Clasificación de Proteínas

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1 Clasificación de Proteínas
Según la COMPOSICIÓN: PROTEÍNAS SIMPLES U HOLOPROTEÍNAS: son aquellas que al hidrolizarse producen únicamente aminoácidos. PROTEÍNAS CONJUGADAS O HETEROPROTEÍNAS: son proteínas que al hidrolizarse producen además de los aminoácidos, otros componentes orgánicos o inorgánicos. La porción no protéica de una proteína conjugada se denomina "grupo prostético". Las proteínas cojugadas se subclasifican de acuerdo con la naturaleza de sus grupos prostéticos. Según su CONFORMACIÓN: Conformación = orientación tridimensional que adquieren los grupos característicos de una molécula en el espacio. PROTEÍNAS FIBROSAS: se constituyen por cadenas polipeptídicas alineadas en forma paralela; esto puede producir fibras que se trenzan sobre si mismas formando una "macrofibra", como en el caso del colágeno de los tendones o la a-queratina del cabello; o produce la formación de láminas como en el caso de las b-queratinas de las sedas naturales. PROTEÍNAS GLOBULARES: cadenas polipeptídicas que se enrollan sobre si mismas en formas intrincadas como un "nudillo de hilo enredado”, como una macro-estructura de tipo esférico.

2 Recordar! Las proteínas fibrosas poseen alta resistencia al corte por lo que son los principales soportes estructurales de los tejidos; son insolubles en agua y en soluciones salinas diliudas y en general más resistentes a los factores que las desnaturalizan. La mayoría las proteínas globulares son solubles en agua y por lo general desempeñan funciones de transporte en el organismo. Las enzimas, cuyo papel es la catálisis de las reacciones bioquímicas, son proteínas globulares.

3 Proteínas Fibrosas: cabello

4 Proteínas Globulares: enzimas
Hemoglobina Hexoquinasa

5 Funciones de las Proteínas
Estructurales: algunas proteínas pueden contribuir a la conformación de órganos debido a su estructura fibrosa (ejemplo, la queratina en pelo, uñas, cutículas, cuernos, cascos). Movimiento: como el caso de las proteínas Actina y Miosina en los músculos, permiten movimiento de contracción y relajación. Transporte: se pueden unir a moléculas de menor tamaño y llevarlas por medio de la sangre, como por ejemplo la Hemoglobina o el oxígeno. Defensa: por ejemplo los anticuerpos en el torrente sanguíneo. Almacenamiento de sustancias nutritivas, como el caso de la albúmina de la clara de huevo, que se guarda en el hígado. Señales químicas: ejemplo, la hormona del crecimiento en el torrente sanguíneo o la transmisión del impulso nervioso. Catálisis: como por ejemplo las enzimas que catalizan casi todas las reacciones químicas en las células: amilasa, ATP sintetasa. Reguladores: regulan la expresión del ADN; tienen un papel importante en el crecimiento y diferenciación de las células.

6 Propiedades de las Proteínas
DESNATURALIZACIÓN Consiste en la pérdida de la estructura terciaria, por romperse los puentes que forman o estabilizan dicha estructura. Se produce por cambios de factores como temperatura (el ejemplo del huevo cocido o frito ), variaciones del pH. En algunos casos, si las condiciones se restablecen, una proteína desnaturalizada puede volver a su anterior plegamiento o conformación, proceso que se denomina renaturalización.

7 ENZIMAS

8 Introducción En los diversos compartimientos celulares transcurre un gran número de reacciones químicas que proporcionan a la célula energía y los componentes necesarios para su mantenimiento. La vida depende de la existencia de catalizadores poderosos y específicos

9 Concepto Son catalizadores biológicos, la mayor parte de las veces de naturaleza proteica. Su actividad fue reconocida durante los estudios acerca de la digestión en el estómago entre 1780 y 1825 Luis Pasteur reconoció que la fermentación del azúcar a alcohol, se hallaba catalizada por enzimas, que él denominó “fermentos” En 1897, E. Buchner, contrariamente a lo postulado por Pasteur, demostró que las enzimas podían actuar independientemente de la estructura de las células de levadura.

10 Características de las Enzimas
Son inestables: Se desnaturalizan por cambios fisicoquímicos como la temperatura. Alta eficacia como catalizadores Alto grado de especificidad: Cada enzima solo reconoce un determinado sustrato sobre el que realiza un solo cambio. Las células producen un enzima para cada una de las reacciones químicas que se producen en su metabolismo.

11 Características de las Enzimas
No sufren modificación al final de la reacción. No cambian la constante de equilibrio de una reacción química. Actúan en condiciones moderadas de presión y temperatura. Las enzimas pueden tener naturaleza exclusivamente proteica, o además necesitar de la presencia de alguna otra molécula o ión, que se denomina cofactor o coenzima.

