Download repaso de Proteínas y enzimas

Clasificación de Proteínas
•
Según la COMPOSICIÓN:
–
–
PROTEÍNAS SIMPLES U
HOLOPROTEÍNAS: son aquellas que al
hidrolizarse producen únicamente
aminoácidos.
PROTEÍNAS CONJUGADAS O
HETEROPROTEÍNAS: son proteínas que
al hidrolizarse producen además de los
aminoácidos, otros componentes
orgánicos o inorgánicos.
• La porción no protéica de una
proteína conjugada se denomina
"grupo prostético". Las proteínas
cojugadas se subclasifican de
acuerdo con la naturaleza de sus
grupos prostéticos.
•
Según su CONFORMACIÓN:
–
–
–
Conformación = orientación
tridimensional que adquieren los
grupos característicos de una molécula
en el espacio.
PROTEÍNAS FIBROSAS: se constituyen
por cadenas polipeptídicas alineadas en
forma paralela; esto puede producir
fibras que se trenzan sobre si mismas
formando una "macrofibra", como en el
caso del colágeno de los tendones o la
a-queratina del cabello; o produce la
formación de láminas como en el caso
de las b-queratinas de las sedas
naturales.
PROTEÍNAS GLOBULARES: cadenas
polipeptídicas que se enrollan sobre si
mismas en formas intrincadas como un
"nudillo de hilo enredado”, como una
macro-estructura de tipo esférico.
Recordar!
• Las proteínas fibrosas poseen alta resistencia al
corte por lo que son los principales soportes
estructurales de los tejidos; son insolubles en
agua y en soluciones salinas diliudas y en
general más resistentes a los factores que las
desnaturalizan.
• La mayoría las proteínas globulares son solubles
en agua y por lo general desempeñan funciones
de transporte en el organismo. Las enzimas,
cuyo papel es la catálisis de las reacciones
bioquímicas, son proteínas globulares.
Proteínas Fibrosas: cabello
Proteínas Globulares: enzimas
Hemoglobina
Hexoquinasa
Funciones de las Proteínas
– Estructurales: algunas proteínas pueden contribuir a la conformación de
órganos debido a su estructura fibrosa (ejemplo, la queratina en pelo, uñas,
cutículas, cuernos, cascos).
– Movimiento: como el caso de las proteínas Actina y Miosina en los músculos,
permiten movimiento de contracción y relajación.
– Transporte: se pueden unir a moléculas de menor tamaño y llevarlas por
medio de la sangre, como por ejemplo la Hemoglobina o el oxígeno.
– Defensa: por ejemplo los anticuerpos en el torrente sanguíneo.
– Almacenamiento de sustancias nutritivas, como el caso de la albúmina de la
clara de huevo, que se guarda en el hígado.
– Señales químicas: ejemplo, la hormona del crecimiento en el torrente
sanguíneo o la transmisión del impulso nervioso.
– Catálisis: como por ejemplo las enzimas que catalizan casi todas las
reacciones químicas en las células: amilasa, ATP sintetasa.
– Reguladores: regulan la expresión del ADN; tienen un papel importante en el
crecimiento y diferenciación de las células.
Propiedades de las Proteínas
• DESNATURALIZACIÓN
• Consiste en la pérdida de la estructura terciaria,
por romperse los puentes que forman o
estabilizan dicha estructura.
• Se produce por cambios de factores como
temperatura (el ejemplo del huevo cocido o frito
), variaciones del pH. En algunos casos, si las
condiciones se restablecen, una proteína
desnaturalizada puede volver a su anterior
plegamiento o conformación, proceso que se
denomina renaturalización.
ENZIMAS
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.
• La vida depende de la existencia de catalizadores
poderosos y específicos
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
• 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
• 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.
Características de las Enzimas
• La coenzima es una molécula de naturaleza
orgánica o inorgánica, cuya presencia es
necesaria para la activación de la enzima.
• La coenzima, puede ser un ión o una
molécula orgánica de baja masa molecular.
• Cuando la coenzima no puede ser
sintetizada por el organismo, debe ingerirse
en pequeñas cantidades y se denomina
Vitamina.
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.
(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
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 estómago de cerdos y
ganado, del cuajo del estómago de
terneros.
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
Estabilidad
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, pectinasas
Degradan polímeros naturales como
proteínas, almidones o pectina
Enzimas extracelulares
Poco específicas
Fácil extracción
Rhizopus sp
Jokichi Takamine
1894
Enzima takadiastasa
A partir de hongos
La primera enzima producida industrialmente
fue la amilasa fúngica takadiastasa, empleada
en USA como agente farmacéutico (para los
desórdenes intestinales) en 1894
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
Aplicaciones de las Enzimas Microbianas
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
Amilasas
Amilasas
Degradación del polisacárido almidón.
