CONCEPTOS Y TECNICAS DE BIOTECNOLOGÍA I
CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Biotecnología Definición: Uso de organismos vivientes (o materiales de organismos vivientes) para realizar un proceso definido con aplicación industrial
Objetivos tecnológicos industriales o ambientales
Microbiología aplicada: microorganismos tienen un muy diverso potencial biosintético y degradativo Nueva Biotecnología: uso de tecnología de DNA para construir nuevas cepas. Microbiología aplicada sin la básica es limitada
El mayor impulso de la microbiología básica es la solución de problemas aplicados CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
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Colores de la Biotecnología Roja: Aplicada a medicina e industria farmacéutica Verde: Aplicada a agricultura Azul: Biotecnología marina Blanca: Aplicada a procesos industriales y al ambiente
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Historia •
Hombre hizo uso de los microorganismos sin saber que existían. Prueba-error. Se remonta a épocas prehistóricas.
•
Cerveza, vinagre, vino y pan. Ceveza desde 6000 a.C. Producción de cerveza en antiguo Egipto data del 1700 a.C. Vinagre anterior. Vino 2000 a.C. en China y Egipto. Pan 4000 a.C.
•
Agente causal de la fermentación: sentó bases de la microbiología aplicada. 1857-1876 Pasteur. Fermentación proceso biológico
•
Fines de siglo XIX procesos abiertos
•
Buchner enzimas (1907 premio Nobel). Fermentación podía tener lugar in vitro sin la presencia de organismos. (Enzima del gr. En zyme significa en levadura)
•
Penicilina 1945. Desafío de producción a gran escala
•
1979 Ingeniería genética. Microorganismos recombinantes CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
1ra Guerra Mundial desarrollo de producción de acetona Segunda mitad del siglo XX Grandes cambios relacionados principalmente con el descubrimiento de los antibióticos. Productos microbianos impacto en la economía de los países (PBI)
FERMENTACIONES: TERMINOLOGÍA L. Pasteur la denominó "la vie sans l'air" o "la vida sin aire". Fermentación en biotecnología
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Microbiología industrial Fermentaciones a gran escala: hasta 500.000 litros
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FERMENTACIÓN
Productos de la microbiología Industrial Bioconversión Sustrato
Células
Producto (bioconversión de esteroides)
Levadura Cianobacteria Spirulina platensis Bacterias oxidadoras de metano Rhizobium y Bradyrhizobium Bacterias lácticas
Enzimas (Glucosa Isomerasa) Antibióticos (Penicilina)
Productos de las Células
Aditivos Alimenticios (aminoácidos)
Alcohol
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Productos Químicos (ácido cítrico)
Tomado de Bioquímica y Microbiología Industrial 2º de Bioquímica Universidad de Zaragoza
Otros productos Bacterianos
Vitaminas Esteroles Aminoácidos Ácidos orgánicos Agentes saborizantes o aromatizantes Enzimas Productos fermentados/bebidas
Antibióticos
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DNA recombinante
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Aislamiento de microorganismos
Procedimientos de screening
Mejoramiento de cepas
Producción a pequeña escala
Producción a gran escala. Fermentadores
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Metabolismo
Fermentación
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Generación de energía Eucariotas: Respiración aeróbica, fermentaciones alcohólicas y lácticas y fotosíntesis oxigénica
Procariotas • Fermentación: Embden-Meyerhof, Entner-Doudoroff y heteroláctica • Respiración aeróbica y anaeróbica: NO3-; SO4- ; Fumarato • Litotrofía : Compuestos inorgánicos como fuente de energía ej: H2; SH2 • Fotoheterotrofía: compuestos orgánicos como fuentes de C en la fotosíntesis. • Fotosíntesis oxigénica y anoxigénica • Metanogénesis metabolismo de arqueones, H2 a CH4 • Fotofosforilación no fotosintética . Formación de ATP por incidencia de la luz en un pigmento (bacteriorodopsina) de membrana. • Fijación de CO2 por reversión del ciclo TCA y por el camino de acetilCoA
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Rutas para obtener energía Glucólisis
Fermentación Comp.org.