12 Características de las Enzimas
La coenzima es una molécula de naturaleza orgánica o inorgánica, cuya presencia es necesaria para la activación de la enzima. La coenzima, puede ser un ión o una molécula orgánica de baja masa molecular. Cuando la coenzima no puede ser sintetizada por el organismo, debe ingerirse en pequeñas cantidades y se denomina Vitamina.

13 La Reacción Enzimática
Ke A  B S  P S representa el (los) reactante(s) (llamado sustrato) S+E  P+E P representa el (los) producto(s) Las Reacciones químicas son reversibles. Las enzimas pueden catalizar una reacción de manera reversible o irreversible

14 La Reacción Enzimática
Las enzimas NO llevan a cabo reacciones que sean energéticamente desfavorables, no modifican el sentido de los equilibrios químicos, sino que aceleran su consecución.

15 (a) Enzimas: el sitio activo

16 unión del sustrato a la enzima

17 La Reacción Enzimática
Casi todas las reacciones en células vivas son catalizadas y controladas por enzimas. Catalizadores biológicos, convirtiendo sustancias en otros productos sin sufrir cambio alguno.

18 Reacción con y sin enzima
Cuando se forma esta interacción baja la energía de activación necesaria para poder llevar a cabo la reacción.

19 Reacción con y sin enzima

20 Clasificación de las enzimas

21 Factores que afectan la actividad enzimática.
Concentración de enzima Temperatura pH Concentración de sustrato Inhibidores

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26 Animales, plantas y microorganismos como fuentes de enzimas

27 Descubrimiento de enzimas digestivas siglo XIX.
Desarrollo de métodos para obtención de enzimas de matanza de animales. Pepsina del estómago de cerdos y ganado, del cuajo del estómago de terneros. Cócteles de enzimas con tripsina, quimiotripsina, lipasas y amilasas del páncreas de cerdo.

28 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.

29 Ablandadores de carne, digestión y limpieza de lentes de contacto.
Papaina y quimiopapaina del árbol de la papaya. Ficina de higueras. Bromelaina del tallo de la planta de la piña.

30 X X Fácil manejo Alto rendimiento Estabilidad

31 Producción de grandes cantidades a bajo costo.
No afectada por las estaciones del año. Uso de procesos de selección que aumentan la producción. Producción de enzimas hechas a medida a través de ingeniería genética y diseño de proteínas.

32 Enzimas hidrolíticas simples como: proteasas, amilasas, pectinasas
Degradan polímeros naturales como proteínas, almidones o pectina Enzimas extracelulares Poco específicas Fácil extracción Rhizopus sp

33 Jokichi Takamine 1894 Enzima takadiastasa A partir de hongos
La primera enzima producida industrialmente fue la amilasa fúngica takadiastasa, empleada en USA como agente farmacéutico (para los desórdenes intestinales) en 1894

34 Enzimas Microbianas y sus aplicaciones
Fuente Aplicación industrial Industria Amilasa Hongos Pan Panadera Bacterias Revestimientos amiláceos Papelera Fabricación de jarabe y glucosa Alimentaria Almidonado en frío de la ropa Almidón Ayuda digestiva Farmacéutica Eliminación de revestimientos Textil Eliminación de manchas; detergentes Lavandería Proteasa Eliminación de manchas Limpieza en seco Ablandador de la carne Cárnica Limpieza de las heridas Medicina Detergente doméstico Invertasa Levadura Relleno de caramelos Confitería Glucosa Oxidasa Eliminación de glucosa y oxígeno, papeles para pruebas de la diabetes Glucosa Isomerasa Jarabe de cereales rico en glucosa Bebidas refrescantes Pectinasa Prensado, clarificación del vino Zumos de frutas Renina Coagulación de la leche Quesera Celulasa Suavizante y abrillantador de tejidos; detergente Lipasa Degradar la grasa Lechería, lavandería Lactasa Degradar la lactosa a glucosa y galactosa Lechería, alimentos DNA polimerasa Bacterias; Archea Replicación del DNA por PCR Investigación biológica y forense

35 Aplicaciones en la Agroindustria

36 Aplicaciones de las Enzimas Microbianas
Fuente Aplicación industrial Industria Amilasa Hongos Pan Panadera Bacterias Revestimientos amiláceos Papelera Fabricación de jarabe y glucosa Alimentaria Almidonado en frío de la ropa Almidón Ayuda digestiva Farmacéutica Eliminación de revestimientos Textil Eliminación de manchas; detergentes Lavandería

37 Amilasas Amilasas Degradación del polisacárido almidón. Almidón
Compuesto de almacenamiento de energía en plantas (maíz, arroz, patata, trigo). Fuente de nutrición muy importante en animales y humanos (70-80%). Últimos 20 años las amilasas han reemplazado la hidrólisis ácida. a-amilasa de Bacillus y glucoamilasa de Aspergillus. Sacarificación genera mucha dextrosa, degradación de almidón más corta, sin tratamiento ácido.

