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TEMA 5. PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE METABOLITOS PRIMARIOS
1.- Metabolitos Primarios. Productos de Interés Industrial
2.- Alteración de la Regulación por Retroalimentación
Evitar la acumulación de productos finales. Acumulación de productos finales.
* Mutantes auxotrofos
Mutantes resistentes a la regulación por retroalimentación
*Mutantes resistentes a análogos
3.- Alteración de la Permeabilidad
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1. METABOLITOS PRIMARIOS. PRODUCTOS DE INTERÉS INDUSTRIAL.
Son moléculas de bajo peso molecular que intervienen como productos finales o intermediarios en las distintas
rutas anabólicas y catabólicas.
* El ácido glutámico se utiliza en la industria alimentaria como potenciador de sabor.
Características de los metabolitos primarios.
- Son necesarios para el crecimiento del MO que los produce. Necesitamos que los produzcan en gran cantidad.
- Se producen como productos únicos.
- Estos productos son producidos por todos los MO (son universales).
- La producción no puede perderse fácilmente por mutación espontánea. Porque son necesarios para la vida de
la célula.
Existen dos mecanismos mediante los cuales e puede alterar la regulación de la síntesis de un metabolito
primario
- Alterando la ruta biosintética en función de l producto que se quiere obtener
- Obteniendo mutantes resistentes a la regulación por retroalimentación.
2- ALTERACIÓN DE LA ACUMULACIÓN DE PRODUCTOS FINALES
Evitar la acumulación de productos finales. Esto solo ocurre en rutas biosintéticas sencillas, que son
aquellas en las cuales sólo se obtiene un producto final.
El compuesto E reprime al enzima A e inhibe al enzima
A y B. De esta estrategia a nosotros nos interesa un
producto intermediario. Lo que tenemos que hacer es
bloquear el enzima que transforma C en D, así no se
produce E que no reprime a los enzimas A y B y esa
célula va a estar constantemente produciendo C.
Si el mutante que hemos producido que no es capazo e
producir E va a ser incapaz de vivir, hay que añadírselo
exteriormente pero en tal cantidad que le permita crecer,
pero no bloquear la ruta biosintética. Se trata de una
concentración crítica. Este es el caso de la ornitina; que
al ser un mutante auxotrofo es incapaz de producir
arginina.
Acumulación de productos finales, sólo se puede utilizar en rutas ramificadas, en estas, se obtienen varios
productos finales.
Biosíntesis de lisina en E.Coli.
La homoserina, la treonina y la lisina regula cada una de las enzimas aspartato kinasa. Cada uno de los
productos finales regula su ramificación
Sí nosotros obtenemos un mutante que sea deficiente en la producción de la homoserina deshidrogenasa no se
produce treonina ni metionina y aumenta la producción de lisina, pero hay que añadirle en el medio de cultivo
treonina y metionina.
Con estas estrategias se han conseguido unos sistemas de producción bestiales.
Con la obtención de mutantes auxótrofos nosotros podemos obtener grandes cantidades de metabolitos
primarios. La otra estrategia es obtener mutantes que no sean capaces de sintetizar el enzima que regula el
primer paso de la ruta biosintética, que al que va a bloquear el producto final.
Se puede hacer modificando el enzima o alterando la ruta sintética de ese metabolito.
Mutantes resistentes a análogos. Los análogos de los metabolitos primarios son moléculas que tiene una
estructura química muy parecía a la del metabolito primario pero no tienen su actividad biológica, cuando
nosotros añadimos un análogo de ese producto final, la célula piensa que tiene ese producto final. El análogo D'
no tiene la misma actividad biológica que D entonces esta célula empieza a dejar de producir D y muere porque
piensa que lo tiene. Este es el mayor veneno conocido para las células.
Estrategia: mutación en el MO que queramos obtener para que superproduzca el producto final D, realizamos
una mutación y ponemos a crecer al MO en presencia de D' (el análogo).
Se ponen dos medios de cultivo, El primero es un medio de cultivo normal, por lo tanto van a crecer todas las
cepas que hemos seleccionado y en el que hemos añadido el análogo (el segundo) solo crece una, esto significa
que esa que es capaz de crecer en presencia del análogo, es que se ha alterado el proceso de regulación ya que
el producto final ya no regula la ruta biosintética.
3- Un tercer diseño en la superproducción de metabolitos primarios es la alteración de la permeabilidad.
Nosotros conseguimos que un MO produzca mucha cantidad porque alteramos sus rutas biosintéticas. (...)
Ácido glutámico: alteración de la permeabilidad. Los
MO superproductores tiene que reunir tres
características, una deficiencia en la alfa-cetoglutarato
deshidrogenasa
El ácido glutámico se obtiene al aumentar la glutamato
deshidrogenasa que amina el alfa cetoglutarato en
glutamato. Va a ir todo en la producción de glutámico,
peor haya una saturación que es de 50 mg/g de peso
seco, en este momento hay una inhibición por
retroalimentación.
Barreras que retienen las moléculas en el interior
de la célula: la membrana y la pared celular. Sí
nosotros destruimos una u otra, las células dejan de
ser viables porque sale todo el contenido, entonces lo
que tenemos que hacer son pequeños agujeros (gap).
Si hacemos
el agujero en la pared celular
utilizaríamos un antibiótico que actúe a nivel de la síntesis de la pared celular, por ejemplo, la penicilina lo que
hace es inhibir la producción de pared celular, por lo tanto solo es efectiva en etapas de crecimiento.
La biotina es una molécula que interviene en los primeros pasos de la biosíntesis de AG. Los AG forman parte de
los fosfolípidos que son los integrantes de las membranas celulares, entonces sí nosotros tenemos un MO que
no produzca biotina, no va a producir AG, no se va a formar los fosfolípidos y no va a haber membrana, entonces
ese MO es inviable. Tenemos que añadir una cantidad tal que permita a la célula generar una membrana pero
con pequeños GAP que permitan al glutámico salir fuera.
La penicilina hace los agujeros en la pared celular y la biotina en la membrana plasmática.