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Sesión de aprendizaje N°6
ENZIMAS
Y
OTRAS
PROTEINAS
CON
APLICACIONES
INDUSTRIALES
Y
FARMACEUTICAS.
•Regulación del uso de enzimas.
•Proteínas terapéuticas.
•Proteínas nativas. (Proteínas modificadas).
•Exploración de la base molecular de las
enfermedades.
•Descubrimiento de fármacos (Determinación de la
estructura proteica, Diseño racional de fármacos,
Análisis al azar, Desarrollo de fármacos).
La tecnología enzimática tiene como
objetivo la superación de todos aquellos
inconvenientes que parecen retrasar la
aplicación de las enzimas en estos procesos
a escala industrial.
¿Qué son las enzimas y qué función cumplen?
Las enzimas son una clase especial de proteínas que
aceleran la velocidad de las reacciones químicas que
ocurren en una célula. Por esto se las conoce como
“catalizadores biológicos”. Las enzimas ayudan en
procesos esenciales tales como la digestión de los
alimentos, el metabolismo, la coagulación de la
sangre y la contracción muscular. El modo de acción
es específico ya que cada tipo de enzima actúa sobre
un tipo particular de reacción y sobre un sustrato
específico.
Para realizar su función, una enzima reconoce una molécula específica, llamada
sustrato. Cada enzima une a su sustrato específico en el sitio activo y provoca
en él un cambio químico, por el cual se obtiene un producto. El cambio implica
la formación o rotura de un enlace covalente. La enzima que participa en la
reacción no sufre modificaciones, y puede volver a actuar sobre otro sustrato
del mismo tipo. En ausencia de las enzimas, las reacciones bioquímicas serían
extremadamente lentas y la vida no sería posible. Las enzimas pueden
aumentar la velocidad de las reacciones en un millón de veces.
Enzimas
Casi todas las reacciones en
células vivas son catalizadas y
controladas por enzimas.
3.000 descritas
10.000 en la naturaleza
Pocas o 1.000 o 100.00
Catalizadores biológicos,
convirtiendo sustancias en
otros productos sin sufrir
cambio alguno.
Esta área tiene aplicaciones desde tiempos
remotos como la fermentación, actualmente
en diferentes industrias a diferentes niveles,
ya que implica la utilización de sistemas
Enzimáticos diversos que optimizan el
procesamiento en la obtención de
detergente, aditivos alimenticios, productos
químicos y farmacéuticos.
• La tecnología enzimática se presenta
como
alternativa
biotecnológica
basada en que las industrias
desarrollen productos de calidad
homogénea,
aprovechen
óptimamente sus materias primas,
aceleren sus procesos de producción,
minimicen desperdicios y disminuyan
el deterioro del medio ambiente.
La mayoría de los procesos biotecnológicos
tradicionales como la obtención de yogur, la
producción de cerveza o la fermentación de
la uva para fabricar vino, son realizados por
las enzimas que cada microorganismo produce
para su particular metabolismo. Sin embargo
también es posible realizar los procesos
biotecnológicos con las enzimas, en ausencia
de los microorganismos.
animales, plantas y microorganismos
como fuentes de enzimas
Descubrimiento de enzimas
digestivas siglo XIX.
Desarrollo de métodos para
obtención de enzimas.
Pepsina del forro de estómago de
cerdos y ganado, del cuajo del
estómago de becerros.
Cócteles de enzimas con tripsina,
quimiotripsina, lipasas y amilasas del
páncreas de cerdo.
animales, plantas y microorganismos
como fuentes de enzimas
Plantas fuentes potenciales de enzimas a
escala industrial.
Granos, remojar y germinar, se
convierten en malta que contiene
amilasas y proteasas usadas en la
producción de cerveza y la destilación de
bebidas alcohólicas.
Siglo XIX, métodos simples para
obtención de grandes cantidades de
proteasas de la savia de plantas
tropicales.
animales, plantas y microorganismos
como fuentes de enzimas
Ablandadores de carne,
digestión y limpieza de lentes
de contacto.
Papaina y quimiopapaina del
árbol de la papaya.
