ENZIMAS

INDICE
Introducción
Usos de las enzimas. Generalidades
Características de las enzimas industriales
Tipos y fuentes de obtención de enzimas
Usos industriales
Detergentes
Lácteos
Fermentación alcohólica
Textiles
Esquemas de otros procesos importantes
1. Producción de la glucosa y jarabes de fructosa partiendo del almidón
2. Manufacturación de la cerveza
3. Manufacturación del pan
Otos empleos de enzimas
1. Restauración de papel
2. Análisis clínicos
3. Productos médicos y farmacéuticos
4. Energía
Bibliografía y documentación
INTRODUCCIÓN
Los organismos vivos se constituyen de una enorme cantidad de moléculas complejas que participan en procesos cuidadosamente controlados, que van desde la transmisión del impulso nervioso, la digestión de un alimento o la coagulación sanguínea. Estos procesos consisten en series de reacciones químicas altamente ordenadas, ejecutadas a velocidades vertiginosas. El motor de estas reacciones (la vida misma) es un grupo de "micromáquinas" llamadas enzimas.
Las enzimas, sintetizadas por células activas, son un grupo especial de proteínas que controlan miles de transformaciones bioquímicas en el mundo vivo. Se dice que la especialización de órganos y sistemas en microbios, animales y plantas está íntimamente ligada a lo más exquisito de las enzimas, su especificidad. Esta característica se refiere a la capacidad que tienen de interactuar en forma íntima con una molécula determinada y generar el producto deseado.
Trabajos relevantes de investigación han ayudado a conocer los secretos de las enzimas ligados a su estructura y función. Actualmente, como consecuencia del progreso en la investigación y desarrollo biotecnológico, se ha logrado un mayor entendimiento del papel que juegan las enzimas en múltiples procesos industriales, ya sea en forma libre, inmovilizada o cristalizada, confirmando ampliamente lo fino y exquisito de las propiedades catalíticas asociadas a estas "micromáquinas".
El empleo de enzimas en la industria no es nuevo: ha estado implicado en muchos procesos tradicionales relativamente poco conocidos. Estos procesos se caracterizaban por velocidades bajas.
La Biotecnología debe superar los problemas económicos que conlleva su desarrollo aprovechando las ventajas que presente cada proceso en particular.
Los problemas que presenta el uso de la Biotecnología son:
bajas concentraciones de los productos formados
inestabilidad de éstos
mezclas complejas que se producen (sustratos no empleados + productos de reacciones secundarias).
Las ventajas que presenta la biotecnología son:
propiedades nutritivas y organolépticas de la cerveza, queso y pan
tratamiento de aguas residuales
alto valor en bajo volumen de los antibióticos
En las últimas décadas el conocimiento adquirido respecto a la capacidad catalítica de las enzimas ha permitido la aparición de nuevos productos y procesos desarrollados basándose en estos conocimientos.
Las enzimas se emplean frecuentemente para:
mejorar los procesos
mejorar las propiedades físicas de un material con el fin de poder procesarlo más fácilmente
mejorar el producto (cambios de color, aroma, textura...)
Los productos obtenidos a partir de enzimas deben tener ventajas frente a los que no son elaborados a partir de ellas, por ello deben cumplir los siguientes requisitos:
su calidad debe ser superior a la del producto tradicional
su rango de aplicación debe ser mayor (mayor utilidad)
debe tener menor precio respecto al producto tradicional
mediante las enzimas se puedan obtener productos imposibles de obtener empleando otro método o que se puedan obtener productos escasos
Los productos obtenidos a partir de enzimas pueden dividirse en tres grupos:
que los productos obtenidos mediante enzimas sean iguales a los obtenidos en otro procedimiento
que sean parecidos a los obtenidos empleando otro método
que el producto no estuviese disponible hasta que fue posible su producción mediante enzimas
Para ser útiles comercialmente, las enzimas no deben ocupar una posición centrada durante el proceso, deben producir el compuesto de interés.
USO DE LAS ENZIMAS. GENERALIDADES
Las enzimas más utilizadas son la -amilasa, la glucoamilasa, la glucosa isomerasa y varias proteasas. Solamente se emplean unas 20 enzimas en cantidades apreciables. De ellas, algunas tienen el suficiente interés industrial como para ser comercializadas en los mercados de materias primas.
Estructura de la Glucosa isomerasa
Existe una gran variedad de enzimas disponibles que difieren en la fuente biológica, actividad, pureza... Tan amplia es la variedad de enzimas disponibles, que algunas preparaciones comerciales se asocian con aplicaciones industriales concretas, llegándose incluso a realizar preparaciones a medida para diferentes aplicaciones. Como ejemplos:
-una -amilasa de A. oryzae libre de proteasa regula los niveles diastásicos de la harina,
-una mezcla de proteasas bacterianas y -amilasa se emplea en la producción de “crackers”,
-una preparación de -amilasa diseñada, se emplea para regular los niveles diastásicos del pan y otros productos y para mejorar la elasticidad del gluten en la harina,
-y muchos más usos en la industria de la cerveza, detergentes, farmacéutica, procesado del almidón, papel, textil, cuero, vino, zumos de frutas…
También pueden obtenerse enzimas inmovilizados, como la glucosa isomerasa. Otras enzimas industriales importantes son tripsina, ureasa, riobonucleasa, peroxidasa, papaína y otras proteasas, amilasa, asparraginasa, alcohol deshidrogenasa, fosfatasa alcalina y glucosa oxidasa.
Al menos el 75% de las enzimas empleadas en los procesos industriales se emplea para realizar la hidrólisis de sustancias naturales (despolimerización). Las proteasas son el tipo más empleado de enzimas en la industria, representan el 40% del total y se emplean en la industria láctea (como coagulantes) y en los detergentes. Las carbohidrasas son el siguiente tipo de enzima más empleado; se usan destilaciones, obtención de la cerveza... En el gráfico 1 se muestra la distribución de la venta de enzimas (1994). Actualmente hay 12 sectores que se incluyen en el gráfico como “Otros”, estos sectores son: alcohol, alimentación, levaduras, transformaciones bioquímicas, diagnóstico, aceites y grasas, harinas, frutas y vinos, cuero, proteínas (usos distintos a la coagulación de la leche, empleo en harinas y detergentes), pasta de papel y papel, y basuras.
El crecimiento de los distintos sectores hace estimar que estos datos varíen, y estudios realizados llevan a la conclusión de que en el año 2005, los porcentajes de enzimas empleadas en la actualidad varíen como se indica en el gráfico 2
Las enzimas disponibles comercialmente se dividen en tres grupos según su disponibilidad, precio y pureza:
TIPO
DISPONIBILIDAD
PRECIO
PUREZA
Empleadas a gran escala
Elevada
Bajo
Relativamente baja
Ampliamente empleadas
Pequeña
Alto
Alta
Especializados
Muy limitada
Muy alto
Variable
Se deben tener en cuenta una serie de consideraciones a la hora de seleccionar las enzimas adecuadas para un proceso determinado:
Especificidad
Consideraciones del pH
Consideraciones térmicas
Activadores e inhibidores
Métodos de análisis
Disponibilidad
Soportes técnicos
Costos
CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS INDUSTRIALES
Las enzimas se caracterizan en función de su actividad más que por su peso molecular. La estabilidad de las preparaciones enzimáticas durante su almacenamiento es muy importante. Las enzimas empleadas en la industria rara vez son cristalinas, químicamente puros o solamente proteínas. Las posibles impurezas que presenten no deben interferir en la actividad enzimática, a pesar de que en ocasiones pueden catalizar la formación de subproductos o pueden ser tóxicos. Se debe conocer si poseen actividad alergénica. Las moléculas más comunes que contaminan a la enzima son las propias enzimas inactivas.
