Riassunto microbiologia generale - lezioni complete

VIA DI LELOIR E DEL TAGATOSIO

Nel caso del metabolismo del lattosio, quando viene scisso dei due monosaccaridi, il glucosio può seguire la via glicolitica, ma il galattosio deve subire delle trasformazioni per poter diventare uno degli intermedi dei pathway metabolici.

Il lattosio può entrare nella cellula microbica in più modi:

1. Se lo zucchero entrava attraverso una permeasi, entra così com'è
2. Con un sistema PEP-PTS entra come lattosio-6P
3. Il lattosio può entrare in antiporto con il galattosio e in simporto con H+

Il lattosio viene scisso in glucosio e galattosio dall'enzima b-galattosidasi, ma nel caso del lattosio-6P deve intervenire la fosfo-b-galattosidasi.

[Esistono dei substrati cromogenici che mimano il lattosio e una volta idrolizzati sviluppano un colore, che viene letto dopo con una misura spettrofometrica, permettendo un saggio della presenza della b-galattosidasi]

Una delle strategie per trasformare il galattosio è la...

via di leloir: è comune di molti batteri lattici, GRAM+, omo e etero fermentanti, ossigeno tolleranti.

1. Attacco della galattosio-chinasi che fosforila il galattosio
2. Attacco del galattosio-P ad opera della uridil-transferasi che catalizza la reazione con UDP-glucosio, formando UDP-galattosio
3. Attacco dell'enzima UDP-glucosio-4-epimerasi che ribalta il gruppo -OH nel galattosio convertendolo a glucosio-P rigenerando UDP-glucosio

Gli ultimi due enzimi agiscono assieme.

[la fosforilazione normalmente aumento il livello energetico della molecola e quindi è un segnale che muove lo zucchero verso il catabolismo, mentre gli zuccheri attivati tramite UDP-glucosio sono normalmente destinati ad altre funzioni (in questo caso serve per il catabolismo del galattosio)]

Esiste anche la via del tagatosio:

1. Il lattosio entra cellula con un sistema PEP-PTS (lattosio-6P) e viene scisso in glucosio e galattosio-6P dalla fosfo-b-galattosidasi
2. Il glucosio segue la normale via glicolitica

mentre il galattosio-6P viene convertito in tagatosio-6P³. Il tagatosio-6P viene fosforilato a formare tagatosio-1,6-difosfato⁴. Un’aldolasi trasforma il tagatosio-1,6-difosfato in diidrossiaceton-P⁵. Il diidrossiaceton-P viene convertito da una trioso-P-isomerasi a formare gliceraldeide-3P che entra nella via glicolitica.

MICRORGANISMI CHE UTILIZZANO IL GALATTOSIO

Streptococcus thermophilus e Lactobacillus delbrueckii sono in grado di utilizzare il galattosio e hanno nei geni le informazioni per la via di Leloir, ma non la utilizzano perché il lattosio negli ambienti dove si riproducono, è abbondante e anche perché il sistema di trasporto di lattosio è principalmente in antiporto (viene espulso il galattosio).

- Il fatto che la via del lattosio è principalmente in antiporto crea un problema tecnologico perché l’eccesso di galattosio residuo scaldato crea facilmente composti bruni e può anche essere utilizzato da altri.

IL CICLO DI KREBS

FASI PREVENTIVE AL CICLO DI KREBS

1. Traslocazione del piruvato citoplasmatico a livello mitocondriale.

Il piruvato entra nel mitocondrio grazie ad un trasportatore specifico e al gradiente di concentrazione tra citoplasma e mitocondrio.

2. Attacco multi-enzimatico al piruvato

Il piruvato viene attaccato dal complesso della piruvico-deidrogenasi.

3. Reazione con la piruvico-de-carbossilasi a formare aldeide acetilica

Il piruvato reagisce con l'enzima e forma un acetale che resta legato al cofattore dell'enzima, la timina-piro-fosfato (TPP).

4. Reazione con l'enzima transferasi

Questo enzima è un un acetil-diidro-lipoammide, ed il suo cofattore è un acido lipoico e forma l'acetil-lipoato, che ha un C che insiste su atomi elettronegativi (è un C).

acidico) e questo legame è altoenergetico,

Utilizzo dell'energia fornita dal legame altoenergetico per la formazione di un legame tio-estere con il coenzima-a (CoA) e formazione dell'acetil-coenzima-A (CoA-SH).

Azione del quarto enzima lipoico deidrogenasi per riportare l'acido lipoico ridotto nella forma ossidata. Questo enzima contiene uno dei cofattori più versatili che ci siano in natura, che è la flavin-adenin-dinucleotide.

CICLO DI KREBS EFFETTIVO

Reazione dell'acetil-CoA con un a-cheto-acido (l'acido ossalacetico) nel mitocondrio, mediata dall'enzima citrato-sintetasi. Sul metilo si genera un carbanione negativo e si unisce al C carbonilico (+), ottenendo un citrato (acido tri-carbossilico).

