Inhibición del producto

La inhibición del producto es un tipo de inhibición enzimática en la que el producto de una reacción enzimática inhibe su producción. ^[1] Las células utilizan la inhibición del producto para regular el metabolismo como una forma de retroalimentación negativa que controla las vías metabólicas . ^[2] La inhibición del producto también es un tema importante en biotecnología , ya que superar este efecto puede aumentar el rendimiento de un producto, como un antibiótico . ^[3] La inhibición del producto puede ser competitiva , no competitiva o no competitiva.

Mitigación de la inhibición del producto

Diseño de reactores

Un método para reducir la inhibición del producto es el uso de un reactor de membrana . ^[4] Estos biorreactores utilizan una membrana para separar los productos del resto del reactor, lo que limita su inhibición. Si el producto difiere mucho en tamaño de las células que lo producen, y el sustrato que alimenta las células, entonces el reactor puede utilizar una membrana semipermeable que permite que los productos salgan del reactor mientras dejan las células y el sustrato para continuar reaccionando y produciendo más producto. Otros sistemas de reactores utilizan potencial químico para separar productos del reactor, como la solubilidad de diferentes compuestos, lo que permite que uno pase a través de la membrana. Se han desarrollado sistemas de biorreactores electrocinéticos que utilizanelectrólisis , un proceso que utiliza carga eléctrica para eliminar el producto del sistema de biorreactor. ^[5]

El reactor de circuito externo utiliza la corriente creada por las burbujas de aire que fluyen a través del reactor para crear un flujo que lleva el contenido del reactor a través de un circuito externo. Se puede colocar una membrana de separación en el circuito externo para recolectar el producto y reducir la inhibición del producto. Una desventaja de los reactores de bucle externo es que crean un esfuerzo cortante adicional . ^[6] Los biorreactores de membrana sumergida tienen la membrana contenida dentro de la cámara principal del biorreactor. ^[6]

El biorreactor separador es un tipo de reactor continuo en el que las células productoras se montan en una membrana de resina para no fluir fuera del reactor cuando se pasa el sustrato sobre ellas. El flujo continuo del reactor lleva el producto corriente abajo a medida que se produce. ^[7]

Otros métodos para mitigar la inhibición del producto.

La extracción líquido-líquido integrada se puede utilizar para eliminar productos que tienen una densidad que difiere del resto del contenido de los biorreactores. ^[8] Esto se hace agregando un solvente aguas abajo del biorreactor y dejando que el producto se separe en un tanque de sedimentación antes de que el efluente del biorreactor se mueva a un reactor secundario o se devuelva a su reactor inicial para continuar su cultivo. Este proceso se puede realizar en operación por lotes o continua.

La extracción al vacío ^[9] se puede utilizar en la fermentación para eliminar el etanol de un reactor. Cuando el líquido del recipiente se coloca en condiciones de vacío , el etanol comienza a evaporarse porque es más volátil que el resto del contenido del reactor. Esta técnica requiere un período de aclimatación para que la levadura en el reactor se adapte al ambiente de menor presión. ^{[ cita requerida ]}

Neutralización del producto Si un producto se inhibe debido a su pH, entonces puede neutralizarse en el reactor y procesarse posteriormente de vuelta a su forma original. ^{[ cita requerida ]}

Referencias

1. Walter, Charles; Frieden, Earl (2006). "La prevalencia y la importancia del producto inhibidor de enzimas". Avances en enzimología y áreas afines de la biología molecular . Avances en enzimología y materias afines de la bioquímica . 25 . págs. 167–274. doi : 10.1002 / 9780470122709.ch4 . ISBN 978-0-470-12270-9. PMID  14149677 .
2. Hutson, Nueva Jersey; Kerbey, AL; Randle, PJ; Sugden, PH (1979). "Regulación de la piruvato deshidrogenasa por acción de la insulina". Avances en Investigación Clínica y Biológica . 31 : 707–719. PMID 231784 . NAID 10010916605 .  
3. Schügerl, Karl; Hubbuch, Jürgen (junio de 2005). "Bioprocesos integrados". Opinión actual en microbiología . 8 (3): 294–300. doi : 10.1016 / j.mib.2005.01.002 . PMID 15939352 . 
4. Fan, Rong; Ebrahimi, Mehrdad; Czermak, Peter (3 de mayo de 2017). "Biorreactor de membrana anaeróbica para fermentación continua de ácido láctico" . Las membranas . 7 (2): 26. doi : 10.3390 / membranas7020026 . PMC 5489860 . PMID 28467384 .  
5. Li, Hong; Mustacchi, Roberta; Knowles, Christopher J; Skibar, Wolfgang; Sunderland, Garry; Dalrymple, Ian; Jackman, Simon A (enero de 2004). "Un biorreactor electrocinético: utilizando corriente eléctrica continua para mejorar la fermentación del ácido láctico y la recuperación del producto". Tetraedro . 60 (3): 655–661. doi : 10.1016 / j.tet.2003.10.110 .
6. Carstensen, Frederike; Apel, Andreas; Wessling, Matthias (marzo de 2012). "Recuperación de producto in situ: membranas sumergidas vs. membranas de bucle externo". Revista de ciencia de membranas . 394–395: 1–36. doi : 10.1016 / j.memsci.2011.11.029 .
7. Arora, MB; Hestekin, JA; Snyder, SW; St. Martin, EJ; Lin, YJ; Donnelly, MI; Millard, C. Sanville (julio de 2007). "El Biorreactor Separador: Un Proceso de Separación Continuo para la Producción Simultánea y Captura Directa de Ácidos Orgánicos" . Ciencia y tecnología de la separación . 42 (11): 2519-2538. doi : 10.1080 / 01496390701477238 . PMC 3662075 . PMID 23723533 .  
8. Kaur, Guneet; Srivastava, AK; Chand, Subhash (diciembre de 2015). "Inhibición del producto de desaparición de cuellos de botella en la fermentación de 1,3-propanodiol por recuperación de producto in situ". Tecnología de Bioresource . 197 : 451–457. doi : 10.1016 / j.biortech.2015.08.101 . PMID 26356117 . 
9. Tavares, Bruna; Felipe, Maria das Graças de Almeida; dos Santos, Júlio César; Pereira, Félix Monteiro; Gomes, Simone Damasceno; Sene, Luciane (febrero de 2019). "Un enfoque experimental y de modelado para la producción de etanol por Kluyveromyces marxianus en un biorreactor de tanque agitado utilizando la extracción al vacío como una estrategia para superar la inhibición del producto". Energía renovable . 131 : 261-267. doi : 10.1016 / j.renene.2018.07.030 .