Download metabolitos primarios

BIOCONVERSIÓN
Producción de cortisona utilizando un microorganismo
Productos de la microbiología
Industrial Bioconversión
Sustrato
Células
Producto
(bioconversión
de esteroides)
Levadura
Productos de las Células
Enzimas
(Glucosa
Isomerasa)
Alcohol
Antibióticos
(Penicilina)
Aditivos
Alimenticios
(aminoácidos)
Bioquímica y Microbiología Industrial 2º de Bioquímica Universidad de Zaragoza
Productos
Químicos
(ácido cítrico)
Metabolitos Primarios y
Secundarios
Sustrato de
crecimiento
Células
Metabolito
Primario
Las células y el metabolito se producen
más o menos simultáneamente
Sustrato de
crecimiento
Células
Metabolito
Primario
Metabolito
Secundario
Después de producidas las células y el
metabolito primario, las células
convierten el metabolito primario en uno
secundario
Sustrato de
crecimiento
Células
Metabolito
Primario
Metabolito
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
Glucosa
Eritrosa
Fosfoenol-piruvato
Metabolito
primario
3-Desoli-7-fosfo
D-arabinoheptulosonato
Ansamicina
Rifamicina
Metabolito
secundario
Ácido shikímico
Piocianina
Candicidina
Nistatina
Ácido corísmico
Ácido
antranílico
Cloranfenicol
Nocardicina
Polimixina
Fenilalanina
Triptófano
Actinomicina
Ácido prefénico
Tirosina
Novobiocina
Relaciones entre metabolitos
primarios y secundarios
Pentosa (C5)
Metabolitos secundarios
aromáticos
Aminoaácidos aromáticos
Policétidos (nC2)
Ácido kójico
Sacáridos
Glucósidos
Glucosa (C6)
Tetrosa (C4)
Sikimato (C7)
CO2
Alanina (C3N)
Malonato (C3)
Ácidos grasos (nC2)
Triosa (C3)
Serina (C3N)
CO2
C1-pool
Piruvato (C3)
Valina (C5N)
Acetato (C2)
Mevalonato (C6)
CO2
CO2
Metabolitos
secundarios
Pirofosfato de isopentenilo ( C5)
Terpenos/Esteroides (nC5)
Metabolitos
secundarios
Oxalacetato (C4)
Glicocola (C3N)
Citrato (C6)
CO2
CO2
a-cetoglutarato (C5)
Ácido glutámico (C5N)
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 B12)
Riboflavina(Vitamina B2)
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
a-metilenglutarato mutasa
C
C
X
H
C
C
H
X
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
Aminoácido
Producción aual
en el mundo (Tm)
L-glutamato
L-aspartato y alanina
Glicina
L-cysteina
L-triptófano+L-histidina
370.000
5.000
6.000
700
400
Aspartame
7.000
(a partir de
L-fenilalania+L-aspártico)
L-lisina
70.000
DL-Metionina
70.000
Usos
Finalidad
Varios alimentos
Zumos de frutas
Alimentos edulcorados
Pan
Zumos
Varios alimentos
Leche en polvo
Bebidas refrescantes
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
Pan (Japón).
Piensos
Productos de la soja y
Piensos.
Aditivo nutritivo
Aditivo nutritivo
Aditivo nutritivo
Aditivo nutritivo
Edulcorante bajo en calorias
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:
–
•
Dihidroxiacetona:
–
•
Prolonga la duración del plasma. Reactivo químico
Ácido láctico:
–
•
Bronceador: Glicerol---(acetobacter)---->Dihidroxiacetona
Dextrano:
–
•
Hormona vegetal del crecimiento producida por hongos
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