38 Amilasas Producción de Cerveza
Reemplazo de malta por granos sin germinar de maíz o arroz, prácticamente no contienen enzimas. Se añaden enzimas, amilasas, glucanasas y proteasas, de hongos y bacterias. Almidón a azúcares que sufren fermentación alcohólica por levaduras.

39 Amilasas Hornear pan El uso de enzimas en panadería se ha vuelto popular. Las amilasas aceleran la degradación del almidón, y así aumenta el contenido de azúcar en la masa, acelerando el proceso de fermentación. El volumen del pan preparado con enzimas aumenta.

40 Amilasas Desengomado Desengomado.
Las amilasas eliminan la goma protectora basada en almidón, para hacer la mezclilla elástica. Antes se hacía con amilasas obtenidas de malta o de páncreas de animales, pero hoy en día se obtienen de bacterias. Enzimas resistentes a altas temperaturas para acelerar el proceso.

41 Aplicaciones de las Enzimas Microbianas
Fuente Aplicación industrial Industria Proteasa Hongos Pan Panadera Bacterias Eliminación de manchas Limpieza en seco Ablandador de la carne Cárnica Limpieza de las heridas Medicina Eliminación de revestimientos Textil Detergente doméstico Lavandería

42 Proteasas Ablandan la carne
La papaya contiene altas concentraciones de las proteasas papaina y quimiopapaina. Degradan el tejido conectivo de la carne, como el colágeno y la elastina, haciéndola más tierna.

43 Proteasas Ablandan la carne
Se usan toneladas de papaina en polvo cada año para ablandar la carne en muchos países. Se frota la carne y se deja a temperatura ambiente varias horas. Ficina del árbol de higos y bromelaina del ananá

44 Proteasas Hornear pan El gluten se degrada por proteasas obtenidas de hongos para hacer la masa más fácil 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 proteínas pegajosas (gluten) en la masa.

45 Proteasas Suavizan el cuero
Las proteasas de microorganismos son altamente efectivas en la producción de cuero. Después de remover el pelo y antes de curtir, el cuero debe ser suavizado por un proceso conocido como rendido o purga. Antiguamente se sumergía en agua y estiércol fermentado de perro o pájaro, que son un campo de cultivo para las bacterias que producen proteasas suavizantes de cuero.

46 Enzimas Microbianas y sus aplicaciones
Fuente Aplicación industrial Industria 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 Prensado, clarificación del vino Zumos de frutas Renina Coagulación de la leche Quesera Celulasa Suavizante y abrillantador de tejidos; detergente Lavandería Lipasa Degradar la grasa Lechería, lavandería Lactasa Degradar la lactosa a glucosa y galactosa Lechería, alimentos DNA polimerasa Bacterias; Archea Replicación del DNA por PCR Investigación biológica y forense.

47 Producción de zumo de frutas
Pectinasas Producción de zumo de frutas Al prensar fruta y vegetales para la obtención de jugo, las pectinas de alto peso molecular reducen la producción. Pectinasas procedentes de cultivos sumergidos de Aspergillus y Rhizopus. Se pica la fruta y se añaden pectinasas para degradar las pectinas de larga cadena. Se reduce la viscosidad del zumo, facilitando la filtración y se obtiene más cantidad. Alimentación de bebés, las pectinasas maceran las fruta y los vegetales para hacerlos más suaves y fáciles de comer.

48 Detergentes biológicos
La aplicación más importante de las enzimas hidrolíticas + Las manchas que contienen proteínas son difíciles de remover. Proteínas no se disuelven fácilmente en agua. + A altas temperaturas, la proteína se cuaja en las fibras textiles y es más difícil de eliminar. + Polvo, hollín y materia orgánica como grasas, proteínas, carbohidratos y pigmentos. Las grasas y las proteínas actúan como pegamento. + Los detergentes sueltan la grasa de la tela, las proteínas permanecen en el material.

49 Detergentes biológicos
La aplicación más importante de las enzimas hidrolíticas Enzimas pancreáticas poco estables y muy caras. Producción a gran escala de detergentes biológicos 1960. Descubrimiento de la subtilisina de Bacillus lincheniformis. Activa bajo condiciones alcalinas.

50 Detergentes biológicos
La aplicación más importante de las enzimas hidrolíticas Detergentes biológicos usados ampliamente, desde mediados 1960. Proteasas 1:50, actividad óptima durante el proceso de lavado. Degradan proteínas pegadas en aminoácidos y péptidos de cadena corta. Las proteínas son desprendidas de las fibras textiles y eliminadas.

