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UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE Facultad de Ingeniería en Ciencias Agropecuarias y Ambientales Ingeniería en Biotecnología

Integrantes: Mayra Almeida, Alexander Betancourt, Adrian Guitarra, Jessica Mullo, Gissela Vizcaino. Asignatura: Termodinámica. Fecha: 28-11-2018.

PROPUESTA 1.- Antecedentes

La melaza se empleó principalmente como suplemento energético para la alimentación de rumiantes en el año de 1850; por su alto contenido de azúcares y su bajo costo en algunas regiones, y una pequeña porción de la producción se destina al consumo humano, empleándola como edulcorante culinario. También para proveer los azúcares necesarios para acelerar el proceso de fermentación en los ensilajes (Preston 1968). Elías, Preston, Willis y Sutherland, (1968) en Cuba, lograron crear un sistema de alimentación en ganado bovino de carne, el cual del 70 al 80% de la energía metabolizada (E. M.) fué aportado por melaza. Mediante ensayos adecuados con soluciones diluidas de melaza, se ha demostrado que estas a pesar de su bajo contenido de fósforo constituyen un buen medio nutritivo para muchos microorganismos, tales como levaduras hongos y bacterias (Ariza y González,1997).

Mediante revisiones bibliográficas se encontró que se han realizado varios estudios sobre regulación de las enzimas individuales de la biosíntesis de lisina en bacterias y organismos, lo que a nosotros nos permitirá acortar los caminos de las rutas metabólicas de los sustratos posibles para una mejor obtención.

Se demostró que la cepa recombinante Corynebacterium glutamicum utilizó eficazmente almidón soluble como sustrato de carbono y energía para el crecimiento y también para la producción de lisina (Seibold, 2006) sintetizando a partir de otras reacciones como es en el caso del aspartato, lo cual se detalla en su ruta metabólica de la siguiente manera:

Commented [wf1]: Normas apa no incluye guiones.

Commented [wf2]: ¿??? Cambiar imagen. Cita no es apa. Adjuntar autor. Figura va en cursiva, ej. Fig 3.1. Síntesis de proteínas.

Fig. 1. Synthesis of lysine via the diaminopimelate dehydrogenase reaction Referencia: file:///C:/Users/ESTUDIANTE/Downloads/mic-134-12-3221.pdf

Por otro lado, también en la bacteria Methanothermobacter thermautotrophicus se demostró que utiliza lisina para la síntesis de proteínas Una enzima diaminopimelato aminotransferasa de este metanógeno (MTH0052) convierte el tetrahidrodipicolinato en L, L-diaminopimelato, un precursor de lisina. El análisis filogenético indicó que este gen fue reclutado de bacterias Grampositivas anaeróbicas.

En el ámbito microbiología se ha demostrado que tanto como las bacterias y las arqeas utilizan al menos cinco vías biosintéticas diferentes para producir lisina. Tres de estas vías producen un intermedio de diaminopimelato (DAP), y los ensayos enzimáticos de dicha bacteria Methanothermobacter thermautotrophicus en sus extractos lograron a detectar dihidrodipicolinato sintasa y DAP descarboxilasa actividades que son características de todas las vías DAP (Graham E. David, 2008).

2.- Marco teórico

2.1 La Lisina

La lisina muestra un radical del tipo amínico, por lo que se caracteriza como un aminoácido básico. Se aisló a fines del siglo XIX y luego se sintetizó en el laboratorio en 1902.

Puede tener dos estructuras diferentes y la forma de L se puede encontrar en la mayoría de las proteínas. Junto con la metionina, representa el aminoácido precursor de la carnitina. Posee una propiedad hidrófila, es considerado uno de los 10 aminoácidos esenciales para todos los seres vivos, y consecuentemente debe ser incluido en una dieta sana (Hill, 2013) .

2.1.1 Importancia y Propiedades de la Lisina

La lisina es necesario para el desarrollo, la fijación del calcio en los huesos y muy importante en el funcionamiento óptimo del sistema inmunitario. Es uno de los componentes del colágeno: gracias a la intervención de la vitamina C, promueve la formación de colágeno, sustancia clave para la constitución de los tejidos conectivos. Es una sustancia fundamental para la salud de la piel y los tejidos y para nuestras defensas inmunológicas. Junto con la cisteína es uno de los elementos básicos de la queratina capilar (Alessia, 2017).