Comp.org.
FERMENTACIÓN Compuesto orgánico
O2 N03SO42-
Ciclo de Krebs (TCA o del ácido cítrico)
ATP CO2
ATP
Cadena respiratoria
Respiración aerobia, aerobia facultativa y anaerobia
Ext.
RESPIRACIÓN Int. CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Embden Meyerhof
Fosforilación a nivel de sustrato
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Embden-Meyerhof=Glucólisis
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Embden Meyerhoff en diferentes especies . Fermentación Homolactica.. Ácido Lactico.Lactobacillus, Lactococcus y la mayoría de los estreptococos. Productos derivados de leche. . Acido propiónico: poco común. Formación de propionato es compleja e indirecta e involucra 5 o 6 reactions. El ácido propionico se usa para la manufactura de queso suizo, que se distingue por su sabor a propionato y acetato y los agujeros provocados por el CO2.
Fermentación con producción de ácido butírico: es realizada por clostridia. Por fermentación de azúcares se produce ácido butírico y además acético, CO2 e H2 . Pequeñas cantidades de isopropanol y etanol.
. Butanol-acetone fermentación. Descubiertos como productos principales de la fermentación por Clostridium acetobutylicum durante la I Guerra CONCEPTOS 2010-Nancy I. Lópezmundial.
Enterobacterias
Productos fuertemente ácidos ↓ pH < 5
Productos neutros o levemente ácidos pH > 6 CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Fermentación Heteroláctica
Fosfocetolasa
E.M.
Lactobacillus Leuconostoc CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Entner-Doudoroff
Zymomonas (fermentativo) Pseudomonas KDPG aldolasa
.
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Table 1. Oxidative pathways of glycolysis employed by various bacteria. Bacteria
EmbdenMeyerhof
Heteroláctica Vía de la fosfocetolasa
Entner Doudoroff
Acetobacter aceti
-
+
-
Agrobacterium tumefaciens
-
-
+
Azotobacter vinelandii
-
-
+
Bacillus subtilis
major
minor
-
Escherichia coli
+
-
-
Lactobacillus acidophilus
+
-
-
Leuconostoc mesenteroides
-
+
-
Pseudomonas aeruginosa
-
-
+
Vibrio cholerae
minor
-
major
Zymomonas mobilis
-
-
+
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http://textbookofbacteriology.net
Productos de fermentación Pathway
Key enzyme
Ethanol
Lactic Acid
CO2
ATP
Embden-Meyerhof Saccharomyces
fructose 1,6-diP aldolase
2
0
2
2
Embden-Meyerhof Lactobacillus
fructose 1,6-diP aldolase
0
2
0
2
Heterolactic Streptococcus
phosphoketolase
1
1
1
1
Entner-Doudoroff Zymomonas
KDPG aldolase
2
0
2
1
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Glucólisis y Ciclo de Krebs
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BIOTECNOLOGIA MICROBIANA Tres categorías de productos microbianos de importancia industrial • Metabolitos primarios • Metabolitos secundarios • Enzimas
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Crecimiento bacteriano
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Metabolitos primarios Producidos durante el crecimiento normal del microorganismo, parte del metabolismo. Pueden ser intermediarios o productos finales de vías metabólicas esenciales para el crecimiento. Ej: aa, nucleótidos, azúcares, productos de fermentación, exoenzimas. Normalmente se producen en gran abundancia en la fase logarítmica.
