Enzimas y Protenas de Inters Industrial

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

3.000 descritas10.000 en la naturalezaPocas o 1.000 o 100.00

Catalizadores biolgicos, convirtiendo sustancias en otros productos sin sufrir cambio alguno.Enzimas

Descubrimiento de enzimas digestivas siglo XIX.Desarrollo de mtodos para obtencin de enzimas de matanza de animales.Pepsina del forro de estmago de cerdos y ganado, del cuajo del estmago de becerros.Ccteles de enzimas con tripsina, quimiotripsina, lipasas y amilasas del pncreas 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 produccin de cerveza y la destilacin de bebidas alcohlicas.Siglo XIX, mtodos simples para obtencin de grandes cantidades de proteasas de la savia de plantas tropicales.animales, plantas y microorganismos como fuentes de enzimas

animales, plantas y microorganismos como fuentes de enzimasAblandadores de carne, digestin y limpieza de lentes de contacto.

Papaina y quimiopapaina del rbol de la papaya.

Ficina de higueras.

Bromelaina del tallo de la planta de la pia.

animales, plantas y microorganismos como fuentes de enzimasEn Europa es difcil obtener enzimas de plantas.

Suministro y concentracin de las enzimas vara con las estaciones del ao.

Requerimiento de grandes cantidades de plantas como material.

Procesamiento de grandes cantidades de plantas es un trabajo muy duro.

Fcil manejoAlto rendimientoEstabilidadanimales, plantas y microorganismos como fuentes de enzimasXX

Produccin de grandes cantidades a bajo costeMicroorganismos como fuentes de enzimasNo afectada por las estaciones del aoUso de mutantes y procesos de seleccin que aumentan la produccinProduccin de enzimas hechas a medida a travs de ingeniera gentica y diseo de protenas

Microorganismos como fuentes de enzimasEnzimas hidrolticas simples como:proteasas, amilasas, pectinasasDegradan polmeros naturales como protenas, almidones o pectinaEnzimas extracelularesFcil extraccinBajo costePoco especficas

Jokichi Takamine1894Microorganismos como fuentes de enzimasEnzima takadiastasaA partir de hongosNutrientes y minerales al almidn de trigo.Inoculacin con esporas de Aspergillus orizae.Almacenamiento.Lavar con solucin de sal.Extraccin de enzimas, amilasa y proteasas, secretadas por las clulas fngicas.

Enzimas Microbianas y sus aplicaciones

Aplicaciones de las Enzimas Microbianas

AmilasasAlmidnCompuesto de almacenamiento de energa en plantas (maz, arroz, patata, trigo).

Fuente de nutricin muy importante en animales y humanos (70-80%).AmilasasDegradacin del polisacrido almidn.ltimos 20 aos las amilasas han reemplazado la hidrlisis cida.a-amilasa de Bacillus y glucoamilasa de Aspergillus.Sacarificacin genera mucha dextrosa, degradacin de almidn ms corta, sin tratamiento cido.

AmilasasProduccin de CervezaReemplazo de malta por granos sin germinar de maz o arroz, prcticamente no contienen enzimas.Se aaden enzimas, amilasas, glucanasas y proteasas, de hongos y bacterias.Almidn a azcares que sufren fermentacin alcohlica por levaduras.

AmilasasHornear panEl uso de enzimas en panadera se ha vuelto popular.Las amilasas aceleran la degradacin del almidn, y as aumenta el contenido de azcar en la masa, acelerando el proceso de fermentacin.El volumen del pan preparado con enzimas aumenta.

AmilasasDesengomadoDesengomado. Las amilasas eliminan la goma protectora basada en almidn, para hacer la mezclilla elstica.Antes se haca con amilasas obtenidas de malta o de pncreas de animales, pero hoy en da se obtienen de bacterias.Enzimas resistentes a altas temperaturas para acelerar el proceso.

Aplicaciones de las Enzimas Microbianas

ProteasasAblandan la carneLa papaya contiene altas concentraciones de las proteasas papaina y quimiopapaina.Degradan el tejido conectivo de la carne, como el colgeno y la elastina, hacindola ms tierna.

ProteasasAblandan la carneSe usan toneladas de papaina en polvo cada ao para ablandar la carne en muchos pases.Ficina del rbol de higos y bromelaina de la planta de pia.Se frota la carne y se deja a temperatura ambiente varias horas.

ProteasasHornear panEl gluten se degrada por proteasas obtenidas de hongos para hacer la masa ms fcil de manejar y aumenta su capacidad para retener burbujas de aire.

El gluten se une parcialmente al agua y tiene consistencia de gel.

Las proteasas degradan las protenas pegajosas (gluten) en la masa.

ProteasasSuavizan el cueroLas proteasas de microorganismos son altamente efectivas en la produccin de cuero.Despus de remover el pelo y antes de curtir, el cuero debe ser suavizado por un proceso conocido como rendido o purga.Antiguamente se sumerga en agua y estircol fermentado de perro o pjaro, que son un campo de cultivo para las bacterias que producen proteasas suavizantes de cuero.

