Penicilina

 Estrutura química

A estrutura básica das penicilinas é o ácido 6-aminopenicilâmico, que consiste em um anel tiazolidínico com um anel beta-lactâmico condensado.

 Biossintese e Fermentação

O anel beta-lactâmico-tiazolidínico da penicilina é produzido a partir da L-cisteína e L-valina. A biossíntese se dá em um processo não ribossomal, por meio de um dipeptídeo composto de ácido L-alfa-aminoadípico e L-cisteína ou um produto de degradação da cistationina. Subsequentemente se conecta a L-valina mediante uma reação de epimerização, dando lugar à formação do trípeptído Gama-(L-alfa-aminiadipil)-L-cisteinil-D-valina

Conhecem-se vários mecanismos regulatórios da biossíntese da penicilina. A lisina é sintetizada a partir da via que origina o ácido L-alfa-aminoadípico, de forma que a penicilina e a lisina compartilham uma via biossíntética ramificada comum. A lisina inibe a síntese de penicilina, porque é um retroinibidor da homocitratosintase, uma enzima envolvida na síntese de alfa-aminoadípico. Se o L-alfa-aminodípico é deficiente, não pode sintetizar penicilina. Portanto, a retrorregulação por lisina não parece ser uma etapa limitante na biossíntese de penicilina. A síntese de penicilina é afetada pela concentração de fosfato e também por glicose. As fermentações originais de penicilina foram conduzidas somente com lactose, que é metabolizada lentamente.  Desenvolvimento de cepas

Os processos atuais produzem um título de penicilina de aproximadamente 85.000 unidades/ml.

A melhoria do cultivo se deu em 1943, com o isolamento da cepa Penicillium chrysogenum NRRL 1951. Esse microorganismo era mais adequado para a produção em cultivo submerso que a cepa original, P. notatum.

Os aumentos de rendimento têm sido o objetivo principal do desenvolvimento das cepas, porém outros fatores que têm um efeito sobre a fermentação e a eficiência de recuperação do produto também foram otimizados. Os principais avanços no processamento foram obtidos através do “screening” empírico de mutantes, onde atualmente são utilizados como agentes mutagênicos a nitrosoguanidina, os agentes alquilantes e os nitritos.

O uso da tecnologia do DNA recombinante para aumentar a formação de enzimas que sejam passos limitantes, mediante a amplificação gênica ou melhora da transcrição, não tem sido possível em P. chrysogenum, devido à ausência de dados biossintéticos precisos e à ausência de bons sistemas vetor-hóspede. Portanto, tem-se construído um banco de genes para P. chrysogenum e desenvolvido um sistema de transformação.

 Métodos de produção

A penicilina G e a penicilina V sãoproduzidas utilizando processos submersos em fermentadores de 40.000-200.000 litros. Devido as dificuldades de aeração não podem ser empregados tanques maiores.

Fermentação: processo aeróbico; velocidade de absorção volumétrica de oxigênio é de 0,4-0,8 mM/L-min; velocidade de aeração é de 0,5-1,0 vvm dependendo da cepa, do biorreator e do tipo de agitador.

O inóculo inicia utilizando esporos liofilizados.

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