Almidón
Compuesto de almacenamiento de energía
en plantas (maíz, arroz, patata, trigo).
Fuente de nutrición muy importante en
animales y humanos (70-80%).
Últimos 20 años las amilasas han reemplazado la hidrólisis ácida.
a-amilasa de Bacillus y glucoamilasa de Aspergillus.
Sacarificación genera mucha dextrosa, degradación de almidón más corta,
sin tratamiento ácido.
Amilasas
Producción de Cerveza
Reemplazo de malta por granos sin germinar
de maíz o arroz, prácticamente no contienen
enzimas.
Se añaden enzimas, amilasas, glucanasas y
proteasas, de hongos y bacterias.
Almidón a azúcares que sufren fermentación
alcohólica por levaduras.
Amilasas
Hornear pan
El uso de enzimas en panadería se ha
vuelto popular.
Las amilasas aceleran la degradación del
almidón, y así aumenta el contenido de
azúcar en la masa, acelerando el proceso
de fermentación.
El volumen del pan preparado con
enzimas aumenta.
Amilasas
Desengomado
Desengomado.
Las amilasas eliminan la goma
protectora basada en almidón, para
hacer la mezclilla elástica.
Antes se hacía con amilasas obtenidas
de malta o de páncreas de animales,
pero hoy en día se obtienen de
bacterias.
Enzimas resistentes a altas temperaturas
para acelerar el proceso.
Aplicaciones de las Enzimas Microbianas
Enzima
Fuente
Aplicación industrial
Industria
Proteasa
Hongos
Pan
Panadera
Bacterias
Eliminación de manchas
Limpieza en seco
Bacterias
Ablandador de la carne
Cárnica
Bacterias
Limpieza de las heridas
Medicina
Bacterias
Eliminación de revestimientos
Textil
Bacterias
Detergente doméstico
Lavandería
Proteasas
Ablandan la carne
La papaya contiene altas concentraciones de
las proteasas papaina y quimiopapaina.
Degradan el tejido conectivo de la carne,
como el colágeno y la elastina, haciéndola
más tierna.
Proteasas
Ablandan la carne
Se usan toneladas de papaina en polvo cada año para ablandar
la carne en muchos países.
Se frota la carne y se deja a temperatura ambiente varias horas.
Ficina del árbol de higos y bromelaina del ananá
Proteasas
Hornear pan
El gluten se degrada por proteasas obtenidas de
hongos para hacer la masa más fácil de manejar
y aumenta su capacidad para retener burbujas de
aire.
El gluten se une parcialmente al agua y tiene
consistencia de gel.
Las proteasas degradan las proteínas pegajosas
(gluten) en la masa.
Proteasas
Suavizan el cuero
Las proteasas de microorganismos son
altamente efectivas en la producción de cuero.
Después de remover el pelo y antes de curtir, el
cuero debe ser suavizado por un proceso
conocido como rendido o purga.
Antiguamente se sumergía en agua y estiércol
fermentado de perro o pájaro, que son un
campo de cultivo para las bacterias que
producen proteasas suavizantes de cuero.
Enzimas Microbianas y sus aplicaciones
Enzima
Fuente
Aplicación industrial
Industria
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.
Pectinasas
Producción de zumo de frutas
Al prensar fruta y vegetales para la obtención de
jugo, las pectinas de alto peso molecular
reducen la producción.
Pectinasas procedentes de cultivos sumergidos
de Aspergillus y Rhizopus.
Se pica la fruta y se añaden pectinasas para
degradar las pectinas de larga cadena.
Se reduce la viscosidad del zumo, facilitando la
filtración y se obtiene más cantidad.
Alimentación de bebés, las pectinasas maceran
las fruta y los vegetales para hacerlos más suaves
y fáciles de comer.
Detergentes biológicos
La aplicación más importante de las enzimas hidrolíticas
+ Las manchas que contienen proteínas son difíciles
de remover. Proteínas no se disuelven fácilmente en
agua.
+ A altas temperaturas, la proteína se cuaja en las
fibras textiles y es más difícil de eliminar.
+ Polvo, hollín y materia orgánica como grasas,
proteínas, carbohidratos y pigmentos. Las grasas y las
proteínas actúan como pegamento.
+ Los detergentes sueltan la grasa de la tela, las
proteínas permanecen en el material.
Detergentes biológicos
La aplicación más importante de las enzimas hidrolíticas
Enzimas pancreáticas poco estables y muy caras.
Producción a gran escala de detergentes biológicos 1960.