Acetobacter o Gluconobacter Ethyl alcohol
Acetic acid
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Metabolitos secundarios Son producidos luego del crecimiento normal del microorganismo, se acumulan cuando las condiciones son desfavorables para el crecimiento. Compuestos no esenciales para el crecimiento y su rol en muchos casos es desconocido. En general, compuestos de bajo peso molecular y se acumulan durante la fase estacionaria. Ej: antibióticos
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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
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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 del metabolismo primario y secundario • Metabolismo 1° similar en distintos microorganismos. • Metabolitos 2° moléculas orgánicas complejas que requieren muchos pasos (reacciones enzimáticas) para su síntesis. • Moléculas precursoras de metabolitos 2° vienen de las vías biosintéticas primarias. • Enzimas de vías del metabolismo 2° reguladas separadamente de las del metabolismo 1°. CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Características de los metabolitos secundarios • No son esenciales para el crecimiento o la reproducción • Formación depende de las condiciones y del medio de cultivo. Represión frecuente. • Específicos de un grupo de organismos • Frecuentemente se producen como un grupo de estructuras relacionadas • Es posible incrementar su producción enormemente (sobreproducción) a diferencia de los primarios • Producidos durante fase estacionaria • Son los más importantes desde el punto de vista industrial CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Metabolito 1° Metabolito 2° CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
BIOTECNOLOGIA MICROBIANA Tres categorías de productos microbianos de importancia industrial • Metabolitos primarios • Metabolitos secundarios • Enzimas
Enzimas y extremófilos CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Enzimas
. Biocatalizadores. Convierten sustratos en productos sin sufrir cambio alguno. . Casi todas las reacciones en mundo viviente son catalizadas y controladas por enzimas. . Especificidad. Cada reacción qca. catalizada por su propia enzima . Aumentan velocidad de reacción. Actúan a T moderada, pH y p . Capaces de discriminar entre sustratos similares
. NO SUFREN CAMBIO Y NO SE CONSUMEN EN EL PROCESO . BIODEGRADABLES Y NO TÓXICAS
. Catalizan reacciones estereoespecíficas. . Pueden funcionar in vitro
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EFECTO DEL AMBIENTE SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
. Concentración de sustrato . pH .T
óptimo
pH Temperatura
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Distribución de enzimas por áreas AREAS ESPECÍFICAS Alimentos
PORCENTAJE Aplicaciones 41
Clarificación de vino y jugos, cervezas, pan y galletas, edulcorantes,lacteos, suplemento de alimentos de animales
Detergentes Textiles
34 11
Limpieza de ropa, lentes de contacto
Cueros Pasta/papel Otras aplicaciones
3 1 6
Ablandamiento
Desengomado de telas, teminación jeans
Blanqueamiento de pulpa de celulosa
Reactivos para análisis, manipulación genética, bioconversiones, trastornos digestivos, inflamaciones,disolventes de coágulos
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Animales, plantas y microorganismos como fuentes de enzimas Animales Descubrimiento de enzimas digestivas siglo XIX. Desarrollo de métodos para obtención de enzimas de matanza de animales. Pepsina del estómago de cerdos y del cuajo del estómago de ganado bovino Cócteles de enzimas con tripsina, quimiotripsina, lipasas y amilasas del páncreas de cerdo. CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Animales, plantas y microorganismos como fuentes de enzimas Vegetales Fuentes potenciales de enzimas a escala industrial. Granos, remojar y germinar, malta que contiene amilasas y proteasas usadas en la producción de cerveza y la destilación de bebidas alcohólicas.
Siglo XIX, métodos simples para obtención de grandes cantidades de proteasas de la savia de plantas tropicales.
