Métodos Biotecnológicos para la Producción de Metabolitos Secundarios "Biotransformaciones"

2. Características de las biotransformaciones
3. Donde se llevan a cabo las reacciones de biotransformación
4. Requerimientos para una biotransformación
5. Tipos de reacciones de biotransformación
6. Métodos para realización de biotrasnformaciones
7. Procesos industriales de biotransformación
8. Ventajas de los procesos de biotransformación
9. Referencias

I. BIOTRASNFORMACIÓN :

La conversión de una sustancia por cultivos vivientes, células permeabilizadas o enzimas fijadas en un producto químico diferente. o cultivo celular específico, para producir una transformación química sobre sustratos exógenos naturales o sintéticos con el propósito de obtener un compuesto con mayor actividad biológica y valor agregado.

II. CARACTERÍSTICAS DE LAS BIOTRANSFORMACIONES :

• Especificidad del substrato : normalmente una enzima cataliza solamente una etapa específica de reacción.
• Especificidad del sitio (regioespecificidad) : si existen en la molécula varios grupos funcionales de un tipo determinado se afecta solamente una posición específica.
• Estereoespecificidad : si se utiliza una mezcla racémica como material de partida, solamente es convertido un enantiómero. Si aparece un centro de asimetría como resultado de la reacción de la enzima, el producto de reacción normalmente es óptimamente activo.
• Condiciones de reacción : las reacciones enzimáticas no causan la destrucción de los substratos sensibles debido a las suaves condiciones de conversión. Varias reacciones pueden ser combinadas bien en una etapa de fermentación utilizando un microorganismo con un adecuado sistema de enzimas o mediante conversiones escaladas utilizando diferentes microorganismos. Las reacciones causan menos daño al ambiente ya que tienen lugar principalmente en agua.

III. DONDE SE LLEVAN A CABO LAS REACCIONES DE BIOTRANSFORMACIÓN :

El metabolismo de biotransformación se lleva a cabo predominante en el hígado, seguido de otros órganos como riñón, intestino, pulmón y piel.

A nivel celular, la biotrasnformación se realiza en el retículo endoplásmico y una pequeña parte en las mitocondrias, los lisosomas y en el citoplasma. Las membranas del retículo en doplásmico al ser fragmentadas forman pequeñas vesículas denominadas "microsomas", donde se en cuentran la mayor parte de las enzimas que participan en el metabolismo de compuestos, tanto endógenos como exógenos.

• Correspodiente al autor :

IV. REQUERIMIENTOS PARA UNA BIOTRANSFORMACIÓN :

1. El cultivo debe contener las enzimas necesarias para la transformación del precursor al producto
2. El producto debe ser formado más rápido que su metabolismo degradativo
3. El cultivo debe tolerar la adición de precursores y el aparecimiento del producto
4. El substrato debe ser capaz de introducir a la célula el producto de preferencia independientemente del medio

V. TIPOS DE REACCIONES DE BIOTRANSFORMACIÓN :

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VI. MÉTODOS PARA REALIZACIÓN DE BIOTRASNFORMACIONES

(CARACTERÍSTICAS)

6.1 BIOTRANSFORMACIONES REALIZADAS POR CÉLULAS EN SUSPENSION.

1. Los sustratos pueden ser suministrados directamente al medio de cultivo.

2. Presentan menores restricciones en cuanto a la transferencia de masa, al compararla con los procesos desarrollados por las células inmovilizadas.

3. La viabilidad celular y su fisiología no esta influida por el soporte.

4. Es mas económica de realizar, debido a que no exige la compra de materiales de soporte, utilizados en las células inmovilizadas

6.2 BIOTRANSFORMACIONES REALIZADAS POR CELULAS INMOVILIZADAS.

1. Permiten altas densidades de biomasa por períodos más largos.

2. Protegen las células vegetales del daño producido por la acción de las fuerzas de agitación contra las paredes del reactor.

3. Las células vegetales son utilizadas como verdaderos biocatalizadores.

4. Hay una separación definida entre los biocatalizadores y el medio, facilitando la extracción del metabolito de interés.

5. La liberación del producto al medio, permite separar el metabolito de importancia y reciclar la biomasa.

6.3 BIOTRANSFORMACION POR PREPARADOS ENZIMATICOS.

1. Las enzimas vegetales realizan modificaciones regioespecíficas, las cuales son muy difíciles de obtener mediante procedimientos químicos o por microorganismos.

