La acetogénesis es un proceso mediante el cual los microorganismos procariotas producen acetato ya sea por reducción de CO2 o por reducción de ácidos orgánicos , en lugar de por 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 ocurre a través de la vía de Wood-Ljungdahl y requiere una fuente de electrones (por ejemplo, H 2 , CO , formato , etc.). Algunos acetógenos pueden sintetizar acetato de forma autótrofa a partir de dióxido de carbono y gas hidrógeno . [2] La reducción de ácidos orgánicos a acetato por bacterias anaeróbicas ocurre a través de la fermentación .
En 1932 se descubrieron organismos capaces de 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 un gran interés debido a su capacidad, descrita en 1942, de convertir la 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 del dióxido de carbono (CO 2 ) a monóxido de carbono (CO) y la unión del CO a un grupo metilo (–CH 3 ). El primer proceso es 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 en ácido acético por 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 aplicaciones significativas 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 solo es una preocupación ambiental 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 usa para producir ácido acético. Tres moléculas de ácido acético se pueden producir de esta manera, mientras que la producción de tres moléculas de etanol requeriría un agente reductor adicional como el gas hidrógeno . [5]