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 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

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