Para que una enzima sea útil industrialmente debe ser barata en comparación al precio del proceso global y debe ser activa en las condiciones en que se realiza el proceso sin la enzima. Si esto no ocurriese, sería más conveniente emplear otra enzima que sea activa en dichas condiciones a variar las condiciones en las que efectuamos el proceso. La enzima debe ser estable (muchas enzimas empleadas en procesos industriales operan a temperaturas que rondan los 50º C), debe estar disponibles en cantidades relativamente elevadas y debe ser segura. Debe intentar emplearse una enzima que ya se emplee en la industria a intentar emplear una, ya que es muy tedioso obtener la aprobación de los organismos competentes. Una enzima puede emplearse en más de un proceso; así las -amilasas se emplean en la elaboración del pan y de la cerveza; las proteasas en cervecería, panadería, lechería y en el ablandamiento de la carne.
El empleo de enzimas es ventajoso porque actúan en condiciones de pH, temperatura, presión... que son compatibles con el mantenimiento de la estructura y otras propiedades del producto; además minimiza los requerimientos energéticos del proceso. Las variaciones de las condiciones podrían hacer perder las propiedades deseadas del producto que se pretende obtener.
TIPOS Y FUENTES DE OBTENCIÓN DE ENZIMAS
Enzimas microbianas: Las enzimas producidas por la fermentación de microorganismos representan aproximadamente el 90% de todas las enzimas producidas para los procesos industriales.
Enzimas vegetales: La mayoría de las enzimas vegetales se encuentran disponibles en forma de polvo sin una purificación muy elevada, si bien las papaínas y bromelaínas están disponibles en estado purificado. También se encuentran disponibles líquidos de papaína de baja actividad. El aumento de la disponibilidad de las enzimas vegetales depende de diversos factores.
Enzimas animales: Aquí se incluyen lipasas pancreáticas y proteasas, pepsinas, estereasas pregástricas y rennets. Son producidas ultrapuras en cantidades industriales.
Las células microbianas son la fuente usual de enzimas para uso industrial para algunas de las enzimas provenientes de animales y plantas utilizadas tradicionalmente como las proteasas de la papaína, ficina y bromelaína, que se utilizan para el ablandamiento de la carne, y la quimosina, empleada en la manufactura del queso. La inmensa mayoría de las enzimas microbianos se producen a partir de aproximadamente 25 organismos, incluyendo una docena de hongos, pero se ha calculado que sólo aproximadamente el 2% de los microorganismos existentes en el mundo han sido estudiado como fuente de enzimas.
Las enzimas microbianos son más útiles que los derivados de las plantas o animales por la gran variedad de actividades catalíticas de que disponen, y porque usualmente pueden obtenerse en cantidades abundantes, baratas, de forma regular y de calidad uniforme. Además las enzimas microbianas son generalmente más estables que sus homólogos animales y vegetales, y su proceso de producción es más fácil y seguro. La manipulación genética y ambiental para incrementar el rendimiento o la actividad enzimática de las células puede llevarse a cabo fácilmente utilizando células microbianas debido a su corto periodo de regeneración, a sus relativamente simples exigencias nutritivas y a que los procedimientos de screening para las características deseadas son más fáciles.
FUENTE
NOMBRE
DISPONIBILIDAD COMERCIAL
PRODUCCIÓN (toneladas/año)
1900
1950
1976
Animal
Cuajo
'
2
Tripsina
'
15
Pepsina
'
5
Vegetal
Amilasa malteada
'
10000
Papaína
'
100
Microbiano
Koji
'
-
Proteasa de bacilo
'
500
Amiloglucosidasa
'
300
-Amilasa de bacilos
'
300
Glucosa isomerasa
'
100
Cuajo microbiano
'
10
-Amilasa fúngica
'
10
Pectinasa
'
10
Proteasa fúngica
'
10
USOS INDUSTRIALES
DETERGENTES
PREPARACIÓN DE ENZIMAS: Las enzimas empleadas en detergentes se encuentran disponibles en forma líquida y granular. En 1969-70, los trabajadores de las fábricas de detergentes mostraban reacciones alérgicas hacia las enzimas presentadas en forma granular. Hoy en día se ha logrado erradicar las reacciones alérgicas y en el mercado se hallan detergentes en forma de polvo. Para mejorar las propiedades de los preparados, se añaden sales inorgánicas y fibras de celulosa (entre otras sustancias). Hay partes de las enzimas recubiertas por una capa de cera para reducir el riesgo de que la enzima sufra abrasión. Esta capa también contiene pigmentos para la coloración.
Los preparados líquidos de las enzimas están diseñados para los detergentes líquidos acuosos, que contienen a las enzimas en disolventes basados en propilenglicol y agua. A veces se añaden otros estabilizadores, los cuales difieren según las enzimas empleadas.
PROTEASAS: Todos los detergentes proteolíticos que se hallan en el mercado son serinas proteolíticas. Algunas son altamente alcalinas (su mayor actividad se presenta en pH alto), otras son moderadamente alcalinas. Todas tienen pesos moleculares que rondan los valores 20000-30000 y comúnmente la posición de la serina activa es la posición 221.
Las proteasas para detergentes deben trabajar a elevados valores de pH y de temperatura. Por ello es de vital importancia conocer su actividad y su estabilidad en función de la temperatura y del pH.
Muchas investigaciones intentan explicar el funcionamiento de las proteasas durante el lavado. En la actualidad no está totalmente claro porqué las proteasas con una estructura similar (como todas las serinas proteasas) pueden actuar de maneras muy dispares. Otros conceptos muy a tener en cuenta son la especificidad, pI en relación con el pH, la proporción adsorción/expulsión de la suciedad...
El método más común para la determinación de la eficacia de las proteasas se basa en la degradación de todas las sustancias solubles. Esto contrasta con el sistema heterogéneo en el que las proteasas deben trabajar durante el proceso de lavado, donde al menos una parte de las diferentes sustancias usadas como sustratos deben ser insolubles.
El valor del pH en el que mejor trabajan las proteasas es cuando éste se aproxima a su pI.
Estructura de la Alcalasa:
Cadena: E (274 residuos) - [9 hélices, 9 ramas] Cadena: I (63 residuos) - [2 hélices, 2 ramas]
1 Na ión 2 Ca iones
LIPASAS: Una lipasa es una enzima que descompone grasas en sustancias más hidrofílicas, que son más fáciles de eliminar que las manchas similares no hidrolizadas. La primera lipasa para detergentes fue introducida en el mercado en 1988. Las grasas animales o vegetales están constituidas en su mayoría por triglicéridos. La estructura de que presentan los triglicéridos es:
Las lipasas hidrolizan los triglicéridos generando una mezcla de tres ácidos grasos, diglicéridos, monoglicéridos y glicerol que se pueden eliminar más fácilmente que los triglicéridos en condiciones de alcalinidad.
