UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL

ENZIMAS Y SU APLICACIÓN INDUSTRIAL

REALIZADOPOR Girón Torres Juan Diego Landeo Uquiche Arturo León López Lizbeth Margarita Montañez Osorio Jimmy Hernán Ortiz Huanca Juan Carlos

PROFESORRESPONSABLE:

Mba. Ing. Mario De La Cruz Azabache.

GRUPO : 5

PERIODO ACADEMICO: 2013-1

LIMA – PERÚ

1. Introducción

2. Definición

3. Aplicación

3.1. Industria Química

3.1.1. Detergentes

3.1.2. Papel

3.2. Industria Textil

3.3. Industria alimentaria

3.3.1. Lácteos

3.3.2. Panificación

3.3.3. Cervecería

3.4. Industria Farmacéutica

3.5. Industria Energética

3.6. Bioetanol (caña de azúcar)

4. Conclusiones

5. Bibliografía

PRESENTACIÓN

El presente informe sobre nuestro tema motivo LAS ENZIMAS Y SU APLICACIÓN INDUSTRIAL trata de abordad los puntos más importantes de un tema muy amplio, y por ello hemos tratado de resumir tocando solo los puntos clave en dicho informe.

1. INTRODUCCIÓN.Las enzimas son utilizadas en la industria química y en otras aplicaciones industriales en donde se requiere el uso de catalistas muy especializados. Sin embargo, las enzimas en general están limitadas en el número de reacciones que han evolucionado a catálisis y también por su falta de estabilidad en solventes orgánicos y a altas temperaturas. Consecuentemente, la ingeniería de las proteínas es un área de investigación activa que involucra intentos de crear nuevas enzimas con novedosas propiedades, ya sea por diseño racional o por evolución in vitro.

2. DEFINICIÓN.Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas. En estas reacciones, lasmoléculas en el comienzo del proceso son llamadas sustratos, y las enzimas las convierten en diferentes moléculas, llamadas productos. Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas, para que ocurran en tasas significativas. Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos, el set de enzimas hechas en una célula, determina el camino metabólico que ocurre en cada célula. Como todos los catalizadores, las enzimas funcionan disminuyendo la energía de activación (∆G‡) para una reacción, así se acelera dramáticamente la tasa de la reacción. La gran mayoría de las reacciones de las enzimas son millones de veces más rápidas que las reacciones no catalizadas. Al igual que ocurre con los catalizadores, las enzimas no son consumidas por las reacciones que ellas catalizan, ni alteran su equilibrio químico. Sin embargo, las enzimas difieren de otros catalizadores por ser más específicas. Las enzimas son conocidas por catalizar alrededor de 4.000 reacciones bioquímicas. No todos los catalizadores bioquímicos son proteínas, pues algunas moléculas de ARN llamadas ribosomas, también catalizan reacciones. La actividad de las enzimas puede ser afectada por otras moléculas. Las inhibidoras son moléculas que disminuyen la actividad de las enzimas; mientras que las activadoras son moléculas que incrementan la actividad. Muchas drogas o pociones son enzimas inhibidoras. La actividad es afectada la temperatura, el pH, y la concentración del sustrato. Algunas enzimas son usadas comercialmente, por ejemplo, en la síntesis de antibióticos. Además, algunos productos para hogares usan enzimas para acelerar las reacciones bioquímicas.

3. Aplicación.3.1. Industria Química.

3.1.1. Detergentes:Las enzimas optimizan la eficiencia de los detergentes, a la vez que permiten el trabajo de limpieza a bajas temperaturas y periodos más cortos de lavado, reduciendo el consumo de elegía y las emisiones de CO2. Otro beneficio ambiental asociado al uso de enzimas en los detergentes que estas son biodegradables y reemplazan a los químicos de detergentes convencionales. Las enzimas asociadas a los detergentes usadas principalmente son las proteasas,

aunque también existen las amilasas, lipasas y células usadas en menor proporción. Estas enzimas han sido mejoradas por técnicas de ingeniería de proteínas o provienen de microorganismos recombinantes para optimizar su proceso de fabricación.El uso de las enzimas en detergentes tiene la función de: Minimizar el uso de agua, reducir el consumo de energía y las emisiones de CO2, son biodegradables y reemplazan a los químicos sintéticos que se vienen liberando al ambiente, permiten el trabajo de limpieza a bajas temperaturas y periodos más cortos de lavado, ocupan menos del 1% del volumen total del detergenteEnzimas más utilizadas en los detergentes:La Proteasa: Utilizadas para ayudar en la eliminación de tintes proteicos de la ropa en las condiciones de prelavado y en las aplicaciones directas de detergente líquido.

