}(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.

Producción de Metabolitos

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