Mantenimiento celular

MANTENIMIENTO CELULAR

Una de las principales características de una célula viva es su capacidad de multiplicarse y ésta fue muchas veces el criterio para decidir si el microorganismo estaba vivo o no. Los primeros trabajos realizados sobre cultivos de microorganismos se llevaron a cabo en sistemas batch en los cuales la población crece durante gran parte del cultivo a su máxima velocidad y enun ambiente que cambia permanentemente. Bajo estas condiciones y en presencia de una única fuente de C y energía los microorganismos toman dicha fuente de C a una velocidad que es proporcional a la de crecimiento :

[pic] (1)

Sin embargo estudios posteriores realizados en sistemas de cultivo continuo permitieron establecer dos aspectos importantes respecto a la ecuación (1). En primerlugar se observó que Yx/s es constante con una única fuente de C y energía y creciendo a ( fija, utilizando distintos sustratos y distintos microorganismos, pero varía con las condiciones del entorno y con (, de modo que no es un parámetro realmente constante. En segundo lugar según la ecuación (1) una gráfica de qs Vs ( debería resultar una recta que pasara por el origen, de modo que qs deberíaser igual a 0 cuando ( = 0. Sin embargo en la gráfica como puede verse en la Fig. 1 el valor de la extrapolación de qs para (=0 es distinto de 0.

[pic]
Fig. 1

El consumo de sustrato observado cuando la velocidad de crecimiento es nula representaría la fracción de la fuente de C y energía destinada a producir energía no asociada al crecimiento. La misma representa el consumo desustrato que no redunda en un aumento de biomasa sino en el mantenimiento de otras funciones vitales. Según Fig. (1) qs podría entonces expresarse como:

[pic] (2)
[pic] (3)

donde,
Y’x/s = rendimiento teórico
ms = coeficiente de mantenimiento celular, [g sustrato/g biomasa/h]

Los destinos de esta energía de mantenimiento constituyen: elrecambio de ARN (se recambia hasta 4 veces en un tg) recambio de enzimas, proteínas, componentes de pared celular, transporte de iones, mantenimiento de gradientes de concentración (pH o presión osmótica), movilidad, etc.

Dividiendo la ec. (3) por ( se obtiene

[pic] (4)

donde Yx/s es el valor del rendimiento medido experimentalmente. De modo que una gráfica de 1/Yx/s Vs. 1/( (1/Den sistemas de cultivo continuo) debería dar una línea recta de pendiente ms y ordenada al origen 1/Y’x/s. Esta es la ecuación conocida como “Ecuación de Pirt”, que fue el primero en proponer el uso de la doble recíproca para el cálculo del mantenimiento celular.
En bibliografía a Y’x/s suele llamársele “rendimiento verdadero o máximo”, sin embargo es importante señalar, que tanto Y’x/s como msson esencialmente constantes matemáticas derivadas de un modelo, por lo que es más conveniente la utilización del término “rendimiento teórico” ya que resulta menos ambiguo ya que el único rendimiento “verdadero” es aquel que se mide experimentalmente. También debemos tener en cuenta que aún, a pesar que se observe una relación lineal de 1/Yx/s Vs. 1/D que indicaría que el rendimiento es unaconstante a lo largo del cultivo, y que el crecimiento es igualmente eficiente para todas las (, no significa que esto resulte fisiológicamente cierto. Es sabido que tanto la composición de las células, como el metabolismo, y el mantenimiento celular se modifica con la velocidad de crecimiento. De modo que, si bien la ecuación (2) formalmente es correcta y se utiliza para cálculos a nivel tecnológicode Y’x/s y ms, no resulta una acertada interpretación en términos fisiológicos.
El crecimiento microbiano involucra el consumo y la transformación química de unos pocos compuestos y elementos. La energía para este proceso proviene principalmente de la oxidación de la fuente de C y energía. Si consideramos entonces, el rendimiento en el contexto del metabolismo principalmente de la fuente de...