Diferencia entre revisiones de «Metabolismo»
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La investigación bioquímica moderna fue ayudada por el desarrollo de nuevas técnicas, tales como la difracción por [[Rayos-X]], la [[cromatografía]], la espectroscopia por resonancia magnética nuclear, el marcaje radioisotópico, la [[microscopio electrónico|microscopía electrónica]] y las simulaciones de [[dinámica molecular]] computarizadas. Estas técnicas permitieron el descubrimiento y [[análisis]] detallado de numerosas [[molécula]]s y rutas metabólicas en la [[célula]].
=== Evolución ===
{{AP|Evolución biológica|AP2=Evolución molecular}}
[[Archivo:Phylogenetic_tree-es.png|thumb|350px|Un árbol filogenético basado en datos de [[ARNr]], que demuestra la divergencia de [[bacteria]]s, [[archaea]]s y [[eucariota]]s desde un [[LUCA|ancestro común]].]]
Las rutas metabólicas comunes, como la [[glucólisis]] y el [[ciclo de Krebs]], están presentes en todo el [[sistema de tres dominios]] de los seres vivos y estuvo presente en el [[LUCA|último ancestro universal]].<ref name=SmithE /><ref>{{Cita publicación|autor=Romano A, Conway T |título=Evolution of carbohydrate metabolic pathways |revista=Res Microbiol |volumen=147 |número=6-7 |páginas=448-55 |año= |pmid=9084754}}</ref> Esta célula universal ancestral era [[procariota]] y seguramente [[metanógeno|metanógena]], con un extensivo metabolismo de [[aminoácido]]s, [[nucleótido]]s, [[carbohidrato]]s y [[lípido]]s.<ref>{{Cita publicación|autor=Koch A |título=How did bacteria come to be? |revista=Adv Microb Physiol |volumen=40 |número= |páginas=353-99 |año=1998 |pmid=9889982}}</ref><ref>{{Cita publicación|autor=Ouzounis C, Kyrpides N |título=The emergence of major cellular processes in evolution |revista=FEBS Lett |volumen=390 |número=2 |páginas=119-23 |año=1996 |pmid=8706840}}</ref> La retención de estas rutas metabólicas durante la [[Evolución biológica|evolución]] tardía puede ser el resultado de estas reacciones como una solución óptima para sus problemas metabólicos particulares, con rutas como la glucólisis y el ciclo de Krebs que producía sus productos finales eficientemente y en un número mínimo de pasos.<ref name=Ebenhoh /><ref name=Cascante />
Muchos modelos fueron propuestos para describir los mecanismos por los cuales el metabolismo contemporáneo ha evolucionado. Estos incluyen la suma secuencial de enzimas contemporáneas a una ruta antigua, la duplicación y divergencia de las [[Ruta metabólica|rutas metabólicas]] así como el conjunto de enzimas en su unión en una ruta nueva.<ref>{{Cita publicación|autor=Schmidt S, Sunyaev S, Bork P, Dandekar T |título=Metabolites: a helping hand for pathway evolution? |revista=Trends Biochem Sci |volumen=28 |número=6 |páginas=336-41 |año=2003 |pmid=12826406}}</ref> La importancia relativa de estos mecanismo no es clara, pero estudios demostraron que las enzimas en una ruta tienden a tener un ancestro común, lo que sugiere que muchas rutas han evolucionado en un modo paso-por-paso con funciones nuevas que fueron creadas a partir de rutas antiguas.<ref>{{Cita publicación|autor=Light S, Kraulis P |título=Network analysis of metabolic enzyme evolution in Escherichia coli |revista=BMC Bioinformatics |volumen=5 |número= |páginas=15 |año= |pmid=15113413}}</ref><ref>{{Cita publicación|autor=Alves R, Chaleil R, Sternberg M |título=Evolution of enzymes in metabolism: a network perspective |revista=J Mol Biol |volumen=320 |número=4 |páginas=751-70 |año=2002 |pmid=12095253}}</ref> Otra posibilidad es que algunas partes del metabolismo puedan existir como "módulos" que pueden ser reutilizados en distintas rutas y llevar a cabo funciones similares en macromoléculas diferentes.<ref>{{Cita publicación|autor=Spirin V, Gelfand M, Mironov A, Mirny L |título=A metabolic network in the evolutionary context: multiscale structure and modularity |url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=16731630 |revista=Proc Natl Acad Sci U S A |volumen=103 |número=23 |páginas=8774-9 |año=2006 |pmid=16731630}}</ref>
La evolución de un organismo puede también producir la pérdida de rutas metabólicas. Por ejemplo, algunos procesos metabólicos que no son esenciales para la supervivencia de algunos [[parásito]]s se pierden, ya que cualquier aminoácido, nucleótido o carbohidrato puede ser obtenido normalmente del [[huésped (biología)|huésped]].<ref>{{Cita publicación|autor=Lawrence J |título=Common themes in the genome strategies of pathogens |revista=Curr Opin Genet Dev |volumen=15 |número=6 |páginas=584-8 |año=2005 |pmid=16188434}}</ref><ref>{{Cita publicación|autor=Wernegreen J |título=For better or worse: genomic consequences of intracellular mutualism and parasitism |revista=Curr Opin Genet Dev |volumen=15 |número=6 |páginas=572-83 |año=2005 |pmid=16230003}}</ref> Estas características de metabolismo reducido también se pueden ver en organismos [[Endosimbiosis|endosimbióticos]].<ref>{{Cita publicación|autor=Pál C, Papp B, Lercher M, Csermely P, Oliver S, Hurst L |título=Chance and necessity in the evolution of minimal metabolic networks |revista=Nature |volumen=440 |número=7084 |páginas=667-70 |año=2006 |pmid=16572170}}</ref>
{{VT|Filogenia}}
== Investigación y manipulación ==
[[Archivo:A thaliana metabolic network.png|thumb|300px|right|Red metabólica del [[ciclo de Krebs]] de la planta ''[[Arabidopsis thaliana]]''. Las enzimas y los [[metabolómica|metabolitos]] se muestran en rojo y las interacciones mediante líneas.]]
