ENZIMAS DE MICROORGANISMOS EXTREMÓFILOS Y SU APLICACIÓN INDUSTRIAL UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS E.A.P. GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA “BIOTECNOLOGÍA MICROBIANA” ALUMNOS: ARTURO LIÑAN TORRES 10100069 NAGIF ALATA JIMÉNEZ 09100104

EXTREMÓFILOS CLASIFICACIÓN Acidófilos Alcalófilos Termófilos Psicrófilos Bacterias, Arqueas y Eucariotas Termófilos Halófilos Alcalófilos Piezófilos Acidófilos Bacterias, Arqueas y Eucariotas Bacterias y Arqueas Bacterias, Arqueas y Eucariotas Bacterias, Arqueas y Eucariotas Bacterias y Arqueas

BACTERIAS Y ARQUEAS EXTREMÓFILAS

TERMÓFILOS Microorganismos que toleran temperaturas relativamente altas. Los termófilos se reproducen fácilmente a temperaturas mayores a 45 °C y algunos de ellos llamados hipertermófilos, a temperaturas superiores a 80 grados °C. Algunos hipertermófilos incluso prosperan en ambientes más calientes, por ejemplo a 100 °C, el punto de ebullición del agua a nivel del mar. A finales de 1960 se identificó el primer extremófilo, capaz de vivir a una temperatura mayor de 70 °C, Thermus aquaticus, del cual se extrae la taq-polimerasa empleada en PCR. Al mismo tiempo también se encontró el primer hipertermófilo Sulfolobus acidocaldarius, crece de manera prolífica a temperaturas tan altas como de 85 °C.

Ambientes Fuentes termales volcánicas terrestres. Fuentes termales submarinas. Compostas (~65°C).

Membranas y ácidos grasos Adaptaciones Alta estabilidad térmica debido a redes de interacciones iónicas. Aumento de la carga de la superficie. Aumento de la hidrofobicidad del núcleo de la proteína. Sustitución de aminoácidos 'termolábiles'expuestos. Proteínas En bacterias: alargamiento de las cadenas de ac. grasos saturados, presencia de ramificaciones y ciclos hopanoides. En arqueas: los lípidos son éteres de hidrocarburos unidos al glicol. Membranas y ácidos grasos

Ejemplos Bacterias: Thermus aquaticus, Rhodothermus obamensis, Rhodothermus marinus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis, Arqueas: Sulfolobus acidocaldarius, Pyrolobus fumarii, Methanopyrus, Pyrococcus furiosus, Thermococcus litoralis.

Enzimas y sus aplicaciones

PSICROFILOS Microorganismos que toleran temperaturas bajas. Sus temperaturas mínimas de desarrollo van de -5 a +5 °C, sus temperaturas óptimas de desarrollo se encuentran entre 12-15 °C y sus temperaturas de desarrollo máximas son de 15-20 °C.

Ambientes El fondo de los océanos: temperaturas de 2 a 3 grados (ártico, antártico). Regiones polares. Montañas altas. Glaciares. Sistemas subterráneos (cuevas). Superficies de las plantas y animales que viven en ambientes frios.

Membranas y ácidos grasos Adaptaciones Proteínas Bajo número de puentes de hidrógeno. Bajo número de residuos hidrofóbicos y más grupos cargados en la superficie. Membranas y ácidos grasos Alto número de ac. grasos no saturados.

Ejemplos Bacterias: Gram-negativas: Pseudoalteromonas, Moraxella, Psychrobacter, Polaromonas, Psychroflexus, Polaribacter, Moritella, Vibrio y Pseudomonas. Gram-positivas: Arthrobacter, Bacillus y Micrococcus. Arqueas: Methanogenium, Methanococcoides y Halorubrum.

Enzimas y sus aplicaciones

HALOFILOS Microorganismos que toleran altas concentraciones de salinidad por su habilidad para mantener el balance osmótico. Acumulan sales de cloruro de sodio o de potasio hasta concentraciones que son isotónicas con el medio.

Ambientes Lagos salinos (Gran Lago Salado de Utah y el Mar Muerto). Suelos salados. Alimentos salados (salmueras, salsa de soya y pescado). Salinas marinas.

Adaptaciones Primer mecanismo -> Salt-in (típico de arqueas) Acumulación de iones inorgánicos en el citoplasma (K y Cl). Segundo mecanismo -> Salt-out (bacterias) Acumulación de compuestos orgánicos en el citoplasma. Solutos compatibles: a.a. ,azúcares, glicina, betaína, ectoína e hidroxiectoína. Las enzimas son activas y funcionales a concentraciones altas de sales (ej.: ~[4M] de KCl y >5M de [NaCl]. Alto # reesiduos – en superficie.

