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Ruptura celular




Enviado por mireya



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    Rompimiento Celular
    Una gran cantidad de productos de interés son 
    intracelulares y para obtenerlos se precisa la 
    desintegración de la célula para liberar su contenido al 
    medio.

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    Métodos DRÁSTICOS:
    Rompimiento total de la  célula.
    SUAVES:
    alteración química de las 
    cubiertas celulares, 
    permeabilización que 
    facilite la salida del  producto.

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    Temperatura. La selección de una u otra técnica
    dependerá las características del producto que se
    desea purificar, tales como: •Resistencia a: • Medios
    alcalinos. • Solventes. • Detergentes. • Enzimas.
    •Temperatura • Esfuerzo de corte. La técnica
    utilizada determinará el tamaño de los desechos que
    se producirán.

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    Métodos No Mecánicos. Mecánicos.

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    No mecánicos: Lisis celular Enzimático
    Químico (detergentes, disolventes)
    Físicos (Choque osmótico)
    Tratamiento Alcalino Termalización
    Permeabilización

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    Métodos Químicos: Choque osmótico.
    Permeabilización. Disolución lipídica.
    Tolueno 10 % de la biomasa
    Digestión enzimática.
    Enzimas que atacan la pared celular
    Lisozima: ataca la capa de
    péptidoglucano de la pared celular.
    Tratamiento alcalino.

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    Mecánicos: – Homogenizador a presión. –
    Prensa francesa. – Ultrasonido. –
    Molino de Bolas o Perlas. –
    Congelación. – Mortero. –
    Agitación con Abrasivos. –
    Microfluidizadores.

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    Los métodos mecánicos implican someter a las
    células a una deformación en fase sólida o
    líquida. Los métodos no mecánicos utilizan
    reactivos que pueden ser químicos o enzimáticos,
    cuyo objetivo es romper o lisar la célula.

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    a Actualmente los métodos mecánicos son aplicados
    industrialmente, mientras que los no mecánicos se utilizan
    principalmente pequeña escala (laboratorio).

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    Uno de los métodos no mecánicos más
    utilizado a nivel de laboratorio es a través del uso de
    reactivos químicos como disolventes.

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    Métodos No-Mecánicos Pueden ser de dos tipos:
    •Agente químicos •Solventes orgánicos
    • Detergentes • Alcalis • Agua (shock
    osmótico) •Enzimáticos se trata de enzimas que
    permeabilizan en forma selectiva las membranas celulares, tales
    como lisozima, glucanasas, mananasas, etc. Los métodos
    no-mecánicos son fáciles de escalar, si uno
    necesita tratar 10 veces más materia orgánica basta
    con adicionar 10 veces más reactivo químico o
    enzimático.

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    Métodos No-mecánicos Técnicas
    Permeabili -zación  Enzimático Principios
    Permeabilización de 
    la pared celular, lo 
    cual produce el  rompimiento de la 
    Stress Suave Costos Caro Ejemplos Tratamiento de 
    M.  lysodeikticus célula con lisozima.
    Shock  Osmótico Solubiliza- ción
    Disolución  de Lípidos Ruptura 
    Osmótica de la  membrana
    Disolución de la 
    membrana celular  con detergentes
    Solventes orgánicos 
    que disuelve la pared 
    celular y también la  Suave Suave
    Modera -do Barato Moderada- mente  Caro Barato
    Ruptura de  Células de 
    Glóbulos Rojos. Rompimiento 
    de bacterias   con SDS. Rompimiento 
    de levaduras  desestabilizan con tolueno.
    Tratamien -to con  álcalis
    Solubilización de la 
    membrana por 
    saponificación de los  lípidos
    Fuerte Barato

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    de Métodos Mecánicos El rompimiento se lleva a cabo
    por acción mecánica, pudiendo ser: •
    Fricción • Efecto de la presión •
    Colisiones. Estos métodos incluyen las operaciones
    unitarias ultrasonido, homogenización , molinos de bolas,
    etc. Estos métodos resultan ser agresivos con las
    proteínas de interés, debido principalmente a la
    generación de calor. Adicionalmente, el escalamiento
    resultan ser un problema significativo.