Promueve la formación de hormonas, enzimas y anticuerpos.

Su propiedad química es esa de actuar como una base, al igual que sus demás aminoácidos como la arginina y la histidina, este posees en su cadena lateral una molécula de grupo amino que en muchos casos este participa en la formación de puentes de hidrógeno o en enlaces de tipo iónico (Personal, 2018).

2.1.2 Métodos de obtención de la Lisina

Commented [wf3]: Es otro capítulo. Debe ir centrado y especificado.

Existe una elevada variabilidad de rutas para el catabolismo de la lisina y se han logrado reconocer por lo menos nueve rutas distintas en los seres vivos. Aunque una gran cantidad de organismos es capaz de degradar la lisina para emplearla como una fuente de carbono o nitrógeno existen organismos que la usan solo o como de carbono o como de nitrógeno.

La lisina es capaz de ser obtenida por medio de plantas, animales, bacterias, hongos y levaduras. En este grupo por parte de las plantas el trigo, maíz y cebada fueron las primeras plantas donde se logró demostrar el catabolismo de la lisina. Por otro lado en hongos y levaduras el catabolismo de la lisina es mucho más complejo, todo esto porque existen especies que utilizan este aminoácido como un recurso de nitrógeno, o como fuente de carbono. El grupo de las bacterias posee una gran variabilidad de rutas tanto que toca distinguir entre aerobios y anaerobios. Un ejemplo de ruta e la de la monooxidativa, empieza por una decarboxilación oxidativa catalizada por la lisina 2-monooxigensa (Olga, 2005) .

2.1.3 Aplicación de la Lisina

La lisina como aminoácido tiene muchas aplicaciones, no solo en campo industrial de alimento para animales sino también en en el campo médico. La lisina y la treonina, aminoácidos limitantes para el crecimiento aves y cerdos, son estrictamente esenciales porque los animales, a diferencia de los vegetales no poseen las vías metabólicas para sintetizarlos (Nutrition, 2007). Al no haber síntesis endógena de estos aminoácidos, los mismos deben ser suministrados obligatoriamente a través del alimento balanceado.

En el ámbito médico la lisina tiene un papel muy importante en el funcionamiento óptimo del sistema inmunitario, posee propiedades importantes para tratar infecciones. Una deficiencia de este aminoácido básico implica un deterioro del sistema inmunitario.

Cuando se ingiere este aminoácido en sus distintas formas, los efectos que produce es un aumento de los anticuerpos, logrando así combatir enfermedades como: 

Tratamiento para herpes zoster, labial.



Curar varicela.



Úlceras



Mejorar la concentración cuando hay una deficiencia de aminoácidos.



Suplemento para vegetarianos y veganos.

2.2 La Melaza

El término "melaza" se lo atribuye al resultado final que se obtiene en la preparación de azúcar por repetición en su cristalización. La cantidad de melaza obtenida y su calidad son ideales para arrojar información sobre la naturaleza de las condiciones locales de crecimiento y efectos del clima (Ljubiša Ć. Šarić, Bojana V. Filicev, Olivera D. Šimurina, Dragana V. Plavšić, Bojana M. Šarić,, 2016) . Fue uno de los primeros edulcorantes aplicado para la nutrición humana. La melaza de caña de azúcar tiene unas características que lo hacen ideal para su empleo en la industria alimentaria (Olbrich, 1963).

Se la usó por vez primera como alimento animal en el año de 1850 y mostró sus diferentes usos en distintas especies presentando grandes ventajas. Ha sido tradicionalmente usada para proveer los azúcares necesarios para acelerar el proceso de fermentación en los ensilajes (Preston 1968). Elías, Preston, Willis y Sutherland, (1968) en Cuba, lograron crear un sistema de alimentación en ganado bovino de carne, el cual del 70 al 80% de la energía metabolizada (E. M.) fué aportado por melaza.

