1. Metabolismo microbiano Flashcards
¿Qué es biotecnología de alimentos?
Aplicaciones de técnicas de biotecnología en elaboración y procesado de alimentos
Biotecnología de alimentos tradicional
Se ha practicado durante siglos
Consiste en la fermentación alcohólica y láctica
Biotecnología de alimentos moderna
Aplicación de técnicas modernas de biotecnología para la elaboración y procesamiento de alimentos
Usos de la biotecnología en industria alimentaria (4)
- Modificación directa del ADN de plantas y animales que son usados como alimentos o productores de alimentos - OGMs
- Uso de mo o sus productos como alimentos, aditivos, ingredientes o elaboración de productos alimenticios (fermentación)
- Métodos a base de ADN o proteínas para detección o identificación de mo, materias primas, productos o ingredientes
- Uso de biotecnología en otras partes de la industria alimenticia (empaquetado, limpieza, etc)
¿Cómo inició?
Revolución del Neolítico
-Seres humanos cambiaron su estilo de vida
-Se reemplazó la caza y recolección – vino la domesticación de plantas y animales
Línea del tiempo biotecnología tradicional (10)
- 10000 - 4500 ac: leudar pan, bebidas alcohólicas, vinagre
- Siglo 14: vino y cerveza
- 1650: Cultivo de setas (Francia)
- 1680: Anton Van Leewenhoek – cels de levadura en microscopio
- 1857: Pasteur
- 1881: ácido láctico
Siglo 20 - 1940: Bioingredientes y condiciones estériles
- 1953: Estructura del ADN
- 1957: Producción de ácido glutámico
- 1960: Producción de ácido cítrico en cultivo sumergido
Anton Van Lewenhoek
- Científico Países Bajos
- Padre de la microbiología
- Inventó el microscopio
Pasteur
- Científico francés
- Refutó la teoría de la generación espontánea
- Creó la pasteurización
Robert Koch
- Médico alemán
- Purificación e identificación de mo patógenos
- Medios de cultivo: mejoró técnicas de placas Petri y agar
Buchner
- Químico alemán
- Estudió las levaduras y fermentación alcohólica
- Demostró que en la fermentación alcohólica intervienen enzimas de las levaduras
Línea del tiempo de biotecnología moderna (8)
- 1970: Plásmidos y transformación de E coli
- 1973: Enzimas de restricción y ligasas
- 1974: Expresión de genes heterólogos
- 1989: Compuestos recombinantes
- 1990: Levadura de pan
- 1992: Lipasas y amilasas
- 1994: Levadura de cerveza y Flavr Savr
- 2004: 47 cultivos OGM
Alimentos y bebidas fermentadas
Fermentación existe desde el neolítico, no es un proceso dirigido, surgió de manera ESPONTÁNEA
- Evidencia arqueológica de la fermentación - hace 13 mil años
¿Qué es el metabolismo?
- Forma en la que las cels obtienen energía y nutrientes necesarios para vivir y reproducirse
- Todas las reacciones bioquímicas que se llevan a cabo en un organismo
- Suma de todas las transformaciones químicas que ocurren en una cel
4 características del metabolismo
- Permite que una cel sintetice una nueva (cel hija)
- No solo requiere de componentes estructurales, sino también de energía que viene de nutrientes (glucosa)
- Se necesitan otros nutrientes: sales minerales, elementos traza y vitaminas
- En la transformación de nutrientes se proporcionan precursores para la síntesis de componentes celulares y se suministra de energía para los mismos
Metabolismo microbiano
- MO usan diferentes estrategias metabólicas – se pueden identificar de esa manera también
- Requerimientos metabólicos son factores determinantes para establecer su nicho ecológico
- Útil en la industria alimenticia
Clasificación según cómo obtienen energía
Quimiótrofo: a partir de compuestos químicos externos
- Litótrofos: oxidan materiales inorgánicos
- Organótrofos: emplean nutrientes orgánicos
Fotótrofo: a partir de luz solar
Clasificación según la fuente de C
Autótrofos: fijando CO2
Heterótrofos: a partir de compuestos orgánicos
Mixótrofos: ambos
Tipos de metabolismo
- Fotoautótrofo: fija carbono, obtiene energía a partir de la luz solar
- Quimioautótrofo: fija carbono, obtiene energía a partir de la oxidación inorgánica
- Fotoheterótrofo: no fija carbono, obtiene energía a partir de luz solar
- Quimioheterótrofo: no fija C, obtiene eenergía a partir de la oxidación inorgánica
Anabolismo y catabolismo
Procesos distintos, pero funcionan de manera coordinada
Anabolismo
Síntesis de macromoléculas o biosíntesis
Requiere energía
Catabolismo
Reacciones de reducción donde se convierte una molécula compleja en otra más simple
Genera energía
Reacciones redox
Oxidación: pierde e
Reducción: gana e
Glucosa (4)
- Principal producto de la fotosíntesis
- Principal sustrato de crecimiento para mo
- Objetivo: dar energía
- Dependiendo del sustrato, mo utilizan rutas diferentes
Piruvato
Intermediario clave en rutas de conversión de azúcares
Se localiza en el centro del metabolismo y se necesita para la síntesis de muchos metabolitos
Ruta Embden Meyerhof - Glucólisis
- Serie de reacciones redox donde los electrones pasan de niveles mayores de energía a menores, liberando energía en forma de ATP
- Se encarga de la oxidación de glucosa para obtener energía para la célula
Ruta Entner Doudoroff (ED)
- Ruta alternativa
- Cataboliza glucosa a piruvato con enzimas diferentes
- Es exclusiva de un número reducido de MO que no pueden hacer glucólisis
- Sucede cuando los mo no tienen la fosfofructocinasa
Ruta de las Pentosas Fosfato
Ruta PARALELA a glucólisis, no la reemplaza
- No conduce directamente a piruvato, conlleva la fosforilación inicial de la glucosa
- Rol principal: administrar a la cel con NADPH
¿Qué sucede después?
