Biotransformación - Biotransformation
La biotransformación es la modificación (o modificaciones) química que realiza un organismo sobre un compuesto químico. Si esta modificación termina en compuestos minerales como CO 2 , NH 4 + o H 2 O , la biotransformación se llama mineralización .
La biotransformación significa la alteración química de sustancias químicas como nutrientes , aminoácidos , toxinas y medicamentos en el cuerpo. También es necesario convertir los compuestos apolares en polares para que no se reabsorban en los túbulos renales y se excreten. La biotransformación de xenobióticos puede dominar la toxicocinética y los metabolitos pueden alcanzar concentraciones más altas en los organismos que sus compuestos parentales. Recientemente, su aplicación se considera un enfoque eficiente, rentable y de fácil aplicación para la valorización de desechos agrícolas con potencial para mejorar los componentes bioactivos existentes y la síntesis de nuevos compuestos.
Metabolismo de las drogas
El metabolismo de una droga o toxina en un cuerpo es un ejemplo de biotransformación. Por lo general, el cuerpo se ocupa de un compuesto extraño haciéndolo más soluble en agua, para aumentar la velocidad de su excreción a través de la orina. Hay muchos procesos diferentes que pueden ocurrir; las vías del metabolismo de los fármacos se pueden dividir en:
- fase І
- Fase II
Los fármacos pueden sufrir una de cuatro biotransformaciones potenciales: fármaco activo a metabolito inactivo, fármaco activo a metabolito activo, fármaco inactivo a metabolito activo, fármaco activo a metabolito tóxico (biotoxificación).
Reacción de fase І
- Incluye reacciones oxidativas, reductoras e hidrolíticas .
- En este tipo de reacciones, se introduce o desenmascara un grupo polar, por lo que la molécula del fármaco se vuelve más soluble en agua y puede excretarse.
- Las reacciones son de naturaleza no sintética y, en general, producen metabolitos más solubles en agua y menos activos.
- La mayoría de los metabolitos son generados por un sistema enzimático hidroxilante común conocido como citocromo P450 .
Reacción de fase II
- Estas reacciones implican la unión covalente de pequeñas moléculas endógenas hidrófilas como ácido glucurónico , sulfato o glicina para formar compuestos solubles en agua, que son más hidrófilos.
- Esto también se conoce como reacción de conjugación.
- Los compuestos finales tienen un peso molecular mayor.
Biotransformación microbiana
La biotransformación de varios contaminantes es una forma sostenible de limpiar ambientes contaminados. Estos métodos de biorremediación y biotransformación aprovechan la diversidad catabólica microbiana de origen natural para degradar, transformar o acumular una amplia gama de compuestos, incluidos hidrocarburos (por ejemplo, petróleo), bifenilos policlorados (PCB), hidrocarburos poliaromáticos (HAP), sustancias farmacéuticas, radionucleidos y metales. Los principales avances metodológicos de los últimos años han permitido realizar análisis genómicos, metagenómicos, proteómicos, bioinformáticos y otros de alto rendimiento detallados de microorganismos ambientalmente relevantes que brindan información sin precedentes sobre las vías de biotransformación y biodegradación y la capacidad de los organismos para adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes.
Los procesos biológicos juegan un papel importante en la eliminación de contaminantes y contaminantes del medio ambiente . Algunos microorganismos poseen una asombrosa versatilidad catabólica para degradar o transformar dichos compuestos. Los nuevos avances metodológicos en secuenciación , genómica , proteómica , bioinformática e imágenes están produciendo grandes cantidades de información. En el campo de la microbiología ambiental , los estudios globales basados en el genoma abren una nueva era que proporciona vistas in silico sin precedentes de las redes metabólicas y reguladoras, así como pistas sobre la evolución de las vías bioquímicas relevantes para la biotransformación y las estrategias de adaptación molecular a las condiciones ambientales cambiantes. . Los enfoques genómicos y metagenómicos funcionales están aumentando nuestra comprensión de la importancia relativa de las diferentes vías y redes reguladoras para el flujo de carbono en entornos particulares y para compuestos particulares y están acelerando el desarrollo de tecnologías de biorremediación y procesos de biotransformación. También existe otro enfoque de biotransformación llamado biotransformación enzimática.
Biodegradación del aceite
El petróleo es tóxico para la mayoría de las formas de vida y la contaminación episódica y crónica del medio ambiente por el petróleo causa importantes perturbaciones ecológicas. Los entornos marinos son especialmente vulnerables, ya que los derrames de petróleo en las regiones costeras y el mar abierto son poco fáciles de contener y la mitigación es difícil. Además de la contaminación causada por las actividades humanas, millones de toneladas de petróleo ingresan al medio marino cada año a partir de filtraciones naturales. A pesar de su toxicidad, una fracción considerable del aceite de petróleo que ingresa a los sistemas marinos es eliminada por las actividades de degradación de los hidrocarburos de las comunidades microbianas, en particular por un notable grupo de especialistas recientemente descubierto, las llamadas bacterias hidrocarbonoclasticas (HCB). Alcanivorax borkumensis , un paradigma de HCB y probablemente el degradador de aceite más importante a nivel mundial, fue el primero en ser sometido a un análisis genómico funcional. Este análisis ha arrojado importantes nuevos conocimientos sobre su capacidad para (i) la degradación de n-alcanos, incluido el metabolismo, la producción de biosurfactantes y la formación de biopelículas , (ii) la captación de nutrientes y cofactores en el entorno marino oligotrófico, así como (iii) hacer frente a diversos estrés específico del hábitat. El entendimiento así adquirido constituye un avance significativo en los esfuerzos hacia el diseño de nuevas estrategias basadas en el conocimiento para la mitigación del daño ecológico causado por la contaminación de los hábitats marinos por hidrocarburos. Los HCB también tienen aplicaciones biotecnológicas potenciales en las áreas de bioplásticos y biocatálisis .
Ingeniería metabólica y aplicaciones biocatalíticas
El estudio del destino de las sustancias químicas orgánicas persistentes en el medio ambiente ha revelado una gran reserva de reacciones enzimáticas con un gran potencial en la síntesis orgánica preparativa, que ya se ha explotado para una serie de oxigenasas a escala piloto e incluso industrial. Se pueden obtener nuevos catalizadores a partir de bibliotecas metagenómicas y enfoques basados en secuencias de ADN . Nuestra creciente capacidad para adaptar los catalizadores a reacciones específicas y requisitos de proceso mediante mutagénesis racional y aleatoria amplía el campo de aplicación en la industria química fina, pero también en el campo de la biodegradación . En muchos casos, estos catalizadores deben explotarse en bioconversiones de células completas o en fermentaciones , lo que exige enfoques de todo el sistema para comprender la fisiología y el metabolismo de las cepas y enfoques racionales para la ingeniería de células completas a medida que se presentan cada vez más en el área de sistemas. biotecnología y biología sintética .