2.3 Corynebacterium glutamicum

Se demostró que la cepa recombinante Corynebacterium glutamicum utilizó eficazmente almidón soluble como sustrato de carbono y energía para el crecimiento y también para la producción de lisina (Seibold, 2006) sintetizando a partir de otras reacciones como es en el caso del aspartato, lo cual se detalla en su ruta metabólica de la siguiente manera

2.4 Brevibacterium spp

Commented [wf4]: No está citado, es un copy page DE ALGUNA PÁGINA.

Así como según el efecto de la alimentación de l- treonina en la fase de producción sobre la producción de l- lisina por Brevibacterium flavum , que requiere l -homoserina o l- treonina para el crecimiento celular, se investigó considerando la inhibición concertada de l- treonina más l-lisina, y Metabolismo relacionado con la producción de lisina. La alimentación exponencial de l- treonina aumentó la producción de l- lisina a 70 g / l aproximadamente tres veces más que sin alimentación. A partir del análisis del flujo metabólico, el flujo de carbono de la vía de síntesis de l- lisina en la fase de producción después de la alimentación con treonina fue mayor que en la fase de crecimiento. (Kinoshita, 1958).

2.5 Methanobacterium Thermoautotrophicum

La bacteria Methanothermobacter thermautotrophicus se demostró que utiliza lisina para la síntesis de proteínas Una enzima diaminopimelato aminotransferasa de este metanógeno (MTH0052) convierte el tetrahidrodipicolinato en L, L-diaminopimelato, un precursor de lisina. El análisis filogenético indicó que este gen fue reclutado de bacterias Grampositivas anaeróbicas.

En el ámbito microbiología se ha demostrado que tanto como las bacterias y las arqeas utilizan al menos cinco vías biosintéticas diferentes para producir lisina. Tres de estas vías producen un intermedio de diaminopimelato (DAP), y los ensayos enzimáticos de dicha bacteria Methanothermobacter thermautotrophicus

en sus extractos lograron a detectar

dihidrodipicolinato sintasa y DAP descarboxilasa actividades que son características de todas las vías DAP (Graham E. David, 2008).

3.-Objetivos Commented [wf5]: No va viñetas en objetivos.

General ❖

Obtener L.lisina por medio del aprovechamiento de la melaza.

Commented [wf6]: Especificar que método, proceso u obtención.

Específicos ❖ Utilizar diferentes rutas metabólicas

por medio de investigaciones

bibliográficas para poder acortar el paso para llegar a la obtención de la L-lisina.

Commented [wf7]: ¿??

❖ Acortar el paso de la obtención de L-lisina por medio de bacterias tales como Corynebacterium

glutamicum,

Brevibacterium

spp,

Methanobacterium

Thermoautotrophicum.

Commented [wf8]: Revisar verbos de objetivos general y específico. Commented [wf9]: SON NOMBRES CIENTÍFICOS DEBE IR EN CURSIVA spp no va en cursiva.

❖ Calcular energía libre de Gibbs negativa para obtener L-lisina con la ayuda de programas virtuales: MetaCyc, Kegg, eQuilibrator.

Commented [wf10]: ESOS OBJETIVOS DEBEN SER EL PROTOCOLO DEL PROYECTO. No dicen nada los objetivos.

4.- Materiales

Commented [wf11]: QUE REVISO ¿?

5.- Hipótesis Experimental

La L-lisina es un aminoácido esencial más importante que existe para la nutrición humana y animal, la obtención de ella utilizando como materia prima la melaza por medio de diferentes rutas metabólicas y con la ayuda de bacterias como Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium spp, Methanobacterium Thermoautotrophicum acortaran el paso y servirá como fuente rápida para la obtención. De L-lisina.

6.- Procedimientos

1.- El grupo de trabajo ha tomado la iniciativa de asignar una tarea a cada integrante del grupo equitativamente con el fin de profundizar más en la investigación para lograr resultados deseados, en donde 3 personas revisan información bibliográfica y 2 revisaran los programas informáticos y se hará un cambio para alternar la revisión para ser equitativos y que todos los integrantes conozcan y sepan manejar la información.