La Amilasa: Elimina restos de almidón.

La Lipasa: La lipasa es una enzima que se usa en el organismo para disgregar las

grasas de los alimentos de manera que se puedan absorber. Su función principal es catalizar la hidrólisis de triacilglicerol a glicerol y ácidos grasos libres. Las lipasas se encuentran en gran variedad de seres.

La celulasa: La celulasa es una enzima compleja especializada en descomponer celulosa, transformándola en múltiples monómeros de glucosa.

3.1.2. Papel:La fabricación de pasta, papel y derivados es una de las industrias más grandes del mundo. Su materia prima fundamental es la Madera; compuesta químicamente de celulosa, lignina (16-33%), hemicelulosa y otros materiales (hasta un 10%). La Lignina es un complejo polímero aromático de la pared celular vegetal de difícil degradación, dada su estructura estéreo-irregular, que representa industrialmente un subproducto molesto que debe ser retirado de la madera durante operaciones de reducción de la pulpa. Los únicos microorganismos que degradan eficientemente ésta molécula son los hongos basidiomycetes (ej. Phanerochaetechrysosporium) de pudrición blanca. El BLANQUEO consiste en eliminar la lignina residual (causante de la decoloración marrón) para evitar daños en la calidad de la fibra, otorgando la blancura correspondiente según los estándares comerciales. Aunque existen métodos como el convencional (que usa Cl2, ClO2 y NaOH), el ECF (libre de Cl2), TCF (libre de Cl total) o los tratamientos con ozono, peróxido y termomecánicos, ninguno representa tantas ventajas potenciales como el Tratamiento enzimático. Enzimas más utilizadas en los el papelAmilasa: Degradación del almidón para reducir su viscosidadXilanasa: reducen el blanqueador necesario para la decoloraciónCelulasa: alisan las fibras, favorecen el drenaje de agua y promueven la eliminación de tintasLigninasa: eliminan la lignina para ablandar el papel.

3.2. Industria Textil.

Uno de los objetivos de los tratamientos textiles modernos es obtener el efecto deseado en las fibras utilizando procesos que conlleven el mínimo impacto ambiental. Dentro de este contexto, se comenzaron a utilizar diversos procesos biotecnológicos, mediante el empleo de enzimas. Estas cumplen el requisito de ser respetuosos con el medio ambiente (debido a que las enzimas son biodegradables), actúan sobre moléculas específicas y actúan bajo condiciones suaves.En términos del proceso de fabricación, la industria textil puede dividirse en cuatro etapas principales:

Producción de la hebra Hilado, tejido Acabado de los tejidos Fabricación del producto textil

En la industria textil las enzimas se pueden aplicar tanto al tratamiento de fibras proteicas naturales (lana y seda), como en fibras celulósicas (algodón, lino y cáñamo) y en fibras sintéticas.

Estas enzimas se usan en las fases de hilado, teñido y acabado de los tejidos con el objetivo de limpiar la superficie del material, reducir las pilosidades y mejorar la suavidad.

En la industria textil las enzimas se pueden aplicar tanto al tratamiento de fibras proteicas naturales (lana y seda), como en fibras celulósicas (algodón, lino y cáñamo) y en fibras sintéticas.

Estas enzimas se usan en las fases de hilado, teñido y acabado de los tejidos con el objetivo de limpiar la superficie del material, reducir las pilosidades y mejorar la suavidad.

En el siguiente esquema, se muestran las etapas de la fabricación de telas y las enzimas utilizadas en cada etapa. La rama inferior muestra la producción de tela Denim, con la que se confeccionan los jeans.

*Stone wash: Tipo de lavado industrial utilizando piedras que le da al material un aspecto “usado” o “gastado”.

Algunas enzimas utilizadas:

AMILASAS: Al comenzar el tratamiento de la fibra, se debe extraer el almidón que la recubre (proceso llamado desengomado).

El proceso de desengomado convencional puede ser realizado por hidrólisis (ruptura del almidón en presencia de agua), donde los productos textiles son tratados con ácido, álcalis o agentes oxidantes. También se puede eliminar por descomposición del almidón por fermentación, en agua con microorganismos presentes en forma natural, que descomponen el almidón del tejido.

Actualmente, estos tratamientos se encuentran en desuso debido a las dificultades propias del método, dejando lugar al uso de las enzimas amilasas. Las amilasas son enzimas que intervienen en la degradación del almidón. Para ello se utilizan las amilasas bacterianas provenientes de Bacillussubtilis y Bacilluslichenformis, las cuales son estables a altas temperaturas.