Enzimas Microbianas y sus aplicaciones

PectinasasProduccin de zumo de frutasAl prensar fruta y vegetales para la obtencin de jugo, las pectinas de alto peso molecular reducen la produccin.Se pica la fruta y se aaden pectinasas para degradar las pectinas de larga cadena.Pectinasas procedentes de cultivos sumergidos de Aspergillus y Rhizopus.Se reduce la viscosidad del zumo, facilitando la filtracin y se obtiene ms cantidad.Alimentacin de bebs, las pectinasas maceran las fruta y los vegetales para hacerlos ms suaves y fciles de comer.

Detergentes biolgicosLa aplicacin ms importante de las enzimas hidrolticas+ Las manchas que contienen protenas son difciles de remover. Protenas no se disuelven fcilmente en agua.+ A altas temperaturas, la protena se cuaja en las fibras textiles y es ms difcil de eliminar.+ Polvo, holln y materia orgnica como grasas, protenas, carbohidratos y pigmentos. Las grasas y las protenas actan como pegamento.+ Los detergentes sueltan la grasa de la tela, las protenas permanecen en el material.

Detergentes biolgicosLa aplicacin ms importante de las enzimas hidrolticasDescubrimiento de la subtilisina de Bacillus lincheniformis. Produccin a gran escala de detergentes biolgicos 1960. Enzimas pancreticas poco estables y muy caras.Activa bajo condiciones alcalinas.

Detergentes biolgicosLa aplicacin ms importante de las enzimas hidrolticasPoca especificidad. Omnvoros.Proteasas 1:50, actividad ptima durante el proceso de lavado. Detergentes biolgicos usados ampliamente, desde mediados 1960.Degradan protenas pegadas en aminocidos y pptidos de cadena corta.Las protenas son desprendidas de las fibras textiles y eliminadas.

Detergentes biolgicosLa aplicacin ms importante de las enzimas hidrolticasDisuelven manchas vino tinto, pasto, fruta, caf y te, y mezclas de manchas ms comunes.La eliminacin enzimtica de manchas: proteasas, lipasas y amilasas.Actividad ptima 50-60C. No necesita hervir.Helado de fruta, el yogurt o la salsa de tomate no slo contiene pigmento, tambin protenas y grasas.Salsa, ketchup y comidas preparadas contienen pigmento, protenas, grasas y almidn.

Detergentes biolgicosLa aplicacin ms importante de las enzimas hidrolticas

Produccin de enzimas para detergentesLas clulas productoras de enzimas se cultivan en biorreactores con agitacin 5-15% almidn predegradado2-3% harina de soja2% protena de leche o gelatinafosfatoEsterilizacin con vapor 20-30 minutos a 121C Enfriamiento a temperatura de cultivo 30-60C. pH neutro y cultivo bien aireadoInoculacin con cultivo puro de cepa de Bacillus licheniformisLa bacteria usa las fuentes de nitrgeno disponibles10-20 horas despus se detecta en el medio la proteasa subtilisinaLas clulas se centrifugan y el sobrenadante se concentra por ultrafiltracin10-20 horasSecado por spray. Partculas de 0.5-2 mm

Proteasas y AmilasasUso en detergentes: proteasas, amilasas, lipasas, reductasas, etc.Bacillus licheniformis Detergentes: medios alcalfilos pH 9-10Amilasas y glucoamilasas en industria alimentaria. Jarabe de cereales rico en fructosaReaccin de clarificacin: a-amilasa (almidn acortado)Sacarificacin: glucoamilasa (genera glucosa)Isomerizacin: glucosa isomerasa (glucosa en fructosa)

A)Temperatura- Psicrfilos- Mesfilos- Termfilo- HipertermfilosB) Acidez y alcalinidadAcidfilosAlcalfilos

C) Disponibilidad de agua- Sal: Halfilos y Halfilos extremos- Azcar: Osmfilos- Secos: XerfilosExtremoenzimas

Efecto de la temperatura sobre la velocidad de crecimiento y las consecuencias moleculares para las clulas

Relacin de la temperatura y velocidad de crecimiento

Microorganismos termfilos e hipertermfilos

Crecimiento de una cianobacteria termfila en un arroyo caliente en el parque nacional de Yellowstone

Microorganismos del mar de hielo antrticoNcleo de agua de mar permanentemente congelada. La coloracin densa es debida a microorganismosMicrofotografa de contraste d fases de microorganismos fototrficos de la muestra anterior. (Diatomeas o algas verdes)

Alga de la nieveChlamydomonas nivales

Microorganismos Acidfilos y Alcalfilos

Microorganismos y Actividad del Agua

Microorganismos y Actividad del Agua

Microorganismos y Actividad del AguaHalfilos: crecen en altas concentraciones de salDiscretos: 1-6% NaClModerados: 6-15% NaCl Extremos: 15-30% NaCl

Osmfilos: crecen en altas concentraciones de azcar

Xerfilos: crecen en ambientes muy secos