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    animales. Métodos Mecánicos Técnicas
    Homogeni- zador  de  cuchillos Homogeni
    -zador   alta  presión Ultrasonifi
    -cación Molienda Principios
    Las células son 
    rotas en un  mezclador  Las células
    son forzadas a pasar a través de un pequeño
    orificio lo que produce que se rompan por el esfuerzo de corte
    Las células son quebradas en una cavidad
    ultrasónica Las células son Stress Moderado Fuerte
    Fuerte Moderado Costos Moderado Moderado Caro Barato Ejemplos
    Rompimiento  de tejidos y 
    células  Tratamiento a 
    gran escala de  suspensión de 
    células. Rompimiento de 
    suspensiones de  células a lo 
    menos en  pequeña escala rotas por medio de
    una molienda con abrasivos Molinos  de bolas Las
    células son trituradas con bodas de acero Fuerte Barato
    Rompimiento a  gran escala para 
    suspensiones de 
    células y células  o vidrio
    de plantas

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    MÉTODOS DE PERMEABILIZACIÓN
    Alteran la estructura de la pared y la 
    membrana celular para facilitar la difusión 
    de productos hacia el exterior.

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    MÉTODOS DE PERMEABILIZACIÓN
    Ósmosis Tolueno al 5%
    Detergentes aniónicos
    Detergentes no aniónicos (SDS y Tritón)
    Agentes caotrópicos (guanidina y urea)
    EDTA

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    Tratamiento enzimático Teoría Existen enzimas que
    pueden hidrolizar la membrana celular de microorganismos. Cuando
    la membrana ha sido suficientemente permeabilizada, algunos
    compuestos intracelulares pueden ser liberados al medio. Una
    comparación entre un proceso de rompimiento y otro de
    permeabilización.

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    Metodología El modo de acción es muy simple basta
    con agregárselo a una suspensión y se produce una
    reacción muy rápida la cual deteriora la pared
    celular. La reacción es selectiva y ataca a determinadas
    estructuras de la pared celular como son las glucanasa,
    mananasas. Ventajas: Método suave y selectivo escalable
    Desventajas: escala. Costo de la enzima lo hace difícil de
    utilizar a gran Microorganismo Bacterias Levaduras
    Células de plantas Enzima Lisozima
    Complejo glucanasa- mananasa Celulosas y 
    peptinasas Efecto
    Ruptura de los enlaces ß-1,4 
    entre N-acetil murámico y N-
    acetil glucosamida
    Rompe la capa de glucano y 
    de manano
    Rompen capa de celulosa y  peptino

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    y Shock Osmótico Teoría Resulta ser uno de los
    métodos más simple: 1. Las células se
    colocan en una volumen de agua 2 veces mayor que el volumen de
    células. 2. Bajo estas condiciones las células se
    hinchan, debido a un simple flujo osmótico que se produce
    debido a que las células contienen solutos (los causantes
    del flujo osmótico de agua al interior de la
    célula). 3. Las células se hinchan y algunas llegan
    a reventarse. La susceptibilidad de las fuertemente de su tipo.
    células es relativa depende

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    Los glóbulos rojos son fáciles de lisar. Las
    células vegetales son muchos más difíciles,
    dado que sus paredes contienen compuestos que son impermeables al
    flujo osmótico. Se puede calcular la presión
    necesaria para romper células a partir de la ley
    van´t Hoof. La cual se deduce desde la condición de
    equilibrio : DP = – R*T*c1 Donde c1 : Concentración de
    solutos en el interior de la célula. En el caso de una
    célula que contiene una concentración de solutos
    del orden de 0.2 M, calculando la diferencia de presión
    alcanzara valores del orden de -5 atm (dentro mayor
    presión que afuera).