Ejemplos Bacterias: Halomonas, Delega, Volcaniella, Flavobacterium, Paracoccus, Pseudomonas, Halovibrio y Chromobacterium. Arqueas: Halobacterium, Haloferax, Haloarcula, Halococcus, Natronobacterium y Natronococcus.

ENZIMAS

Halocina 6 inhibidor de intercambiador Na+/H+

Acidófilicos Los organismos acidófilos son aquellos se desarrollan en pH bajos, se pueden encontrar principalmente en ventanas termales, geiser, piscinas sulfurosas, etc. Características: pH menor a 4 Pertenecen a este grupo arqueas, bacterias, fungi, algas y protozoarios Desarrollaron propiedades metabólicas especificas, característica genéticas, características estructurales y funcionales de sus macromoléculas para mantener el pH acido

Enzimas utilizadas en la industria Entre las enzimas procedentes de microorganismos acidofilicos tenemos: Amilasas Proteasas Ligasas Xilanasas Esterasas Alfa glucosilasas

Amilasa de Alicidobacillus acidocaldarius presenta 3 cambios en los residuos que son conservados entre las amilasas AMILASAS Amilasas de la industria Amilasas de Alicydobacillus acidocaldarius Almidón pH 3.0 T° 75°C pH 6.5 Ca2+ pH 3.2 – 3.6

Glucosilasa de arqueas: Extracelulares Mas activas Más estables GLUCOAMILASAS La glucoamilasa hidroliza la cadena terminal no reducidas, se pueden encontrar en fungi y bacterias (70°C, pH 3.5-6) y en arqueas 90°C pH2.0) Glucosilasa de arqueas: Extracelulares Mas activas Más estables Más especificas Thermoplasma acidophilum Picrophilus torridus

CELULASAS La celulosa es el biopolímero más abundante, formado de unidades de D-glucosa unidos por enlace beta 1-4 La celulosa contiene regiones amorfas y cristalinas resistentes a hidrolisis enzimática Celulasas de S. solfataricus estable a 80°C pH 1.8, N terminal rica en ser/thr Combinación de estabilidad y temperatura para procesos de producción de bioetnanol (Huang 2005)

Piesofilos Los organismos piesofilicos son aquellos se desarrollan en condiciones de elevada presión hidrostática, presión hidrostática en el océano es de 38MPa. Características: T° es típicamente entre 1 -3°C Se pueden distinguir entre Piesotolerantes, piesosensitivos y piesofilicos

Alcalinófilos Los organismos alcalinófilos son aquellos organismos que viven a pH 9 o superior a 9, actualmente tienen un gran impulso en la industria de lavandería y textil; también tiene usos biotecnológicos en antibióticos y carotenoides

Enzimas utilizadas en la industria Entre las enzimas procedentes de microorganismos acidofilicos tenemos: Proteasas Amylasas Celulasas Lipasas Xilanasas

Keratinasas en agricultura, famaceútica y cosmética PROTEASAS Presenta un mayor uso en detergentes, producción de queso y recuperación de plata de films fotográficos Presenta un a tolerancia a pH altos, por lo tanto Pi de la enzima es el pH del detergente- Proteasas de serina de Bacillus sp. pH 7 – 11 Proteasa priónicas Keratinasas en agricultura, famaceútica y cosmética AMILASAS Las alfa amilasas producen glucosa, maltosa y maltotriosa Son más rápidas que las beta amilasas y son mejor ya que realiza cortes internos en el polisacárido – Bacillus sp.

Las celulasas de Bacillus sp. es usado como detergente Celulosa es polímero formado por unidades de D-glucosa, se tiene tres tipos de celulasas (endocelulasa, exocelulasa y glucosilasas) Las celulasas de Bacillus sp. es usado como detergente Uso en ropas, detergentes, biopolishing

La industria de detergente ha usado enzimas durante los últimos 30 años, entre estas enzimas las celulasas son una de las enzimas usadas tanto para el lavado como para el biopulido. Ventajas brindadas por el uso de celulosa: Beneficia la antireposición de la suciedad Eficiente biopulido que crea un color “revivido”

La hidrolisis enzimática debe ser confinada al primer estadio para evitar la perdida de la estructura de la tela

El tiempo de tratamiento con la celulosa se ve mas beneficiado varios tratamientos de cortos periodos de tiempo

El uso de celulasa procedente de Bacillus spp El uso de celulasa procedente de Bacillus spp. Beneficia el cuidado de la tela y evita los daños en la estructura de la tela.