Bromelaina del tallo de la
planta de la piña.
animales, plantas y microorganismos
como fuentes de enzimas
X
X
Fácil manejo
Alto rendimiento
Estabilidad
Microorganismos como fuentes de enzimas
Producción de grandes cantidades a bajo coste
No afectada por las estaciones del año
Uso de mutantes y procesos de selección que
aumentan la producción
Producción de enzimas hechas a medida a
través de ingeniería genética y diseño de
proteínas
Microorganismos como fuentes de
enzimas
Enzimas hidrolíticas simples como:
proteasas, amilasas, pectinasas
Enzimas extracelulares
Poco específicas
Fácil extracción
Bajo coste
Degradan polímeros naturales como
proteínas, almidones o pectina
FUENTES DE ENZIMAS
Las enzimas de tipo vegetal, se encuentran las proteasas, carbohidrasas
(las cuales descomponen residuos de azúcares de carbohidratos
superiores, a-amilasas y b-amilasa.
Entre las enzimas de tipo animal están las esterasas ( Lipasa se produce
en la mucosa gástrica, el páncreas y las semillas de ricino, fosfotasas: Se
obtiene de tejidos animales óseo, muscular, tripsina y quimotripsina se
produce en el páncreas y pectasas ).
Las enzimas del tipo microbiano provienen de Bacterias, hongos.
La mayoría de las enzimas industriales se extraen de bacterias y hongos.
Entre ellas: Proteasa de bacilo, Amiloglucosidasa, α Amilasa de bacilo,
Glucosa isomerasa, Cuajo microbiano, αAmilasa fúngica, Pectinasa,
Proteasa fúngica.
Las enzimas presentan muchísimas aplicaciones y su utilización
en el ámbito industrial se lleva a cabo desde hace muchos años.
Sus características específicas permiten a los industriales ejercer
un control más estricto de la calidad de sus productos.
En el siguiente esquema se mencionan algunas aplicaciones
industriales de las enzimas:
PRODUCCION DE ENZIMAS A GRAN ESCALA
"La producción de enzimas para
empleo industrial y como alimento se
ha desarrollado en forma
independiente en diversas industrias.
La fuente original de enzimas de
cereales, principalmente de las
distintas clases de malta, es la
industria de la malta de cebada.
Enzimas Microbianas y sus aplicaciones
Enzima
Fuente
Aplicación industrial
Industria
Amilasa
Hongos
Pan
Panadera
Bacterias
Revestimientos amiláceos
Papelera
Hongos
Fabricación de jarabe y glucosa
Alimentaria
Bacterias
Almidonado en frío de la ropa
Almidón
Hongos
Ayuda digestiva
Farmacéutica
Bacterias
Eliminación de revestimientos
Textil
Bacterias
Eliminación de manchas; detergentes
Lavandería
Hongos
Pan
Panadera
Bacterias
Eliminación de manchas
Limpieza en seco
Bacterias
Ablandador de la carne
Cárnica
Bacterias
Limpieza de las heridas
Medicina
Bacterias
Eliminación de revestimientos
Textil
Bacterias
Detergente doméstico
Lavandería
Invertasa
Levadura
Relleno de caramelos
Confitería
Glucosa Oxidasa
Hongos
Eliminación de glucosa y oxígeno,
papeles para pruebas de la diabetes
Alimentaria
Farmacéutica
Glucosa Isomerasa
Bacterias
Jarabe de cereales rico en glucosa
Bebidas refrescantes
Pectinasa
Hongos
Prensado, clarificación del vino
Zumos de frutas
Renina
Hongos
Coagulación de la leche
Quesera
Celulasa
Bacterias
Suavizante y abrillantador de tejidos; detergente
Lavandería
Lipasa
Hongos
Degradar la grasa
Lechería, lavandería
Lactasa
Hongos
Degradar la lactosa a glucosa y galactosa
Lechería, alimentos
DNA polimerasa
Bacterias; Archea
Replicación del DNA por PCR
Investigación biológica y forense
Proteasa
Aplicaciones de las Enzimas Microbianas
Enzima
Fuente
Aplicación industrial
Industria
Amilasa
Hongos
Pan
Panadera
Bacterias
Revestimientos amiláceos
Papelera
Hongos
Fabricación de jarabe y glucosa
Alimentaria
Bacterias
Almidonado en frío de la ropa
Almidón
Hongos
Ayuda digestiva
Farmacéutica
Bacterias
Eliminación de revestimientos
Textil
Bacterias
Eliminación de manchas;
detergentes
Lavandería