Paralelamente a lo que ocurre con las serinas proteasas microbianas (y pancreáticas) las lipasas contienen una tríada catalítica.
Vista en 3D de la conformación de la tríada catalítica His-Asp-Ser en la serina proteasa -quimotripsina. Las líneas discontínuas representan enlaces de hidrógeno.
Una importante cualidad de la Lipolasa® es que la serina activa está completamente cubierta por una “tapadera” que debe estar completamente abierta para acceder al sustrato. Cuando esta lipasa se encuentra en un medio apolar, la tapadera se encuentra cerrada. Esto provoca que la enzima esté protegida y solamente pueda llegar a actuar en medios acuosos. La Lipolasa es activa en todos los rangos de pH y de temperatura en que actúan los detergentes.
Se ha demostrado que con las lipasas que se encuentran actualmente en el mercado se necesita más de un lavado para eliminar toda la grasa. Esto se debe a que las lipasas sólo son activas durante un período del lavado.
Estructura de la lipasa 32000:
Proteina: 269 residuos - [11 hélices, 10 ramas]
AMILASAS: Las amilasas se emplean en los detergentes para eliminar las manchas que contienen almidón. Las amilasas provocan la coagulación del almidón al hidrolizarlo. Se adhieren a las superficies textiles y actúan como pegamento para los compuestos de almidón.
Las amilasas empleadas en los detergentes son la -amilasas. Hidrolizan los enlaces -1, 4 glucosídicos. La coagulación del almidón se da con mayor velocidad en dextrinas y oligosacáridos solubles. El rango de pH es en que poseen mayor actividad es en la proximidad a la neutralidad.
La determinación de la velocidad de la reacción se puede realizar en función de la digestión del p-nitrofenil- D-maltoheptaosida (pNP-G7). Este sustrato se degrada a pNP-G3 y pNP-G4. El pNP-G3 es degradado por exceso de -glucosida a glucosa y p-nitrofenol amarillo.
Estructura de una -amilasa empleada en detergentes
Proteína: 481 residuos - [13 hélices, 21 ramas]
1 Na ión 3 Ca iones
CELULASAS: Las celulasas son glucosidasas capaces de catalizar la hidrólisis de los enlaces -1, 4 glicosídicos de la celulosa. Las exocelulas hidrolizan principalmente por el final del polímero de celulosa, mientras que las endocelulasas lo hacen en cualquier parte de la cadena. Los últimos productos formados por la acción de celulasas son cadenas cortas de oligosacáridos consistentes en dos-cinco moléculas de glucosa unidas. Como en los casos anteriores, se deben elegir entre celulasas alcalinas o neutras para su empleo en detergentes.
En los años ochenta se introdujeron dos celulasas en los detergentes. Existe un amplio catálogo, tanto de endo como de exocelulasas. El pH óptimo para estas enzimas ronda la neutralidad. Sus pesos moleculares varían entre 25000 y 70000.
La actividad de las celulasas está determinada por varios patrones, y diferentes celulasas tienen comportamientos muy diferentes en función de los sustratos empleados.
Formación de azúcar reducido. Cada enlace glucosídico que se hidroliza al final se libera en la forma hemiacetálica. La cantidad de azúcar reducido puede detectarse por el color de la reacción con ferricianuro, por ejemplo. El sustrato debe ser insoluble en celulosa, carboximetil celulosa (CMC) o cualquier material que contenga celulosa.
Reducción de la viscosidad. Una solución de CMC es viscosa, y la acción de una endocelulasa reduce esta viscosidad por la formación de polímeros más cortos de CMC. La reducción de la viscosidad corresponde a la actividad de las celulasas.
Coloración de sustratos insolubles. Las cadenas covalentes coloreadas de la celulosa pueden solubilizarse cuando se liberan pequeños fragmentos de polímero de celulosa. El color que permanece en la solución después de una filtración indica la actividad de la celulasa.
Reactivantes del color. Algunos sustratos producen cromóforos en la acción de la celulasa.
Las celulasas se emplean en los detergentes para una mejor conservación de las fibras textiles. Incluso pueden eliminar partes de tejidos dañados. Los efectos visibles de que generan las celulasas son:
Brillo en los colores
Aumento de la suavidad
Mejora la eliminación de partículas de suciedad
A pesar de todo esto, hay que tener en cuenta que las celulasas dañar los tejidos, aunque lo hacen de manera tan suave que compensa su empleo: producen más beneficios que incomodidades.
Estructura de una endocelulasa
Proteína: 402 residuos - [12 hélices, 18 ramas]
Ligando: NAG
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
El almidón proveniente de maíz, patatas, cebada, mandioca y otras fuentes debe someterse a un tratamiento previo con hidrolasas para producir su licuación y sacarificación. Antes de hacerlo fermentar mediante levaduras u otros organismos para obtener el alcohol utilizable o no para la fabricación de bebidas. Estas enzimas son y amilasas y glucosidasas, que pueden añadirse en forma de malta (cebada germinada), aunque este proceso es caro. La malta no solo contiene y amilasas sino también enzimas que degradan los enlaces -1-6-de las dextrinas límite. Recientemente se han añadido enzimas bacterianas para suplir las enzimas endógenos asociadas al almidón. Por ejemplo en los procesos discontínuos americanos para la fabricación de alcohol para bebidas, la adición de -amilasa bacteriena durante la cocción para hidrolizar parcialmente el almidón gelatinizado presenta una ventaja, puesto que reduce la viscosidad de la mezcla facilitando su agitación y mezclado. Posteriormente, la mezcla se enfría y después se le añade -amilasa bacteriana para continuar la hidrólisis, que se complta mediante la adición de amiloglucosidasa, estable a las temperaturas más bajas de 55 a 60ºC utilizadas. Después se inoculan en la mezcla levaduras, de forma que continúe la sacarificación y fermentación simultáneamente hasta el agotamiento de la dextrosa, y se destila el alcohol. En contraposición, en los procesos discontínuos alemanes la -amilasa no se añade hasta el mezclado, que se lleva a cabo en dos etapas: licuación a alta temperatura mediante -amilasa bacteriana (80ºC) seguida de una licuación a menor temperatura (55-60ºC), empleando alpha-amilasa fúngica. Después se añaden amiloglucosidasa y levaduras para completar la conveión del almidón en etanol.
La producción industrial de alcohol industrial, destinado a usarse como combustible en motores de combustión interna se ha incrementado rápidamente en los últimos años, particularmente en Brasil, que lo obtiene de la fermentación de la caña de azúcar o mandioca.
LÁCTEOS
El queso es uno de los derivados lácteos más conocidos y sencillos de preparar, posiblemente su fabricación se produjo por algún accidente, seguramente cuando los nómadas árabes viajaban los días calurosos con leche en sus bolsas de piel. Estas bolsas, fabricadas con los estómagos de los animales, tendrían enzimas que actuaron sobre la leche provocando su coagulación y dando lugar al queso. Sin embargo, no fue hasta 1874 cuando se estableció un método “mecánico” para producir queso.
Algunas variedades de queso se caracterizan por sabores distintivos producidos por la presencia de lipasas, que se encuentran de manera natural en la leche.
ENZIMAS NATURALES DE LA LECHE:
La mayor parte de las enzimas de la leche son hidrolasas, deshidrogenasas y oxigenasas.