Para evitar la desnaturalización (pérdida de la estructura terciaria y la función) de esta enzima durante el desengomado, primero se debe añadir agua, calentar hasta alcanzar la temperatura óptima (entre 60 y 100ºC), establecer el pH óptimo (neutro) y entonces añadir la enzima.

Según su temperatura óptima, se distinguen 3 grupos de amilasas:

temperatura óptima de 60-70ºC: se utiliza para el desengomado en un baño de larga duración que dura entre 2 a 6 horas.

temperatura óptima de 80ºC: usadas en máquinas de lavado continuo por algunos minutos.

temperatura óptima 100ºC: tratamientos con vapor por 1 a 2 minutos.

LIPASAS: Son enzimas que degradan lípidos y son usadas en la industria textil, junto con las amilasas, para el desengrasado de las fibras.PECTINASAS: En el tratamiento de las fibras de algodón, se deben extraer las pectinas de la pared de las células primarias del algodón. Las enzimas pectinasas (que degradan esta sustancia) son utilizadas en el lavado alcalino del algodón. Numerosos estudios realizados muestran que un tratamiento usando solamente pectinasa, seguido por un enjuagado en agua caliente, es capaz de hacer que la fibra de algodón se vuelva hidrófila y absorbente, facilitando su posterior utilización.CATALASAS: En la industria textil la catalasa es utilizada para descomponer en oxígeno y agua el peróxido de hidrógeno (H202) residual después del blanqueo de las fibras de algodón. La remoción de este producto es necesaria para que las fibras puedan luego ser teñidas. La catalasa es una enzima que se encuentra en organismos vivos y su empleo disminuye el consumo de productos químicos, de energía y de agua. Después del blanqueo, se produce el enjuague, se aplica ácido acético y se aplica la catalasa en un baño nuevo o en propio baño de teñido por aproximadamente 10 minutos, a temperaturas entre 20 y 50ºC, con un pH de entre 6 y 10.

PEROXIDASAS: Los restos de peróxido de hidrógeno utilizados en la etapa de blanqueo, en contacto con pigmentos sensibles a la oxidación, pueden provocar pequeñas alteraciones en la tonalidad causando reducción en el color. En el proceso convencional, los residuos de peróxido de hidrógeno son removidos a través de varios enjuagues o de la adición de un reductor inorgánico, el cual causa gran carga de sales en los efluentes. Para minimizar este efecto, se utilizan las peroxidasas que reducen el peróxido de hidrógeno. La cantidad de enzimas usada es menor que la cantidad de agente reductor inorgánico y no causan problemas ecológicos, como la elevada carga de sales.Las peroxidasas también pueden ser utilizas después del teñido, para la reducción de colorantes residuales.CELULASAS: Las fibras están compuestas básicamente de celulosa la cual, al ser un material no biodegradable, constituye un problema para el posterior tratamiento de efluentes.Las celulasas son enzimas que degradan las fibras de la superficie (fibras sueltas y microfibrillas) haciendo a los tejidos más lisos y blandos. También son usadas para producir la apariencia “stonewashed” en los jeans. Tradicionalmente esta apariencia en los tejidos Denim (nombre de la tela con que se realizan los jeans) es otorgada por un proceso que utiliza piedra-pómez para desgastar el color localmente por roce. Este proceso presenta muchas desventajas ya que causan el desgaste rápido y rotura de las máquinas utilizadas, provocan gran abrasión empeorando la calidad de la tela y causan problemas ambientales ya que se generan efluentes no biodegradables.La ventaja en la utilización de celulasas en el proceso de desgaste del jean en relación al proceso convencional, es que no causa gran degradación de la fibra como la piedra-pómez y el desgaste es más uniforme. Las celulasas son utilizadas juntamente con las piedras o sustituyéndolas totalmente. El procedimiento general para su aplicación consiste en: introducción de los artículos de celulosa en la máquina ajuste de las condiciones del baño de tratamiento con pH entre 5,5 y 8,0 y

temperaturas de 50 a60ºC adición de la enzima y control de las condiciones de reacción (tiempo,

temperatura, pH y agitación mecánica) interrupción de la actuación de la enzima: agregando carbonato de sodio y/o

