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Producción Bacteriana de Ácidos Grasos Hidroxilados

I. Martín-Arjol1, M. Busquets2, A. Manresa1

1Unitat de Microbiologia, Facultat de Farmàcia 2 Departament de Bioquímica i Biologia Molecular, Facultat de Biologia


Índice 1. Introducción 2. Ácidos grasos hidroxilados

derivados del ácido oleico 3. Ácidos grasos hidroxilados

derivados del ácido linoleico

1 Introducción

1. Introducción

• Usar aceites vegetales o residuales ricos en ácido oleico (C18:1) o linoleico (C18:2) como sustrato bacteriana para producir nuevos compuestos: ácidos grasos hidroxilados (HFA)

• Alrededor del 80% de los aceites y grasas producidos mundialmente son aceites vegetales

• El 25% de éstos son los aceites de soja, girasol y colza

1. Introducción

OH

O

(Z)

OH

O

(Z)

(Z)

Ácido Oleico (C18:1): ácido 9(Z)-octadecenoico

Ácido Linoleico (C18:2): ácido 9,12(Z,Z)-octadecadienoico

1. Introducción

¿Qué bacteria?

Pseudomonas aeruginosa 42A2

1. Introducción

P. aeruginosa 42A2 C18:1 C18:2

+ O2 + MM NO3

- PO4

-3

CO2 HFA PHA

PHA: polihidroxialcanoatos

1. Introducción

P. aeruginosa 42A2 PHA: polihidroxialcanoatos

1. Introducción


1. Introducción


• Biodegradable y biocompatible

• Cubertería de plástico

• Materiales de embalaje

• Recubrimientos de materiales

• Productos de alta calidad en farmacia, liberación controlada, y medicina, implantes

OH

O

(Z)

(R)

HO

Ácido Ricinoleico (RA): ácido 12(R)-hidroxi-9(Z)-octadecenoico

Datos: • Producción: 106 ton/a • Demanda: 1,25 · 106 ton/a; • Productores: India 60%, China 20%, Brasil 10% • Consumidores: USA 40%, UE 30%

1. Introducción

OH

O

(Z)

(R)

HO


Aplicaciones, 42 derivados: • Biodiésel: ésteres (m)etílicos • Cosmética e higiene: geles, cremas, champús, perfumes, pintalabios, cremas solares o desodorantes; ricinoleato de zinc • Medicina: excipiente surfactante Cremophor EL, usado en anticancerígenos, antifúngicos, inhibidor específico de proteasas del VIH. • Nylon = diamina + diácido • Poliuretanos = isocianto + alcohol, amina o tiol • Lubricantes: poliésteres del RA, estólidos

1. Introducción

OH

O

(Z)

(R)

HO


(S)(E)

O

OH

OH

(10S)-HOME: ácido 10(R)-hidroxi-8(E)-octadecenoico

1. Introducción

2 HFA derivados del ácido oleico

2. HFA derivados del ácido oleico

C18:1 + O2 + MM NO3

- PO4

-3

(S)(E)

O

OH

OOH

(S)(E)

O

OH

OH

(S)(E)

O

OH

OH

HO

E1

E2

Espontáneo

E1: dioxigenasa E2: hidroperoxi isomerasa


0

2

4

6

8

10

0

4

8

12

16

20

0 5 10 15 20 25 30

(10S

)-HPO

ME

(10S

)HO

ME

(7

S,10

S)D

iHO

ME

X (

g·l-1

)

OA

(g·l-

1 )

Time (h)

0

1

2

3

0

4

8

12

16

20

0 5 10 15 20 25 30

NO

3- (g

·l-1 )

OA

X (

g·l-1

)

Time (h)

Azúl: C18:1 Naranja: (10S)-HPOME Rosa: (10S)-HOME Verde: (7S,10S)-DiHOME Rojo: Biomasa Gris: NO3

-


(10S)-HOME (7S,10S)-DiHOME

Usos

Substituto del RA Biotensoactivo

Aplicaciones

Resinas, Ceras, Nylon, Plásticos, Cosmética, Aditivos en Cubrimientos y Pinturas

a) EMULSIONANTES ALIMENTARIOS b) LUBRICANTES

c) ANTIMICROBIANOS


Análogo del E-476, Poliricinoleato de Poliglicerol

2. HFA derivados del ácido oleico a) Emulsionantes alimentarios

Usos

• Repostería, especialmente en

recubrimientos de chocolate

• Bebidas conservadas

• Alimentos bajos en calorías

• Embutidos

• Mantequillas


• Afecta sobre la reología del chocolate fundido

• Disminuye el “fat bloom”



(S)(E)

O

OH

OH

OH O

O

O

O

O

O

O

OH

Primera fase: producción de estólidos

Lipasa de Candida rugosa

Lipasa de Candida rugosa 40 ºC, P atm



OH O

O

O

O

O

O

O

OH

O

O

HO

OH

HO

HO

OH

Segunda fase: producción del análogo al PGPR

+

PGPR

2 Lipasas: • Mucor javanicus • Rhizopus arrhizus

tiempo (horas)

0 24 48 72 96 120 144 168 192N

A (

mg

KO

H/g

)

0

10

20

30

40

50

inmovilizado libre

tiempo (horas)

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264

NA

(mg

KO

H/g

)

0

10

20

30

40

50

60

inmovilizado libre

Lipasa de Mucor javanicus Lipasa de Rhizopus arrhizus


40 ºC, P atm


FUNCIONES EMULSIONANTES • Aumentar el volumen • Mejorar la textura • Proporcionar la estabilidad • Controlar la cristalización de las grasas • Aumentar la aireación

Sin emulsionante Con emulsionante

2. HFA derivados del ácido oleico b) Lubricantes oculares

.