Clásicamente, el metabolismo se estudia por una aproximación [[Reduccionismo|reduccionista]] que se concentra en una [[ruta metabólica]] específica. La utilización de los diversos elementos en el organismo son valiosos en todas las categorías [[Histología|histológicas]], de [[Tejido (biología)|tejidos]] a células, que definen las rutas de precursores hacia su producto final.<ref>{{Cita publicación|autor=Rennie M |título=An introduction to the use of tracers in nutrition and metabolism |revista=Proc Nutr Soc |volumen=58 |número=4 |páginas=935-44 |año=1999 |pmid=10817161}}</ref> Las enzimas que catabolizan estas reacciones químicas pueden ser purificadas y así estudiar su [[cinética enzimática]] y las respuestas que presentan frente a diversos [[Inhibidor enzimático|inhibidores]]. Otro tipo de estudio que se puede llevar a cabo en paralelo es la identificación de los [[metabolito]]s presentes en una célula o tejido; al estudio de todo el conjunto de estas moléculas se le denomina [[metabolómica]]. Estos estudios ofrecen una visión de las estructuras y funciones de rutas metabólicas simples, pero son inadecuados cuando se quieren aplicar a sistemas más complejos como el metabolismo global de la célula.<ref>{{Cita publicación|autor=Phair R |título=Development of kinetic models in the nonlinear world of molecular cell biology |revista=Metabolism |volumen=46 |número=12 |páginas=1489-95 |año=1997 |pmid=9439549}}</ref>
En la imagen de la derecha se puede apreciar la complejidad de una red metabólica celular que muestra interacciones entre tan sólo 43 proteínas y 40 metabolitos: esta secuencia de [[genoma]]s provee listas que contienen hasta 45.000 [[gen]]es.<ref>{{Cita publicación|autor=Sterck L, Rombauts S, Vandepoele K, Rouzé P, Van de Peer Y |título=How many genes are there in plants (... and why are they there)? |revista=Curr Opin Plant Biol |volumen=10 |número=2 |páginas=199-203 |año=2007 |pmid=17289424}}</ref> Sin embargo, es posible usar esta información para reconstruir redes completas de comportamientos bioquímicos y producir más modelos matemáticos [[Holismo|holísticos]] que puedan explicar y predecir su comportamiento.<ref>{{Cita publicación|autor=Borodina I, Nielsen J |título=From genomes to in silico cells via metabolic networks |revista=Curr Opin Biotechnol |volumen=16 |número=3 |páginas=350-5 |año=2005 |pmid=15961036}}</ref> Estos modelos son mucho más efectivos cuando se usan para integrar la información obtenida de las rutas y de los metabolitos mediante métodos clásicos con los datos de [[expresión génica]] obtenidos mediante estudios de [[proteómica]] y de [[Chip de ADN|chips de ADN]].<ref>{{Cita publicación|autor=Gianchandani E, Brautigan D, Papin J |título=Systems analyses characterize integrated functions of biochemical networks |revista=Trends Biochem Sci |volumen=31 |número=5 |páginas=284-91 |año=2006 |pmid=16616498}}</ref>
Una de las aplicaciones [[Tecnología|tecnológicas]] de esta información es la [[ingeniería metabólica]]. Con esta tecnología, organismos como las [[levadura]]s, las [[planta]]s o las [[bacteria]]s son modificados genéticamente para hacerlos más útiles en algún campo de la [[biotecnología]], como puede ser la producción de [[droga]]s, [[antibiótico]]s o químicos industriales.<ref>{{Cita publicación|autor=Thykaer J, Nielsen J |título=Metabolic engineering of beta-lactam production |revista=Metab Eng |volumen=5 |número=1 |páginas=56-69 |año=2003 |pmid=12749845}}.</ref><ref>{{Cita publicación|autor=González-Pajuelo M, Meynial-Salles I, Mendes F, Andrade J, Vasconcelos I, Soucaille P |título=Metabolic engineering of Clostridium acetobutylicum for the industrial production of 1,3-propanediol from glycerol |revista=Metab Eng |volumen=7 |número=5-6 |páginas=329-36 |año= |pmid=16095939}}</ref><ref>{{Cita publicación|autor=Krämer M, Bongaerts J, Bovenberg R, Kremer S, Müller U, Orf S, Wubbolts M, Raeven L |título=Metabolic engineering for microbial production of shikimic acid |revista=Metab Eng |volumen=5 |número=4 |páginas=277-83 |año=2003 |pmid=14642355}}</ref> Estas modificaciones genéticas tienen como objetivo reducir la cantidad de energía usada para producir el producto, incrementar los beneficios y reducir la producción de desechos.<ref>{{Cita publicación|autor=Koffas M, Roberge C, Lee K, Stephanopoulos G |título=Metabolic engineering |revista=Annu Rev Biomed Eng |volumen=1 |número= |páginas=535-57 |año=1999 |pmid=11701499}}</ref>
{{VT|Metabolómica|Proteómica|Cinética enzimática|Inhibidor enzimático|e=e}}
== Biomoléculas principales ==
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