aumentando la temperatura hasta 80ºC durante 10 minutos

Al culminar este proceso, se suele realizar un tratamiento de limpieza con un agente blanqueante para resaltar los contrastes y eliminar la reposición de microfibras teñidas de color azul que enmascaran el efecto logrado. Estas enzimas no sólo se utilizan en el proceso de stone-wash de telas para jeans, sino que también se utilizan en telas destinadas a la confección de blusas y faldas, porque el proceso enzimático les otorga una textura aterciopelada similar a la seda natural.LACASAS;Son enzimas del tipo fenol-oxidasa dependiente de cobre que tiene la capacidad de catalizar reacciones de desmetilación. Este es un paso importante en la biodegradación de polímeros que contengan grupos aromáticos fenólicos.Debido a esta propiedad, la lacasa es utilizada en la oxidación del índigo (colorante de tipo fenólico) en la preparación de telas para jeans. Esta enzima es extraída de hongos, como Trametes hirsuta y Sclerotiumrolfsii .Además, en procesos de oxidación de muchos compuestos (principalmente de compuestos fenólicos) la lacasa presenta una gran especificidad para un gran número

de compuestos no biodegradables, por lo cual se empezó a utilizar en tratamientos de efluentes industriales. El uso menor de las enzima en la industria textil se debe a : algunas enzimas tienen mayor demanda de otras haciendo que estas no sean

utilizables. Algunas enzimas debilitan las fibras cuando son tratadas haciendo que se

produzca un desgaste en las fibras. Falta de apoyo en equipos de tecnología para desarrollar estos procesos con

mayor rapidez y de una manera eficaz.

3.3. Industria Alimentaria.3.3.1. Lácteos.

Coagulación enzimática de las Caseínas: La coagulación enzimática de la leche en la obtención del queso es un proceso en el que la caseina, principal componente proteico de la leche, es desnaturalizado por acción de enzimas proteolíticas. La caseína se encuentra en la leche en forma de particulas coloidales de fosfocaseinato de calcio. Estas partículas se encuentran en equilibrio metoestable con la leche en forma de micelas. Ésta está constituida por 4 fracciones: α-S1, α-S2, β y κ, y posiblemente otras más. Las proteasas cortan la cadena de la caseína κ en el enlace phe5-met-106 en la región hidrofilia del extremo.Elaboración de productos deslactosados: La utilización de la β-galactosidasa en la elaboración de productos lácteos se ha incrementado en forma muy impotente. La característica principal de estos alimentos es que una persona intolerante a la lactosa podrá consumirlos sin problema alguno.Ventajas: Incremento del poder edulcorante, de la solubilidad y de los azúcares fermentables.Aprovechar los azúcares resultantes de la hidrólisis de la lactosa permite una mejor absorción de vitaminas y minerales, especialmente calcio, evitando con esto problemas de descalcificación.Innovaciones Tecnológicas: La microencapsulación de enzimas ha resultado ser una alternativa viable para evitar el rompimiento temprano de las caseínas de la leche para la preparación de quesos.Inmovilización de β-galactosidasa; Métodos: Sílica gel cubierto con chitosan, Tiosulfont de agarosa, Aluminio, Fibras de lana. Consideraciones: Decrece el efecto de inhibición debido a la baja diferencia entre concentraciones de sustrato y producto, baja pérdida de enzima debido a la ausencia de colisiones entre la enzima y el impulsor.

3.3.2. Panificación.Las enzimas para panificación se usan para lograr cambios específicos en los procesos, mejorar la vida de anaquel y las propiedades comestibles de los alimentos y bebidas. Las enzimas para panificación han sido desarrolladas

especialmente para lograr modificaciones positivas en los componentes de la masa.A continuación se exponen las principales enzimas usadas en la panificación:Hemicelulasas o pentosanasas: Las hemicelulasas juegan un papel importante como reguladoras de la hidratación de las masas, en su consistencia y en la retrogradación del almidón. En masas con alto contenido de fibra el uso de pentosanasas mejora la estructura de la corteza y aumenta el volumen del pan.Fitasas: durante la fermentación la fitasa endógena del trigo hidroliza el ácido Mico que es un quelante de calcio, hierro y zinc. Normalmente no es adición fitasá pura, pero existen en el mercado mezclas conteniendo esta enzima.Lipasa: cataliza la hidrólisis de los triglicéridos. Algunos preparados comerciales de α-amilasas contienen también actividad lipasa.Lipooxigenasa: su efecto produce un blanqueamiento del pan al oxidar los carotenoides de la harina y mejora las propiedades reológicas de la harina. Habitualmente se obtiene esta actividad por adición de harina de soja o de habas enzimáticamente activas.Glucosa-oxidasa: se emplea para reemplazar agentes oxidantes inorgánicos, no permitidos legalmente.Proteasas: no muy extendida en nuestro país por el tipo de trigos, pero se emplean en la producción de galletas y panes especiales. Son habitualmente de origen fúngico, aunque se emplean también de origen bacteriano.Lactasas: se utiliza en los procesos de panificación que implican la adición de lactosueros o leche en polvo (algunos panes de molde, panes especiales), siendo habitualmente de origen fúngico.Soamilasas: hidrolizan los enlaces a-1,6 de la amilopectina. Especialmente usada para masas que van a ser sometidas a congelación o refrigeración.

