La acetogénesis es un proceso mediante el cual el acetato es producido por microorganismos procariotas ya sea mediante la reducción de CO 2 o mediante la reducción de ácidos orgánicos , en lugar de mediante la descomposición oxidativa de carbohidratos o etanol , como ocurre con las bacterias del ácido acético . [1]
Las diferentes especies bacterianas capaces de acetogénesis se denominan colectivamente acetógenos . La reducción de CO 2 a acetato por bacterias anaeróbicas se produce a través de la vía Wood-Ljungdahl y requiere una fuente de electrones (p. ej., H 2 , CO , formiato , etc.). Algunos acetógenos pueden sintetizar acetato de forma autótrofa a partir de dióxido de carbono e hidrógeno gaseoso. [2] La reducción de ácidos orgánicos a acetato por bacterias anaeróbicas se produce mediante fermentación .
En 1932, se descubrieron organismos que podían convertir el gas hidrógeno y el dióxido de carbono en ácido acético . La primera especie de bacteria acetogénica, Clostridium aceticum , fue descubierta en 1936 por Klaas Tammo Wieringa. Una segunda especie, Moorella thermoacetica , atrajo gran interés debido a su capacidad, descrita en 1942, para convertir glucosa en tres moles de ácido acético. [3]
El precursor del ácido acético es el tioéster acetil CoA . Los aspectos clave de la vía acetogénica son varias reacciones que incluyen la reducción de dióxido de carbono (CO 2 ) a monóxido de carbono (CO) y la unión de CO a un grupo metilo (–CH 3 ). El primer proceso está catalizado por enzimas llamadas monóxido de carbono deshidrogenasa . El acoplamiento del grupo metilo (proporcionado por la metilcobalamina ) y el CO es catalizado por la acetil-CoA sintasa . [4]
La reacción de reducción global del CO 2 a ácido acético por el H 2 es la siguiente:
mientras que la conversión de un mol de glucosa en 3 moles de ácido acético corresponde a una reacción ~ 3 veces más exotérmica :
Sin embargo, la energía liberada por mol de ácido acético producido por cada reacción es aproximadamente la misma: −95 kJ/mol para la reducción de CO 2 por H 2 , y ~ 9 % más para la conversión de glucosa en ácido acético (−104 kJ/mol).
El metabolismo único de los acetógenos tiene importantes aplicaciones en biotecnología. En las fermentaciones de carbohidratos , las reacciones de descarboxilación terminan en la conversión de carbono orgánico en dióxido de carbono , el principal gas de efecto invernadero . Esta liberación ya no es compatible con la necesidad de minimizar las emisiones mundiales de CO 2 . No sólo es una preocupación medioambiental, sino que tampoco es económicamente rentable en el marco de la competencia de los biocombustibles con los combustibles fósiles. Los acetógenos pueden fermentar la glucosa sin emisión de CO 2 y convertir una molécula de glucosa en tres moléculas de ácido acético , aumentando el rendimiento de producción de este último en un 50%. La acetogénesis no reemplaza la glucólisis con una vía diferente, sino que captura el CO 2 de la glucólisis y lo utiliza para la acetogénesis. Aunque de esta manera se pueden producir tres moléculas de ácido acético, la producción de tres moléculas de etanol requeriría un agente reductor adicional como el gas hidrógeno . [5]