2.- Se utilizará melaza como sustrato para la biosíntesis de lisina

1.- Se utilizará la glucosa hasta obtener oxalacetato una vez ahí se colocara la bacteria para producir el L- aspartato.

2.- Una vez producido el L-aspartato se obtiene las diferentes rutas hasta llegar a L-Lisina

5.- Una vez obtenidas las rutas necesarias y más cortas se procede a utilizar el programa informático eQuilibrator

6.- Se procede a colocar cada una de las reacciones que se dan y este nos va a proporcionar estimaciones termodinámicas en una variedad de condiciones. La estimación de los parámetros termodinámicos ( Δ G) aclara cuánta energía se requiere para impulsar la reacción y en qué dirección fluye la reacción.

7.- Para la obtención de L-lisina que tenga una reacción espontánea, se debe tener en cuenta el cálculo de energía libre de Gibbs (negativo) y su balance total el cual se calculará mediante cada reacción de las rutas seleccionadas.

8.- Dependiendo del resultado de las reacciones si no nos da un valor negativo se procederá a las variaciones de pH durante cada reacción metabólica.

Commented [wf12]: Incluir diagramas Y si van a poner tablas debe ser un apartado aparte.

DIBUJOS Y DIAGRAMAS

Los datos y resultados obtenidos en este proyecto se van a representar mediante tablas en donde se especifique en una columna las reacciones realizadas hasta la obtención de L-lisina en

cada

uno

de

los

sustratos

Corynebacterium glutamicum ,

con

las

bacterias

Brevibacterium

a

emplear

flavum,

tales

como

:

Methanobacterium

Thermoautotrophicum , otra columna detallara el pH al cual se trabajo en cada reacción, y otra columna representara la energía libre de Gibbs obtenida .

La tabla descrita anteriormente es:

MELAZA - Corynebacterium glutamicum Commented [wf13]: Solo va la línea superior, inferior e intermedia.

REACCIONES

pH

Energía libre de Gibbs ΔG

MELAZA - Brevibacterium flavum

REACCIONES

pH

Energía libre de Gibbs ΔG

GLUCOSA - Methanobacterium Thermoautotrophicum

REACCIONES

pH

Energía libre de Gibbs ΔG

bibliografía ●

Pérez, R., T. R. Prestón y M. B. Willis. 1968. Distintos niveles de proteína en

dietas basadas en sorgo para pollos de asar Rev. cubana. Cien c. Agríe. 2: 99-104. ●

Ariza B y Gonzalez L, 1997 produccion de proteína celular a partir de levadura

y melaza de caña de azúcar como sustrato. Tesis de pregrado Bacteriologia. Pontificia universidad javeriana . Facultad de ciencias . Departamento de Bacterióloga . Bogotá Colombia. 22-27p

Commented [wf14]: ¿??? Esto no es apa. Falta numerar tabla. Revisar Javeriano normas apa 6ta edición.

●

Alessia. (27 de Diciembre de 2017). Tutto Green. Obtenido de Tutto Green:

https://www.tuttogreen.it/lisina/ ●

Hill, M. (2013). Bioquimica. Las bases moleculares de la vida. Mc Graw-Hill.

●

Ljubiša Ć. Šarić, Bojana V. Filicev, Olivera D. Šimurina, Dragana V. Plavšić,

Bojana M. Šarić,. (23 de Diciembre de 2016). SUGAR BEET MOLASSES: PROPERTIES AND APPLICATIONS IN OSMOTIC DEHYDRATION OF FRUITS AND VEGETABLES. Novi Sad. ●

Nutrition, A. A. (9 de Marzo de 2007). Lisina. Obtenido de Lisina:

http://www.lisina.com.br/upload/Aminoacidos%20industriais_esp(1).pdf ●

Olbrich, H.

(1963).

The Molasses.

Berlin,

Alemania:

Institut

für

Zuckerindustrie. ●

Olga, R. L. (2005). Caracterizacion de las rutas de catabolismo de l-lisna en

Pseudomonas putida KT2440. Granada: C.S.I.C. ●

Personal, T. (26 de 06 de 2018). My Personal Trainer. Obtenido de

https://www.my-personaltrainer.it/nutrizione/lisina.html

NO VA VIÑETAS