Producción Microbiológica de Aminoácidos: Métodos, Aplicaciones y Control de Procesos

Métodos de Producción de Aminoácidos

¿Cuáles de estos se utiliza para la obtención de L-aminoácidos? Ejemplos y justificación

Existen varios métodos para la producción de aminoácidos:

• Extracción de aminoácidos de hidrolizados de proteínas: Se utiliza para obtener L-cisteína, L-leucina y L-tirosina.
• Síntesis química: Se utiliza para obtener D,L-alanina y D,L-metionina.
• Producción microbiológica:
  • Biotransformación directa: Se utiliza para obtener L-glutámico y L-lisina.
  • Conversión de un producto intermediario barato vía biosíntesis: Por ejemplo, la glicina es convertida en serina.
  • Enzimas o células inmovilizadas producidas por microorganismos: Por ejemplo, la aminoacilasa.

Regulación de la Biosíntesis de Aminoácidos

La regulación de la biosíntesis de aminoácidos se puede alterar mediante:

1. Alteración de la regulación por retroalimentación: Se modifica la acumulación de productos finales. Por ejemplo, mutantes resistentes a la regulación por retroalimentación.
2. Alteración de la permeabilidad: Como en el caso del ácido glutámico.

Producción de Lisina: Regulación de la Síntesis por Retroalimentación

En Brevibacterium flavium, la producción de lisina está regulada por retroalimentación. Los mutantes desregulados pueden producir hasta 60 g/L.

Alteración de la Permeabilidad: Ácido Glutámico

El ácido glutámico se utiliza como potenciador de aromas. Sus características incluyen:

• Deficiencia en la enzima α-cetoglutarato deshidrogenasa.
• Incremento en la actividad de la glutamato deshidrogenasa.
• Requerimiento nutricional de biotina.

Medios de Cultivo

Los medios de cultivo para la producción de ácido glutámico deben contener:

• Fuentes de carbono.
• Fuentes de nitrógeno.
• Alimentación continua.
• Inoculación.
• Temperatura controlada.
• Aireación.

Proceso Industrial

El proceso industrial para la producción de ácido glutámico incluye las siguientes etapas:

1. Cepa.
2. Inóculo.
3. Cultivo pre-siembra.
4. Cultivo siembra.
5. Biorreactor.
6. Separación de células.
7. Evaporación.
8. Cristalización.
9. Filtración.
10. Secado.
11. Producto final.

Aplicaciones del Ácido L-Glutámico

El ácido L-glutámico tiene diversas aplicaciones:

• Industria alimentaria: Aditivo, saborizante y aromatizante.
• Industria farmacéutica: Excipiente.
• Industria cosmética: Hidratante capilar, mejora la elasticidad y la síntesis de colágeno, vitaliza el cabello.
• Industria química: Síntesis de tensioactivos y producción de edulcorantes.

Control de Variables en un Sistema de Bioprocesos

¿Qué variables se deben controlar a lo largo del proceso?

• Variables físicas: Presión, temperatura, agitación y medidas de caudal.
• Variables químicas: pH, pO₂, CO₂ disuelto, potencial redox y análisis de gases a la salida.

¿Cuáles son las funciones del equipo de toma de muestra?

1. Transporte de la solución que contiene el analito a analizar hasta el sensor.
2. Mantenimiento de las condiciones de esterilidad.

¿Cómo se mide la concentración de biomasa a partir de la muestra?

(La información proporcionada no detalla cómo se mide la concentración de biomasa. Se requiere información adicional para responder a esta pregunta.)

Microorganismos Productores de Antibióticos y Producción de Penicilina

Descripción esquemática del proceso de producción de penicilina

• Antibióticos de origen bacteriano: Producidos por el género Bacillus, son polipéptidos.
• Hongos: Grupo importante en la producción de antibióticos (20% Aspergillus, quimioterapéuticos).
• Actinomicetos: Género Streptomyces y Nocardia (en menor grado) son el grupo más importante (75% de los antibióticos descritos). Sintetizan compuestos antimicrobianos con diversas estructuras químicas, mecanismos de acción y espectro antibacteriano.

Producción de Penicilina

• Cultivo aeróbico.
• Fuente de carbono (glucosa, lactosa, etc.).
• Fuente de nitrógeno (amonio, precursor de cadena lateral).
• Temperatura: 25-27 ºC.
• pH: 6.5-7.7.
• Fase exponencial: 2 días.
• Fase de producción: 6-8 días (fase estacionaria).
• Adición escalonada de fuente de carbono y precursores (Fed-Batch).
• Obtención de penicilina pura mediante procesos de flujo bajo.

Diferencia entre Penicilina Natural y Semisintética

La penicilina natural es producida directamente por el microorganismo. La penicilina semisintética se obtiene mediante tratamiento enzimático con penicilinacilasa, seguido de una alquilación química.

Concepto de Biorrefinería, Materias Primas y Aplicaciones del Etanol

Biorrefinería

Una biorrefinería es una instalación de conversión de biomasa que integra procesos y equipos para producir combustibles, energía, calor y productos químicos de valor añadido a partir de la biomasa.

Materias Primas

Las materias primas provienen principalmente de la agricultura, la silvicultura y los sistemas microbianos.

Aplicaciones del Etanol

El etanol se utiliza como solvente y en la producción de gasohol, un combustible sin plomo que contiene un 10% de alcohol.

Biosensores: Definición, Características de los Biosensores Amperométricos y Ejemplo

Definición

Un biosensor es un sistema analítico que consiste en un material biológico inmovilizado en contacto con un transductor que convierte una respuesta biológica en una señal eléctrica cuantificable.

Biosensores Amperométricos

• Potencial.
• Cátodo de platino.
• Ánodo de plata.
• Solución saturada de KCl.
• Biocatalizador.
• Membrana de acetato.
• Solución de analito.
• Membrana de policarbonato.

Ejemplo: El electrodo de Clark es un diseño sencillo de biosensor amperométrico.

Reacciones:

• Ánodo de Ag: 4Ag + 4Cl^- → 4AgCl + 4e^-
• Cátodo de Pt: O₂ + 4H⁺ + 4e^- → 2H₂O

Producción Microbiológica de Aminoácidos: Obtención Industrial de Ácido Glutámico y Aplicaciones

Producción Microbiológica

1. Biotransformación directa (L-glutámico, L-lisina).
2. Conversión de un producto intermediario barato vía biosíntesis (glicina a serina).
3. Enzimas o células inmovilizadas producidas por microorganismos (aminoacilasa).

Obtención de Ácido Glutámico

Se utiliza una cepa industrial de C. glutamicum con una mutación en la enzima que cataliza la reacción de α-cetoglutarato a succinato. Esto permite que el α-cetoglutarato se convierta en ácido glutámico, acumulando el aminoácido de interés.

Aplicaciones

Las aplicaciones del ácido glutámico se detallaron anteriormente en la sección"Aplicaciones del Ácido L-Glutámic".