Znajomość metabolizmu podstawą planowania procesu biotechnologicznego Metabolizm pierwotny

Katabolizm Główne szlaki kataboliczne jako źródła prekursorów dla biosyntezy składników biomakromolekuł

Katabolizm głównych źródeł węgla Glikoliza (szlak EMP), cykl Krebsa, łańcuch oddechowy Glikoliza: Glukoza + 2 NAD+ 2 ADP + 2 Pi  2 pirogronian + 2 NADH + 2 ATP EMP szlak Embdena-Meyerhofa-Parnasa

Szlak pentozofosforanowy

Szlak Entnera-Doudoroffa

Cykl Krebsa

Reakcje anaplerotyczne – uzupełnianie puli szczawiooctanu pirogronian + CO2 + ATP  szczawiooctan + ADP + Pi PEP + CO2 + ADP  szczawiooctan + ATP

Reakcje anaplerotyczne – cykl glioksalanowy

Katabolizm alternatywnych źródeł węgla węglowodory aromatyczne

Katabolizm alternatywnych źródeł węgla kwasy tłuszczowe Reakcje anaplerotyczne: Glicerol  glicerolo-P aldehyd-3-P

Katabolizm alternatywnych źródeł węgla aminokwasy

Reakcje przyswajania źródeł azotu

Alternatywny łańcuch przenoszenia elektronów

Bilans energetyczny Glikoliza 2 ATP 2 NADH 2  1,5 ATP 3 Dehydrogenaza pirogronianowa NADH 2  2,5 ATP 5 Cykl Krebsa NADH 2  3  2,5 ATP 15 FADH2 2  1  1,5 ATP 3 ATP 1  2 ATP 2 ----------- 30 W warunkach beztlenowych tylko 2 mole ATP z glikolizy

Produkty metabolizmu beztlenowego w różnych drobnoustrojach Reakcje prowadzące do odtworzenia NADH są zaznaczone jako R

Alternatywne szlaki fermentacji beztlenowej

Anabolizm - biosynteza Anabolizm pierwotny i wtórny

Etapy ekspresji genu

Regulacja ekspresji genu przez białka regulatorowe

Główne mechanizmy regulacji transkrypcji genów kodujących enzymy metabolizmu podstawowego Katabolizm: indukcja substratowa Substrat lub jego metabolit działa jako induktor lub efektor pozytywny aktywatora. Regulacja dotyczy szlaku katabolizmu danego substratu represja kataboliczna Łatwiej przyswajalne żródło węgla lub efektor syntezowany w komórce w jego obecności działa jako korepresor lub efektor negatywny aktywatora. Regulacja dotyczy szlaku katabolizmu trudniej przyswajalnego źródła węgla represja azotowa j.w., ale dotyczy szlaku przyswajania źródła azotu. Dotyczy także białek transportowych Anabolizm: - represja końcowym produktem szlaku końcowy produkt szlaku działa jako korepresor lub efektor negatywny aktywatora. Dotyczy szlaku biosyntezy atenuacja mechanizm specyficzny dla drobnoustrojów prokariotycznych

Diauksja – dwufazowość wzrostu drobnoustrojów w obecności dwóch źródeł węgla Produkcja penicyliny przez Penicillum chrysogenum

Regulacja ekspresji genów operonu lac

Represja kataboliczna Indukcja substratowa Represja kataboliczna A – Struktura regionu operatorowego B – Nie ma induktora. Represor blokuje transkrypcję, która nie może się rozpocząć pomimo obecności aktywatora związanego z efektorem (CRP:cAMP) C – Obecność induktora, a w efekcie odblokowanie represji nie wystarcza do indukcji ekspresji genu, jeżeli brak aktywacji D – Dopiero jednoczesna aktywacja i brak represji umożliwiają rozpoczęcie transkrypcji

Represja kataboliczna

Atenuacja Regulacja ekspresji operonu tryptofanowego poprzez atenuację

Sprzężenie energetyczne metabolizmu 1. Ładunek energetyczny adenylanu 2. Efekt Pasteura U drobnoustrojów względnie anaerobowych , wydajność biomasy jest dużo większa w obecności tlenu, który hamuje fermentację alkoholową. Mechanizm: hamowanie glikolizy przez ATP i cytrynian 3. Efekt Crabtree W hodowlach tlenowych następuje częściowe hamowanie oddychania przy bardzo dużych stężeniach glukozy

Katabolizm glukozy – mechanizmy regulacyjne