¿Qué determina las rutas metabólicas que una célula biológica es capaz de llevar?

Por ejemplo:

  • Las células humanas (eucariotas) pueden utilizar la vía del ciclo de Krebs para generar más ATP después de la glucólisis, pero la mayoría de las bacterias no pueden utilizar el ciclo de Krebs.
  • las células vegetales pueden utilizar el ciclo de Calvin para la fotosíntesis, pero las células humanas no.
  • la levadura puede utilizar la vía de fermentación del etanol, pero las células humanas solo pueden utilizar la vía de fermentación del ácido láctico.

¿Por qué los humanos no pueden usar el ciclo de Calvin? ¿O por qué la levadura no puede usar la vía de fermentación del ácido láctico en su lugar? ¿Qué determina las rutas metabólicas que una célula biológica puede utilizar?

La vía metabólica es una secuencia de reacciones catalizadas por enzimas . . .
Es una suerte que muchas bacterias puedan utilizar el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa ; de lo contrario, los eucariotas nunca habrían adquirido esta capacidad a través de su captura endosimbiótica para producir mitocondrias. Y la respuesta es trivial: evolución. Las vías metabólicas no son diferentes en este aspecto de la trompa del elefante, el cuello de la jirafa, las alas de los pájaros o las aletas de los peces. Todos son el resultado de la evolución del genoma bajo presión ambiental.
¿Es posible diseñar genéticamente nuevas vías en las células bacterianas?
Sí, es posible diseñar genéticamente nuevas vías en las bacterias; esto se llama biología sintética y puede buscar artículos al respecto. Poner los genes para una vía no es suficiente, sin embargo, debe considerar cómo se inducirán y regularán, etc.

Respuestas (1)

El factor determinante son los rasgos hereditarios que se transmiten al organismo. Las vías metabólicas requieren catalizadores de proteínas cuyas instrucciones para hacer se almacenan en el ADN. En otras palabras, los humanos no pueden usar el ciclo de Calvin porque nuestros padres no pueden/no pudieron, pero las plantas sí pueden porque sus padres pueden/podrían.

Sin embargo, a la larga, muy lentamente, los organismos pueden ganar o perder la capacidad de usar las vías que tenían sus antepasados.

Por catalizadores de proteínas, ¿te refieres a enzimas?
Así es. Las enzimas son proteínas catalíticas.
En ese caso, si las enzimas se agregaran manualmente a las células en un ambiente de biorreactor, ¿sería posible la reacción? Por ejemplo, las células humanas no pueden utilizar la vía de carboxilación que convierte la PEP en oxaloacetato, ya que las instrucciones para producir la enzima PEP carboxilasa no se almacenan en nuestro ADN. Sin embargo, si aislamos y añadimos manualmente PEP carboxilasa a una célula humana, ¿sería posible la reacción de carboxilación?
Si por "manualmente" quiere decir purificar la enzima y literalmente agregar el polvo en el reactor, entonces probablemente no. Porque es probable que las células no lo transporten y la enzima probablemente se desnaturalice. Si agrega el gen para esa enzima, entonces probablemente sí. También hay otros factores, como si el gen se expresa correctamente y la enzima va a donde tiene que ir. Modificar las vías metabólicas es algo que la gente hace ahora mismo. Por ejemplo, los investigadores están modificando genéticamente hongos para fermentar todos los azúcares en la biomasa vegetal y los inhibidores en el medio. Esto implica agregar nuevos genes.
Gracias. Entonces, ¿la única forma de crear nuevas vías metabólicas es modificar genéticamente la célula y, más específicamente, aislar el gen deseado e insertarlo en un plásmido celular? (haciendo ADN recombinante)
¿Qué determina las rutas metabólicas que una célula biológica es capaz de llevar?
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