de nucleótidos. Como hay sesenta y cuatro tripletes diferentes (combinación de cuatro elementos o nucleótidos tomados de tres en tres con repetición), es obvio que algunos aminoácidos deben tener correspondencia con varios tripletes diferentes. Los tripletes que codifican aminoácidos se denominan codones

En la biosíntesis de proteínas se pueden distinguir las siguientes etapas: a) Activación de los aminoácidos. b) Traducción: Iniciación de la síntesis. Elongación de la cadena polipeptídica. Terminación de la síntesis. c) Asociación de varias cadenas polipeptídicas y a veces de grupos prostésicos para constituir las proteínas. La síntesis de proteínas o traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma celular. Los aminoácidos son transportados por el ARN de transferencia (ARNt), específico para cada uno de ellos, y son llevados hasta el ARN mensajero (ARNm), donde se aparean el codón de éste y el anticodón del ARN de transferencia, por complementariedad de bases, y de ésta forma se sitúan en la posición que les corresponde. Una vez finalizada la síntesis de una proteína, el ARN mensajero queda libre y puede ser leído de nuevo. De hecho, es muy frecuente que antes de que finalice una proteína ya está comenzando otra, con lo cual, una misma molécula de ARN mensajero, está siendo utilizada por varios ribosomas simultáneamente. Activación de los aminoácidos Los aminoácidos en presencia de la enzima aminoacil-ARNt-sintetasa y de ATP son capaces de unirse a un ARN de transferencia específico y dan lugar a un aminoacil-ARNt, liberándose AMP, fosfato y quedando libre la enzima, que vuelve a actuar.

INICIACIÓN DE LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Es la primera etapa de la traducción o síntesis de proteínas. El ARNm se une a la subunidad menor de los ribosomas. A éstos se asocia el aminoacil-ARNt, gracias a que el ARNt tiene en una de sus asas un triplete de nucleótidos denominado anticodón, que se asocia al primer triplete codón del ARNm según la complementariedad de las bases. A este grupo de moléculas se une la subunidad ribosómica mayor, formándose el complejo ribosomal o complejo activo. Todos estos procesos están catalizados por los llamados factores de iniciación (FI). El primer triplete o codón que se traduce es generalmente el AUG, que corresponde con el aminoácido metionina en eucariotas. En procariotas es la fenilmetionina

Los ribosomas están compuestos por dos subunidades Los mecanismos para alinear a los aminoacil ARNt AA de acuerdo con el orden de los codones del ARNm son algo complicados. Requieren de los ribosomas cuya primera tarea es localizar al codón AUG de iniciación y acomodarlo correctamente para que el encuadre de ese triplete y el de los siguientes sea el adecuado. Luego el ribosoma se desliza hacia el extremo 3´del ARNm y traduce a los sucesivos tripletes en aminoácidos. Estos son traídos – de a uno por vez – por los respectivos ARNt. Las reacciones que ligan a los aminoácidos entre sí - es decir, las uniones peptídicas - se producen dentro del ribosoma. Finalmente, cuando el ribosoma arriba al codón de terminación – en el extremo 3´del ARNm – cesa la síntesis proteica y se libera la proteína. Como podemos notar, los ribosomas constituyen las "fábricas de las proteínas" Cada ribosoma está compuesto por dos subunidades - una mayor y otra menor – identificadas con las siglas 40S y 60S respectivamente (los números hacen referencia a los coeficientes de sedimentación de las subunidades, es decir a las velocidades con que sedimentan cuando son ultracentrifugadas, la 60S migra más rápido al fondo del tubo). Por otro lado en la subunidad mayor las proteínas ribosómicas formarían un túnel por el que saldría la cadena polipeptídica a medida que se sintetiza

ELONGACIÓN DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA El complejo ribosomal posee dos sitios de unión o centros. El centro peptidil o centro P, donde se sitúa el primero aminoacil- ARNt y el centro aceptor de nuevos aminoacil-ARNt o centro A. El radical carboxilo (-COOH) del aminoácido iniciado se une con el radical amino (NH2) del aminoácido siguiente mediante enlace peptídico. Esta unión es catalizada por la enzima peptidil-transferasa. El centro P queda pues ocupado por un ARNt sin aminoácido. El ARNt sin aminoácido sale del ribosoma. Se produce la translocación ribosomal. El dipeptil- ARNt queda ahora en el centro P. Todo ello es catalizado por los factores de elongación (FE) y precisa GTP. Según la terminación del tercer codón, aparece el tercer aminoacil-ARNt y ocupa el centro A. Luego se forma el tripéptido en A y posteriormente el ribosoma realiza su segunda translocación. Estos pasos se pueden repetir múltiples veces, hasta cientos de veces, según el número de aminoácidos que contenga el polipéptido.

TERMINACIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA El final de la síntesis se presenta por los llamados tripletes sin sentido, también denominados codones stop. Son tres: UAA, UAG y UGA. No existe ningún ARNt cuyo anticodón sea complementario de ellos y, por lo tanto, la biosíntesis del polipéptido se interrumpe. Indican que la cadena polipeptídica ya ha terminado. Este proceso viene regulado por los factores de liberación, de naturaleza proteica, que se sitúan en el sitio A y hacen que la peptidil-transferasa separe, por hidrólisis, la cadena polipeptídica del ARNt. Un ARNm, si es lo suficientemente largo, puede ser leído o traducido, por varios ribosomas a la vez, uno detrás de otro. Al microscopio electrónico, se observa como un rosario de ribosomas, que se denomina polirribosoma o polisoma.

1.B Ácidos Nucleicos Los aminoácidos son utilizados también para sintetizar nucleótidos Existen dos tipos de nucleótidos según el azúcar que contengan: Ribonucleótidos ribosa síntesis RNA Desoxirribonucleótido desoxirribosa sintesis ADN Estos nucleótidos se clasifican en dos grupos según la base nitrogenada que contengan: Purina: adenina o guanina Pirimidina : citosina, timina o uracilo En la biosintesis de las purinas se requiere los aminoacidos glicina, aspartico y glutamina mas energía en forma de ATP y GTP

En la biosíntesis de las purinas se requieren los aminoácidos glutamina y acido acido aspartico y energía en forma de ATP. En ambos casos la Ribosa se obtiene a partir de glucosa. Una ves sintetizados los nucleótidos se activan mediante dos moléculas de ATP

2. Carbohidratos Los microorganismos sintetizan carbohidratos a partir de monosacáridos como la glucosa. Estos son activados para poder ser ensamblados en los polisacáridos correspondientes. Glucosa + ATP + UTP UDP-Glucosa + ADP + Pirofosfato Ejemplo de la síntesis de polisacáridos es la biosíntesis del peptidoglucano

UDP-Glucosa + ATP + UTP + NH2 t trnaaminación N-Acetil glucosaamida-UDP (NAG-UDP) + Pirofosfato NAG-UDP + ATP + UTP N-acetilmuramico fosfoenolpirubato -UDP (NAM-UDP) ATP NAM-UDP + 5 aminoácidos Cadena pentapeptidica-UDP UDP-NAM-pentapeptidico + Lipidotransportador de cadena + UDP LTC-NAM-pentapeptidico + NAG-UDP se adicionan al peptidoglucano(unión cadena)

3. Lípidos Los lípidos se sintetizan a partir de la glucosa que atreves de la glucolisis produce acetil-CoA el cual se carboxila para formar malonil-CoA Acetil-CoA + CO2 + ATP Malonil-CoA + ADP + P Acetil-CoA + MalonilCoA Enzima (AEP) Butiril-Enzima + CO2 + Malonil-proteina 2 Ácidos grasos de cadena larga + Glicerol fosfato acido fosfatidico (fosfolipido sencillo)

BIOSÍNTESIS DE AMINO ÁCIDOS SULFURADOS SO 4 = + NADPH + 2 ATP SO 3 = + NADPH SH 2 + H 2 O ADP + NADP + NADP + SH 2 + H 2 O + Serina Cisteina El Azufre se incorpora a los distintos compuestos como SO 4 = y SO 3 =

INCORPORACIÓN DE FOSFORO A LA CELULA El fosforo se encuentra en la naturaleza principalmente como fosfatos orgánicos e inorgánicos y es utilizado por los microorganismos para la síntesis de Nucleótidos, Ácidos Nucleícos, ADP y Fosofolípidos. Las fosfatasas hidrolizan los enlaces esteres de los fosfatos orgánicos, son acidas o alcaninas y están situadas en el espacio periplasmático. Los fosfatos inorgánicos son incorporados como orgánicos por medio de la reacción del gliceraldhidofosfato y liberados como ATP.

Incorporación de Fe, K, Mg, Ca y Na Son incorporados como sales inorgánicas. El K, es necesario en diversas enzimas. El Mg interviene en la estabilización de los ribosomas, membranas celulares, ácidos nucleícos y para la actividad de numerosas enzimas. El Ca es importante en la formación de esporas bacterianas y en la estabilidad de la pared celular. El Na es requerido en bacteria marinas. El Fe se incorpora como sales de Fe +++ y Fe ++ o atreves de compuestos denominados ferronoforos que lo incorporan solubilizan y fijan. Son necesarios para la formación de citocromos y en los procesos anaeróbicos que actúan como aceptores de electrones.

Ciclo Nitrógeno Inorgánicos N Orgánico Descomposición del N Desnitrificación Glutamida Incorporación de Aminoacido Nitrógeno Nitrificación N Orgánico NH 3 NO 3 - NO 2 - N2N2 NO 2 NO 2 -