3.3.3. Cervecería. Aunque la más antigua reglamentación alemana de alimentos, dictada en 1516 por el Archiduque Guillermo IV de Baviera sobre "la pureza de la cerveza", aún vigente en Alemania, no permite más que el uso de malta, hoblón, levadura y agua para su elaboración, las enzimas no son consideradas como aditivos según la actual legislación alemana.

La preparación de la malta o cebada germinada (la cual constituye junto con el hoblón o lúpulo, la levadura y el agua, las materias primas para la elaboración de esta bebida) tiene por objeto lograr por la germinación la transformación de los componentes proteicos y amiláceos insolubles de la cebada en otros tantos solubles, de desdoblamiento, los cuales pasarán posteriormente al caldo de fermentación. Mientras que esto sucede en la malta verde por la actividad ejercida por las proteasas y amilasas propias del cereal durante la germinación de la malta y la posterior incorporación de agua, resulta conveniente una suplementación enzimática con alfa-amilasa, glucoamilasa y proteasas de origen vegetal o microbiano (véase aplicación de enzimas en molinería y panadería), en caso que la malta se adicione desde un principio (por razones económicas) de cierta proporción de cereal (cebada, maíz o trigo) no germinado.

Por otra parte, puede aplicarse junto con alfa-amilasa y proteasas, la Glucanasa, enzima proveniente del Bacillus subtilis, para descomponer glucano, sustancia gomosa de la cebada.

Otra aplicación importante de proteasas vegetales o microbianas tiene lugar en la cerveza ya terminada, susceptible de experimentar enturbiamientos de origen no biológico, que le pueden comunicar un aspecto desagradable. Los factores causantes de estos enturbiamientos son el oxígeno, la luz, el calor, trazas metálicas y, especialmente, la presencia de proteínas de alto peso molecular, provenientes va sea de la cebada o de la levadura. Estas proteínas coagulan por influencia del oxígeno y también de los taninos y carbohidratos existentes, especialmente después del almacenamiento en frío de la cerveza ya terminada.Mediante la adición de proteasas, como la papaína, estas proteínas se desdoblan en sus componentes hidrosolubles (péptidos hasta aminoácidos), que ya no causan precipitaciones o enturbiamientos. Para este objeto sé pueden mezclar directamente 2-4 ml de Auxillasa líquida (un concentrado normalizado de papaína de Merck) por hectolitro de cerveza, después de su filtración, al trasegarla al estanque de presión y dejándola actuar algunos días, hasta una semana. Como la enzima mantiene su acción después de la pasteurización (62°C por 20 min.) y del llenado de las botellas, la cerveza se estabiliza así durante un largo tiempo, volviéndose menos susceptible ala agitación y al frío y sin ser afectados su sabor, pH y espuma (16, 41) .Para lograr este mismo efecto se suele recurrir también a preparados enzimáticos a base de proteasas de origen fúngico (Aspergillus), a veces unidos a un tratamiento sinérgico con tanino (72).

En cuanto a los enturbiamientos y floculaciones de origen biológico, éstos son causados por la presencia de levaduras y otros gérmenes aerobios en la cerveza. En estos casos la adición, antes de la pasteurización, de glucosa-oxidasa (véase ésta) asociada a catalasa permite eliminar el oxígeno necesario para la actividad de estos microorganismos. De esta manera es posible mejorar el sabor y la estabilidad de la cerveza frente a este fenómeno y también frente a una posible contaminación metálica de las cervezas enlatadas (50).Para estos fines suele usarse también la mezcla de 5 mg/1 de glucosa-oxidasa y 25 mg/1 de metabisulfito de sodio

( ). También puede recurrirse a una adición de glucoamilasa (véase ésta) a la

cerveza para mejorar su estabilidad y lograr a la vez un desdoblamiento mayor de las dextrinas.

