clase 6 enzimas

ENZIMAS

BIOQUÍMICA I

Escuela Profesional de Ingeniería Agroindustrial - UNFV

Ing. Guillermo Chumbe Gutiérrez

IntroducciónIntroducción

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

ConceptoConcepto 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.

Características de las EnzimasCaracterísticas 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.

Características de las EnzimasCaracterísticas 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 coenzimacofactor o coenzima.

Características de las EnzimasCaracterísticas 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.

Ke

A BS P

S representa el (los) reactante(s) (llamado sustrato)

P representa el (los) producto(s)

Las Reacciones químicas son reversibles.

Las enzimas pueden catalizar una reacción de manera reversible o irreversible

S+E P+E

La Reacción EnzimáticaLa 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.

La Reacción EnzimáticaLa Reacción Enzimática

La Reacción EnzimáticaLa Reacción Enzimática1.- El enzima y su sustrato

2.- Unión al centro activo

3.- Formación de productos

Algunas enzimas necesitan activadores para poder formar el complejo enzima-sustrato – (cofactores) - cambia la forma de la enzima para formar el complejo enzima-sustrato

La Reacción EnzimáticaLa Reacción Enzimática

(a) Enzimas: el sitio activo

unión del sustrato a la enzima

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

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

La Reacción EnzimáticaLa Reacción Enzimática

Reacción con y sin enzimaReacción con y sin enzima Cuando se forma esta interacción baja la energía de

activación necesaria para poder llevar a cabo la reacción.

Energía de activación

Curso de la reacción

Sin enzima Con enzima

Reacción con y sin enzimaReacción con y sin enzima

Clasificación de las enzimasClasificación de las enzimas

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

Inhibición de la actividad Inhibición de la actividad enzimática.enzimática. Reversible:

CompetitivaNo competitiva

Irreversible: Por modificación de uno o más grupos funcionales del enzima (NH2, -COOH, etc).

INHIBICIÓN COMPETITIVA:

El inhibidor tiene una forma parecida al del sustrato y se une de forma reversible al centro activo del enzima en lugar del sustrato (compiten por unirse al centro activo)

Puede revertirse incrementando la concentración de sustrato.

Inhibición de la actividad Inhibición de la actividad enzimática.enzimática.

INHIBICIÓN NO COMPETITIVA:

Actúan en un lugar del enzima distinto al centro activo, llamado SITIO ALOSTÉRICO.

Causa una modificación estructural que impide que el sustrato se pueda unir al centro activo.

Inhibición de la actividad Inhibición de la actividad enzimática.enzimática.

Respecto a los enzimas que requieren iones metálicos para su actividad:

El Cianuro es un potente inhibidor de enzimas que contienen Fe (→Fe(CN)3)

El Fluoruro es un inhibidor de enzimas que requieren Ca o Mg.

Inhibición de la actividad Inhibición de la actividad enzimática.enzimática.

RetroinhibiciónRetroinhibición

El producto final de una ruta bioquímica inhibe la actividad de uno de los primeros enzimas de la ruta.

Con ello se consigue evitar la formación de un exceso de producto final.

RetroinhibiciónRetroinhibición

Animales, plantas y microorganismos como fuentes de

enzimas

Descubrimiento de enzimas digestivas siglo XIX.Desarrollo de métodos para obtención de enzimas de matanza de animales.

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.

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.

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.

Fácil manejoAlto

rendimientoEstabilidad

X X

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.

Enzimas hidrolíticas simples como:proteasas, amilasas, pectinasasDegradan polímeros naturales como proteínas, almidones o pectinaEnzimas extracelulares

Fácil extracción

Poco específicas

Jokichi Takamine1894

Enzima takadiastasa

A partir de hongos

Nutrientes y minerales al almidón de trigo.Inoculación con esporas de Aspergillus orizae.Almacenamiento.Lavar con solución de sal.Extracción de enzimas, amilasa y proteasas, secretadas por las células fúngicas.

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

Alimentaria

Farmacéutica

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 en la Agroindustria

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

Industrias LácteasFabricación 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.

Industrias LácteasFabricación 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.

Industrias LácteasFabricación 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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 lactoperóxidasa ayuda a conservar productos lácteos.

GRACIAS

BIOQUÍMICA I

Escuela Profesional de Ingeniería Agroindustrial - UNFV

Ing. Guillermo Chumbe Gutiérrez