Sesión de aprendizaje N°6ENZIMAS 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 comoobjetivo la superación de todos aquellosinconvenientes que parecen retrasar laaplicación de las enzimas en estos procesosa 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.

Casi todas las reacciones en células vivas son catalizadas y controladas por enzimas.

3.000 descritas10.000 en la naturalezaPocas o 1.000 o 100.00Catalizadores biológicos, convirtiendo sustancias en otros productos sin sufrir cambio alguno.

Enzimas

Esta área tiene aplicaciones desde tiemposremotos como la fermentación, actualmenteen diferentes industrias a diferentes niveles,ya que implica la utilización de sistemasEnzimáticos diversos que optimizan elprocesamiento en la obtención dedetergente, aditivos alimenticios, productosquímicos 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 enzimasAblandadores 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 XFácil manejo

Alto rendimientoEstabilidad

Microorganismos como fuentes de enzimas

Producción de grandes cantidades a bajo costeNo afectada por las estaciones del año

Uso de mutantes y procesos de selección que aumentan la producciónProducción 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, pectinasasEnzimas extracelulares

Poco específicas

Fácil extracciónBajo coste

Degradan polímeros naturales como proteínas, almidones o pectina

FUENTES DE ENZIMASLas enzimas de tipo vegetal, se encuentran las proteasas, carbohidrasas(las cuales descomponen residuos de azúcares de carbohidratossuperiores, a-amilasas y b-amilasa.

Entre las enzimas de tipo animal están las esterasas ( Lipasa se produceen la mucosa gástrica, el páncreas y las semillas de ricino, fosfotasas: Seobtiene de tejidos animales óseo, muscular, tripsina y quimotripsina seproduce 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 aplicacionesEnzima 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

Proteasa 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

AlimentariaFarmacéutica

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

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