GRUPOS
SUB-GRUPOS
ENZIMAS
Hidrolasas
Lipasas
Fosfatasa
Estereasas
Oleinasa
Butirinasa
Salolasa
Proteasas
Peptidasa
Galactasa
Glucidasas
Lactasa
Amilasa
Aldolasa
Deshidrogenasas
Xantín oxidasa
Oxigenasas
Peroxidasa
Catalasa
LIPASAS: Actúan hidrolizando las grasas a nivel de los enlaces ésteres. Se liberan ácidos grasos y glicéridos parciales (mono o di) o en último término de glicerol.
Algunas lipasas pueden hidrolizar diferentes ésteres, mientras que otras son de actuación muy específica.
La acción hidrolítica de las lipasas se emplea para la fabricación de determinados productos (queso azul, chocolates, galletas) en los que los ácidos de cadena corta contribuyen al equilibrio de los componentes del sabor. Generalmente dan muchos problemas en tecnología lechera.
En la leche fresca recién ordeñada, las lipasas no actúan porque no tienen acceso a la materia grasa. De forma gradual van perdiendo su actividad, posiblemente por oxidación, inactivándose por completo en tres horas si la leche se conserva después del ordeño a 37ºC y en 48 horas a una temperatura alrededor de 0ºC.
La acción lipolítica se desencadena por tratamientos como la agitación y la homogeneización en los que la materia grasa se libera por ruptura de la membrana globular.
La refrigeración lenta de la leche favorece la lipólisis. Esto ocurre porque los triglicéridos más sólidos, situados en la superficie de los glóbulos grasos cristalizan, con lo que los triglicéridos más líquidos y más vulnerables se desplazan hacia la periferia. Si la leche se calienta a 30ºC y a continuación se enfría lentamente, este fenómeno se acentúa. El calentamiento de la leche hasta la temperatura de fusión de la materia grasa seguido de un enfriamiento rápido, impide que los glicéridos se orienten de la forma descrita.
Las lipasas se destruyen fácilmente con los tratamientos de pasteurización, e incluso con los de termización. Son también sensibles a agentes oxidantes como los rayos UV, el obre o el peróxido de hidrógeno y son atacadas por enzimas proteolíticas como la tripsina o la pepsina. El pH óptimo de las lipasas es 8.5 y su actividad disminuye con el descenso del pH.
SALOLASA: La salolasa es una enzima capaz de hidrolizar fenil salicilato. La importancia de esta enzima no se conoce, podría emplearse como indicador del tratamiento térmico de la leche.
FOSFATASAS: Las fosfatasas son enzimas que catalizan la hidrólisis de los ésteres glicerofosfóricos. En la leche hay dos fosfatasas; una alcalina (pH 9-10) y otra ácida (pH 4), la más importante es la alcalina. Esta enzima es una glicoproteína que se encuentra en pequeña cantidad en la leche de principio de lactación, pero cuya concentración va aumentando y al final de la lactación se encuentra en la leche en una cantidad considerable.
Se inactiva a temperaturas de pasteurización. Esta cualidad le convierte en el indicador para comprobar si el tratamiento de la leche ha sido el adecuado. Para esta prueba se emplea como sustrato el fenilfosfato disódico, que libera fenol fácilmente medible. En este método hay que considerar la posible producción de fosfatasa de origen bacteriano, el fenómeno de reactivación, la fosfatasa residual y la presencia de compuestos que pueden reaccionar como el fenol.
PROTEASAS: Las proteasas (antes llamadas galactasas) hidrolizan las proteínas en péptidos más simples o en último término, en aminoácidos. La lisozima, cuya presencia se ha advertido en la leche, es una mucopeptidasa que puede clasificarse como una enzima proteolítica.
Se ha comprobado que la leche contiene una pequeña cantidad de proteasa nativa. Su actividad es máxima a pH 8 y a 37ºC, es muy termoestable, no destruyéndose en los procesos de UHT y requiriendo una temperatura de 142ºC durante 16 segundos para su inactivación. Preferentemente hidroliza las caseínas y .
Aunque se encuentra en pequeña cantidad de forma natural, la actividad que realiza contribuye a la disociación de las micelas de caseína y puede explicar en algunas dificultades que se presentan en la fabricación de quesos, principalmente en la coagulación de la leche por el cuajo.
Las proteasas secretadas por los microorganismos, sobretodo los psicrótofos (pseudomonas) tienen más importancia que las propias de la leche. Aunque estos microorganismos se destruyen en los procesos de termización, las protesas resisten y son la causa de muchos problemas presentes en la industria láctea.
LACTASA: La lactasa es una enzima que hidroliza la lactosa en glucosa y galactosa. Generalmente se encuentra en el aparato digestivo de los consumidores de leche y sería deficitaria en personas consideradas alérgicas a la lactosa. Algunos microorganismos la producen, pero su presencia en la leche no está definitivamente establecida.
AMILASA: La leche contiene amilasas capaces de hidrolizar el almidón en dextrina. Se distinguen una -amilasa (licuefaciente) y una -amilasa (sacarificante). Como probablemente son de origen sanguíneo, su cantidad en la leche depende del estado patológico de la vaca.
Las amilasas se inactivan a 65ºC durante 30 minutos, por lo que se ha propuesto su empleo como indicadores del tratamiento térmico.
ALDOLASA: La aldolasa es una enzima que interviene en el metabolismo de los carbohidratos. Hidroliza la frutosa difosfato en cetonas y aldehídos. Su presencia en la leche no causa problemas aparentes.
XANTÍN OXIDASA: La xantín oxidasa (enzima de Schardinger) es una deshidrogenasa o reductasa que se pone en evidencia por la decoloración del azul de metileno en presencia de formol. En la reacción el aldehído se oxida a ácido fórmico y el azul de metileno se reduce.
Es una metalo-proteína que contiene hierro y molidbeno. Como la fosfatasa alcalina, está asociada a la grasa de la leche. Sin embargo, es más resistente al calor. Su inactivación se produce a 75ºC durante 20 minutos y su pH óptimo es de 6-9.
PEROXIDASA: Es una ferro-enzima que cataliza la oxidación de una serie de sustancias aromáticas (fenoles, aminas aromáticas, ácidos aromáticos) y sus compuestos (nitritos). Se encuentra en la leche en cantidades apreciables y sy pH óptimo de actuación es 6.8. Su detección es la base de la prueba de Storch para identificar las leches que han sido sometidas a un calentamiento superior a los 80ºC y también puede servir para comprobar la presencia de peróxido de hidrógeno en la leche.
CATALASA: La catalasa es una enzima que descompone el peróxido de hidrógeno en oxígeno molecular y agua. La leche normal contiene muy poca cantidad de esta enzima. Como su contenido está unido a la presencia de leucocitos y células epiteliales en la leche, su cuantificación se ha propuesto como un método para identificar las leches mamíticas y calostrales.
Hay microorganismos que producen catalasa en diversas cantidades, pero la utilización del test de la catalasa para valorar la cantidad de microbiológica de la leche no es muy adecuada porque las bacterias lácticas no producen esta enzima. Este test resulta más útil para aplicaciones específicas que para el recuento total de la flora bacteriana.
QUESO
El queso es el resultado de la concentración selectiva de la leche, el agua se elimina en distinta proporción según la variedad arrastrando con ella una parte de elementos solubles y de las proteínas no coaguladas de la leche.
