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