Tema 5.6 Enzimas y Proteinas de Interes Industrial - Alumnos
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Enzimas y Protenas de Inters Industrial
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Casi todas las reacciones en clulas vivas son catalizadas y controladas por enzimas.
3.000 descritas10.000 en la naturalezaPocas o 1.000 o 100.00
Catalizadores biolgicos, convirtiendo sustancias en otros productos sin sufrir cambio alguno.Enzimas
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Descubrimiento de enzimas digestivas siglo XIX.Desarrollo de mtodos para obtencin de enzimas de matanza de animales.Pepsina del forro de estmago de cerdos y ganado, del cuajo del estmago de becerros.Ccteles de enzimas con tripsina, quimiotripsina, lipasas y amilasas del pncreas de cerdo.animales, plantas y microorganismos como fuentes de enzimas
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Plantas fuentes potenciales de enzimas a escala industrial.Granos, remojar y germinar, se convierten en malta que contiene amilasas y proteasas usadas en la produccin de cerveza y la destilacin de bebidas alcohlicas.Siglo XIX, mtodos simples para obtencin de grandes cantidades de proteasas de la savia de plantas tropicales.animales, plantas y microorganismos como fuentes de enzimas
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animales, plantas y microorganismos como fuentes de enzimasAblandadores de carne, digestin y limpieza de lentes de contacto.
Papaina y quimiopapaina del rbol de la papaya.
Ficina de higueras.
Bromelaina del tallo de la planta de la pia.
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animales, plantas y microorganismos como fuentes de enzimasEn Europa es difcil obtener enzimas de plantas.
Suministro y concentracin de las enzimas vara con las estaciones del ao.
Requerimiento de grandes cantidades de plantas como material.
Procesamiento de grandes cantidades de plantas es un trabajo muy duro.
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Fcil manejoAlto rendimientoEstabilidadanimales, plantas y microorganismos como fuentes de enzimasXX
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Produccin de grandes cantidades a bajo costeMicroorganismos como fuentes de enzimasNo afectada por las estaciones del aoUso de mutantes y procesos de seleccin que aumentan la produccinProduccin de enzimas hechas a medida a travs de ingeniera gentica y diseo de protenas
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Microorganismos como fuentes de enzimasEnzimas hidrolticas simples como:proteasas, amilasas, pectinasasDegradan polmeros naturales como protenas, almidones o pectinaEnzimas extracelularesFcil extraccinBajo costePoco especficas
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Jokichi Takamine1894Microorganismos como fuentes de enzimasEnzima takadiastasaA partir de hongosNutrientes y minerales al almidn de trigo.Inoculacin con esporas de Aspergillus orizae.Almacenamiento.Lavar con solucin de sal.Extraccin de enzimas, amilasa y proteasas, secretadas por las clulas fngicas.
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Enzimas Microbianas y sus aplicaciones
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Aplicaciones de las Enzimas Microbianas
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AmilasasAlmidnCompuesto de almacenamiento de energa en plantas (maz, arroz, patata, trigo).
Fuente de nutricin muy importante en animales y humanos (70-80%).AmilasasDegradacin del polisacrido almidn.ltimos 20 aos las amilasas han reemplazado la hidrlisis cida.a-amilasa de Bacillus y glucoamilasa de Aspergillus.Sacarificacin genera mucha dextrosa, degradacin de almidn ms corta, sin tratamiento cido.
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AmilasasProduccin de CervezaReemplazo de malta por granos sin germinar de maz o arroz, prcticamente no contienen enzimas.Se aaden enzimas, amilasas, glucanasas y proteasas, de hongos y bacterias.Almidn a azcares que sufren fermentacin alcohlica por levaduras.
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AmilasasHornear panEl uso de enzimas en panadera se ha vuelto popular.Las amilasas aceleran la degradacin del almidn, y as aumenta el contenido de azcar en la masa, acelerando el proceso de fermentacin.El volumen del pan preparado con enzimas aumenta.
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AmilasasDesengomadoDesengomado. Las amilasas eliminan la goma protectora basada en almidn, para hacer la mezclilla elstica.Antes se haca con amilasas obtenidas de malta o de pncreas de animales, pero hoy en da se obtienen de bacterias.Enzimas resistentes a altas temperaturas para acelerar el proceso.
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Aplicaciones de las Enzimas Microbianas
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ProteasasAblandan la carneLa papaya contiene altas concentraciones de las proteasas papaina y quimiopapaina.Degradan el tejido conectivo de la carne, como el colgeno y la elastina, hacindola ms tierna.
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ProteasasAblandan la carneSe usan toneladas de papaina en polvo cada ao para ablandar la carne en muchos pases.Ficina del rbol de higos y bromelaina de la planta de pia.Se frota la carne y se deja a temperatura ambiente varias horas.
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ProteasasHornear panEl gluten se degrada por proteasas obtenidas de hongos para hacer la masa ms fcil 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 protenas pegajosas (gluten) en la masa.
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ProteasasSuavizan el cueroLas proteasas de microorganismos son altamente efectivas en la produccin de cuero.Despus de remover el pelo y antes de curtir, el cuero debe ser suavizado por un proceso conocido como rendido o purga.Antiguamente se sumerga en agua y estircol fermentado de perro o pjaro, que son un campo de cultivo para las bacterias que producen proteasas suavizantes de cuero.
