Post on 23-Jan-2016
BIOCONVERSIÓN
Producción de cortisona utilizando un microorganismo
Productos de la microbiología Industrial
Bioconversión
Producto(bioconversiónde esteroides)
Sustrato
Productos de las Células
Enzimas(Glucosa
Isomerasa)
Antibióticos(Penicilina)
AditivosAlimenticios
(aminoácidos)
Alcohol
ProductosQuímicos
(ácido cítrico)
Células
Levadura
Bioquímica y Microbiología Industrial 2º de Bioquímica Universidad de Zaragoza
Metabolitos Primarios y Secundarios
Sustrato decrecimiento
MetabolitoPrimario
Células
Las células y el metabolito se producen más o menos simultáneamente
Sustrato decrecimiento
MetabolitoPrimario
Células
MetabolitoSecundario
Después de producidas las células y el metabolito primario, las células convierten el metabolito primario en uno secundario
Sustrato decrecimiento
MetabolitoPrimario
Células
MetabolitoSecundario
Después de producidas las células el sustrato se convierte en un metabolito secundario durante un posterior crecimiento
• Específicos de un grupo de organismos• No esenciales para el crecimiento • Dependiente de las condiciones de crecimiento• Producidos como grupo de estructuras relacionadas:
¯ Una cepa de Streptomyces produce 32 antibióticos distintos del tipo antraciclina
• Puede obtenerse una superproducción espectacular
Características de los metabolitos secundarios
Diferencias entre metabolismo primario y secundario
Azúcar
Células
Alcohol
Formación de alcohola partir de azucar por la levadura
AzúcarCélulas
Penicilina
Trofofase Idiofase
Formación de penicilina por elhongo Penicillium chrysogenum
Vía metabólica primaria para la síntesis de aminoácidos aromáticos y metabolitos secundarios
con anillos aromáticosGlucosa
Eritrosa Fosfoenol-piruvato
3-Desoli-7-fosfoD-arabinoheptulosonato
Ácido shikímico
Ácido corísmico
Ácido prefénico
Ácidoantranílico
CandicidinaNistatina
Cloranfenicol
AnsamicinaRifamicina
Nocardicina
FenilalaninaPolimixina Tirosina Novobiocina
Triptófano
Actinomicina
Piocianina
Metabolitoprimario
Metabolitosecundario
Relaciones entre metabolitos primarios y secundarios
Glucosa (C6)
Triosa (C3)
Piruvato (C3)
Acetato (C2)
Pentosa (C5)
Citrato (C6)
a-cetoglutarato (C5)
Oxalacetato (C4)
CO2CO2
Tetrosa (C4)
Ácido glutámico (C5N)
Sikimato (C7)
Metabolitos secundariosaromáticos
Aminoaácidos aromáticos
Alanina (C3N)
Malonato (C3)
CO2
CO2
Policétidos (nC2)
Ácidos grasos (nC2)
Metabolitossecundarios
Metabolitossecundarios
CO2
Mevalonato (C6) Pirofosfato de isopentenilo (C5)
CO2
Terpenos/Esteroides (nC5)
Valina (C5N)
Serina (C3N)
Ácido kójicoSacáridosGlucósidos
Glicocola (C3N)
C1-pool
PenicilinaCefalosporinaTetraciclinaEstreptomicinaGriseofulvinaActinomicinaPepstatinaciclosporina AKrestinaBestatinaGibberelina
AntibióticoAntibióticoAntibióticoAntibióticoAntibiótico (antifúngico)AntitumoralTratamientos antiulcerososInmunosupresorTratamiento del cáncerTratamiento del cáncerRegulador del crecimiento vegetal
Metabolito secundario Utilidad comercial
Metabolitos microbianos secundarios comercializados
PenicilinaActinomicinaNeomicinaEstroptomicinaCandicidinaEstreptomicinaTetraciclinaPenicilina
GlucosaGlucosaGlucosaGlucosaFosfatoFosfatoFosfatoFuentes de nitrógeno
Componente del medio Metabolito secudario reprimido
Represión del metabolismo secundario por componentes del medio
METABOLITOS PRIMARIOS
VITAMINAS, AMINOACIDOS Y OTROS PRODUCTOS
ORGÁNICOS
Uso de las vitaminas
• Suplemento alimentario para personas y animales
• 2º fármaco más vendido (1.000 millones año)
• La mayoría se producen por síntesis química
• La cobalamina y la riboflavina por fermentación
Vitaminas de producidas por fermentación
Cobalamina (Vitamina B12) Riboflavina(Vitamina B2)
Función de la cobalamina
• La sintetizan exclusivamente los microorganismos.
