11.- Introduccin

2.- Aplicaciones industriales

3.- Mtodos de produccin

4.- Regulacin de la biosntesis de aminocidos

5.- Ornitina, Lisina, Glutmico

Tema 21. Produccin Industrial de Aminocidos 1.- Introduccin

1908Descubrimiento, en Japn, de las propiedades estimuladorasdel sabor del cido glutmico.Produccin comercial de glutamato sdico a partir de hidrolizadoscidos de trigo y protena de soja.

1957Descubrimiento, de cido glutmico en el medio de cultivo utilizadoen el crecimiento de Corynebacterium glutamicum.Produccin industrial de glutamato sdico a partir de mutantes deCorynebacterium glutamicum.

ActualidadEste descubrimiento fue un impulso enorme para la industria defermentacin en Japn; de tal manera que los procesosfermentativos para la produccin de aminocidos han sido casiexclusivamente desarrollos japoneses (Nippon Soda).

2.- Aplicaciones industriales

66% Industria de alimentos

Glutamato como potenciador de sabor

30% Aditivos de piensos

Metionina en piensos para pollos y cerdos

4% Medicina, cosmtica e industria qumica

Ingredientes de soluciones en el tratamiento post-operatorio(nutricin enteral).Material de partida para la produccin de copolmeros(fibras de polialanina, resinas de isocianato de lisina)El cido urnico, agente bronceador, se produce porbiotransformacin de la histidina.La glicocola se utiliza como material de partida para la produccindel herbicida glifoxato.

2.- Aplicaciones industriales

23.- Mtodos de produccin

Extraccin de aminocidos a partir de hidrolizados de protenaL-cistena (700 Tm); L-leucina (150); L-asparragina (50)L-tirosina (100).

Sntesis qumicaGlicocola (6.000); D,L-alanina (700); D,L-metionina (70.000)

Produccin microbiolgicaFermentacin directa utilizando diferentes fuentes de carbonoL-glutmico (370.000); L-lisina (70.000); L-ornitina (50)Transformacin microbiana de precursoresL-serina (50) a partir de glicocolaEnzimas o clulas inmovilizadas para la separacin de una mezclaracmica sintetizada qumicamenteL-alanina (130); L-metionina (150); L-asprtico (4.000)

Los metabolitos primarios son molculas de bajo pesomolecular que intervienen, bien como productos finaleso intermediarios, en las distintas rutas anablicas ycatablicas.

Productos de Inters Industrial:

Alcoholes: etanolAminocidos: cido glutmico, lisina, ornitinacidos orgnicos: actico, ctrico, glucnicoVitaminas: cianocobalamina (B12), riboflavina (B2)Polioles: glicerolNucletidos: 5 guanlico, 5 inosnico

4.- Regulacin de la biosntesis de aminocidos

Caractersticas de los metabolitos primarios

1. Son necesarios para el crecimiento delmicroorganismo que los produce.

2. Se producen como productos nicos

3. Estos productos son producidos por todos losmicroorganismos (son universales).

4. La produccin no puede perderse fcilmente pormutacin espontnea.

4.- Regulacin de la biosntesis de aminocidos

Producto Requerimiento Produccin (mg/l) (mg/l)

Lisina 250 50.000cido Glutmico 300 100.000cido Inosnico 25 13.000Riboflavina 0.5 10.000Cianocobalamina 0.001 50

Superproduccin de algunos metabolitos primarios

4.- Regulacin de la biosntesis de aminocidos

3Alteracin de la Regulacin por Retroalimentacin

Alteracin de la acumulacin de productos finales

Evitar la acumulacin de productos finalesAcumulacin de productos finales

Mutantes resistentes a la regulacin porretroalimentacin

Mutantes resistentes a anlogos

4.- Regulacin de la biosntesis de aminocidos 5.- Ornitina

Evitar la acumulacin de productos finales

A B C D Eenzima a enzima b enzima c enzima d

N-Acetil Glutmico

N-Acetil Glutamil-P

Semialdehido N-Acetil Glutmico

N-Acetil Ornitina

ORNITINA

Citrulina

Arginosuccinato

Mutacin

ARGININA

Corynebacterium glutamicum

Glutmico

Regulacin en Rutas RamificadasA

X XB

C

E

P2

D

P1

DIFERENCIAL

A

B

C

E

P2

D

P1

X

CONCERTADO

A

B

C

E

P2

D

P1

X

F

P3

ACUMULATIVO

5.- Lisina

Aspartato

Aspartil fosfato

Semialdehidoasprtico

Homoserina

Treonina

Isoleucina

Lisina

Metionina

Biosntesis de Lisina en Escherichia coli

45.- Lisina

Aspartato

Aspartil fosfato

Semialdehidoasprtico

Homoserina

Treonina

Lisina

Metionina

Aspartato kinasa

Homoserina dehidrogenasa

Corynebacterium glutamicum

Regulacin por retroalimentacinRutas ramificadas (concertado)

Produccin de Metabolitos Primarios por Mutantes Auxtrofos

Producto Organismo Requerimiento Produccinauxotrfico (g/l)

L-Lisina Corynebacterium Treonina, Metionina 50glutamicum

L-Ornitina Corynebacterium Arginina 26 glutamicum

L-Valina Corynebacterium Isoleucina 11 glutamicum

L-Tirosina Corynebacterium sp. Fenilalanina 19

Mutantes Resistentes a laRegulacin por Retroalimentacin

A B C D

D

Produccin de Metabolitos Primarios por Mutantes Resistentes a Anlogos

Producto Organismo Anlogo Produccin (g/l)

L-Arginina Corynebacterium D-Arginina 20glutamicum

L-Isoleucina Brevibacterium O-metiltreonina 15flavum

L-Treonina Brevibacterium -Amino--hidroxivalerato 14flavum

5.- cido Glutmico

Producto: cido glutmico

Uso: Potenciador de Aromas

Microorganismo: Corynebacterium glutamicum

Caractersticas de los microorganismossuperproductores de glutamato:

1.- Deficiencia en la -cetoglutarato deshidrogenasa2.- Incremento en la glutamato deshidrogenasa3.- Requerimiento nutricional de biotina

5 cetoglutaratodeshidrogenasa

cetoglutaratodeshidrogenasa

glutamatodeshidrogenasaSaturacin: 50 mg/g peso seco

Biosntesis de cidos Grasos

Concentracin de Biotina:1-5 g/l (excrecin de glutamato) 15 g/l (no hay excrecin de glutamato)

1. Membrana (Biotina)

2. Pared Celular (Penicilina)

Rendimiento:100 g/l