BIOCONVERSIÓN Producción de cortisona utilizando un microorganismo

Productos de la microbiología Industrial Bioconversión Producto (bioconversión de esteroides) Sustrato Productos de las Células Enzimas (Glucosa Isomerasa) Antibióticos (Penicilina) Aditivos Alimenticios (aminoácidos) Alcohol Productos Químicos (ácido cítrico) Células Levadura Bioquímica y Microbiología Industrial 2º de Bioquímica Universidad de Zaragoza

Metabolitos Primarios y Secundarios Sustrato de crecimiento Metabolito Primario Células Las células y el metabolito se producen más o menos simultáneamente Sustrato de crecimiento Metabolito Primario Células Metabolito Secundario Después de producidas las células y el metabolito primario, las células convierten el metabolito primario en uno secundario Sustrato de crecimiento Metabolito Primario Células Metabolito Secundario 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

Vía metabólica primaria para la síntesis de aminoácidos aromáticos y metabolitos secundarios con anillos aromáticos

Relaciones entre metabolitos primarios y secundarios

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 B 12 ) Riboflavina(Vitamina B 2 )

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 H X CC HX CC

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-glutamato L-aspartato y alanina Glicina L-cysteina L-triptófano+L-histidina Aspartame (a partir de L-fenilalania+L-aspártico) L-lisina DL-Metionina Aminoácido Producción aual en el mundo (Tm) Aminoácidos utilizados en la industria alimentaria Usos Reforzar el sabor, ablandador de la carne Enriquecer el sabor Mejora del sabor, Partida para síntesis orgánicas Mejora calidad Antioxidante Antioxidante, evita enranciado; aditivo nutritivo Edulcorante bajo en calorias Aditivo nutritivo Finalidad Varios alimentos Zumos de frutas Alimentos edulcorados Pan Zumos Varios alimentos Leche en polvo Bebidas refrescantes Pan (Japón). Piensos Productos de la soja y Piensos.

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