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Enzimas Microbianas y sus aplicaciones
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PectinasasProduccin de zumo de frutasAl prensar fruta y vegetales para la obtencin de jugo, las pectinas de alto peso molecular reducen la produccin.Se pica la fruta y se aaden pectinasas para degradar las pectinas de larga cadena.Pectinasas procedentes de cultivos sumergidos de Aspergillus y Rhizopus.Se reduce la viscosidad del zumo, facilitando la filtracin y se obtiene ms cantidad.Alimentacin de bebs, las pectinasas maceran las fruta y los vegetales para hacerlos ms suaves y fciles de comer.
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Detergentes biolgicosLa aplicacin ms importante de las enzimas hidrolticas+ Las manchas que contienen protenas son difciles de remover. Protenas no se disuelven fcilmente en agua.+ A altas temperaturas, la protena se cuaja en las fibras textiles y es ms difcil de eliminar.+ Polvo, holln y materia orgnica como grasas, protenas, carbohidratos y pigmentos. Las grasas y las protenas actan como pegamento.+ Los detergentes sueltan la grasa de la tela, las protenas permanecen en el material.
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Detergentes biolgicosLa aplicacin ms importante de las enzimas hidrolticasDescubrimiento de la subtilisina de Bacillus lincheniformis. Produccin a gran escala de detergentes biolgicos 1960. Enzimas pancreticas poco estables y muy caras.Activa bajo condiciones alcalinas.
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Detergentes biolgicosLa aplicacin ms importante de las enzimas hidrolticasPoca especificidad. Omnvoros.Proteasas 1:50, actividad ptima durante el proceso de lavado. Detergentes biolgicos usados ampliamente, desde mediados 1960.Degradan protenas pegadas en aminocidos y pptidos de cadena corta.Las protenas son desprendidas de las fibras textiles y eliminadas.
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Detergentes biolgicosLa aplicacin ms importante de las enzimas hidrolticasDisuelven manchas vino tinto, pasto, fruta, caf y te, y mezclas de manchas ms comunes.La eliminacin enzimtica de manchas: proteasas, lipasas y amilasas.Actividad ptima 50-60C. No necesita hervir.Helado de fruta, el yogurt o la salsa de tomate no slo contiene pigmento, tambin protenas y grasas.Salsa, ketchup y comidas preparadas contienen pigmento, protenas, grasas y almidn.
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Detergentes biolgicosLa aplicacin ms importante de las enzimas hidrolticas
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Produccin de enzimas para detergentesLas clulas productoras de enzimas se cultivan en biorreactores con agitacin 5-15% almidn predegradado2-3% harina de soja2% protena de leche o gelatinafosfatoEsterilizacin con vapor 20-30 minutos a 121C Enfriamiento a temperatura de cultivo 30-60C. pH neutro y cultivo bien aireadoInoculacin con cultivo puro de cepa de Bacillus licheniformisLa bacteria usa las fuentes de nitrgeno disponibles10-20 horas despus se detecta en el medio la proteasa subtilisinaLas clulas se centrifugan y el sobrenadante se concentra por ultrafiltracin10-20 horasSecado por spray. Partculas de 0.5-2 mm
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Proteasas y AmilasasUso en detergentes: proteasas, amilasas, lipasas, reductasas, etc.Bacillus licheniformis Detergentes: medios alcalfilos pH 9-10Amilasas y glucoamilasas en industria alimentaria. Jarabe de cereales rico en fructosaReaccin de clarificacin: a-amilasa (almidn acortado)Sacarificacin: glucoamilasa (genera glucosa)Isomerizacin: glucosa isomerasa (glucosa en fructosa)
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A)Temperatura- Psicrfilos- Mesfilos- Termfilo- HipertermfilosB) Acidez y alcalinidadAcidfilosAlcalfilos
C) Disponibilidad de agua- Sal: Halfilos y Halfilos extremos- Azcar: Osmfilos- Secos: XerfilosExtremoenzimas
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Efecto de la temperatura sobre la velocidad de crecimiento y las consecuencias moleculares para las clulas
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Relacin de la temperatura y velocidad de crecimiento
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Microorganismos termfilos e hipertermfilos
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Crecimiento de una cianobacteria termfila en un arroyo caliente en el parque nacional de Yellowstone
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Microorganismos del mar de hielo antrticoNcleo de agua de mar permanentemente congelada. La coloracin densa es debida a microorganismosMicrofotografa de contraste d fases de microorganismos fototrficos de la muestra anterior. (Diatomeas o algas verdes)
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Alga de la nieveChlamydomonas nivales
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Microorganismos Acidfilos y Alcalfilos
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Microorganismos y Actividad del Agua
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Microorganismos y Actividad del Agua
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Microorganismos y Actividad del AguaHalfilos: crecen en altas concentraciones de salDiscretos: 1-6% NaClModerados: 6-15% NaCl Extremos: 15-30% NaCl
Osmfilos: crecen en altas concentraciones de azcar
Xerfilos: crecen en ambientes muy secos