3.4. Industria FarmacéuticaImportancia:Producción de nuevos medicamentos de manera rápida y eficiente, atacar entender los complejos mecanismos de enfermedades., poder combatir enfermedades hereditarias y relacionadas con deficiencias Bioquímicas adquiridas del cuerpo, tener procesos de fármacos más ecológicos con baja demanda energética, gran especificidad y eficiencia en los productos, disminución en los costos de producción de fármacos.Biocatálisis: Procesos con temperaturas, presiones y condiciones moderadas similares al medio natural de las enzimas. Alta especificidad de las enzimas en su producto y alta selectividad en cuanto a enanitomeros, efímeros, isomerización y regio-selectividad. Mayor velocidad en cuanto a las reacciones, por la afinidad de las enzimas hacia sus sustratos y

reducción de la energía necesaria de activación. Reducción e etapas en el proceso de manufactura del fármaco, gracias a la técnica de inmovilización y ruso de las enzimas. Gracias a la tecnología de ADN recombinante se puede generar el diseño de un catalizadorSíntesis orgánica: Procesos con temperaturas y presiones extremas, que pueden causar problemas con isomerización, enantiómeros, epímeros y re-arreglos. Baja especificidad y baja eficiencia por el hecho de tener subproductos. Reacciones limitadas a la probabilidad e que las moléculas se encuentren y reaccionen. En la mayoría de los procesos los compuestos son reemplazados por el alto costo que tiene su separación luego de la reacción. Catálisis con metales pesados y compuestos radiactivos.

Aplicaciones:Manejo de enzimas para la producción de fármacos y sus compuestos.—En este aspecto las enzimas hidroliticas son ampliamente usadas en la síntesis orgánica como catalizadores amigables con el ambiente que tienen una amplia especificidad de sustratos, alta estéreo-selectividad, comercialmente disponibles y no necesitan cofactores.Utilización de enzimas como fármacos para combatir enfermedades genéticas y deficiencias adquiridas.—Estas enzimas son producidas para poder llevar a cabo las funciones que el organismo dejo de realizar o también para poder degradar alguna molécula que sea perjudicial para el correcto funcionamiento del organismo. Ejemplo: Anti-cancerígenos, anti-inflamatorios, anti-depresivos, inmuno-supresores.Innovaciones.—Evolución dirigida de las enzimas mediante los métodos de ingeniería genética: DNA shuffling y el HTP Screening. Además del uso de fases gaseosas y semi-acuosas para la catálisis enzimática.Ejemplos.Control de Neoplasmas.—La administración intravenosa de L-asparagina para el tratamiento de neoplasmas que afectan células sanguíneas, como el caso de la leucemia linfocítica aguda. El mecanismo para la utilización de esta enzima esta basado en la observación de que ciertas células tumorales presentan un requerimiento nutritivo de L-asparagina exógena. Por consiguiente, la administración de esta enzima disminuirá los niveles sanguíneos de L-asparagina causando una regresión del neoplasma.Síndrome de Gaucher.—Enfermedad hereditaria del metabolismo de los esfingolipidos que causa una acumulación de depósitos grasos en ciertos órganos y en los huesos. En un individuo sano la α-glucocerebrosidasa ayuda a degradar grasas como los glucocerebrósidos. Las células de Gaucher se acumulan en el hígado, el bazo y la médula ósea. Ceredase (agulcerasa) es una modificación de la β-glucocerebrosidasa en las cadenas de oligosacáridos de la enzima. Dicha modificación altera los residuos de azúcar de las cadena de la glicoproteína para que terminen en residuos de manosa que son reconocidos por los receptores de carbohidratos en macrófagos. La fuente enzimática principal es tejido de placenta humana

Tratamientos terapéuticos con enzimas:Las posibilidades de utilización de las enzimas en la medicina y campos relacionados son muy grandes, en la actualidad el número de aplicaciones crece.Puesto que las aplicaciones médicas y farmacéuticas abarcan un amplio espectro de materias, es conveniente dividirlas en tres áreas importantes de interés: terapias enzimáticas, usos analíticos y producción de compuestos farmacéuticos.A diferencia de otros usos industriales de las enzimas, las aplicaciones médicas y farmacéuticas de las mismas, requieren generalmente pequeñas cantidades de enzimas altamente purificadas. En parte, esto refleja el hecho de que para que una enzima sea efectiva, solo debe modificarse el o los compuestos de interés contenidos en un fluido o tejido fisiológico complejo.

Esta forma de terapia, se basa en la administración de una enzima específica a un paciente, para producir una mejoría progresiva en el mismo; el principal problema relacionado con este método, es la respuesta inmunológica del organismo la cual inactiva al compuesto incorporado. Además, si el destino de una enzima o de un producto obtenido por métodos enzimáticos es su administración a un paciente, resulta evidente que el preparado debe contener las menores cantidades posibles de material extraño para evitar efectos secundarios.

