Metabolismo y Rutas Metabólicas

Metabolitos: Existen 12 metabolitos precursores, productos del catabolismo, a los cuales se les añade nitrógeno (incorporado como NH₄⁺) y azufre (incorporado como H₂S) para completar las rutas metabólicas.

Metabolismo: Conjunto de reacciones químicas e interacciones que se producen en los organismos vivos, reguladas por enzimas.

• Anabolismo: Incorporación de nutrientes para obtener unidades estructurales de moléculas con consumo de energía.
• Catabolismo: Incorporación de nutrientes para obtener energía en organismos quimiótrofos.

Genética Molecular

• Gen: Fragmento funcional de ADN que contiene la información necesaria para codificar proteínas y es la base de las diferencias hereditarias.
• Operón: Conjunto contiguo de genes en el ADN que se transcriben como una única unidad funcional, más comunes en procariotas.

Procesos de Expresión Génica

• Replicación: Proceso por el cual se copia el material genético antes de la división celular. La doble hélice se desdobla mediante la ADN-polimerasa. Se requiere un iniciador (ARN). Existen dos hebras: la hebra conductora (síntesis continua 5’→3′) y la hebra rezagada (síntesis discontinua mediante fragmentos de Okazaki, unidos por ADN-ligasa).
• Transcripción: La ARN-polimerasa copia un fragmento de ADN en ARN. Al llegar al codón STOP, se libera y ocurre un procesado donde se eliminan fragmentos intermedios para formar el ARNm final, que viaja a los ribosomas.
• Transcripción enzimática: Proceso por el cual se sintetiza un ARN complementario de una cadena de ADN, utilizado posteriormente para la síntesis de proteínas.
• Traducción: Cada codón del ARNm se complementa con el anticodón del ARNt, que transporta el aminoácido correspondiente. Consta de tres fases: iniciación (formación del complejo con ARNm, ARNt y subunidad ribosomal pequeña), elongación (creación del enlace peptídico y desplazamiento del ribosoma) y terminación (una proteína de terminación rompe el complejo al llegar al codón STOP).

Degradación y Metabolitos Secundarios

Degradación de ácidos nucleicos:

1. Las nucleasas rompen ADN y ARN hasta nucleótidos.
2. Otras nucleasas específicas rompen los nucleótidos en ribosa/desoxiribosa, ácido fosfórico y bases nitrogenadas.
3. El azúcar se metaboliza mediante la glucólisis y el ciclo de los ácidos carboxílicos.
4. El fosfórico se usa para sintetizar ATP, fosfolípidos y nucleótidos.
5. Las bases nitrogenadas se degradan.

Metabolitos secundarios: Actividad posterior al crecimiento celular que sintetiza productos como antibióticos, alcaloides y pigmentos. No son esenciales para el crecimiento, poseen estructuras variadas y síntesis complejas. Se forman a partir de productos del metabolismo primario.

Ciclo del NAD+/NADH y Fermentación

• Glucólisis: El NAD⁺ se reduce a NADH durante la oxidación de la glucosa. La energía liberada se utiliza para producir ATP.
• Fosforilación oxidativa: El NADH se oxida a NAD⁺ en la cadena de transporte de electrones, generando un gradiente de protones para la síntesis de ATP.
• Fermentación de ácido láctico: El NADH se utiliza para oxidar el piruvato, regenerando NAD⁺ necesario para que la glucólisis continúe en ausencia de oxígeno.

Fermentación: Proceso donde los compuestos se degradan mediante glucólisis (Glucosa → 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH). Al no haber oxígeno, el piruvato actúa como receptor final de electrones.

Aplicaciones Biotecnológicas y Medioambientales

1. Tratamiento de aguas: Eliminación de DQO/DBO, amonio y fenoles mediante procesos aerobios y anaerobios.
2. Biorremediación: Degradación de sustancias tóxicas en suelos contaminados.
3. Tratamiento de gases: Degradación de compuestos volátiles para reducir olores y toxicidad.

Cinética de Crecimiento

Fase de transición (entre exponencial y estacionaria): Periodo corto donde disminuye la velocidad de crecimiento debido al agotamiento del sustrato y la acumulación de metabolitos tóxicos.