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Vegetales Papaina y quimiopapaina del árbol de la papaya. Similar a la pepsina Ablandadores de carne, digestión y limpieza de lentes de contacto. Ficina de higueras. Enzima proteolítica Bromelaina del tallo de la planta de la piña. Enzima proteolítica
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Animales, plantas y microorganismos como fuentes de enzimas Suministro y concentración de las enzimas varía con las estaciones del año. Requerimiento de grandes cantidades de plantas como material. Procesamiento de grandes cantidades es un trabajo muy duro. Desventajas similares para la obtención a partir de animales
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Animales, plantas y microorganismos como fuentes de enzimas
X
X Microorganismos Fácil manejo Alto rendimiento Estabilidad
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LA MAYORIA DE LAS ENZIMAS DE IMPORTANCIA INDUSTRIAL PODRIAN PRODUCIRSE A PARTIR DE MICROORGANISMOS
Microorganismos como fuentes de enzimas Producción de grandes cantidades con bajo costo No afectada por las estaciones del año. Proceso de extracción más simple y menos contaminante. Uso de mutantes y procesos de selección que aumentan la producción. “Enzimas hechas a medida” a través de ingeniería genética y diseño de proteínas 1950 gran desarrollo de procesos sumergidos CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Microorganismos como fuentes de enzimas Enzimas hidrolíticas simples como: proteasas, amilasas, pectinasas Degradan polímeros naturales Enzimas extracelulares Poco específicas Fácil extracción. Bajo costo CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Selección de organismos productores de enzimas Empírica Muestras de las más diversas fuentes Cultivos de enriquecimiento-aislamiento de microorganismo Por propiedad intelectual no siempre están caracterizados taxonómicamente. Patentes para proteger los microorganismos. Ubicación taxonómica dada a conocer. Secuencia del 16S rRNA de productores de enzimas. Secuencia de enzimas (DNA y aa) es lo que se patenta. Producción de Enzimas: Productores naturales Otro hospedador: enzimas recombinantes CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Gram positivos Bacillus alta capacidad secretora Exoenzimas Streptomyces glucosa isomerasa citoplasmática
Gram negativos Pseudomonas lipasas
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Enzimas Clásicamente utilizadas son las hidrolíticas: • Proteasas • Amilasas • Lipasas • Poco requerimiento de cofactores las hace adecuadas para múltiples aplicaciones • Exoenzimas: Son separadas directamente del caldo de cultivo (durante fermentación) y formuladas en alta concentración • Solubles en agua
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Enzimas intracelulares Glucosa oxidasa conservación de carne Asparraginasa terapia del cáncer Penicilina acilasa
conversión de antibióticos
Glucosa isomerasa jarabe de fructosa
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Proteasas-Aplicaciones de las Enzimas Bacterianas Enzima
Fuente
Aplicación industrial
Industria
Proteasa
Bacterias
Eliminación de manchas
Limpieza en seco
Bacterias
Ablandador de la carne
Alimenticia
Bacterias
Limpieza de las heridas
Medicina
Bacterias
Eliminación de revestimientos
Textil
Hongos
Pan
Panadera
Bacterias
Detergente doméstico
Lavandería
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Proteasas-Aplicaciones de las Enzimas Bacterianas Hidrolizan uniones peptídicas Subtilisinas. Serina proteasas Bacillus subtilis 1959 Bacillus licheniformis 1969 reacciones alérgicas por jabones en polvo. Solucionadas posteriormente por encapsulamiento de enzimas Búsqueda de enzimas que trabajen a pH alcalinos Bacillus amyloliquefaciens
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Proteasas Suavizan el cuero Son altamente efectivas en la producción de cuero. Después de remover el pelo y antes de curtir, debe ser suavizado por un proceso que involucra bacterias que producen proteasas (“bateado”).
Hornear pan El gluten se degrada por proteasas obtenidas de hongos para hacer la masa más fácil de manejar y aumenta su capacidad para retener burbujas de aire. Se une parcialmente al agua y tiene consistencia de gel. Las proteasas degradan las proteínas pegajosas (gluten) en la masa. CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Amilasas Degradación del polisacárido almidón. Almidón (amilosa y amilopectina) Compuesto de almacenamiento de energía en plantas (maíz, arroz, papa, trigo). Fuente de nutrición muy importante en animales y humanos (70-80%). Últimos 20 años las amilasas han reemplazado la hidrólisis ácida.