Defectos genéticos:Actualmente, alrededor de 150 enfermedades metabólicas se han atribuido a defectos enzimáticos específicos. En varios casos, la alteración se debe a la falta total de la enzima, mientras que en otros, la causa es la sustitución por una isoenzima parcialmente inactiva.En teoría, y una vez conocido el defecto, debería ser posible administrar la enzima ausente al paciente y aliviar o eliminar los síntomas de la alteración.Los intentos para tratar las enfermedades metabólicas hereditarias mediante la administración de enzimas exógenas han sido solo un éxito parcial. El principal problema es que la enzima incorporada al organismo tiende a acumularse en el hígado y el bazo.

Soluciones: Enzimas artificialesEl ejemplo más conocido y actual es la leche en los mamíferos.La LACTASA es una enzima que la mayoría de mamíferos deja de sintetizar una vez acaba la época de lactancia. En nuestro caso, la mayoría de personas tolera sin problema la leche en la edad adulta, al menos en pequeñas dosis. Sin embargo cada vez son más los casos que a partir de cierta edad la leche no sienta bien. Claramente es debido a la disminución de enzima de lactasa en el organismo, y para ello puedes adquirir en tu Farmacia enzimas digestivas que ayuden a digerirla.

3.5. Industria Energética.3.5.1. Bioetanol.

Las plantas crecen gracias al proceso de fotosíntesis, en el que la luz del sol, el dióxido de carbono de la atmósfera, el agua y los nutrientes de la tierra forman moléculas orgánicas complejas como el azúcar, los hidratos de carbono y la celulosa, que se concentra en la parte fibrosa la planta.El alcohol etílico o etanol es un producto químico obtenido a partir de la fermentación de los azúcares que se encuentran en los productos vegetales, tales como cereales, remolacha, caía de azúcar, sorgo o biomasa. Estos azúcares están combinados en forma de sacarosa, almidón, hemicelulosa y celulosa. Las plantas crecen gracias al proceso de fotosíntesis, en el que la luz del sol, el

dióxido de carbono de la atmósfera, el agua y los nutrientes de la tierra

forman moléculas orgánicas complejas como el azúcar, los hidratos de carbono y la celulosa, que se concentra en la parte fibrosa la plantaPROCESO DE OBTENCIÓN:Se utilizan tres familias de productos para su obtención:Biomasa amilácea: cereales, papa, productos que contengan azúcares de almidón.Biomasa azucarada: caña de azúcar, remolacha.Biomasa lignocelulósica:madera, que contengan celulosa y hemicelulosa.De estas se puede obtener: a)Directamente a partir de biomasa azucarada (productos agrícolas ricos en azúcares, tales como la remolacha y la caña de azúcar)b) Mediante hidrólisis convencional (moderada y enzimática) de biomasa amilácea, productos agrícolas ricos en almidón, tales como los cereales y la patata. Mediante el proceso de hidrólisis se consigue aflorar los azúcares, glucosa y/o fructosa, que formarán parte del mosto azucarado.c) Mediante hidrólisis fuerte (ácida o enzimática) de biomasa lignocelulósica, productos agrícolas que contienen celulosa, como son las materias de origen leñoso.

Las dos primeras vías son las más empleadas en la actualidad pues son procesos perfectamente conocidos por las industrias agrarias. Por el contrario, la tercera está aún en fase de desarrollo presentándose, no obstante, como la gran alternativa de producción de bioetanol en el futuro, dado el bajo precio de la biomasa lignocelulósica en relación a la biomasa azucarada y amilácea(almidón).

A diferencia del almidón, cuya función biológica es de almacenamiento de energía fácilmente recuperable, la celulosa posee una función estructural y su principal característica biológica es la resistencia a la degradación. Por ello, la hidrólisis enzimática de material lignocelulósico requiere dosis de enzima decenas de veces mayores que el almidón. Debido a estos elevados consumos, las enzimas para hidrólisis de la celulosa poseen un gran impacto económico en la producción de etanol. FERMENTACION:La fermentación es un proceso por el que, a través de la acción de enzimas, sustancias orgánicas de naturaleza compleja (como la glucosa que contiene el mosto) se convierten en otras más simples (etanol y dióxido de carbono). La reacción de fermentación que tiene lugar es la siguiente:1 molécula GLUCOS = 2 moléculas ETANOL + 2 moléculas DIÓXIDO DE CARBONOLas enzimas que más comúnmente se utilizan en estos procesos son las levaduras y, entre ellas, la saccharomyces cerevisiae, por ser la más eficiente en la fermentación de azúcares de seis carbonos como es el caso de la glucosa (C6H12O6).

