IBT. Sonia Michel Gonzlez Baos | Introduccin a la ingeniera Enzimtica | 21/08/2012
Fuentes de Obtencin de Enzimas
ENZIMAS DE ORIGEN MICROBIANO, VEGETAL Y ANIMAL,
APLICACIONES GENERALES DE LAS ENZIMAS
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INDICACIONES:
Estimados Alumnos hasta el momento no me ha sido podible conocerlos, pero les
mando el material correspondiente a la semana, si han podido revisar con la
programacin les he mandado material de una sesin por adelantado, con la
finalidad de avanzar y no retrasarnos. Espero su comprensin.
Les mando estas lecturas para que las estudien ya que apartir del material que les
estoy haciendo llegar elaborare el examen del primer parcial programado el 7 de
septeimbre.
Realicen las actividades indicadas y mandelas por favor a mas tardar el lunes 27 de
agosto antes de las 4 pm al correo [email protected], recuerden que las
activades aun y cuando no este con ustedes son evaluadas y calificadas para la
correspondiente evaluacin del primer parcial, no dejen de enviar sus evidencias
ya que si no lo hacen no tendran la calificacin correspondiente y se vera afectada
su evaluacin final.
UNIDAD 1. INTRODUCCIN A LA INGENIERA ENZIMTICA
Sesin miercles 22, viernes 24 y miercoles 29 de Agosto del 2012.
1.3 FUENTES DE OBTENCIN DE ENZIMAS
Las fuentes de enzimas pueden ser de tipo vegetal, animal y microbiana.
Las enzimas de tipo vegetal, se encuentran las porteasas, carbohidrasas ( las
cuales descomponen residuos de azcares de carbohidratos superiores, a-
amilasas y b-amilasa
Entre las enzimas de tipo animal estn las esterasas : Por ejemplo la Lipasa se
produce en la mucosa gstrica, el pncreas y las semillas de ricino, Las
fosfotasas: Se obtiene de tejidos animales como el seo, muscular. La tripsina y
quimotripsina se produce en el pncreas de cerdo).
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Las enzimas del tipo microbiano provienen de. Bacterias, hongos.
Actualmente la mayora de las enzimas que son comercialmente importantes se
producen a travs de un nmero limitado de microorganismos.
1.3.1 ENZIMAS DE ORIGEN MICROBIANO
Las enzimas de origen microbiano son las que comercialmente se producen debido a que
es un fuente fcil de obtencin, no est afectada por los periodos estacionales ni con
normatividades sanitarias, gracias la modificacin gentica se pueden obtener
microorganismo sobre productores de enzima o regular los mecanismos para que se
exprese la enzima de inters.
Ejemplos de enzimas de origen microbiano son las celulasas, lactasas, lipasas (mucor
miberi).
1.3.2 ENZIMAS DE ORIGEN VEGETAL Y ANIMAL
En animales se emplean tcnicas de ADN recombinante para que ciertos genes de
mamferos sean clonados en las bacterias o en levaduras facilitando la produccin de
enzimas originalmente de amilasas por medio de fermentacin.
El Ltex es un ejemplo de enzima de origen vegetal proveniente de la papaya,
higuera, pia y de ella se han aislado cintein-proteinasas. La cebada es otro ejemplo
de enzima vegetal.
En la tabla 1. Se menciona las ventajas y desventajas de las diferentes fuentes de
obtencin de enzimas as como un listado de enzimas y los avances que se han
desarrollado para la obtencin de las mismas.
Tabla 1 Ventajas y Desventajas de fuentes de obtencin de enzimas de origen
vegetal, animal y microbiano.
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Fuente de obtencin
Ventajas Desventajas Ejemplo Avances
Animal Materiales de desecho.
Produccin es estrechamente con industrias crnicas
Sacrificio de animales
Precios elevados
Aspectos sanitarios
Restricciones de produccin en determinados pases.
Lipasa pancretica
Tripsina
Pepsina- Estomago intestinal
Renina
Quimisina
Catalasa- Higado bovino
Lisozima- Huevo
Lactoperoxidasa- Leche de vaca
Tcnica de ADN recombinante para que ciertos genes mamferos son clonados en las bacterias o en levaduras facilitando la produccin de enzimas de originalmente de animales por medio de frementacin.
