FOSFORILIZACION A NIVEL DE SUSTRATO

Fosforilacion a Nivel del Sustrato:

Los microorganismos requieren aporte continuo y de acceso inmediato de energía, que es usada en procesos de:

• biosíntesis (anabolismo)
• transporte activo
• translocación de proteínas a través de la membrana citoplásmica
• movimiento flagelar
• bioluminiscencia

En bacterias, al igual que en células eucariotas, la conservación intracelular de energía ocurre principalmente por medio de la síntesis de ATP.

Por lo tanto, los seres vivos, para poder obtener su moneda energética (principalmente ATP), han de captar alguna fuente de energía externa, del medio ambiente

Si la energía procede de radiaciones (en los cuantos de una determinada longitud de onda de la luz visible): bacterias fototrofas, que a su vez pueden ser:

fotolitotrofas: captan energía lumínica en presencia de sustancias inorgánicas;

fotoorganotrofas: captan energía lumínica con requerimiento de sustancias orgánicas.

Si la energía se desprende a partir de moléculas químicas en reacciones biológicas de óxido-reducción: bacterias quimiotrofas, que a su vez pueden ser:

quimiolitotrofas:  captación de energía química a partir de sustancias inorgánicas;

quimiorganotrofas: captación de energía química a partir de sustancias orgánicas.

Nos vamos a referior a los m.o. Quimiorganotrofos., en los cuales  la captación de energía consiste esencialmente en la oxidación de un sustrato reducido (orgánico en quimiorganotrofos e inorgánico en quimiolitotrofos) con una redución concomitante de un aceptor de electrones (que a su vez puede ser orgánico o inorgánico), y todo ello acoplado a un sistema de fosforilación del ADP, que se convierte en ATP.

La fosforilación a nivel de sustrato es un sistema usado por ciertas bacterias quimiorganotrofas. En donde el sustrato orgánico (donador de electrones) es oxidado por un coenzima (p. ej., NAD+), de manera que se origina un intermediario no fosforilado con una gran energía de hidrólisis. Dicho intermediario experimenta una sustitución con un fosfato, para dar la correspondiente forma acil-fosfato (siendo este enlace de alta energía). Finalmente, este acil-fosfato dona su fosfato de alta energía al ADP, que pasa a ATP. Fosforilación a nivel de sustrato es un tipo de reacción metabólica que da como resultado la formación de trifosfato de adenosina o guanosina trifosfato por la transferencia directa y la donación de un grupo fosforilo a la adenosina difosfato o difosfato de guanosina a partir de un intermedio reactivo fosforilada. Tenga en cuenta que el grupo fosfato no tiene que venir directamente del sustrato. Por convención, el grupo fosforilo que se transfiere se conoce como un grupo fosfato

Las fosforilaciones a nivel de sustrato se caracterizan por lo siguiente:

son procesos escalares (es decir, no influye su situación espacial dentro de la célula);

son series de reacciones bioquímicas en las que la transferencia de un grupo químico (ej., el fosfato) se cataliza por enzimas solubles (en el citoplasma);

existen intermediarios metabólicos (antes de llegar al ATP) en los que el fosfato está unido covalentemente.

Que estas reacciones se suceden en el citoplasma de las células como parte de la glucólisis y en la mitocondria como parte del ciclo de Krebs, tanto en condiciones aeróbicas y anaeróbicas. En la fase de pago fuera de la glucólisis, dos ATP se produce por fosforilación a nivel de sustrato: dos y sólo dos 1,3-difosfoglicerato se convierten en 3-fosfoglicerato mediante la transferencia de un grupo fosfato a ADP por una quinasa; dos fosfoenolpiruvato se convierten a piruvato por la transferencia de sus grupos fosfato a ADP por otra quinasa

La fosforilación a nivel de sustrato está acoplada a un proceso metabólico denominado fermentación. Durante la fermentación, el sustrato orgánico reducido (DH2) es catabolizado, de modo que como acabamos de ver, se produce ATP. Este catabolismo genera, además:

equivalentes de reducción (en forma de NADH y otros cofactores reducidos), e

intermediarios oxidados de la ruta catabólica.

Como ATP está formado de un primer grupo fosfato inorgánico, este paso conduce a la producción de energía de la glucólisis. El segundo fosforilación a nivel de sustrato se produce más tarde por medio de la reacción de phosphenolpiruvato en piruvato a través de la piruvato quinasa. Esta reacción regenera el ATP que se ha utilizado en la fase preparatoria de la glucólisis para activar la glucosa en glucosa-6-fosfato y fructosa-6-fosfato en fructosa-1 ,6-bisfosfato, respectivamente.

ATP puede ser generado por fosforilación a nivel de sustrato en la matriz mitocondrial, una vía que es independiente de la fuerza protonmotive, PMF. En la matriz mitocondrial hay dos reacciones capaces de fosforilación a nivel de sustrato: la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa mitocondrial, y el succinato-CoA ligasa. PEPCK mitocondrial se cree que participar en la transferencia del potencial de fosforilación de la matriz al citosol y viceversa. La enzima es un heterodímero, que está compuesto de una subunidad alfa invariante codificada por SUCLG1, y un sustrato específico de la subunidad beta, codificada por cualquiera de SUCLA2 o SUCLG2 - Este dímero combinación da como resultado ya sea un ADP de formación de succinato-CoA ligasa o un PIB- la formación de succinato-CoA ligasa. El ADP de formación de succinato-CoA ligasa es potencialmente la única enzima matriz de generación de ATP en la ausencia de un PMF, capaz de mantener los niveles de ATP de la matriz bajo condiciones de energía limitados, tales como la hipoxia transitoria.

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