Spostamento della funzione ossidrilica del citrato dal C centrale al C laterale guidata dall'enzima acolitasi. Formazione quindi dell'isocitrato, che ha come intermedio di reazione l'acido acolitico.

Ossidazione

dell’isocitrato da parte dell’enzima iso-citrico-deidrogenasi a dare a-cheto-glutarato.

Reazione dell’a-cheto-glutarato con un altro enzima nella matrice mitocondriale con struttura e funzionamento simili alla piruvico-deidrogenasi a dare succinil-CoA.

Utilizzo di una chinasi per recuperare l’energia del legame tioestere del succinil-CoA, andando a creare l’acido succidico.

Ossidazione del succinato in maniera stereospecifica, a dare fumarato tramite il coinvolgimento dell’enzima succinico-deidrogenasi.

Addizione di una molecola di acqua al fumarato Trans con produzione di acido-L-malico (malato)

Ossidazione dell’acido-L-malico, tramite NAD+, per produrre una molecola di acido ossal-acetico

Condensazione dell’acido ossal-acetico con una molecola di acetil-CoA per dare citrato

Per orni piruvato vengono prodotte 3 molecole di CO + 1 NADPH (da isocitrato ad a-chetoglutarato) + 3 NADH (da 2 piruvato a acetil-CoA; da a-chetoglutarato a

succinil-CoA; da malato a ossalacetato) + 1 FADH (da succinato afumarato).

Il ciclo di Krebs fornisce molte ATP perché tutto il potere riducente si scarica sulla catena di trasporto deglielettroni, favorendo l’espulsione di protoni, che rientrando generano ATP.

VIE BIOSINTETICHE

Sono vie anaboliche e quindi consumano energia.

L’attività anabolica riassume tre vie sintetiche utilizzate da molti microrganismi per la biosintesi di purine epirimidine e di alcuni amminoacidi come arginina ed acido aspartico.

VIE BIOSINTETICHE CHE UTILIZZANO LA CO₂(disciolta in acqua o derivante da reazioni di decarbossilazione) e sono definite vie anaplerotiche.

Via della carbamoil-P-sintasi (CpS):

1. Una CO₂ reagisce con una glutammina a dare carbamoil-P + glutammato grazie all’enzima CpS
2. Il carbamoil-P può diventare citrullina e portare alla formazione di arginina, o può diventare carbamoil-aspartato e portare alla formazione di uracil-mono-P (base di partenza

delle pirimidine)il glutammato può essere convertito in aspartato dall'enzima aspartato-transaminasi (Asp-Tn) oppure può reagire con l'enzima glutammina-sintasi a riformare la glutammina, utile per produrre uovo carbamoil-P.Via della PEP-carbossilasi (PeC):o - La CO reagisce con PEP a formare ossalacetato grazie all'enzima PeC.2- L'ossalacetato forma aspartato grazie all'enzima Asp-TnVia della amminoimidazolo-ribotide-carbossilasi (ArC):o - La CO diventa inosil-mono-P (IMP) grazie all'enzima amminoimidazolo-ribotide-carbossilasi (ArC)2VIE BIOSINTETICHE CHE UTILIZZANO MOLECOLE DEL CICLO GLICOLITICO E DI KREBS- Il piruvato è precursore dell'alanina (da cui derivano valina e leucina)- Il 3-fosfoglicerato è precursore della serina (da cui derivano glicina e cisteina)- Il PEP reagisce con l'eritrosio-4P a dare un precursore degli amminoacidi aromatici (fenilalanina, tirosina etriptofano)- Il ribosio-5P diventa il

precursore dell'istidina-α-chetoglutarato da il glutammato (da cui derivano prolina, glutammina e arginina)- Ossalacetato da l'aspartato (da cui derivano asaragina, lisina, metionina, treonina, isoleucina)

VIA DEI PENTOSO FOSFATI

La via dei pentoso fosfati prevede:

• Trasformazione del glucosio in glucosio-6P dall'enzima glucosinasi
• intervento di una deidrogenasi che ossida il C1 del glucosio-6P producendo 6P-glucolattone, un estere interno formato da un gruppo carbossilico in posizione 1 e un gruppo alcolico in posizione 5.

In questa fase si ha l'intervento anche di un cofattore che collabora con l'enzima, ossia l'NADP+ (nucleotil-adenin-dinucleotide-fosfato)

idrolizzazione da una molecola di acqua catalizzata dall'enzima lattonasi, con conseguente apertura dell'anello piranosidico e formazione dell'acido 6-fosfo-gluconico (via del fosfo-gluconato)

ossidazione dell'acido 6-fosfo-gluconico da parte dell'enzima 6-fosfo-gluconato-deidrogenasi