Vegetal Produccin en regiones tropicales
Falta de infraestructura
Mano de obra barata
Inestabilidad econmica y poltica
Variaciones estacionales
Necesidad de almacenar la materia prima
Incrementos de costos de produccin
Latex(papana)
Bromelaina (pia)
Cebada de nalteada
Rabano(peroxidasa (Fiscina (higo)
B-amilasa (trigo)
Cultivos de clulas vegetales
Aumento del aspecto econmico
Crecimiento de clulas
Difcil esterilidad
(problemas de contaminacin)
Microbiano La mayora de las enzimas importantes se producen a partir de un no. m.o fuente primaria
Enzimas potencialmente tiles
Segregadas al exterior (extracelulares)
Desarrollo fcil en medio de cultivo
Tecnologa a gran escala ruta + establecida
Gran variedad de rutas metablicas
Bacterias
Bacillus Subtilis
Clostridium sp
Sacharomyces
Mohos
Aspergillus niger
Penicillium spp.
Glucoamilasa
Celulasa
Lactasa
Enzimas extracelulares poseen 3 ventajas:
Molcula segregada fuera de la clula no requiere de ruptura celular.
Fcil de extraccin de enzimas (proceso de separacin)
Menos susceptibles a la desnaturalizacin.
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Mayor flexibilidad gentica
Corto tiempo de generacin (hr vs meses)
Facilidad de extraccin
Ausencia de variaciones estacionales.
1.4 APLICACIONES GENERALES DE LAS ENZIMAS
La tecnologa enzimtica tiene como objetivo superar aquellos inconvenientes que
puedan retrasar la aplicacin de las enzimas en procesos a escala industrial. Esta rea
tiene aplicaciones desde tiempos remotos, y actualmente se utiliza en diferentes
industrias, ya que implica la utilizacin de sistemas enzimticos diversos que optimizan
el procesamiento en la obtencin de detergente, aditivos alimenticios, productos qumicos
y farmacuticos. La tecnologa enzimtica se presenta como alternativa biotecnolgica
para que las industrias desarrollen productos de calidad homognea, aprovechen
ptimamente sus materias primas, aceleren sus procesos de produccin, minimicen
desperdicios y disminuyan el deterioro del medio ambiente. (Figueroa, 2005)
Las enzimas se pueden emplear en diferentes sectores como el de alimentos,
farmacutica, ambiental, textil, detergentes, energa, papel como se muestra en la figura
6. Las aplicaciones que se le da a las enzimas es principalmente para reducir costos en
materia primas, produccin hasta la obtencin del producto final. Sin embargo estas la
mayora son de alto costo principalmente las que son utilizadas para diagnstico y para
ensayos de biologa molecular esto se debe por el gran alto contenido de pureza que
presentan las enzimas.
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Figura 1. Aplicaciones Generales de las enzimas , (Biotecnologa, 2007).
1.4.1 Aplicaciones en la industria de los alimentos
La fermentacin alcohlica
La elaboracin de vinagre con alcoholes es un proceso enzimtico producido por un
microbio vivo (Acetobacter aceti). El alcohol es oxidado y convertido en cido actico con
oxgeno de la atmsfera, el desarrollo del producto se realiza con el microorganismo
entero, por resultar ms econmico.
En la fabricacin de queso, por ejemplo, se utiliza la enzima renina para producir la
coagulacin de las protenas de la leche (casena), que luego se trata para convertirla en
queso. Si bien, originariamente, esta enzima era extrada del cuajo de terneros, hoy en
da se est utilizando enzima quimosina de origen recombinante.
Otra de las enzimas ampliamente utilizadas es la lactasa, que transforma la lactosa (un
azcar) en una mezcla de sus monmeros glucosa y galactosa con un sabor ms dulce.
As, se refina el producto y se concentra en una especie de jarabe con un sabor parecido
al de la miel, ya ampliamente utilizado en el sector de confitera industrial. (Biotecnologa,
2007).
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Industria azucarera
Almidn: Se emplea como fuente de edulcorante.
Para el procesamiento del almidn se emplea Alfa- amilasa cataliza, la hidrlisis de
enlaces (1-4) con una actividad del tipo endo. La Alfa-amilasa bacteriana es producida
por B-subtilis. En 1973 La sociedad Novo ha comercializado alfa-amilasa esta aumenta
la termoestabilidad producida por bacillus licheniformis. La B-amilasa hidroliza maltosa.
ACTIVIDAD individual: Investiga y completa la siguiente tabla, no olvides anotar tu
bibliografa.
Tabla 2. Ejemplo de Enzimas
Enzimas Aplicacin Funcin
Amilasa Industria cervecera
Pectinasa Clarificacin de jugos
Glucosa oxidasa
Lipasa
1.4.2 APLICACIONES EN LA INDUSTRIA FARMACUTICA
A diferencia de otros usos industriales para las enzimas, las aplicaciones mdicas y
farmacuticas de las mismas requieren generalmente pequeas cantidades de enzimas
muy purificadas. Esto se debe a que si el destino de una enzima o de un producto
obtenido por mtodos enzimticos es su administracin a un paciente, resulta evidente
que el preparado debe contener las menores cantidades posibles de material extrao
para evitar probables efectos secundarios.