En base al mo y condiciones, puede darse la respiración celular aerobia (ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa) o fermentación (oxidación incompleta de la glucosa que no requiere oxígeno – SÍ puede suceder en presencia de oxígeno)
Fermentación
Piruvato se oxida y la energía sirve para formar ATP y regenerar NAD+
Potencial redox menor, rendimiento energético menor
Respiración celular y fermentación (# ATP, oxígeno)
RC: 38 ATP, requiere oxígeno
F: 2 ATP, no requiere oxígeno
¿Qué es la fermentación? (6)
- Proceso catabólico de oxidación incompleta de glucosa que no requiere oxígeno
- Produce cambios químicos en sustratos orgánicos por enzimas
- Producto final: compuesto orgánico
- Citoplasma
- MO lo hacen para obtener ATP mediante degradación anaerobia de compuestos orgánicos
- Puede existir más piruvato del que se puede catabolizar mediante respiración aerobia, por lo que se cataboliza mediante fermentación
Fermentación en bioquímica
Sirve para la obtención de energía a partir de carbohidratos en ausencia de oxígeno
Fermentación en industria alimenticia
Se ha dirigido para obtener diferentes productos alimenticios
Ejemplos de fermentación en industria alimentaria (Saccharomyces, Lactobacillus, Aspergillus)
Saccharomyces:
- Cerveza: Etanol + CO2
- Vino: Etanol
- Pan: CO2
Lactobacillus:
- Queso, yogurt: ácido láctico
Aspergillus:
- Salsa de soya: ácido láctico
Fermentación alcohólica
2 piruvato + 2NADH = 2CO2 + 2 etanol + 2 NAD+
Fermentación homoláctica
Producto: 2 ATP + ácido láctico
Ruta EM
Streptococcus, Pediococcus, algunos Lactobacillus
Fermentación heteroláctica
Producto: ácido láctico, etanol, CO2
Algunos Lactobacillus, Leuconostoc
Ruta pentosas fosfato
Enzima fosfocetolasa da lugar a dos ramas
Fermentación ácido propiónico
Complejo
Productos: ácido acético, propionato y CO2
Propinobacterium y otros anaerobios estrictos presentes en el rumen de herbívoros
Ejemplo: P. freudenreichii – queso tipo Emmental (sabor a nuez y dulce, CO2 genera huecos, compuestos volátiles)
Fermentación ácido mixta
Productos (5): CO2, etanol, H2, ácido acético y ácido láctico/propiónico
- Enterobacterias
- Se produce ATP
- Reoxidación NADH
Fermentación butírica
- 2 piruvato = ácido butírico + co2 + atp
- Bacterias anaerobias estrictas de Clostridium
- Algunas especies forman butanol y acetona en ruta alternativa al bajar pH
- Butanol-1-ol: saborizante en manteca, crema, helados
- Acetona: uso en plásticos, fibras, medicamentos
¿Para qué sirve la fermentación? (5)
- Obtener productos alimenticios
- Preservación de alimentos mediante formación de metabolitos inhibitorios como ácidos, etanol, co2 acompañado de disminución de aw
- Aumentar la seguridad de los alimentos al inhibir patógenos o quitar compuestos tóxicos
- Mejorar valor nutricional
- Mejorar calidad y sabor de alimentos