El agua que se queda retenida en el queso desempeña un papel muy importante: es esencial para el desarrollo de fermentaciones y de los microorganismos; además de influir directamente en otras propiedades del producto final. La lactosa es el sustrato para la formación del ácido, y por lo tanto interviene en la coagulación de la leche, el desuerado, y la textura de la cuajada, y también en el crecimiento de microorganismos. La caseína coagulada constituye la base de la pasta quesera y en su degradación se originan diversos compuestos aromáticos. Las proteínas del suero que quedan incluidas en la cuajada tienen mucha importancia y contribuyen al valor nutritivo del queso. Los minerales participan sobre el desuerado y la textura del queso.
ETAPAS BÁSICAS EN LA ELABORACIÓN DEL QUESO:
El primer paso en la fabricación del queso es la coagulación de la leche (cuajado). Este fenómeno se produce por la desestabilización de la solución coloidal de la caseína que origina la aglomeración de las micelas libres y la formación de un gel en el que quedan atrapados el resto de los componentes.
La segunda etapa consiste en la deshidratación más o menos intensa de este coágulo para obtener una pasta de consistencia variable: es el desuerado o sinéresis. Al mismo tiempo que el agua, se elimina una parte de las sustancias que se encuentran todavía en suspensión, es decir, de los elementos del lactosuero. La materia grasa permanece en su mayor parte adherida y retenida en la cuajada de la caseína.
La tercera etapa se da en la mayoría de las variedades de queso. En la maduración, la acción de microorganismos y enzimas producen las modificaciones que dan lugar a las variedades de queso.
Todas estas etapas poseen alguna variante en la que no se emplean enzimas, por lo que no serán comentadas al carecer de interés para el tema a estudiar.
1.COAGULACIÓN ENZIMÁTICA: En la industria quesera el método más empleado es la coagulación enzimática de la leche. Consiste en añadir a la leche un enzima que tiene la propiedad de coagular el complejo caseína. En esta reacción el fosfonato cálcico que se encuentra en forma soluble en la leche, se transforma por la acción de una enzima coagulante en fosfoparacaseinato de calcio insoluble.
El calcio y el fósforo desempeñan un papel fundamental en el mecanismo de coagulación y forman parte del gel de caseína, lo que confiere al coágulo unas propiedades especiales: es compacto, flexible, elástico, impermeable y contráctil. Estas características tienen una gran influencia en le desuerado y endurecimiento de la cuajada porque le permiten soportar las intervenciones mecánicas durante el proceso de la fabricación.
CUAJO: El cuajo natural, llamado renina, es una enzima proteolítica segregada por la mucosa gástrica del cuarto estómago (cuajar) de los terneros, cabritos y corderos antes del destete. Esta secreción se produce en forma de un precursor inactivo, la pro-renina, que en medio neutro no tiene actividad enzimática pero que en medio ácido se transforma rápidamente en renina activa. El cuajo contiene dos enzimas: la quimiosina, que es el componente principal y la pepsina. Después del destete, disminuye la producción de quimiosina y la pepsina pasa a ser el componente mayoritario.
El cuajo se extrae de los cuajares manteniéndolos a remojo en salmuera. Para el uso comercial, se preparan soluciones purificadas de fuerza estandarizada en las que se ajusta el pH, la sal y el color y a las que se añade agentes conservantes.
La actividad proteolítica del cuajo se ejerce sobre la caseína, principalmente, y otras proteínas. Por lo tanto realiza dos acciones fundamentales. La primera acción es la de provocar la desestabilización de las micelas de caseína rompiendo las caseína k en un punto determinado de su molécula: el enlace peptídico entre el aminoácido fenilalanina y su vecino, que es una metionina. Generalmente la fuerza del cuajo se mide por la eficacia al romper este enlace, acción que produce la coagulación de la leche. En la caseína k hay unos 164 enlaces peptídicos que pueden ser atacados, además de los que hay en las otras fracciones de las micelas.
El segundo papel del cuajo es el de hidrolizar estos enlaces siguiendo un orden específico que es característico de la enzima empleada. Esta acción secundaria sobre las proteínas comienza lentamente después de la coagulación y continúa durante la maduración del queso. Esta acción, junto con la de las proteasas nativas de la leche, las proteasas de la flora original y las del fermento, contribuye al desarrollo de algunas de las características de textura y sabor del queso.
2.DESUERADO DE LA CUAJADA: La distinta naturaleza de la cuajada obtenida enzimáticamente influye sobre el proceso de desuerado. Durante la coagulación, las micelas de caseína conservan su estructura y la cuajada retiene la mayor parte del calcio y del fósforo, que son algunos de los elementos que dan rigidez, cohesión e impermeabilidad. Por la acción del cuajo se forman nuevos enlaces y muchas micelas se unen entre sí para formar grandes redes. Las mallas formadas, como un tejido esponjoso, retienen mecánicamente una buena parte del agua. Como resultado de la interacción de todos estos fenómenos la red formada se reestructura y se contrae, haciendo posible la expulsión del suero.
Sin embargo, la sinéresis no se inicia espontáneamente. El coágulo es impermeable y hace difícil y lento el paso del suero. Ero como también es compacto y firme, puede soportar las acciones mecánicas para favorecer el desuerado. La intervención conjunta de todos estos factores determina la velocidad del desuerado u la consistencia de la cuajada.
3.MADURACIÓN: Las enzimas naturales de la leche, como las lipasas y las proteasas, participan en la maduración, pero su acción es muy lenta y no desempeñan un papel demasiado importante. La razón por las que las condiciones de maduración no son las óptimas para su actividad: la temperatura es demasiado baja y el pH generalmente es muy ácido. Además, el efecto de estas enzimas disminuye porque se destruyen durante la pasteurización de la leche.
Las lipasas y las proteasas son las enzimas naturales más importantes para la maduración. La lipasa, que es muy poco termorresistente y libera ácidos grasos de cadena corta, actúa al final de la maduración de algunos quesos fabricados con leche cruda. Su acción es mínima en comparación con la de las lipasas microbianas. Por su parte, las proteasas, que se encuentran en muy poca cantidad, pueden tener una acción muy restringida en algunas variedades de quesos.
Las enzimas que contiene el cuajo añadido a la leche para la obtención de la cuajada tienen una acción proteolítica además de la coagulante. Son endopeptidasas que cortan las cadenas en el centro y no en los extremos de las moléculas proteicas, liberando péptidos y no aminoácidos. Por ello, el exceso de cuajo residual en el queso, puede dar lugar a la aparición de un sabor amargo. Los péptidos así formados se degradan después en aminoácidos por la acción de las enzimas microbianas.
Hay que tener en cuenta que en esta etapa alcanza una gran importancia la flora microbiana, que producen una innumerable variedad de reacciones.
TEXTILES
AMILASAS DESENGOMANTES: El empleo más sencillo de las amilasas toma el conocimiento de la industria cervecera y extractos concentrados de malta, preparados de manera que mantengan intactas su s propiedades naturales y su actividad. El uso de las amilasas presentes en extractos de glándulas pancreáticas animales, ha ido en aumento, como el de las enzimas provenientes de la malta, porque su empleo resulta relativamente económico en la industria textil. En el Lejano Oriente, las enzimas que hidrolizan el almidón preparadas para producir bebidas como el “Sake” fueron adaptadas para su empleo en la industria textil.