51 Detergentes biológicos
La aplicación más importante de las enzimas hidrolíticas Actividad óptima 50-60ºC. No necesita hervir. La eliminación enzimática de manchas: proteasas, lipasas y amilasas. Disuelven manchas vino tinto, pasto, fruta, café y te, y mezclas de manchas más comunes. Helado de fruta, el yogurt o la salsa de tomate no sólo contiene pigmento, también proteínas y grasas. Salsa, ketchup y comidas preparadas contienen pigmento, proteínas, grasas y almidón.

52 Detergentes biológicos
La aplicación más importante de las enzimas hidrolíticas

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57 Enzimas en la Agroindustria
Son muy antiguas sus aplicaciones Se usaron enzimas de un modo inconsciente hasta finales del siglo XIX en que se descubrieron los artífices de las reacciones Es un gran activo económico, y la investigación va encaminada a la purificación y la obtención de enzimas concretas para funciones concretas

58 Industrias Lácteas Fabricación del Queso
Es una de las mas antiguas aplicaciones enzimáticas de la industria alimentaria. Para la producción de queso se usaban cuajos, estómagos enteros de vacas y otros rumiantes. En otras culturas, el queso se conseguía con vegetales como la papaya, que contienen otra clase de enzimas.

59 Industrias Lácteas Fabricación del Queso
La operación más importante es la coagulación de la caseína. Para ello utilizamos una serie de enzimas que podemos encontrar en vegetales o animales. La pepsina y la quimosina son las enzimas más importantes en esto. Se encuentran en el cuajo de varios animales, entre ellos los rumiantes.

60 Industrias Lácteas Fabricación del Queso
Otras enzimas como papaina o rennina. Estos producen coágulos elásticos. La utilización de unas u otras enzimas repercute activamente en el sabor y en la naturaleza del queso.

61 Industrias Lácteas La lactasa es el enzima que consigue romper la lactosa, que es el azúcar que contiene la leche. Mucha gente es intolerante a la lactosa. Existen en el mercado leches que vienen con lactasa.

62 Industria Panadera La más comúnmente utilizada es la lipoxidasa, que conjuntamente con el blanqueante, le da a la masa un carácter más manejable. Esta contenida en la harina de soya y de otras leguminosas.

63 Industria Panadera Para aumentar la acción de la levadura se añade amilasa, en forma de harina de malta. Se usan para ello también algunos mohos que contienen la enzima. La harina de malta, tiene un inconveniente, y es que cambia el color del pan.

64 Industria Panadera La proteasa rompe el gluten, una proteína contenida en algunos cereales. La rotura del gluten conlleva una mayor plasticidad de la masa. Es un aditivo importante en la fabricación de bizcochos.

65 Industria Cervecera La papaina se usa para romper algunas proteínas de la cerveza para evitar que se enturbie cuando se almacena o se refrigera. Se pueden conseguir estas enzimas y otras parecidas, de similares funciones de algunas frutas tropicales como la piña.

66 Industria Cervecera El proceso fundamental es la rotura del almidón.
Los azúcares simples formados son fermentados por las levaduras. Esto se lleva a cabo con las amilasas, provenientes de la malta. A veces se añaden otros almidones como de arroz o papa para aprovechar al máximo la actividad de las enzimas.

67 Fabricación de Zumo Las peptinas provocan que los zumos sean demasiado viscosos y turbios. Esto se elimina con enzimas amilasas, contenidos en el propio zumo o que se pueden añadir. En el proceso, como subproducto tenemos metanol, que aparece en muy baja concentración.

68 Obtención de Glucosa y Fructosa a partir de Maíz
Con la harina del maíz, ayudados por las enzimas alfa-amilasas y amiloglucosidasas conseguiremos jarabes de gran calidad. Antes se conseguía por la hidrólisis del almidón por parte de un ácido. Posteriormente, la glucosa se puede transformar a fructosa (más dulce) por la acción de la glucosa-somerasa.

69 Obtención de Glucosa y Fructosa a a partir de Maíz
Estos jarabes se usan como edulcorantes en bebidas refrescantes. Se han conseguido producir a un precio muy competitivo. La UE ha pasado a proteger a la industria azucarera convencional (remolacha y caña) para evitar su hundimiento por esta nueva forma de conseguir azúcares.

70 Refinado de Azúcar La rafinosa puede complicar la extracción de la sacarosa. El enzima raffinosutilizer, producido por el hongo morteirella vinaceae se encarga de degradar la rafinosa, facilitando la cristalización y produciendo además sacarosa

71 Más Aplicaciones Agroindustriales
En productos derivados del huevo, se añade glucosa-oxidasa y catalasa para evitar que se oscurezcan. Bromelaína y papaína se usan para ablandar la carne. La lactoperoxidasa ayuda a conservar productos lácteos.