Amilosa (α 1,4)
a-amilasa de Bacillus: endoamilasas
Bacillus amyloliquefasciens Amilopectina CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
(Ramificado α 1,6 cada 24-30 glucosa)
Amilasa- Aplicaciones de las Enzimas Bacterianas Enzima
Fuente
Aplicación industrial
Industria
Amilasa
Hongos
Pan
Panadera
Bacterias
Revestimientos amiláceos
Papelera
Hongos y Bacterias
Fabricación de jarabe y glucosa
Alimentaria
Bacterias
Almidonado en frío de la ropa
Almidón
Hongos
Ayuda digestiva
Farmacéutica
Bacterias
Eliminación de revestimientos
Textil
Bacterias
Eliminación de manchas; detergentes
Lavandería
Proceso: Calentamiento previo de gránulos de almidón Enzimas que toleran ese paso Bacillus licheniformis B. stearothermophilus Buscar combinación de mejores propiedades de cada enzima CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Amilasas Hornear pan Aceleran la degradación del almidón, y así aumenta el contenido de azúcar en la masa, acelerando el proceso de fermentación.
El volumen del pan preparado con enzimas aumenta.
Producción de Cerveza Se añaden enzimas, amilasas, glucanasas y proteasas, de hongos y bacterias. Transforman el almidón a azúcares que sufren fermentación alcohólica por levaduras. Principalmente de hongos pero pueden participar bacterias CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Amilasas Desengomado Desengomado. Las amilasas eliminan la goma protectora basada en almidón, para hacer la tela elástica. Antes se hacía con amilasas obtenidas de malta o de páncreas de animales, pero hoy en día se obtienen de bacterias.
Enzimas resistentes a altas temperaturas para acelerar el proceso.
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Lipasas-Aplicaciones de las Enzimas Bacterianas Criterios de selección: • Amplio rango sobre una variedad de grasas y lípidos • Estabilidad a pH alcalino • Solubilidad en detergente • Compatibilidad con las proteasas presentes (no fácilmente degradable) • Facilidad de producción Pseudomonas spp. Pseudomonas alcaligenes 1995
Maquinaria de secreción CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Celulasas-Aplicaciones de las Enzimas Bacterianas Capaces de hidrolizar la unión 1,4 ß-D-glucosídica en celulosa Endoglucanasas Exoglucanasas ß-Glucosidasas
Bacillus subtilis Thermomonospora fusca Hemicelulosa Celulosa Lignina
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Lignocelulosa sustrato de interés en biotecnología
Detergentes biológicos La aplicación más importante de las enzimas hidrolíticas Manchas: - Proteínas difíciles de remover, no se disuelven fácilmente en agua. A altas temperaturas, se une fuertemente a las fibras textiles. -Polvo, hollín, pigmentos y materia orgánica. Las grasas y las proteínas actúan como pegamento. Detergentes sueltan la grasa de la tela, las proteínas permanecen en el material. Actividad óptima 50-60º C. No necesita hervir. Proteasas, lipasas, celulasas y amilasas en la eliminación enzimática de manchas. CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Detergentes biológicos Enzimas pancreáticas poco estables y muy caras. Producción a gran escala de detergentes biológicos 1960. Descubrimiento de la subtilisina de Bacillus licheniformis. Activa bajo condiciones alcalinas. Proteasas actividad óptima durante el proceso de lavado. Poca especificidad. Omnívoros. Degradan proteínas en aminoácidos y péptidos de cadena corta. Las proteínas son desprendidas de las fibras textiles y eliminadas. CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Detergentes biológicos
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Enzimas Microbianas y sus aplicaciones Enzima
Fuente
Aplicación industrial
Industria
Invertasa
Hongos
Relleno de caramelos
Confitería
Glucosa Oxidasa
Hongos
Eliminación de glucosa y oxígeno, papeles para pruebas de la diabetes
Alimentaria Farmacéutica
Glucosa Isomerasa
Bacterias
Jarabe de cereales rico en glucosa
Bebidas refrescantes
Pectinasa
Hongos
Prensado, clarificación del vino
Zumos de frutas
Renina
Hongos
Coagulación de la leche
Quesera
Lactasa
Hongos
Degradar la lactosa a glucosa y galactosa
Lechería, alimentos
DNA polimerasa
Bacterias; Archaea
Replicación del DNA por PCR
Investigación biológica y forense.
