BIOCONVERSIÓN Producción de cortisona utilizando un microorganismo

Productos de la microbiología Industrial Bioconversión Producto (bioconversión de esteroides) Sustrato Células Levadura Productos de las Células Enzimas (Glucosa Isomerasa) Antibióticos (Penicilina) Alcohol Productos Químicos (ácido cítrico) Aditivos Alimenticios (aminoácidos) 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 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 Secundario Después de producidas las células el sustrato se convierte en un metabolito secundario durante un posterior crecimiento

Características de los metabolitos secundarios 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

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 Riboflavina(Vitamina B2) Cobalamina (Vitamina B12)

Función de la cobalamina La sintetizan exclusivamente los microorganismos. Cofactor en enzimas: Dioldeshidratasa Etanol amonio-liasa L-ß-lisina mutasa D-a-lisna mutasa Ornitina mutasa Glutamanto mutasa Metil CoA mutasa Ribonucleótido reductasa -metilenglutarato mutasa H X C H X 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 Aminoácidos utilizados en la industria alimentaria Producción aual Aminoácido Usos Finalidad en el mundo (Tm) L-glutamato 370.000 Varios alimentos Reforzar el sabor, ablandador de la carne L-aspartato y alanina 5.000 Zumos de frutas Enriquecer el sabor Glicina 6.000 Alimentos edulcorados Mejora del sabor, Partida para síntesis orgánicas L-cysteina 700 Pan Mejora calidad Zumos Antioxidante L-triptófano+L-histidina 400 Varios alimentos Antioxidante, evita enranciado; aditivo nutritivo Leche en polvo Aspartame 7.000 Bebidas refrescantes Edulcorante bajo en calorias (a partir de L-fenilalania+L-aspártico) L-lisina 70.000 Pan (Japón). Aditivo nutritivo Piensos Aditivo nutritivo DL-Metionina 70.000 Productos de la soja y Aditivo nutritivo Piensos. Aditivo nutritivo

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