Clase 8va Microorganismos de Importancia Agroindustrial.
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}(Universidad Del Perú, DECANA DE AMÉRICA)
MICROOGANISMOS DE IMPORTANCIA AGROINDUSTRIAL
Bioprocesos industriales Bacterias y hongos de importancia industrial
Principales clases de productos
Mg. Sc. Estela
Memenza Z.
2013 - II
Microbiología IndustrialDisciplina que utiliza los microorganismos, cultivadosa gran escala, para obtener productos con altorendimiento con valor comercial o realizarimportantes transformaciones químicas.
Desarrollo:
- Procesos de fermentación alcohólica
- Síntesis de productos farmacéuticos (antibióticos),aditivos alimentarios (aminoácidos), enzimas, yproductos químicos como butanol y ácido cítrico.
Biotecnología Microbiana
Microorganismos nativos Microorganismos sintéticos
Microbiología IndustrialTradicional
Biotecnología Industrial
Evolución dirigida
Producir en grandes cantidades el producto de interés en un periodo relativamente corto.
Crecer rápidamente sobre un medio de cultivo baratodisponible en grandes cantidades (Commodity chemicals)o a partir de residuos de la agroindustria (maceración delicores, suero de leche, restos de cosecha, etc.
Reproducción a base de estructuras (esporas, célulasvegetativas) que facilite la inoculación.
Ser susceptible a ser manipulado genética: ingenieríagenética y mantenerse estable en el tiempo.
No ser patógeno del hombre, plantas ni animales.
Un microorganismos de usoindustrial debe:
Metabolismo
AnabolismoCatabolismo
Moléculas simples comoglucosa, aminoácidos,glicerol y ácidos grasos.
Reacciones anabólicastransfieren energíadel ATP haciamoléculas complejas.
Moléculas complejascomo almidón,proteínas y lípidos.
Reacciones catabólicastransfieren energía demoléculas complejashacia el ATP.
Metabolismo Microbiano
Respiración Celular
Respiración Anaeróbica
1. Ruta Embden – Meyerhof (Glicolisis)
Respiración Celular
1. Ruta Embden– Meyerhof(Glicolisis)
Respiración Celular
2. Ciclo de Krebs (ác. Tricarboxílicos)
Respiración Celular
Respiración Anaeróbica
Respiración Anaeróbica
Respiración Láctica
Respiración Alcohólica
Integración del Metabolismo Microbiano
Actividad enzimática
Metabolitos Primarios y secundarios
Metabolitos Primarios: Precursores indispensables para la biosíntesis de aminoácidos, nucleótidos, vitaminas, azúcares, ácidos grasos.Metabolitos Secundarios: Antibióticos, micotoxinas, alcaloides, factores de crecimiento.
Metabolitos Primarios
Moléculas de bajo PM.Se forman durante la faseexponencial de crecimiento (productofinal o intermediario) Esenciales para el crecimiento:metabolismo energético.Producidos por todos los m.o.Ejm: Producción de etanol enlevaduras.
Alcoholes: EtanolAminoácidos: ác. Glutámico, Lisina, ornitinaÁcidos orgánicos: acético, cítrico, glucónicoVitaminas: B12, riboflavinaPolioles: glicerolNucleótidos: purinas, pirimidinas
Metabolitos Secundarios
Antibióticos: Penicilina, eritromicinaAlcaloidesToxinas
Se forman al final de la fase decrecimiento o en fase estacionaria No son esenciales para elcrecimiento ni sobrevivencia. Dependen de las condiciones decultivo (composición del medio) La sobreproducción generalmentees alcanzables.Específicos de un grupo de m.o.
Relaciones entre los metabolitos primarios y secundarios
Regulaciones del Metabolismo Microbiano
Coordinación metabólica: desarrollo de procesos vitales. Síntesis integrada de enzimas – uso racional de los nutrientes. Evitar sobreproducción de metabolitos.
1. Inducción
Enzimas constitutivas Enzimas inducibles
Presentes en notable cantidad.Presentes en cualquier condición decrecimiento.Ejm. Glicólisis: Glucosa a Piruvato.
Generalmente inactivasNecesario la presencia del sustrato dela enzima.Ejm, Producción de amilasa porAspergillus sp o Rhizopus sp.
