CLULAS FNGICAS: ASPECTOSBIOLGICOS Y APLICACIONES EN LA INDUSTRIA ENERGTICA

Nombre: Karen Baptiste Wartenberg Carrera: Ingeniera Civil Bioqumica

OBJETIVOS

Entender que a partir de materias primas tales como la celulosa, se puede obtener energa utilizable como fuente complementaria de combustible. Conocer los procesos a travs de los cuales se degrada la celulosa, as como aquellos utilizados para transformarla en una fuente alternativa de obtencin de combustible.

INTRODUCCIN

Debido a la actual demanda energtica y la creciente escasez de combustibles fsiles, se ha iniciado una intensa bsqueda de sustitutos, dentro de los cuales est el bioetanol, un producto alternativo a las gasolinas, que se obtiene a partir de la fermentacin de la sacarosa o almidn. La celulosa como materia prima, para la obtencin de bioetanol, tiene ventajas sobre estos compuestos, sin embargo debido a su alta recalcitrancia se necesitan de enzimas con un alto poder de degradacin que permitan su uso a niveles industriales. En el siguiente trabajo se dar a conocer como celulasas de origen fngico son utilizadas en la industria energtica, en el campo de la produccin de biocombustibles de segunda generacin.

LA CELULOSA

Las maderas estn formadas por tres polmeros estructurales: celulosa, hemicelulosa y lignina, siendo la celulosa la ms abundante en el planeta, ya que tambin forma parte de la pared celular de los vegetales, lo que la convierte en una importante fuente de carbono renovable. La celulosa es un biopolmero compuesto por molculas de glucosa unidos por enlaces glucosdicos, estas uniones forman unas estructuras conocida como protofibrillas, las que se unen formando fibrillas y stas a su vez se ensamblan entre ellas para formar las fibras de celulosa.

Este arreglo estructural es el que provoca que la celulosa sea insoluble en la mayora de los solventes, incluyendo el agua, fenmeno conocido como recalcitrancia.

ORGANISMOS DEGRADADORES DE CELULOSA

Debido a la gran recalcitrancia de la celulosa existen solo dos grupos de organismos capaces de producir las enzimas necesarias para poder degradarla:Grupo aerbico Incluye especies bacterianas habitantes de los suelos, especialmente boscosos, tales como Cellulomonas y Streptomyces, y hongos como los basidiomicetos responsables de la pudricin de la madera.

Grupo anaerbico Comprende especies bacterianas y fngicas habitantes de aguas residuales, el tracto intestinal de algunos herbvoros adems de algunos insectos como termitas y escarabajos. Dentro de los gneros bacterianos se encuentran: Clostridium y Ruminococcus. Dentro de los hongos se encuentra: Anaeromyces, Cyllamyces, entre otros.

SISTEMAS CELULOLTICOS

Los microorganismos que degradan sustratos celulolticos, producen mltiples enzimas que actan en sinergia sobre la celulosa.

Las enzimas que capaces de modificar la celulosa son de dos tipos: Aquellos que actan a travs de un complejo llamado celulosota. Aquellos que actan a travs de celulasas (glicosil hidrolasas), estas a su ves clasificadas de acuerdo a su secuencia de aminocidos en: exocelulasas, endocelulasas y -glucosidasas

Las celulasas utilizan mecanismos de hidrlisis de los enlaces glucosdicos

CELULASAS EN LA INDUSTRIA ENERGTICA: BIOCOMBUSTIBLES

Las celulasas cumplen un rol fundamental en la industria y en la biotecnologa, ya que se necesita de ellas para poder bioconvertir la celulosa en combustible (etanol). Para la produccin de etanol a niveles industriales, se necesita de enzimas que sean capaces de trabajar en condiciones muy adversas de temperatura, salinidad y pH. Una de las fuentes celulolticas potencialmente utilizables son los desechos de la industria de la madera. Sin embargo, existe una variedad de pasto de crecimiento rpido y fcil cultivo, que es posible explotarlo de manera ms sustentable mientras se crean las tecnologas necesarias que permitan el uso de otros sustratos.

DESCRIPCIN DEL PROCESO POR EL CUAL LACELULOSA SE CONVIERTE EN ETANOL

BIOMASA

Mezclas 2 enzimticas

Fermentacin microbiana de la glucosa 4

ETANOLDestilacin del Etanol

Pre 1 tratamiento: solubilizacin de la hemicelulosa

Hidrlisis de la celulosa 3 Fermentacin microbiana de la pentosa 4

5

Manejo del agua y slidos residuales

Filtracin y lavado

lignina: como combustible

DESCRIPCIN DEL PROCESO1) Se necesita de una combinacin de condiciones fsicas y qumicas en este proceso; fsicas, porque la insolubilidad depende del superficie y la estructura fibrilar de la celulosa, es por esto que este procedimiento se debe llevar a cabo en un medio lquido; qumica, porque se necesita de un catalizador, este puede actuar en un medio cido, neutro o bsico, siendo este ltimo es que se desarrolla con mejor eficacia ya que no produce inhibidores de la fermentacin. Por otro lado los tratamientos biolgicos son ms limpios y baratos, pero tienen la desventaja de ser poco eficientes y muy lentos comparados con los mtodos fsico-qumicos .

2) En los ltimos aos se han probado distintas combinaciones enzimticas con el fin de hallar el complejo de enzimas que sea mas eficiente al momento de degradar la celulosa. Un ejemplo es la cepa de S.cerevisiae transformada con genes de Pichia stipts. 3) La hidrlisis de la celulosa se lleva a cabo utilizando celulasas de origen fngico en un medio con pH 5 y temperaturas que bordean los 50 a 55C. Esto se hace con el fin de liberar la glucosa y la hemicelulosa presentes en el material.

4) Una vez liberados los azcares se da paso a la fermentacin de las mismas para la obtencin de etanol. En este proceso se utilizan micro organismos, por lo general levaduras que son capaces de usar como fuente de carbono a la hemicelulosa (pentosa) o a la glucosa (hexosa). 5) Finalmente se da paso a la destilacin del etanol resultante, para obtener as, un alcohol de alta pureza.

OTROS BIOCOMBUSTIBLES

La biomasa tambin puede utilizarse para la extraccin de otros biocombustibles, como por ejemplo, el n-butanol y el biodiesel. Sin embargo no se han encontrado organismo capaces de sintetizarlos. Se han estudiado micro organismos que capaces de producir hidrocarburos, sin embargo an no se esclarece los mecanismo estos emplean, por lo tanto no ha sido posible utilizarlos para una produccin a niveles industriales.

CONCLUSIN

A partir de la biomasa producida por la degradacin de la celulosa, se da paso a una infinidad de alternativas para la obtencin de biocombustibles. La biomasa es una de las fuentes de carbono del futuro ya que su uso es mucho mas amigable con el medio ambiente. Si bien es cierto se ha profundizado bastante sobre el tema, an se tienen que crear tecnologas mas eficientes que permitan su aprovechamiento en las industrias. Hay tener en cuenta que la utilizacin de bacterias para la obtencin de combustibles es la mejor opcin para la naturaleza, ya que es mucho menos contaminante que los mtodos fsico-qumicos que hoy en da se utilizan.