El bioetanol así obtenido no puede mezclarse con la gasolina dado que, la presencia de agua en la mezcla provocaría la separación de las dos fases, por lo

que ha de someterse antes de su utilización a una deshidratación específica.

Las nuevas plantas de producción de bioetanol incorporan sistemas de deshidratación avanzados basados en tamices moleculares de zeolitas.

VENTAJAS DEL BIOETANOL:o Puede ser producido a partir de fuentes renovables.o Es un combustible líquido y puede ser manejado tan fácilmente como las

naftas y el diesel.o Alto índice de octanoso Produce menos dióxido de carbono al quemarse que la nafta, pero el impacto

total depende del proceso de destilación y la eficiencia de los cultivos.

o Resulta menos inflamable que los derivados del petróleo.

PRODUCCIÓN DE BIOETANOL:Abengoa Nuevas TecnologíasLa empresa Abengoa Nuevas Tecnologías (anteriormente Greencell), del grupo Abengoa Bioenergía, es una de las mayores empresas involucradas en la producción de bioetanol tanto en EEUU como en la UE.

PROVEEDORES DE ENZIMAS:Enzyme Development Corporation:Compañía fundad en 1953, tiene su sede en Nueva York, fabrica y suministra productos de enzimas. Sus productos incluyen enzimas ,celulasas, lipasas,esterasas, pectinasas, xilanasas, amilasas, la bromelina, celulasa, lactasa, la papaína, la proteasa, y los ensayos de xilanasa. Sus productos se utilizan en diversas aplicaciones, incluyendo alimentación, panadería, bebidas, lácteos, etanol, sabor, jugo, nutracéuticos, alimentos para animales domésticos, ablandador, textil y otras aplicaciones.

VENTAJAS DE BIOCOMBUSTIBLES:Si hablamos de preservar el futuro del planeta, los biocombustibles pueden ser la solución ante la contaminación y las emisiones de gases contaminantes provocadas por los combustibles fósiles pues son fuentes de energía renovable, obtenidas a partir de la combustión de numerosas materias primas de origen vegetal y animal.Además estas disminuyen el consumo y dependencia de combustibles fósiles. Que además de ser altamente contaminantes y tóxicos, son recursos renovables. Además, como los biocombustibles se producen a partir de productos de cultivo local y generan más puestos de trabajo en el campo, también impactan benéficamente en la economía de determinada región o país.

El bioetanol, producido a partir de la fermentación de la caña de azúcar y del maíz; el biodiésel, que proviene de grasas y aceites animales o vegetales; y el biogás, obtenido por la fermentación de materias orgánicas diversas, son los principales productos de la lista de biocombustibles producidos en todo el mundo, que se perfilan como la gran alternativa para la generación energética del futuro.

4. Conclusiones. Las enzimas son complejas proteínas que catalizan las reacciones para obtener

mayor rendimiento en el proceso, reducir costos y maximizar ganancias. Las enzimas causan un menor impacto ambiental porque reducen las emisiones de

gases del efecto invernadero, ya que los biocombustibles son fuentes de energía renovable obtenidas a partir de la combustión de materia prima de origen vegetal y animal. Además estas disminuyen el consumo y dependencia de combustibles fósiles. Que además de ser altamente contaminantes y tóxicos, son recursos no renovables.

Son de fácil obtención debido a las diversas fuentes de origen tales como vegetales, animales, microbio, etc.

La tecnología enzimática tiene múltiples aplicaciones, como fabricación de alimentos, los progresos que están realizando actualmente la ingeniería genética y la biotecnología permiten augurar el desarrollo cada vez mayor del uso de las enzimas.

Los intentos para tratar las enfermedades metabólicas hereditarias mediante la administración de enzimas exógenas han sido solo un éxito parcial, el principal problema es que la enzima incorporada al organismo tiende a acumularse en el hígado y en el bazo.

5. Bibliografía. http://www.abengoabioenergy.com/web/es/nuevas_tecnologias/tecnologias/

ruta_bioquimica/enzimas/ http://www.miliarium.com/Bibliografia/Monografias/Biocombustibles/

Bioetanol.asp http://www.rac.es/ficheros/doc/00552.pdf http://www.profeco.gob.mx/revista/pdf/est_03/deterpol.pdf http://www.acmor.org.mx/cuam/2008/211jeans.pdf http://www.fagro.edu.uy/~bioquimica/docencia/guias/Tema__3_Enzimas.pdf http://tuylaquimica.files.wordpress.com/2011/03/enzimas.pdf http://es.scribd.com/doc/125198774/Enzimas-en-la-elaboracion-de-cerveza-pdf http://www.alibio.com.ar/alibio/bioetanol.htm