2. Represiones y Activaciones ligadas a la tasa de crecimiento
Crecimiento elevado Crecimiento lento o ausente
Metabolismo secundario reprimido Metabolismo secundarios activo.Ejem. Producción de penicilina porPenicillium sp. Alcaloides porhongos.
3. Regulación catabólica por las fuentes de carbono y nitrógeno
Fuente de carbono Fuente de nitrógeno
Síntesis de enzimas necesarios paradegradar el sustrato más asimilable.Después, actividad de otras enzimas.Ejm. Síntesis de celulasas porglucosa, almidón, celobiosa(Metabolismo secundario)
Represión de enzimas que actúansobre compuestos nitrogenados porelevadas concentraciones de NH4+ oaminoácidos.Ejm: Proteasas, nitrato reductasas,etc. Ciclo del ácido cítrico.
4. Regulación por el fosfato
Concentraciones elevadas
Represión de algunas enzimas(ortofosfatos).Ejm. Biosíntesis de alcaloides
5. Regulación feedback
Inhibición Feedback Represión feedback
El metabolito final de una víabiosíntesis inhibe la acción de unaenzima precoz (la 1ra enzima).
El metabolito final reprime la síntesisde todas las enzimas de unasecuencia
Reducción en la síntesis del metabolismo secundario.
Biosíntesis del ÁC. Cítrico por Asperigullus
niger
Bajo Mn++
Principales productos de la Microbiología Industrial
Vitaminas
Vitamina B12 Riboflavina
Vitamina B12Producipor por: Propionibacterium y PseudomonasImportancia: Nutrición del Hombre y animales. Deficiencia produce anemia perniciosa (B12).RivoflavinaProducido por: Mohos, levaduras y bacterias Importancia: precursor del FAD y FMN (reacciones de oxido reducción)Medio de cultivo: Co regula la alta producción de B12.
Aminoácidos
Aminoácidos de uso alimentario: aditivos alimentarios, en medicina, en la industria química. AA más importante: Ác. Glutámico (glutamato monosódico)Ac. Aspartico y fenilalanina: Edulcorante artificial de bebidas dietéticas Aspartamo. Lisina: AA esencial para el hombre u animales.
Ejm. AA lisina por Brevibacterium flavum
Cepas mutantes
X
Bioconversión microbiana
Uso de microorganismos como biocatalizadores de reacciones químicas a través de su cultivo en fermentadores donde actúa sobre un compuesto químico.
Ejm. Producción de Hidroxiprogesterona por Rhizopus nigricans
Esteroides: Cortisona e Hidroxicortinosa
Purificación del caldo fermentativo
Enzimas
Enzimas
Intracelulares Extracelulares
Presentes en interior celularAcción: Rx Anabólicas y Catabólicas
Presentes en el medio de cultivo.Medio de cultivo: Celulosa, Almidón,ProteínasIndustria: Alimentaria, láctica, téxtil,farmacéutica
Proteasas, amilasas y glucosa isomerasa
Proteasas: Mayor producción industrial en detergentes (lipasas, amilasas, etc.).Microorganismos productores alcalófilos: Bacillus licheniformis (pH: 9 -10)
Amilasas y glucoamilasas: Producción de glucosa a partir del almidón.
Glucosa isomerasa: Producción de fructuosa a partir de glucosa (edulcorantes, jarabes)
Extremoenzimas: A partir de m.o. extremófilos
Ácidos orgánicos
Vinagre: Ác. AcéticoYogurt: Ác. Láctico
Ác. cítrico
Vinagre
Conversión del etanol en ác. AcéticoPor bacterias del ácido acéticos:Acetonacter y Gluconobacter. Poseenla enzima Ubiquinona (quinonas).Proceso aeróbico
Ác. cítrico
A. nigerPrevio tratamiento con Sucrosa(Fructuosa + Glucosa)Materia: Melaza, jarabe de glucosa,hidrolizados de almidón, sacarosa,jarabe de caña de azúcar, remolachas.Proceso aeróbico
Producción de Biomasa
Células de levadurasCondición aeróbica
Industria del vino, pan
Alcohol
Fermentación alcohólicaCondición anaeróbica
Producción de etanol