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Pectinasas Producción de zumo de frutas Al prensar fruta y vegetales para la obtención de jugo, las pectinas de alto peso molecular reducen la producción. Pectinasas procedentes de cultivos sumergidos de Aspergillus y Rhizopus.
Se pica la fruta y se añaden pectinasas para degradar las pectinas de cadena larga. Se reduce la viscosidad del zumo, facilitando la filtración y se obtiene más cantidad. Alimentación de bebés maceran las fruta y los vegetales para hacerlos más suaves y fáciles de comer. CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Isomerasas-Aplicaciones de las Enzimas Bacterianas Mayor parte de glucosa obtenida de amilasas convertido en Jarabe de fructosa Glucosa isomerasa Streptomyces rubiginosis Actinoplanes missourensis Ampullariella spp. Enzima no se secreta. Intracelular. Mayor costo de producción
Actinoplanes missourensis Mutanes con mayor actividad
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Transformaciones enzimáticas del almidón Amilasas y glucoamilasas en industria alimentaria. Jarabe de cereales rico en fructosa Reacción de clarificación: α-amilasa (almidón acortado) Bacillus Sacarificación: glucoamilasa (genera glucosa) Saccharomyces cerevisiae Isomerización: glucosa isomerasa (glucosa en fructosa) CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Enzimas utilizadas en el procesamiento de alimentos Industria
Enzimas
Cervecera
α-amilasa,ß-amilasa, proteasa, papaina, amiloglucosidasa, xilanasa
Lechera
Quimosinas animales/microbianas, lactasa, lipasa, lisozima
Panadera
α-amilasa, proteasa, xilanasa, fosfolipasa A y D, lipoxigenasa
Procesamiento de frutas y verduras
Pectinesterasa, poligalacturanasa, pectin-liasa, hemicelulasas
Almidón y azúcar
α-amilasa,ß-amilasa, glucoamilasa, xilanasa, pululanasa, isomerasa, oligoamilasas
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Productos Químicos Penicilin amidasa/Penicilin acilasa: usada para producir intermediarios para la obtención de penicilinas semisintéticas. E. coli Kluyvera citrophila Alcaligenes faecalis Pseudomonas
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MERCADO Cantidad de enzimas requerida: bastante pequeña Procesos automáticos Enzimas inmovilizadas Miniaturización del sistema: microchip Aunque enzima sea esencial cantidad necesaria en mercado pequeña Ej: Aditivos en masa 1-2Kg/1000 Kg de sustrato. Formulaciones líquidas. No purificadas Diagnóstico µg-mg. Alto grado de pureza. Dominado por Holanda y Dinamarca. CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
PRODUCCIÓN DE ENZIMAS Alto rendimiento Estabilidad Independencia de inductores o cofactores Buena recuperación Suprimir características no deseadas Olor Color Metabolitos no deseados
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Biorreactores para producción de enzimas 10-50 m3 30-150 h Pasos de extracción y purificación .Importantes en el costo del proceso .Enzimas microbianas utilizadas en medicina y alimentación especificaciones estrictas en cuanto a toxicidad Bajo potencial alergénico Libre de microorganismos . Certificado de material seguro . Responsabilidad sobre el fabricante CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Enzimas
Solución Inmovilizadas
Enzimas en solución Se emplean grandes volúmenes (ton), deben ser de bajo costo Su purificación debe ser sencilla o no interferir con el producto
Ventajas: -pueden seleccionarse de alta o baja especificidad -generan pocos o ningún producto secundario -actividad óptima en condiciones de reacción