2. Las enzimas de las plantas estan en capacidad de catalizar reacciones de manera estereoespecÌficas y por ello en el reino vegetal solamente es biosintetizada una forma estereoisomérica compleja, en contraste con la síntesis química, donde la esteroespecificidad es un problema ampliamente reconocido.

3. Los preparados enzimáticos ejecutan biotransformaciones de manera específica, en contraposición con las realizadas por las células en suspensión o inmovilizadas, las cuales pueden metabolizar el sustrato de diferentes maneras, produciendo mezclas complejas de productos con rendimientos variados, en ocasiones se generan compuestos indeseables

VII. PROCESOS INDUSTRIALES DE BIOTRANSFORMACIÓN :

7.1 TRANSFORMACIÓN DE ESTEROLES Y ESTEROIDES

7.2 TRANSFORMACIÓN DE COMPUESTOS NO ESTEROIDES

7.3 TRANSFORMACIÓN DE PESTICIDAS

VIII. VENTAJAS DE LOS PROCESOS DE BIOTRANSFORMACIÓN :

* Las biotransformaciones logradas por las células vegetales o sus respectivas enzimas purificadas son estereoespecíficas, en contraste con muchos de los productos de la síntesis química.

* La posibilidad de producción de compuestos de novo, que no se encuentran en la planta progenitora, muchos de los cuales pueden presentar actividad biológica importante. Según Stockigt se han detectado aproximadamente 140 nuevos compuestos, en estudios de biotransformación realizados con células vegetales.

* El mejoramiento de la estabilidad de las drogas existentes, mediante la inclusión de grupos protectores y el incremento de la actividad terapéutica al realizar modificaciones estructurales, que propicien una mejor afinidad entre los receptores de las células objetivo y el medicamento biotransformado.

* La posibilidad de utilizarlas en procesos con múltiples reacciones, lo cual ampliaría considerablemente las aplicaciones de las biotransformaciones por medio de los cultivos celulares.

IX. REFERENCIAS :

[1] Barry B. and Rhodes M.; Secondary Products from Plant Tissue Culture; Curier International Ltd.; Claredon Press. Oxford; 1990

[2] Alfermanm A. and Reinhard E.; Biotransformation of Synthetic and Natural Compounds by Plant Cell Cultures; Eds. Plant Cell Biothecnology, Heidelberg; 275 – 283; 1980

[3] Pras N./ Wondenbag H./ Van Uden W.; Bioconversion of Naturally Occurring Precursors and Related Synthetic Compounds Using Plant Cell Cultures; Edit. Macek and Vanek; 37 – 45; 1994

[4] Jaime Niño; Producción de Metabolitos Secundarios Mediante el Cultivo de Tejidos Vegetales; Facultad de Tecnología. UTP. ( )

[5] Vetry P./ Fliniaux M./ Mackova M.; Scopoletin – Glucosyltransferasa Activity from Duboisia Myoporoides; J. Plant Physiology; Vol. 146; 503 – 507; 1995

[6] Lutterbach R./ Stockgt J.; High Yield Formation of Arbutin from Hydroquinine by Cell – Suspension Cultures of Rauwolfia Serpentina; Chim. Acta 75; 2009 – 2011; 1992

[7] Panda A./ Mishara S./ Bisaria V.; Plant Cell Reactor Perspectiva; Enzyme Microb. Technol.; Vol. 11; 386 – 397; 1989

[8] Pas N./ Wondenbag H./ Van Uden W.; Bioconversion Potencial of Plant Enzyjmes for tha Production of Pharmaceuticals; Plant Cell Tissue and Organ Cultures; Vol. 43; 117 – 121; 1995

[9] Wulf C. and Anneliese C.; Biotecnología : Manual de Microbiología Industrial; 3 ra Ed.; Edit. Acribia S.A.; España; 1989

[10] Stockigt J./ Obitz P./ Falkenhagen H.; Natural Products and Enzymes from Plant Cell Cultures; Plant Cell Tissue and Organ Cultures; Vol. 43; 97 – 109; 1995

Marvin Horacio Chávez Sifontes *

Escuela de Química, Facultad de Ciencias Naturales y Matemática; Universidad de El Salvador, San Salvador, El Salvador

CICLO II / 2003

QUÍMICA DE PRODUCTOS NATURALES II

REVISTA DE PRODUCTOS NATURALES