Uno de los productos obtenidos mediante el uso de enzimas son los aminocidos. Si
bien se pueden sintetizar empleando un proceso qumico, el resultado es una mezcla de
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dos tipos distintos (D y L ismeros). Puesto que solamente el L-ismero es
biolgicamente activo, la mezcla debe ser separada en sus dos componentes.
Adems de aminocidos, las enzimas son utilizadas para la produccin de antibiticos
semi-sintticos. Las penicilinas semisintticas son los principales productos
farmacuticos obtenidos por tecnologa enzimtica.
Tambin se utilizan enzimas en la produccin de esteroides. Los esteroides se utilizan
en un gran nmero de preparados farmacuticos (por ejemplo en los antinflamatorios),
por lo que los procesos empleados en la produccin de estas sustancias presentan una
considerable importancia econmica.
Aplicacin de las enzimas en anlisis clnicos
Las enzimas se emplean como reactivos estndar en los laboratorios para el diagnstico
de enfermedades, para el control y el seguimiento de enfermedades y de la respuesta
del paciente hacia la terapia seguida, y para la identificacin y control de la concentracin
de drogas o sus metabolitos en la sangre u otros fluidos corporales. Las tcnicas de
inmunoanlisis enzimtico (ELISA) representan un nuevo e importante avance al asociar
anticuerpos especficos a enzimas como la peroxidasa o la galactosidasa cuya unin
genera una reaccin colorimtrica (se observa color) proporcional a la extensin de unin
del anticuerpo.
Las enzimas se emplean rutinariamente para diagnosticar enfermedades hepticas,
miocrdicas, pancreticas y prostticas, anemias, leucemias, distrofia muscular, tumores
y toxemias del embarazo.
Las tcnicas enzimticas tambin se utilizan en la deteccin de drogas, anlisis de
antibiticos, deteccin de antgenos o anticuerpos, o en la deteccin de enzimas y
metabolitos en los fluidos intracelulares. Estas tcnicas son generalmente ms rpidas,
especficas ya baratas que otros mtodos de deteccin como el inmunoanlisis, los
anlisis fotomtricos, cromatogrficos.
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Aplicaciones Biomdicas de las enzimas
En 1871 Purdon y colegas usaron la enzima proteoltica pepsina como catalizador en
forma de ungento de lanolina en abscesos, lceras varicosas y cncer ulceratico inhiben
crecimiento bacteriano y otras contaminaciones.
En 1902 Garrod descubrieron enfermedades enzimticas como albinismo.
ACTIVIDAD individual: Investiga y completa la siguiente tabla, no olvides anotar tu
bibliografa.
Tabla 3. Ejemplos de enzimas
Enzimas Aplicacin Funcin
Lipasa Genes
Colina quinasa Actividad Antitumoral / cncer
Tirosina
Tipsina
1.4.3 OTRAS APLICACIONES
Uso de enzimas en la industria textil
En la fabricacin de telas, se realiza en proceso llamado lavado enzimtico. En ste se
realiza la bio-preparacin del algodn en rama utilizando ciertas enzimas. As, se
remueven del algodn solamente los componentes necesarios y se evita o se reduce el
dao causado a la celulosa, utilizando, adems, condiciones de proceso ms favorables
para los operarios, las mquinas y el medio ambiente.
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Numerosos estudios realizados muestran que un tratamiento usando solamente
pectinasa, seguido por un enjuagado en agua caliente, es capaz de hacer que la fibra
de algodn se vuelva hidrfila y absorbente, facilitando su posterior utilizacin.
Entre las enzimas utilizadas en la industria textil se pueden nombrar:
Proteasa, usada en el tratamiento de fibras protenicas (seda y lana); Catalasa, para la
eliminacin de perxido de hidrgeno despus del blanqueado y antes del teido;
Lacasa, en la oxidacin enzimtica del ndigo; Peroxidasa, en la oxidacin enzimtica
de colorantes reactivos no fijados y Lipasa para el desengrasado.
Uso de enzimas en la industria de detergentes
Las enzimas empleadas en detergentes se encuentran disponibles en forma lquida y
granular. stas actan sobre los materiales que constituyen las manchas, facilitando la
remocin de los mismos y de forma ms efectiva que los detergentes convencionales.
