Clase 6 Enzimas

ENZIMAS BIOQUÍMICA I Escuela Profesional de Ingeniería Agroindustrial - UNFV Ing. Guillermo Chumbe Gutiérrez

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.

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La vida depende de la existencia catalizadores poderosos y específicos

de

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.

Características de las Enzimas 

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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 Enzimas 

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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. coenzima

Características de las Enzimas 

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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.

La Reacción Enzimática Ke

A⇔B S ⇔ P S+E ⇔ P+E

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

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.

La Reacción Enzimática 1.- El enzima 2.- Unión al 3.- Formación y su sustrato centro activo 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 Enzimática

(a) Enzimas: el sitio activo

unión del sustrato a la enzima

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.

Reacción 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

               Sin enzima                                            Con enzima

                  Curso de la reacción

Reacción con y sin enzima

Clasificación de las enzimas

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

Inhibición de la actividad enzimática. 

Reversible:  Competitiva  No



competitiva

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

Inhibición de la actividad enzimática.  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 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 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) 

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

Retroinhibición 

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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.

Retroinhibición

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.

X

X Fácil manejo Alto rendimiento

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, Degradan polímeros pectinasas naturales como proteínas, almidones o pectina Enzimas extracelulares Poco específicas Fácil extracción

Jokichi Takamine 1894 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 aplicaciones Enzima

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

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

Proteasa

Aplicaciones en la Agroindustria

Enzimas en la Agroindustria  

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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 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. 

Industrias Lácteas Fabricación del Queso 

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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 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. 

Industrias Lácteas 

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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  

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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 

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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