Desventajas: -costo generalmente alto -sustratos poco solubles son difíciles de procesar -baja estabilidad -problemas de inhibición CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Enzimas inmovilizadas Ventajas: - se puede reutilizar la enzima - no requiere proceso de recuperación y separación de la enzima del producto. - puede proveer un ambiente más adecuado para la actividad catalítica de la enzima. - Gralmente. mayor pureza del producto -Menores problemas de disposición de efluentes Desventajas: - puede haber drenado de la enzima a la solución - limitaciones significativas por restricciones a la transferencia de masa - la actividad y la estabilidad de la enzima se puede reducir - no se pueden controlar las condiciones en el microambiente que rodea a la enzima CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Enzimas inmovilizadas Facilita reacción enzimática en producción a gran escala Estabiliza las enzimas evitando desnaturalización Celulosas modificadas Pueden recuperarse y reutilizarse Carbón activado 1.Unión: a soporte
Arcillas minerales Óxidos de aluminio Bolitas de vidrio
Adsorción-enlace iónico-enlace covalente. 2. Polimerización. Con agente polimerizante. Ej. Glutaraldehido. Mantener actividad de la enzima. 3. Inclusión enzimática: en membrana semipermeable. Microcápsulas, geles, polímeros fibrosos como acetato de celulosa.
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Enzimas inmovilizadas
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L- aminoácidos Acidos orgánicos Jarabe de fructosa
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Extremófilos y biotecnología ¿Porqué estudiar extremófilos? • Fisiología adaptada al medio en el que viven. En biotecnología: rastreo de moléculas con propiedades inusuales.
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Extremófilos A)Temperatura - Psicrófilos - Mesófilos - Termófilo - Hipertermófilos B) Acidez y alcalinidad – Acidófilos – Alcalófilos C) Disponibilidad de agua - Sal: Halófilos y Halófilos extremos - Azúcar: Osmófilos - Secos: Xerófilos CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Relación de la temperatura y velocidad de crecimiento
CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Almidón
oligosacáridos
CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Microorganismos termófilos e hipertermófilos
CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
Microorganismos de hielo del Antártida
Microfotografía de contraste d fases de microorganismos fototróficos de la muestra anterior. (Diatomeas o algas verdes)
Núcleo de agua de mar permanentemente congelada. La coloración densa es debida a microorganismos Crecimiento de una cianobacteria termófila en un arroyo caliente en el parque nacional de Yellowstone
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Alga de la nieve
Enzimas termófilas Catalizan reacciones a temperaturas elevadas Por ser más estables, vida media de preparaciones más prolongada DNA polimerasa de Thermus aquaticus (Bacteria – Clase Deinococcus) .Taq polimerasa PCR Amplificación de secuencias específicas de DNA . Vent de Thermococcus litoralis (Archaea) . Pfu DNA polimerasa enzima encontrada en Pyrococcus furiosus (Archaea). Stratagene 1991. Termoestabilidad superior comparada con otras polimerasas Alta fidelidad. Algo más lenta Stratagene Pfu Ultra alta fidelidad. Menor tasa de error de cualquier enzima de PCR (only 1 error per 2.5 million bases) Usar combinadas . KOD DNA polymerase from the thermophile Thermococcus kodakaraensis (Archaea). Alta fidelidad: actividad exonucleasa 3´-5´. Fragmentos de hasta 6 kb CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
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Microorganismos Acidófilos y Alcalófilos
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Microorganismos y Actividad del Agua • Halófilos: crecen en altas concentraciones de sal – Discretos: 1-6% NaCl – Moderados: 6-15% NaCl – Extremos: 15-30% NaCl
• Osmófilos: crecen en altas concentraciones de azúcar • Xerófilos: crecen en ambientes muy secos CONCEPTOS 2010-Nancy I. López