Análogo de los ésteres presentes en las secreciones Meibomio

Secreción de compuestos: ácidos grasos, triglicéridos, ésteres de cera y de colesterol y colesterol.

Una mala proporción de estos compuestos provoca el síndrome del ojo seco


OH

OOH

O

OOH

O

O

OH

OH

OH

O

OH

OH

3 Lipasas comerciales: • Novozym 435, lipasa B de Candida antarctica • Lipozyme RM IM, lipasa de Rhizopus miehei • Lipozyme TL IM, lipasa de Thermomyces lanuginosus


80 ºC, 0.02 atm

0

20

40

60

80

100

0 30 60 90 120 150 180

η (%

)

Time (h)

N435 L RM IM L TL IM


MALDI-TOF-MS: matrix DHB saturada en AcN

3 HFA derivados del ácido linoleico

3. HFA derivados del ácido linoleico

C18:2 + O2 + MM NO3

- PO4

-3

OH

OHOO

(E)

(Z)

(Z)

OH

O

(E)

HOO

OH

OHO

(E)

(Z)

(Z)

OH

O

(E)

HO

(E)

O

OH

OH

OH

OH

(E)

O

OH

OHOH

OH¿?

Espontáneo

E1

E2

E3

E1: dioxigenasa E2: hidroperoxi isomerasa E3: lipoxigenasa

(E)

O

OH

OH

OH

OH

(E)

O

OH

OHOH

OH

(9,10,13)-TriHOME: ácido 9,10,13-trihidroxi-11(E)-octadecenoico

(9,12,13)-TriHOME: ácido 9,12,13-trihidroxi-10(E)-octadecenoico


Forman parte del mecanismo de defensa de diversas plantas frente a hongos • La “fallada” o “mal de cuello” del arroz

Pyricularia oryzae (9,12,13)-TriHOME



Pyricularia oryzae (9,12,13)-TriHOME • Black rot del taro, tubérculo del sudeste asiático,

Ceratocystis fimbriata (9,12,13)-TriHOME



Pyricularia oryzae (9,12,13)-TriHOME • Black rot del taro, tubérculo del sudeste asiático,

Ceratocystis fimbriata (9,12,13)-TriHOME • EL “oídio” del trigo o la cebada

Blumeria graminis (9,10,13)/(9,12,13)-TriHOME


RP-HPLC-MS/MS (-)

3. HFA derivados del ácido linoleico c) Antimicrobianos

TIC: from Sample 9 (54h diluit PIS329 i 297) of 181007.wiff (Turbo Spray) Max. 1.7e6 cps.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25Time, min

0.0

1.0e5

2.0e5

3.0e5

4.0e5

5.0e5

6.0e5

7.0e5

8.0e5

9.0e5

1.0e6

1.1e6

1.2e6

1.3e6

1.4e6

1.5e6

1.6e6

1.7e6

4.73

5.69 18.426.03

9.728.9910.977.62

12.28 19.55 22.733.483.021.66 23.0721.5417.3914.38 15.12

TIC: from Sample 9 (54h diluit PIS329 i 297) of 181007.wiff (Turbo Spray) Max. 1.7e6 cps.

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0.0

1.0e5

2.0e5

3.0e5

4.0e5

5.0e5

6.0e5

7.0e5

8.0e5

9.0e5

1.0e6

1.1e6

1.2e6

1.3e6

1.4e6

1.5e6

1.6e6

1.7e6

4.73

5.69 18.426.03

9.728.9910.977.62

12.28 19.55 22.733.483.021.66 23.0721.5417.3914.38 15.12

RP-HPLC-MS/MS (-) 1º MS m/z 329


RP-HPLC-MS/MS (-) 1º MS m/z 329

2º MS m/z 127 ó 129



100 250 500 750 1000F

CA

0

20

40

60

80

100

Inhi

bici

ón (%

)

Concentración (ppm)

Hongo

100 250 500 750 1000L

KJ

0

20

40

60

80

100

Inhi

bici

ón (%

)

Concentración (ppm)

Hongo

A: Verticillium dahliae 49507/B

C: Crysosporium tarraconenses

F: Alternaria

J: Verticillium dahliae 49507/A

K: Penicillium crysogenum

L: Colletotrichum acutatum


Alternaria

Colletotrichum acutatum

Control Test

Control Test



I. Martín-Arjol1, M. Busquets2, A. Manresa1

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