Ejercicio resuelto de Microbiología y biotecnología · Biología

Opción 5B (2,5 puntos)
El pan y el yogur son dos alimentos comunes de nuestra dieta que se obtienen mediante un proceso de fermentación llevado a cabo por diferentes levaduras y bacterias.

a) (1,0 punto) ¿Por qué el yogur tiene un marcado sabor ácido y no ocurre lo mismo con el pan? Razónelo ayudándose de las reacciones que se llevan a cabo en cada caso.
b) (1,0 punto) Para hacer yogur casero, basta con repartir leche en varios vasitos y añadir un poco de yogur comercial a cada uno. Después se dejan durante toda la noche a unos 35-40ºC. ¿Qué ocurriría si antes de hacer la mezcla esterilizamos el yogur comercial? ¿Y si esterilizamos la leche? Razone las respuestas.
c) (0,5 puntos) Cita dos aplicaciones de la biotecnología en la industria farmacéutica.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{(1,0}}\mathbf{\text{punto)}}\mathbf{\text{¿Por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{yogur}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{marcado}}\mathbf{\text{sabor}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{ocurre}}\mathbf{\text{lo}}\mathbf{\text{mismo}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{pan?}}\mathbf{\text{Raz}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nelo}}\mathbf{\text{ayud}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ndose}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{reacciones}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{llevan}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{cabo}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{caso.}}$

La diferencia está en qué microorganismo interviene en cada caso y, por tanto, en qué tipo de fermentación se produce y qué producto final se acumula.

En el yogur actúan bacterias lácticas, sobre todo Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus. Estas bacterias fermentan la lactosa de la leche por la vía láctica: la glucólisis la degrada hasta piruvato y la lactato-deshidrogenasa reduce después ese piruvato a ácido láctico, regenerando el $\mathrm{N}\mathrm{A}{\mathrm{D}}^{+}$.

$\text{Lactosa}⟶\text{glucosa}+\text{galactosa}⟶2\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{H}-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$

El producto final es un ácido, que se acumula en el medio y hace descender el pH hasta valores de 4 a 4,5. De ahí el sabor ácido característico. Ese descenso del pH es además el que desnaturaliza y precipita la caseína de la leche, y por eso el yogur cuaja y adquiere su textura.

En el pan actúa la levadura Saccharomyces cerevisiae, que fermenta por la vía alcohólica. El piruvato se descarboxila primero a acetaldehído, liberando $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$, y el acetaldehído se reduce después a etanol.

${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6⟶2\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}+2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$

Aquí los productos finales son etanol y dióxido de carbono, ninguno de los cuales es ácido. El $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ queda atrapado en la masa formando las burbujas que la hacen subir, y el etanol se evapora durante el horneado. Por eso el pan no sabe ácido: en su fermentación no se produce ningún ácido orgánico.



Conviene ver primero qué papel cumple cada ingrediente. El yogur comercial aporta las bacterias lácticas vivas, es decir, el cultivo iniciador; la leche aporta la lactosa, que es el sustrato que esas bacterias van a fermentar, y las proteínas que después coagularán.

Si se esteriliza el yogur comercial, no se obtendría yogur. La esterilización destruye todos los microorganismos, de modo que se estaría añadiendo a la leche un producto sin bacterias vivas. Sin el cultivo iniciador nadie fermenta la lactosa, el pH no baja, la caseína no precipita y la leche seguiría siendo leche.

Si se esteriliza la leche, el yogur sí se obtendría, e incluso saldría mejor. La esterilización no altera la lactosa ni impide que las proteínas coagulen después, de modo que el sustrato sigue intacto. Lo que hace es eliminar los microorganismos contaminantes que la leche pudiera llevar y que competirían con las bacterias lácticas o la estropearían. Al inocular a continuación el yogur comercial, las bacterias lácticas encuentran el medio libre y la fermentación transcurre de forma más limpia y controlada. Es exactamente lo que se hace en la industria: primero se pasteuriza o esteriliza la leche y después se siembra el cultivo.

Nótese, en fin, por qué la mezcla se mantiene a 35-40 °C: es el intervalo de temperatura óptima de las enzimas de estas bacterias, y por tanto el de máxima velocidad de fermentación.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}\mathbf{\text{Cita}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{aplicaciones}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{biotecnolog}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{industria}}\mathbf{\text{farmac}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{utica.}}$

La producción de proteínas terapéuticas recombinantes. El gen humano se inserta en un vector y se introduce en bacterias o levaduras que, al multiplicarse, fabrican la proteína en cantidades ilimitadas y con total pureza. Así se obtienen la insulina para los diabéticos, la hormona del crecimiento, la eritropoyetina y los factores de coagulación para los hemofílicos, sin los riesgos de contagio que tenía extraerlos de sangre o de tejidos animales.

La obtención de vacunas recombinantes. En lugar de cultivar el patógeno completo, se clona únicamente el gen de una de sus proteínas antigénicas y se hace expresar en levaduras; el antígeno purificado basta para inducir la respuesta inmunitaria sin riesgo alguno de infección. La vacuna de la hepatitis B se produce así.

Podrían citarse igualmente la producción industrial de antibióticos mediante hongos y bacterias, y la obtención de anticuerpos monoclonales para diagnóstico y para el tratamiento de tumores.