Los mayores inconvenientes en la práctica son la lentitud de las reacciones unido al entorno que se requiere para su empleo.
AMILASAS desengomantes BACTERIANAS: Con estas enzimas es posible acelerar el proceso de desengomar considerablemente, principalmente porque resisten mayores temperaturas y son menos sensibles a otras sustancias químicas presentes en la solución desengomante. La mayor estabilidad de estas enzimas trabajando en solución proporciona importantes ventajas.
Temperatura óptima (ºC)
pH óptimo
inhibidores
activadores
Malta -Amilasa
55-65
4.5-5.5
Iones metálicos, bases y contaminantes del almidón
Iones calcio
Amilasas pancreáticas
40-55
6.5-7.0
Iones metálicos, ácidos
-
Amilasas de hongos
50-55
4.5-5.5
Iones metálicos, bases, secuestrantes
Iones calcio
Amilasas baterianas convencionales
60-75
5.5-7.0
Secuestrantes, surfactantes aniónicos
Iones calcio
Amilasas baterianas termoestables
85-110
5.0-7.5
Aniones surfactantes
Iones calcio en aguas blandas solamente
La influencia de iones de calcio es lo más destacable cuando empleamos enzimas convencionales, y es normal añadir 0.5 g·L-1 de cloruro cálcico en el baño desengomante para aportar la mayor estabilidad posible.
Dada la elevada variedad de métodos de desengomar tradicionales, unidos a la elevada especificidad de los nuevos y modernos equipos que se emplean para obtener las condiciones óptimas, es importante seleccionar la enzima que proporcione mayor eficiencia bajo las condiciones requeridas por el método empleado.
ACTIVIDAD EN FUNCIÓN DE TEMPERATURA Y pH: Las gráficas 1 y 2 muestran que las amilasas convencionales sufren un descenso de la actividad a temperaturas mayores a 75ºC. El mismo comportamiento de sensibilidad ocurre con los valores extremos de pH debido a la protección de la carencia de sustrato. Con las amilasas termoestables los efectos son menos acusados (gráficas 1´ y 2´):
ESTABILIDAD DE LA SOLUCIÓN ENZIMÁTICA: Hay una serie de factores que influyen en la estabilidad de la solución enzimática. De ellos, temperatura, pH y la presencia de iones de calcio son particularmente importantes. Los efectos de temperatura y pH acaban de ser vistos. Los iones Ca 2+ aportan una gran protección y aumentan los efectos de la actividad de las enzimas convencionales, y la mayoría de preparados de estas enzimas contienen sales cálcicas.
Las enzimas termoestables, cuando se emplean en las proximidades de sus máximos de actividad frente a la temperatura, muestran los mismos comportamientos frente al calcio, los cuales se acentúan al variar el pH en lugar de la temperatura.
La siguiente gráfica muestra las curvas de estabilidad de ambos tipos de enzimas a valores óptimos de pH. La influencia del calcio es claramente importante:
SURFACTANTES DESENGOMANTES Y RENDIMIENTO ENZIMÁTICO: Para asegurar la acción completa de las enzimas es usual añadir poderosos surfactantes. La mayoría de los agentes surfactantes son de tipo aniónico y pueden dañar a las enzimas. La actividad óptima de las enzimas puede obtenerse usando surfactantes del tipo no iónico, una pequeña parte de surfactantes catiónicos combinados con surfactantes no iónicos dan lugar a una mezcla aceptable. De este modo se pueden reducir costos, además de que una adición de surfactantes catiónicos es recomendable en ocasiones, ya que un sistema totalmente no iónico podría precipitar.
FASES GENERALES DEL PROCESO
Lavado enzimático: La idea fundamental del lavado enzimático o bio-descrudado o bio-preparación enzimática es: combinar la especificidad de las enzimas con sus moderadas condiciones de reacción con el fin de llevar a cabo la bio-preparación del algodón en rama, en la que se remueven del algodón sólamente los componentes necesarios. Así se evita o se reduce el daño causado a la celulosa, y las condiciones del proceso son las más favorables para los operarios, las máquinas y el medio ambiente.
Numerosos estudios realizados muestran que un tratamiento usando sólamente pectinasa, seguido por un enjuagado en agua caliente usando un agente activo superficial, es capaz de hacer que la fibra de algodón se vuelva hidrófila y absorbente, al igual que lo logrado con el descrudado químico.
El uso de una sóla enzima específica para las pectinas (pectina liasi), usada en combinación con auxiliares químicos apropiados y en condiciones apropiadas del proceso, seguido por un enjuagado en agua caliente más allá del punto de unión de las ceras, ha resultado ser muy efectivo en el lavado enzimático.
La bio-preparación se puede usar en prendas, tejidos, en carretes de hilos, en procedimientos continuos o discontinuos, usando la maquinaria y los instrumentos provistos normalmente a las tintorerías y lavanderías. La efectividad del lavado enzimático se mide principalmente por la hidrofilidad del tejido tratado.
El potencial aplicativo y las ventajas comerciales del lavado enzimático se pueden dividir en tres grupos: el proceso, el artículo, y el medio ambiente.
Finalmente, aunque este es un aspecto que debe ser estudiado y mejorado en cada ocasión, el proceso de blanqueado se puede modificar de acuerdo a condiciones de pH más moderadas, siguiendo una bio-fuente con pectinasa, alcanzando el mismo nivel de blancura y con la completa remoción de los casquillos.
Lazim PE: características y métodos de uso: El Lazim PE es una fórmula comercial única de pectina liasi formulada usando quelantes débiles (confiscadores de metales pesados) y otros productos auxiliares de la preparación (dispersantes), estabilizados en una solución tope (tampón) y ofrecidos listos para su uso con una actividad de aproximadamente 450 APSU (Unidades Estándar de Pectinasa Alcalina) por gramo.
La pectina liasi contenida en el Lazim PE tiene una actividad que depende de la presencia de iones de calcio. Por consiguiente, se debe evitar el uso de quelantes que tengan una fuerza capaz de comprimir el calcio.
El producto enzimático Lazim PE contiene suficientes iones de calcio como para mentener la enzima estable y activa durante el descrudado enzimático. Los tratamientos de bio-descrudado se pueden efectuar por lo tanto usando agua deionizada. También se debe evitar a toda costa el uso de EDTS y compresantes fuertes similares.
Bio-preparación y teñido en el mismo baño: Los ensayos de bio-preparación efectuados usando el Lazim PE descritos hasta ahora se han llevado a cabo a una temperatura ambiental de aproximadamente 55 °C (transbordo del tejido en “pad-batch”) por tiempos variables de 20 minutos y más, seguido por enjuagado usando agua caliente.
Una vez que se completa esta etapa, el hecho que el descrudado enzimático se efectúa con un pH 8 permite que el teñidor pueda continuar con el proceso de teñido sin tener que efectuar los lavados y/o neutralizaciones requeridos normalmente en los métodos tradicionales para lograr el pH suficiente para obtener la migración y similaridad adecuadas del colorante reactivo.
Considerando que la temperatura de aplicación de la enzima es 55 °C, la optimización máxima del proceso se logra usando los Agentes Reactivos R-ME con una fijación óptima a la misma temperatura (55-60 °C).