• Cofactor en enzimas:– Dioldeshidratasa– Etanol amonio-liasa– L-ß-lisina mutasa– D--lisna mutasa– Ornitina mutasa– Glutamanto mutasa– Metil CoA mutasa– Ribonucleótido reductasa– -metilenglutarato mutasa
HX
C C
H X
C C
Producción comercial
Cobalamina• 1948 de hígado
• Actualmente por fermentación
• Propionibacterium (19-23 mg/l)
• Pseudomonas dinitrificans (60 mg/l)
• Fuente de carbono molasas de remolacha y suplementada con cobalto.
Deficiencia de Cobalamina:Anemia Perniciosa
• Personas mayores de 60 años; ocasionalmente en niños• Antes de 1926 incurable y fatal• Por absorción defectuosa de la vitamina• Síntomas en vegetarianos estrictos• Células rojas anormalmente grandes, inmaduras, frágiles y en bajo
número (1 a 3 millones/ml)• Médula ósea: mitosis y replicación del DNA suspendidos• Mucosa gástrica: suspendida la secreción de HCl• SNC: desmielinización, ataxia y síntomas psicóticos• Tratamiento: inyección intramuscular de 3 a 6 µgr de cobalamina y
dosis de mantenimiento de 1 mg
Producción comercial
Riboflavina• Cofactor FAD, FMN
• Sintetizada por muchos microorganismos: bacterias, levaduras y hongos
• Ashbya gossypii : 7g/l
• La síntesis química esta alcanzando a la microbiana
Aminoácidos de uso industrial
L-glutamatoL-aspartato y alaninaGlicinaL-cysteina
L-triptófano+L-histidina
Aspartame(a partir deL-fenilalania+L-aspártico)L-lisina
DL-Metionina
Aminoácido Producción aualen el mundo (Tm)
Aminoácidos utilizados en la industria alimentaria
Usos
Reforzar el sabor, ablandador de la carneEnriquecer el saborMejora del sabor, Partida para síntesis orgánicasMejora calidadAntioxidanteAntioxidante, evita enranciado; aditivo nutritivo
Edulcorante bajo en calorias
Aditivo nutritivoAditivo nutritivoAditivo nutritivoAditivo nutritivo
Finalidad
370.0005.0006.000
700
400
7.000
70.000
70.000
Varios alimentosZumos de frutasAlimentos edulcoradosPanZumosVarios alimentosLeche en polvoBebidas refrescantes
Pan (Japón).PiensosProductos de la soja yPiensos.
Producción de aminoácidos
• La mayoría de los aminoácidos pueden fabricarse químicamente.
• La síntesis química da como resultado la forma de mezclas ópticamente inactivas de las formas D y L.
• La producción microbiológica puede ser por fermentación directa, o por síntesis enzimática.
Producción de Lisina
• Brevibacterium flavium
• Regulada por retroalimentación
• Los mutantes desregulados producen hasta 60 gr/litro
Regulación de la síntesis de lisina por retroalimentación
Producción de Ácido Glutámico
• Corynebacterium glutamicum• La biotina es un cofactor esencial en la biosínteis
de los ácidos grasos. • Su deficiencia conduce a un daño en la membrana.• Como consecuencia el ácido glutámico es
secretado al medio.• El crecimiento del corynebacterium glutamicum:
– Medio de crecimiento con mucha biotina– Medio deficiente en biotina provoca la excreción del
aminoácido.
Producción de compuestos orgánicos• Ácido cítrico:
– Alimentos y bebidas• Ácido itacónico:
– Resinas acrílicas• Ácido glucónico:
– Tratamiento de deficiencias de calcio (gluconato cálcico)– Agente de lavado y suavizante
• Sorbosa:– Para la fabricación de ácido ascórbico– Sorbosa ----(acetobacter)------>Sorbitol---->----> Vitamina C
• Giberlina:– Hormona vegetal del crecimiento producida por hongos
• Dihidroxiacetona:– Bronceador: Glicerol---(acetobacter)---->Dihidroxiacetona
• Dextrano:– Prolonga la duración del plasma. Reactivo químico
• Ácido láctico:– Alimentos, para acidificar alimentos y bebidas.
• Acetona y butanol:– Antes por fermentación con Clostridium acetobutilicum, pero ahora se preparan por síntesis
química.
Producción de ácido Cítrico
• Producido microbiológicamente por fermentación:– Aspergillus niger
• La fermentación se realiza aeróbicamente.• La condición fundamental pare tener un gran rendimiento es que le
medio sea deficiente en hierro.• El ácido cítrico es superproducido como agente quelante para
apoderarse del hierro.
Producción de ácido Cítrico
• Fuente de carbohidratos:– Almidón de patata– Hidrolizados de almidón– Jarabe glucosa – Jarabe o molasas de caña de
azúcar o remolacha azucarera
• La fermentación se realiza aeróbicamente: procesos en superficie o sumergidos. Fue la primera fermentación aeróbica industrial.
• El ácido cítrico se produce como un típico metabolito secundario