FERMENTACIONES Y METANOGENESIS

Transcripción

1 CUARTA PARTE EN PROCESOS DE FERMENTACION, energía de sustratos orgánicos es transferida a ATP exclusivamente por fosforilación a nivel de sustrato. Como las fermentaciones no requieren de oxígeno y éstas pueden llevarse a cabo en ausencia de aire, este proceso es anaeróbico. Los productos finales de fermentaciones en ecosistemas naturales varían dependiendo esencialmente de las capacidades metabólicas de los organismos presentes y a la naturaleza de la fuente de carbono inicial (Figura 1). Un ejemplo clásico es la biodegradación de materia orgánica en sedimentos anaeróbicos donde el primer grupo de poblaciones (aquellas que pueden utilizar directamente la materia orgánica disponible) hidrolizan ésta a azúcares y compuestos menos complejos. Los productos metabólicos de este grupo sirven como alimento a un segundo grupo de fermentadores que generan diferentes ácidos orgánicos (ej. butirato, acetato, lactato, etc.), CO2 e hidrógeno. Finalmente, el acetato, CO2 y H2 sirven como materia prima para que bacterias metanogénicas actúen produciendo este último grupo metano (metano es el producto final de la descomposición anaeróbica). Hábitats de bacterias metanogénicas: Las bacterias metanogénicas abundan en ambientes donde limitan aceptadores de electrones tales como O 2, NO 3-, Fe 3+, y SO 2-4. Digestores anaerobios, sedimentos anóxicos, suelos de humedales y tractos gastrointestinales son hábitats típicos para encontrar estos microorganismos.

2 2 Figura 1: Cadena alimenticia en ambientes anaerobios. Características generales (ver tabla 1): producen grandes cantidades de metano como producto principal de su metabolismo energético todos son anaerobios estrictos son miembros del Grupo Arquea (arqueabacterias)

3 3 Reacciones metanogénicas típicas 4 H 2 + CO 2 CH H 2 O 4 formato CH CO H 2 O 4 2-propanol + CO 2 CH acetona + 2 H 2 O 2 etanol + CO 2 CH acetato Metanol + H 2 CH 4 + H 2 O 4 metanol 3 CH 4 + CO H 2 O acetato CH 4 + CO 2 Tabla 1: Características generales de las principales Familias de bacterias metanogénicas. Familia Metanobacteriaceae Características Bacilos largos o cortos; utilizan H 2 y CO 2 y algunas formato o alcoholes como substratos para metanogénesis; cocos que utilizan sólo H 2 o metanol, la mayoría son Gram positivos; contienen pseudomureína; no mótiles; contenido de GC, 23-61% Metanotermaceae Bacilos; los substratos para metanogénesis son H 2 y CO 2 ; Gram positivos; contienen pseudomureína; no mótiles; termofílicos extremos; contenido de GC, 33-34% Metanococcaceae Metanomicrobiaceae Metanocorpusculaceae Metanosarcinaceae Cocos irregulares; los substratos para metanogénesis son H 2 + CO 2 y formato; Gram negativos; mótiles; contenido de GC, 29-34% Bacilos, espirilos, placas o cocos irregulares; utilizan H 2 y CO 2 algunas formato o alcoholes como substratos para metanogénesis; Gram negativos; mótiles y no mótiles; contenido de GC, 39-61% Pequeños, cocos irregulares; utilizan H 2 y CO 2 y algunas formato o alcoholes como substratos para metanogénesis; Gram negativos; mótiles y no mótiles; contenido de GC, 48-52% Pseudosarcina, cocos irregulares; utilizan H 2 y CO 2, acetato, compuestos metílicos como substratos para metanogénesis, nunca formato; cocos que utilizan sólo H 2 o metanol; la mayoría son Gram positivos o negativos; frecuentemente no mótiles; contenido de GC, 36-52%

4 4 Materiales: Tubos de ensayo (25 X 150 mm) Tapones de goma con agujero Beaker (500 ml) Tubo de goma Muestra sedimentos 0.1N KOH H2SO4 concentrado Solución A (0.1% NH4Cl, 0.04% K2HPO4, 0.01% MgCl2, 2% acetato de calcio, y 1% metanol, ph 7.0) METODOLOGIA 1. Ensambla dos sistemas como se ilustra a continuación: *Sumerge Tubo II en solución de 0.1N KOH. Este tubo recogerá el gas metano que se produzca. El metano desplazará la solución de KOH del Tubo II. FERMENTADOR Tubo de goma Tubo I Fermentador Tubo II Colector de gas Solución A Sedimentos Solución KOH 2. Añade de 1 a 2 cm de sedimentos al Tubo I (tubo de fermentación). 3. Completa hasta 75% del volumen del Tubo I con Solución A y cubre la superficie del beaker con una tira de parafina. Determine el ph del sobrenadante.

5 5 4. Prepara un segundo sistema de manera igual, pero acidifica con 2 ml de H2SO4 concentrado y tampoco añada la solución A. 5. Marca el nivel de solución en tubo colector de metano (representa tiempo cero). 6. Incuba ambos sistemas a temperatura ambiente. 7. Anota cambios de nivel en el Tubo II semanalmente. 8. Determina el ph del medio al finalizar la incubación. 9. Grafica tus resultados y aplica análisis estadísticos para aceptar o rechazar tu hipótesis nula (pide los resultados a tus compañeros de laboratorio). * Puedes utilizar la misma configuración del digestor anaeróbico para examinar cómo diferentes factores pueden afectar la velocidad de metanogénesis (temperatura, ph, tipo y concentración de sustrato, sales, etc.). Datos & Análisis: Tiempo Cantidad metano (cm 3 ) (semanas) Sistema I (acidificado) Sistema II (experimental) ph inicial ph final ph inicial ph final Observaciones:

6 6 mm 3 gas Tiempo (semanas) PREGUNTAS Por qué el acetato se añadió al tubo de fermentación? 2. Explica el rol del KOH 3. Existen diferencias significativas en la producción de gas entre los Sistemas I y II?