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    Solubilización Teoría Es uno de los método
    no-mecánico rompimiento de células. más
    utilizado para el Los detergentes tienen una zona
    hidrofílica y otra hidrofóbica, por esta
    razón pueden interactuar tanto con el agua como con los
    lípidos. Su habilidad se basa en la solubilización
    de los lípidos de la pared celular. Los detergentes
    más utilizados son de tres tipos: •Detergente
    aniónico •Detergente catiónico
    •Detergente no-iónico y polidispersante

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    Ejemplos Detergentes aniónicos •Dodecil Sulfato de
    Sodio (SDS) CH3(CH2)11 SO3- Na+ •Sulfonato de Sodio
    CH3(CH2)9 -Phenyl-SO3- Na+ •Tauroclorato de Sodio El SDS es
    uno de los detergentes aniónicos más ampliamente
    estudiados. Entre los materiales aniónicos se encuentran
    los jabones (sales de ácidos grasos), estos jabones
    dependen del grupo de ácido carboxílico que tengan
    y resultan efectivos a altos pH donde el grupo se encuentra
    ionizado. A su vez resultan ineficientes en aguas duras que
    contengan iones calcio que pueden reaccionar con ellos y formar
    compuestos insolubles. Las desventajas de los detergentes
    tradicionales se puede superar si se reemplazan los grupos
    carboxilos por grupos sulfatos. Los sulfatos que contienen grupos
    fenilos son más efectivos que los compuestos que contienen
    grupos alquilos, debido principalmente que no son fáciles
    de degradar microbianamente, como son los detergente utilizados
    para lavado.

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    Ejemplos Detergentes cationicos •Bromuro de Catiltrimetil
    Amonio (CTAB) Br- CH3(CH2)15 N+ (CH3)3 Son detergentes más
    suaves (tipo shampoo), por lo cual se produce un rompimiento
    más suave de las células. Ejemplos •Triton
    X-100 Detergente no-iónicos C8H17-Phenyl-(OCH2CH2)9.5OH
    Son generalmente polímeros solubles en agua, se utilizan
    en los detergente para lavar vajilla. Estos detergente
    también tienen una parte hidrofóbica y una
    hidrofílica, pero la parte hidrofílica no es ni un
    sulfato ni un tetraalquilamonio sino un alcohol. .

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    A bajas concentraciones de detergente no se produce
    degradación de los lípidos, pero a alta
    concentración se produce una degradación que
    resulta lineal a la concentración de detergente, junto a
    esta variable también se altera la tensión
    superficial de la solución. La relación que se
    produce entre la solubilización y otros fenómenos
    es que el detergente forma micelas, en cuyo interior se
    encapsulan los lípidos digeridos (Cabezas
    hidrofílicas y colas hidrofóbicas que están
    en contacto con la sopa de lípidos).

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    Procedimiento 1. Se coloca un determinado volumen de detergente
    concentrado por un volumen de células. Generalmente la
    mitad de volumen de detergente que de volumen de células.
    2. El detergente rompe la membrana celular. 3. La
    suspensión resultante se centrifuga para remover los
    fragmentos de células y luego se pasa a través de
    una columna de adsorción o por etapas de extracción
    para aislar el producto.

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    Tratamiento con solvente (disolución de lípidos) Es
    una técnica la cual no ha sido muy documentada,
    sólo se requiere de información experimental. Una
    buena forma de seleccionar el solvente es analizar la volatilidad
    (desde manuales), este parámetro puede relacionarse con
    las interacciones lípido solvente, poniendo
    atención en el calor de mezcla. Solventes con similar
    solubilidad atacarán los lípidos de forma similar.
    Procedimiento 1. El método consiste en adicionar la
    suspensión de biomasa un volumen de tolueno del orden de
    un 10% de biomasa. 2. El tolueno es absorbido por las
    células, las cuales se hinchan y luego explotan. 3. El
    contenido de las células se libera al medio y luego puede
    ser separado.

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    • • • • • Existen otros solventes que
    puede ser utilizados como : Benceno ( que es cancerigeno y de una
    alta volatilidad, el tolueno también es cancerigeno pero
    de más baja volatilidad). Cumeno Clorobenceno Xileno
    Octanol (Altos alcoholes)

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