Alternativamente, se pueden usar los Agentes Reactivos S-XL (o S) cuando se requiere una mayor temperatura (80 °C) para pemitir una mayor difusión en el teñido de artículos “difíciles”.
El uso de colorantes de Agentes Reactivos ME (bifuncionales) o Agentes Reactivos S-XL (monofuncionales pero bi-reactivos) permite una mayor reducción en los tiempos de procesamiento, junto con ahorros de agua y energía, gracias a sus niveles de fijación, excelente capacidad de lavado y buena resistencia a la hidrólisis acídica y alcalina.
Usando estas dos clases de colorantes se puede obtener un excelente nivel de reproducibilidad para la misma receta, usando procedimientos tradicionales o de bio-descrudado/teñido al mismo tiempo, mientras que otras clases de agentes reactivos requieren correcciones de la receta inicial cuando se pasa de un sistema a otro.
Familias de Enzimas Usadas Actualmente en la Industria Textil:• Amilasa, para el desencolado• Celular, para el lavado en piedra de jeans y prendas de denim• Celular, para el bio-pulido o bio-acabado de tejidos y prendas hechas de fibras celulares• Proteasa, usada en el tratamiento de fibras proteínicas (seda y lana)• Catalasa, para la eliminación de peróxido de hidrógeno después del blanqueado y antes del teñido• Lacasa, en la oxidización enzimática del índigo• Peroxidasa, en la oxidización enzimática de colorantes reactivos no fijados• Lipasa, en el desgrasado y como soporte para el desencolado en la presencia de grasas naturales• Pectinasa, para la bio-preparación del algodón en rama
ESQUEMAS DE OTROS PROCESOS IMPORTANTES
1.PRODUCCIÓN DE GLUCOSA Y JARABES RICOS EN FRUTOSA A PARTIR DEL ALMIDÓN
Pasta de almidón (30-40% de sólido)
!
!
-amilasa bacteriana
Almidón hinchado y gelatinizado
!
!
!
!
!
amiloglucosa
!
Jarabe sacarificado con ED 96
!
!
Filtración/ clarificación/ desionización
!
Jarabe de glucosa 40-50% en peso
!evaporización!
Jarabe de glucosa
MgSO4!
!
!
!
!
!
Glucosa isomerasa!
Cristalización
!
Jarabe rico en fructosa
!
!
Desionización evaporización!
!
Dextrosa monohidratada producto
Corriente enriquecida en glucosa
Jarabe rico en fructosa: fructosa 42%, sólidos 72%
!
!
!
!
!
!
!
!
Separación cromatográfica
!
Jarabe de fructosa 90-95%
!!
!
!!
Mezclado
!
!
!!
!
!
!
Fructosa 55%
Jarabe de fructosa 90-95%
Fructosa 42%
2.MANUFACTURA DE LA CERVEZA
3.MANUFACTURA DEL PAN
OTROS EMPLEOS DE ENZIMAS
1.APLICACIÓN DE UNA TÉCNICA ENZIMÁTICA A LA RESTAURACIÓN DE PAPEL
INTRODUCCIÓN:
La eficacia de la limpieza de adhesivos de origen animal mediante técnicas enzimáticas se conoce desde varias décadas y fascina junto con otras aplicaciones de estas herramientas moleculares a muchos restauradores (Segal & Cooper, 1977: 47-50). A pesar de eso, la biotecnología basado en enzimas, al parecer, no acaba de imponerse como una herramienta más en los talleres de restauración de Papel de España. Esta técnica no solamente puede sustituir otros métodos sino que ofrece soluciones a algunos problemas que difícilmente son abarcables con los medios utilizados tradicionalmente.
PROCESO DE RESTAURACIÓN DE LA COLECCIÓN DE CROMOS:
Para conseguir una eliminación de los restos de cola sin afectar a los pigmentos y la estabilidad de las obras se realizaron unas pruebas y se optó por el método del lavado con un catalizador enzimático. Este método "rápido, seguro, limpio y barato" (Segal & Cooper, 1977) conseguía los mejores resultados respecto a la eliminación de manchas y estabilidad de tintas como muestra la tabla:
ESTABILIDAD DE TINTAS
ELIMINACIÓN DE MANCHAS
AGUA 20 º
++
-
AGUA 45º
+
-
TRIPSINA
++
++
AGUA Y ETANOL
-
-

La solución enzimática se prepara con 2 mg/l de tripsina (a una actividad de 5000 U/l). El agua utilizadá procedía de Bejis (Castellón) que destaca por sus altas concentraciones de carbonatos y la ausencia de cloro. Para trabajar cerca del pH óptimo del la enzima (7.0) y reducir de esta manera el tiempo de lavado se controla continuamente este valor en la solución. Las desviaciones registradas nunca se deben desviar más de 0.5 del punto neutro por lo cual se puede prescindir de un tampón adicional. La temperatura optima de la actividad de la enzima (25º) se ajusta antes del lavado.
Las páginas de mayor daño se introducen en la solución entre 5 y 15 minutos controlando visualmente el proceso de desintegración del adhesivo. Se consigue despegar los cromos y las manchas en los cromos se reducen casi por completo. Posteriormente se aclaran las hojas con agua destilada para eliminar restos de enzima y cola. En el caso de algunos cromos con gruesas capas de adhesivos se repite el lavado hasta conseguir unos resultados satisfactorios. Papeles y trozos de cromos adheridos a los cromos se despegan igualmente. El corto tiempo de inmersión no afecta a la capa pictórica de las cromolitografías que suelen mostrar cierta inestabilidad a un lavado acuoso prolongado.
El soporte de los cromos, cartoncillo de pasta mecánica, muestra un pH de 5.5 y se desacidifica igualmente que las páginas mediante carbonato cálcico. Despegados y limpiados todos los cromos se alisan las páginas en una prensa mecánica y los cromos con una ligera presión entre secantes y tablas de madera.
Una vez alisados se recomponen los cromos utilizando las fotos de detalle, la cartografía y las huellas de las manchas de cola como ayuda para conseguir una recomposición exacta del estado originario. Como adhesivo se utiliza metilcelulosa y PVA en una proporción de 100:5.
2.APLICACIÓN DE LAS ENZIMAS EN ANÁLISIS CLÍNICOS
Las enzimas se emplean como reactivos estándar en los laboratorios para el diagnóstico de enfermedades, para el control y el seguimiento de enfermedades y de la respuesta del paciente hacia la terapia seguida, y para la identificación y control de la concentración de drogas o sus metabolitos en la sangre u otros fluidos corporales. Las técnicas de inmunoanálisis enzimático (ELISA) representan un nuevo e importante avance al asociar anticuerpos específicos a enzimas como la peroxidasa o la -galactosidasa cuya reacción genera el cromógeno por el que se mide la extensión de unión del anticuerpo. De este modo se obtienen excelentes sensibilidades y bajos umbrales sin recurrir a la radiactividad: radioinmunoanálisis. Los enzimas se emplean rutinariamente para diagnosticar enfermedades hepáticas, miocárdicas, pancreáticas y prostáticas, anemias, leucemias, distrofia muscular, tumores y toxemias del embarazo. Estas aplicaciones se basan en el fenómeno general de que las células enfermas rezuman más y pierden una parte de sus enzimas que eventualmente van a parar a la sangre. La elevación de la actividad enzimática del suero por encima de los niveles normales depende primeramente de la extensión y gravedad del daño de las células. Así en las enfermedades del hígado se miden la glutamato-piruvato transaminasa y la glutamato-oxalacetato transaminasa; en el infarto de miocardio, aparte de las dos ya mencionadas, se mide la lactato deshidrogenasa y la creatin-fosfoquinasa.
