Ejercicio resuelto de Microbiología y biotecnología · Biología

Opción 4B (2.5 puntos)
Aplicaciones de los microorganismos en biotecnología a escala industrial:

a) (0.5 puntos) ¿Qué microorganismos se utilizan para producir yogur, pan y cerveza?
b) (0.5 puntos) ¿Qué tipo de organismos son en cada caso, procarióticos o eucarióticos?
c) (1 punto) ¿Qué tipo de metabolismo (aeróbico o anaeróbico) realizan estos organismos para obtener estos productos? Razona la respuesta.
d) (0.5 puntos) Indica qué beneficio energético sacan los organismos que realizan estas transformaciones, indicando qué sustrato utilizan y qué producto químico aparece al final.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{(0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{microorganismos}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{utilizan}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{producir}}\mathbf{\text{yogur,}}\mathbf{\text{pan}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{cerveza?}}$

Para el yogur se emplean bacterias lácticas, concretamente Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus, que actúan en simbiosis.

Para el pan y para la cerveza se emplea la misma levadura, Saccharomyces cerevisiae, conocida como levadura de panadería o de cerveza.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{(0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{organismos}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{caso,}}\mathbf{\text{procari}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{ticos}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{eucari}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{ticos?}}$

Las bacterias lácticas del yogur son organismos procariotas: carecen de núcleo y de orgánulos membranosos, su ADN es circular y está libre en el citoplasma, y sus ribosomas son de tipo 70S.

La levadura del pan y de la cerveza es un organismo eucariota: es un hongo unicelular, con núcleo verdadero, mitocondrias, aparato de Golgi y ribosomas 80S.

Conviene notar que ambos tipos de microorganismo llevan a cabo fermentaciones pese a pertenecer a dominios distintos: la fermentación no es propia de procariotas ni de eucariotas, sino una alternativa metabólica disponible para unos y otros.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{metabolismo}}\mathbf{\text{(aer}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{bico}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{anaer}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{bico)}}\mathbf{\text{realizan}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{organismos}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{obtener}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{productos?}}\mathbf{\text{Razona}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}$

En los tres casos el metabolismo es anaeróbico: se trata de fermentaciones, procesos que transcurren en ausencia de oxígeno.

El razonamiento es el siguiente. Si hubiera oxígeno, estos microorganismos oxidarían el azúcar por completo hasta $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ y agua mediante la respiración celular, y no se obtendría ninguno de los productos que interesan: ni el ácido láctico que cuaja la leche, ni el etanol de la cerveza, ni las burbujas que hinchan la masa del pan. Esos productos son justamente compuestos orgánicos parcialmente oxidados, es decir, la señal de que la degradación se ha quedado a medias.

Por eso los procesos industriales se conducen en condiciones anaerobias: el yogur se incuba en recipientes cerrados, el mosto de la cerveza fermenta en tanques sin aire y la masa del pan retiene el gas en su interior, donde el oxígeno se agota enseguida.

Cabe precisar que tanto la levadura como las bacterias lácticas son anaerobios facultativos: pueden respirar si hay oxígeno. De hecho, para multiplicar la levadura antes de usarla se la cultiva aireada, porque así crece mucho más deprisa; solo después se la pone a fermentar.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{(0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}\mathbf{\text{Indica}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{beneficio}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tico}}\mathbf{\text{sacan}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{organismos}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{realizan}}\mathbf{\text{estas}}\mathbf{\text{transformaciones,}}\mathbf{\text{indicando}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{sustrato}}\mathbf{\text{utilizan}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{producto}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{aparece}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{final.}}$

El beneficio energético es muy escaso: solo 2 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa, las que se obtienen por fosforilación a nivel de sustrato en la glucólisis. La respiración aerobia rendiría unas 30, es decir, quince veces más.

La razón de esa diferencia es que la oxidación es solo parcial: el ácido láctico y el etanol siguen conteniendo la mayor parte de la energía de la molécula original. El verdadero sentido de la fermentación no es producir ATP, sino regenerar el $\mathrm{N}\mathrm{A}{\mathrm{D}}^{+}$ para que la glucólisis pueda seguir funcionando sin oxígeno.

Producto	Sustrato	Fermentación	Productos finales Yogur	Lactosa de la leche	Láctica	Ácido láctico, que acidifica el medio y cuaja la caseína Pan	Almidón de la harina, hidrolizado a maltosa y glucosa	Alcohólica	$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$, que hincha la masa, y etanol, que se evapora al hornear Cerveza	Maltosa de la malta de cebada	Alcohólica	Etanol y $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$

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

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