Fructanas y fructosíltransferasas Ángela Ávila Fernández Octubre 2009

Fructanas y FOS Definición, distribución y función fisiológica Estructuras de las fructanas Aplicaciones Fructosiltransferasas Bacterianas y fungales Vegetales Estructura y mecanismo de reacción Usos de las fructosiltransferasas Obtención de FOS Producción de nuevos oligosacáridos Glicosilación de compuestos Agave: Fructanas y fructosiltransferasas

Definición, distribución y función fisiológica Fructanas Polímeros de azúcar compuestos por unidades de fructosa Grado de polimerización mayor a 10 1-Kestosa Nistosa 1F-Fructofuranosil Nistosa Neokestosa Bifurcosa Fructooligosacáridos (FOS) Grado de polimerización de 3 a 10 Inulina Levana Tipo de enlace a-1-2 b-2-1 b-2-6 Fructosa Glucosa

Origen de las fructanas Definición, distribución y función fisiológica Origen de las fructanas L. mesenteroides L. reuteri Bacterias G. diazotrophicus S. mutans Z. mobilis Algas B. subtilis Pseudomonas Algas verde azules Dasycladus Cymopolia Batophora … A. niger Hongos F. oxysporum Penicillium C. intybus A. tequilana Plantas

Definición, distribución y función fisiológica Bacterias Plantas Promueven la colonización y supervivencia. Fitopatogenicidad. Simbiosis Fuente exógena de carbohidratos. Virulencia. Protección contra desecación. Adherencia a las superficies. Reserva de carbohidratos. Promueven la germinación y la expansión de las flores. Osmoprotección Resistencia a sequia y frio. C. intybus Hongos y algas Paenibacillum polimyxa No se conoce su función fisiológica Actinomyces naeslundii

Fructanas bacterianas y fungales Fructosiltransferasa Estructura de las fructanas Fructanas bacterianas y fungales Fructosiltransferasa Fructanas de alto peso molecular Bacterias 20-100 x106 Da O HO OH o Sacarosa Fructosiltransferasa Hongos FOS

Estructura de las fructanas Fructanas vegetales 1 3 2 4 5 Inulina Levana Neoserie de inulina Neoserie de levana Fructana mezclada Base de la serie. 1-kestosa, 6-kestosa, 3 y 4) Neo-kestosa, 5) Bifurcosa. Modificado de Ritsema y cols. 2003

Fructanas de origen vegetal Aplicaciones Fructanas de origen vegetal Contenido de fructanas en plantas comestibles [Van Loo y cols. 1995]. *Calculado de Waleckx y cols. 2008.

Inulina y F O S en el tracto digestivo Aplicaciones Inulina y F O S en el tracto digestivo Inulin y FOS son considerados prebióticos por ser ingredientes alimenticios no digeribles que provocan la modificación en la composición de la microflora del colon.

Características Prebióticas Aplicaciones Inulina y F O S Características Prebióticas Modifican la composición de la microflora del colon. Favorecen la producción de vitaminas Activan funciones intestinales Asisten digestión y absorción de nutrientes. Estimulan la función inmunológica Propiedades Tecnológicas Baja dulzura Bajo aporte energético Altamente solubles No cariogénicos Estables

Aplicaciones cosméticas Aplicaciones potenciales Levana Aplicaciones cosméticas Sustituto de plasma sanguíneo Aplicaciones potenciales Emulsificante. Estabilizante. Espesante. Agente encapsulante. Acarreador de sabores y fragancias. Sellador biológico en suelos altamente permeables

Reacciones catalizadas por fructosiltransferasas

Fructosiltransferasas bacterianas Inulina Inulosacarasas Enlaces b(2-1) Tipo de enlace a-1-2 b-2-1 b-2-6 Fructosa Glucosa O HO OH o Peso molecular 45-75 KDa 170 kDa Sacarosa Levana Enlaces b(2-6) Levansacarasas

Fructosiltransferasas fúngicas Fructosiltransferasa HO OH o Fructosiltransferasa FOS Sacarosa Características Peso variable debido a la glicosilación 55- 202 KDa Formación de multímeros

Fructosiltransferasas vegetales

Estructura y mecanismo de reacción Fructosiltransferasas Estructura y mecanismo de reacción Representación de la estructura tridimensional de la levansacarasa de B. subtilis (SACB; código PDB 1oyg). Modelo del mecanismo de reacción de tipo Ping-pong Bi-bi propuesto para SACB en notación de Cleland. S, sacarosa; E, enzima; G, glucosa; L, levana.

Estructura de las fructosiltransferasas vegetales Asp 94 Asp 219 Glu 276 Cis 519 Cis 471 621 aa Péptido señal 61 aa b-propela 356 aa b-sandwich 204 aa 5’ 3’ RDP DPN LEC Representación de la estructura tridimensional de la FEH de Cichorium intybus (FEH IIa:código PDB 1st8).

Usos de las fructosiltransferasas Producción de F O S Proceso industrial de producción de oligofructosa de achicoria (A). Producción de FOS mediante el uso de FTF (B). Rendimiento de FOS obtenido al utilizar FTF de de diferentes microorganismos

Producción de nuevos oligosacáridos Usos de las fructosiltransferasas Producción de nuevos oligosacáridos

Glicosilación de compuestos Usos de las fructosiltransferasas Glicosilación de compuestos Aplicaciones Propiedades Endulzantes Antimicrobianos Antioxidantes Surfantantes y emulsificantes Compuestos de liberación controlada. Mayor solubilidad Menor reactividad Mayor estabilidad Propiedades químicas diferentes Isoquercetin

Fructanas y fructosiltransferasas de Agave Grado de polimerización López et. al., 2003 b (2-1) b (2-6) Grado de polimerización (DP) 3-29 Satyanarayana, M. N. (1976) Biosynthesis of Oligosaccharides and Fructans in Agave Vera cruz .1. Properties of a Partially Purified Transfructosylase, Indian Journal of Biochemistry & Biophysics. 13, 261-266. Bhatia, I.S., Nandra, K.S. (1979) Studies on fructosyl transferase from Agave Americana, Phytochemistry. 18, 923-927.

Sacarosa:Sacarosa 1-Fructosiltransferasa (1-SST ) Fructosiltransferasa vegetal Sacarosa:Sacarosa 1-Fructosiltransferasa (1-SST ) O HO OH o 1-SST Sacarosa 1-Kestosa

Algunas referencias Yun, J. W. (1996) Fructooligosaccharides - Occurrence, preparation, and application, Enzyme and Microbial Technology. 19, 107-117. Vijn, I. & Smeekens, S. (1999) Fructan: More than a reserve carbohydrate?, Plant Physiology. 120, 351-359. Ritsema, T. & Smeekens, S. (2003) Fructans: beneficial for plants and humans, Current Opinion in Plant Biology. 6, 223-230. Kolida, S., Tuohy, K. & Gibson, G. R. (2002) Prebiotic effects of inulin and oligofructose, British Journal of Nutrition. 87, S193-S197. Franck, A. (2002) Technological functionality of inulin and oligofructose, British Journal of Nutrition. 87, S287-S291. Sangeetha, P. T., Ramesh, M. N. & Prapulla, S. G. (2005) Recent trends in the microbial production, analysis and application of Fructooligosaccharides, Trends in Food Science and Technology. 16, 442-457.