Las técnicas enzimáticas también se utilizan en la detección de drogas, análisis de antibióticos, detección de antígenos o anticuerpos, o en la detección de enzimas y metabolitos en los fluidos intracelulares. Las técnicas enzimáticas son generalmente más rápidas que el inmunoanálisis, más específicas que los análisis fotométricos y más baratos que los cromatográficos o los inmunoanálisis con sustancias radiomarcadoras.
3.PRODUCTOS MÉDICOS Y FARMACÉUTICOS
Aunque las posibilidades de utilización de las enzimas en la medicina y campos relacionados sea potencialmente inversa, en la actualidad el número concreto de aplicaciones es relativamente pequeño. No obstante, los resultados obtenidos con este pequeño número de ideas afortunadamente son realmente excitantes y demuestran claramente la capacidad potencial existente en las técnicas empleadas. Puesto que las aplicaciones médicas y farmacéuticas de las enzimas abarcan un amplio espectro de materias, es conveniente dividirlas en tres áreas importantes de interés: terapia enzimática, uso analítico y productos de compuestos farmacéuticos. Cada una de estas áreas, auque cubre un gran número de aplicaciones, presenta una serie de principios predominantes que son esencialmente para que la utilización de las enzimas se realice con éxito.
A diferencia de otros usos industriales para las enzimas, las aplicaciones médicas y farmacéuticas de las mismas requieren generalmente pequeñas cantidades de enzimas muy purificadas. En parte, esto refleja el hecho de que para una enzima sea efectiva sólo debe modificarse heléelos compuestos de interés contenido en un fluido o tejidos fisiológicos complejo. Esto contrasta con muchos procesos industriales en los que el medio de cultivo está relativamente bien definido y por, consiguiente, puede utilizarse un extracto enzimático sin purificar. Además, si el destino de una enzima o de un producto obtenido por métodos enzimáticos es su administración a un paciente, resuelta evidente que el preparado debe contener las menores cantidades posibles de material extraño para evitar probables efectos secundarios.
Producción de aminoácidos
La producción de aminoácidos mediante tecnología con enzimas está adaptada convenientemente. Aunque se pueden sintetizar empleando un proceso químico, se debe señalar que en este caso se obtiene una mezcla de D y L isómeros. Puesto que solamente el L-isómero es biológicamente activo, la mezcla debe ser separada en sus dos componentes. Este proceso puede llevarse a cabo mediante el empleo de la enzima aminoacilasa. Una vez sintetizado, la mezcla del DL aminoácidos se acetila.
En la producción de otros aminoácidos se han incluido también una etapa mediada por enzimas, incluyendo a la D-feniglicina, utilizada en la síntesis de penicilina semisintética, y en el caso del L-triptófano, un aminoácido esencial que puede sintetizarse a partir del indol. Estas son dos áreas importantes en el desarrollo de esta tecnología. En términos de aplicación a gran escala, la producción de aminoácidos esenciales como suplementos dietéticos presenta una importancia particular. Si una proteína celular sencilla queda establecida en los mercados de alimentación animal y humana, se puede esperar que la demanda para aminoácidos esenciales incrementaría, ya que muchas proteínas microbianas son deficitarias en algunos de estos residuos cruciales.
Tratamientos terapéuticos con enzimas
El fundamento de esta forma de terapia es simplemente la administración de una enzima concreta a un paciente, esperando con optimismo que produzca una progresiva mejoría en el mismo. El problema principal relacionado con este método es que las respuestas defensivas del organismo inactive o eliminen los compuestos extraños incorporados. En consecuencia cualquier tratamiento que utilice la administración de una enzima, bien por vía sanguínea o por cualquier otra, debe tener en cuenta este posible inconveniente.
Organos artificiales
Para sustituir algunas funciones del riñón y el hígado se han desarrollado órganos artificiales que contienen enzimas. Una lesión renal crónica se trata con hemodiálisis periódica, a menos que sea posible el transplante del órgano. El hígado es un órgano multifuncional y sería imposible conseguir un sustituto artificial con la tecnología disponible actualmente. Sin embargo, sí puede reproducirse una función importante del hígado: la desintoxicación. A partir de células hepáticas se pueden obtener varias enzimas microsomales capaces de llevar a cabo la desintoxicación de una gran variedad de compuestos.

Antibióticos semi-sintéticos
Las penicilinas semisintéticas son los principales productos farmacéuticos obtenidos por tecnología enzimática. El método de fermentación tradicional permite producir la bencil-penisilína (penisilina g) como la fenoximetil- penisilina (penisilina b) y en el pasado estos dos antibióticos con gran éxito. Sin embargo, estos compuestos presentan limitaciones en su eficacia contra ciertas bacterias patógenas
Esteroides
Los esteroides se utilizan en un gran número de preparados farmacéuticos (por ejemplo la píldora contraceptiva y los antinflamatorios), por lo que los procesos empleados en la producción de estas sustancias presentan una considerable importancia económica.
4.Energía
Otra actividad que llama a las aplicaciones biotecnológicas es la producción de energía, siendo la ventaja de las fuentes orgánicas con respecto a los combustibles fósiles el que las primeras sean renovables. Cada año crecen unos 200 mil millones de toneladas de biomasa (madera, cereales, etc), de las cuales los humanos usamos sólo un 3%. Por lo tanto, este rubro ofrece un enorme potencial que puede ser aprovechado. Un ejemplo clásico de biocombustible es el alcohol obtenido por fermentación de material rico en azúcares y almidón, o de residuos orgánicos varios, incluyendo los forestales. El principal obstáculo para la viabilidad de esta propuesta es el costo, puesto que el petróleo sigue siendo más barato. Sin embargo, los avances tecnológicos están permitiendo acortar la brecha.
Hay también diversos sectores de la industria en los que la adaptación o sustitución de procesos químicos o físico-químicos por otros de base biológica puede contribuir al desarrollo sustentable. Beneficios concretos a escala industrial ya se observan con la introducción de enzimas en la producción de celulosa, de textiles y del cuero, entre otros.
BIBLIOGRAFÍA Y DOCUMENTACIÓN
&MANUAL DE BIOTECNOLOGÍA DE LOS ENZIMAS
A. WISEMAN
EDITORIAL ACRIBIA, S.A.
&INDUSTRIAL ENZYMOLOGY (SECOND EDITION)
EDITED BY GODFREY & WEST
STOCKTON PRESS
&CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LA LECHE
J. AMITO
EDITORIAL ACRIBIA, S.A.
&http://www.biochem.ucl.ac.uk/bsm/pdbsum/
&http://www.mty.itesm.mx/die/ddre/transferencia/Transferencia41/biotec.htm
&http://perso.wanadoo.es/sanchez.priebe/articulo.htm
&http://www.textileindustries.com/News.htm?CD=267&ID=2146
&http://www.monografias.com/trabajos10/09tecenz/09tecenz.shtml#APLICACIONES_INDUSTRIALES

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viernes, 29 de febrero de 2008

Enzimas, usos, generalidades

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