Entre las enzimas utilizadas se pueden encontrar: proteasas (producidas principalmente
por Bacillus licheniformis o B. Amyloliquefaciens y Aspergillus flavus) que aceleran la
degradacin de protenas y producen pequeos pptidos o aminocidos individuales los
cuales pueden ser fcilmente removidos de los tejidos.
Las amilasas provenientes de Bacillus licheniformis, que degradan el almidn, sacando
manchas de chocolate y papa, entre otros.
Las lipasas, que rompen los lpidos por hidrlisis, sacando manchas de grasa y aceite.
Las celulasas producidas por el hongo Humicola insolens son utilizadas para remocin
de suciedad, y para restaurar la suavidad y color de fibras de algodn. (Biotecnologa,
2007)
Enzimas utilizadas en la industria del papel
Al igual que en el tratamiento de telas, en la fabricacin de papel, se utilizan las enzimas
celulasas para degradar la celulosa, componente principal de la madera.
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Adems de la celulosa, la madera contiene lignina, un compuesto que debe se eliminado
en la fabricacin de papel. La eliminacin se realiza con compuestos qumicos que son
contaminantes del medio ambiente.
La elucidacin de los mecanismos enzimticos implicados en el proceso de
biodegradacin de la lignina est proporcionando nuevas herramientas biotecnolgicas
para un mejor aprovechamiento de la biomasa vegetal en sectores industriales, tales
como la produccin de pasta de papel y la obtencin de biocombustibles. (Biotecnologa,
2007)
Uso de enzimas para generacin de energa
Otra aplicacin biotecnolgica de las enzimas es la produccin de energa, a partir de
fuentes orgnicas en vez de combustibles fsiles, no renovables.
Cada ao crecen unos 200 mil millones de toneladas de biomasa (madera, cereales, etc),
de las cuales se usan slo un 3%. Por lo tanto, este rubro ofrece un enorme potencial
que puede ser aprovechado. Un ejemplo clsico de biocombustible es el alcohol obtenido
por fermentacin de material rico en azcares y almidn, o de residuos orgnicos como
los forestales . El principal obstculo para la viabilidad de esta propuesta es el costo,
puesto que el petrleo sigue siendo ms barato. Sin embargo, los avances tecnolgicos
permitirn en un futuro aumentar el desarrollo de estos productos biodegradables.
(Biotecnologa, 2007)
Curticin " Primero se quitan a las pieles el pelo y el exceso de carne y luego se ponen
en remojo para que se hinchen y se vuelvan ms o menos porosas y permeables a las
sustancias curtientes. El primer remojo se ha efectuado siempre mediante la accin
enzimtica. Cuando se observ que la hinchazn era producida parcial o totalmente por
enzimas protealtina impura. La cantidad de material enzimtico que se usa en la industria
de curtidura representa probablemente la mayor aplicacin industrial de las enzimas
despus de la industria de fermentacin." (Figueroa, 2005)
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ACTIVIDAD individual: Investiga y completa la siguiente tabla, no olvides anotar tu
bibliografa.
Tabla 4. Ejemplos de enzimas
ACTIVIDAD por equipos de 5 personas: Descargar los siguientes articulos, elaborar un
mapa mental de cada uno de ellos y enviarlos al correo sealado.
Jorge Eliecer Carrera, Produccin y aplicacin de enzimas Industriales,Facultad de ciencias
Agropecuarias, Noviembre 29, 2002 colsultado:
www.unicauca.edu.co/biotecnologia/ediciones/vol1/Ar11.pdf
Hermida Ameijeiras M, Tutor crespo, Lipasa y amilasa total y sus isoenzimas como
marcadores de dao pancretico en pacientes tratados con frmacos antiepilpticos, Unidad
de Monotorizacin d e farmacos, Santiago de compostela 2007, consultado:
www.sefh.es/fh/83_6.pdf.
Teresa Ponce Noyola, Celulasas y Xilanasas en la Industria, XXX Aniversario de
Biotecnologa y Bioingeniera, Avance y prespectiva vol. 21, septiembre 2002, consultado:
biblioteca.cinvestav.mx/indicadores/texto_completo/.../102515_1.pdf
Caludio Salvador, Industria curtidora: Una oportunidad para generar mas trabajo y divisas
en el pas, Gente y empresas, 2a. Parte No. 357, Asociacin Quimica Argentina, consultado:
www.aqa.org.ar/iyq357/GenteyEmpresas357.pdf. Solo leer apartir del tema Influencia y
Distintos Factores en los Procesos *Ambieltal hasa las conclusiones del articulo.
Enzimas Aplicacin Funcin
Microlasa
Enzimas
celulticas
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