Descubrimiento de la subtilisina de Bacillus lincheniformis.
Activa bajo condiciones alcalinas.
Detergentes biológicos
La aplicación más importante de las enzimas hidrolíticas
Detergentes biológicos usados
ampliamente, desde mediados 1960.
Proteasas 1:50, actividad óptima durante
el proceso de lavado.
Degradan proteínas pegadas en
aminoácidos y péptidos de cadena corta.
Las proteínas son desprendidas de las
fibras textiles y eliminadas.
Detergentes biológicos
La aplicación más importante de las enzimas hidrolíticas
Actividad óptima 50-60ºC. No necesita
hervir.
La eliminación enzimática de manchas:
proteasas, lipasas y amilasas.
Disuelven manchas vino tinto, pasto,
fruta, café y te, y mezclas de manchas
más comunes.
Helado de fruta, el yogurt o la salsa de
tomate no sólo contiene pigmento,
también proteínas y grasas.
Salsa, ketchup y comidas preparadas
contienen pigmento, proteínas, grasas y
almidón.
Detergentes biológicos
La aplicación más importante de las enzimas hidrolíticas
Enzimas en la Agroindustria
• Son muy antiguas sus aplicaciones
• Se usaron enzimas de un modo inconsciente hasta
finales del siglo XIX en que se descubrieron los
artífices de las reacciones
• Es un gran activo económico, y la investigación va
encaminada a la purificación y la obtención de
enzimas concretas para funciones concretas
Industrias 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
• 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
• La lactasa es el enzima que
consigue romper la lactosa,
que es el azúcar que
contiene la leche.
• Mucha gente es intolerante
a la lactosa.
• Existen en el mercado
leches que vienen con
lactasa.
Industria Panadera
• La más comúnmente utilizada es la lipoxidasa,
que conjuntamente con el blanqueante, le da
a la masa un carácter más manejable.
• Esta contenida en la harina de soya y de otras
leguminosas.
Industria Panadera
• Para aumentar la acción de la levadura se
añade amilasa, en forma de harina de malta.
• Se usan para ello también algunos mohos que
contienen la enzima.
• La harina de malta, tiene un inconveniente, y
es que cambia el color del pan.
Industria Panadera
• La proteasa rompe el gluten, una proteína
contenida en algunos cereales.
• La rotura del gluten conlleva una mayor
plasticidad de la masa.
• Es un aditivo importante en la fabricación de
bizcochos.
Industria Cervecera
• La papaina se usa para romper algunas
proteínas de la cerveza para evitar que se
enturbie cuando se almacena o se refrigera.
• Se pueden conseguir estas enzimas y otras
parecidas, de similares funciones de algunas
frutas tropicales como la piña.
Industria Cervecera
• El proceso fundamental es la rotura del almidón.
• Los azúcares simples formados son fermentados por
las levaduras.
• Esto se lleva a cabo con las amilasas, provenientes de
la malta.
• A veces se añaden otros almidones como de arroz o
papa para aprovechar al máximo la actividad de las
enzimas.
Fabricación de Zumo
• Las peptinas provocan que los zumos sean
demasiado viscosos y turbios.
• Esto se elimina con enzimas amilasas,
contenidos en el propio zumo o que se
pueden añadir.
• En el proceso, como subproducto tenemos
metanol, que aparece en muy baja
concentración.
Obtención de Glucosa y Fructosa a partir
de Maíz
• Con la harina del maíz, ayudados por las enzimas
alfa-amilasas y amiloglucosidasas conseguiremos
jarabes de gran calidad.
• Antes se conseguía por la hidrólisis del almidón por
parte de un ácido. Posteriormente, la glucosa se
puede transformar a fructosa (más dulce) por la
acción de la glucosa-somerasa.
Obtención de Glucosa y Fructosa a a
partir de Maíz
• Estos jarabes se usan como edulcorantes en
bebidas refrescantes.
• Se han conseguido producir a un precio muy
competitivo.
• La UE ha pasado a proteger a la industria
azucarera convencional (remolacha y caña)
para evitar su hundimiento por esta nueva
forma de conseguir azúcares.
Refinado de Azúcar
• La rafinosa puede complicar la extracción de
la sacarosa.
• El enzima raffinosutilizer, producido por el
hongo morteirella vinaceae se encarga de
degradar la rafinosa, facilitando la
cristalización y produciendo además sacarosa
Más Aplicaciones Agroindustriales
• En productos derivados del huevo, se añade
glucosa-oxidasa y catalasa para evitar que se
oscurezcan.
• Bromelaína y papaína se usan para ablandar
la carne.
• La lactoperoxidasa ayuda a conservar
productos lácteos.