Área: Ciencias NaturalesBiotecnología

2º BTO

2008

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SEDE BELGRANO

Enzimas

¿Qué son las enzimas y qué función cumplen?

Las enzimas son una clase especial de proteínas (moléculas) que aceleran la velocidad de las reacciones químicas que ocurren en una célula. Por esto se las conoce como “catalizadores biológicos”.Las enzimas ayudan en procesos esenciales tales como la digestión de los alimentos, el metabolismo, la coagulación de la sangre y la contracción muscular. El modo de acción es específico ya que cada tipo de enzima actúa sobre un tipo particular de reacción y sobre un sustrato específico. Para realizar su función, una enzima reconoce una molécula específica, llamada sustrato. Cada enzima se une a su sustrato específico en el sitio activo y provoca en él un cambio químico, por el cual se obtiene un producto. El cambio implica la formación o rotura de un enlace entre los átomos de la molécula. La enzima que participa en la reacción no sufre modificaciones, y puede volver a actuar sobre otro sustrato del mismo tipo. En ausencia de las enzimas, las reacciones bioquímicas serían extremadamente lentas y la vida no sería posible. Las enzimas pueden aumentar la velocidad de las reacciones en un millón de veces.

Cada tipo de enzima funciona óptimamente a una determinada temperatura; si la temperatura del medio en el que está la enzima se aleja de la óptima, la enzima disminuye su actividad.

Las enzimas son proteínas que tiene la función de catalizadores biológicos, que aceleran reacciones químicas, haciendo que el proceso sea más rápido y eficiente que cualquier otro proceso químico. Las enzimas se utilizan habitualmente en los detergentes o polvo para lavar la ropa. Por ejemplo, lipasas para sacar manchas de grasas, proteasas para sacar manchas de proteínas, etc. Cada tipo de enzimas tienen un rango de temperaturas dentro del cual es activa. En la temperatura óptima actúa al 100% y al alejarse de esa temperatura disminuye su función

Para determinados procesos en los cuales se necesitan temperaturas extremas, se van a emplear enzimas provenientes de organismos extremófilos que pueden actuar a temperaturas extremas (altas o bajas). Por ejemplo, la ropa de hospital que requiere esterilización se lava con productos que tengan enzimas que funcionen a temperaturas altas, mientras que el lavado en agua fría emplea enzimas provenientes de microorganismos que se desarrollan a temperaturas bajas.

En la industria alimenticia también se usan enzimas. Por ejemplo en la etapa final de la fabricación de jugos cuando hay que sacar los restos de pepitas de frutas antes de la pasteurización, se emplea la enzima pectinasa que degrada la pectina, el principal componente de la semillas.

Las enzimas también se usan en la industria textil para ablandar los jeans. En este caso se usa celulasa, que degrada la celulosa que es el principal componente de las células vegetales (entre ellas, las células del algodón que es el principal componente de la tela de jean). Mediante un proceso controlado (temperatura, tiempo, cantidad y tipo de celulasa) se logran diferentes texturas de jean.

También se usa la enzima celulasa en la industria del papel (que está formado por celulosa) para lograr diferentes texturas.

BIOTECNOLOGÍA Y JABONES EN POLVO

Ya sea por razones estéticas y/o higiénicas, el uso de jabones se remonta a los Babilonios (2700 AC).Los jabones sólo llegaron al sur de Europa cinco siglos más tarde. Preparadas artesanalmente a partir de aceite de oliva y cenizas de

laurel, las barras eran artículos de lujo conocidos por su lugar de origen: jabón de Castilla, jabón de Marsella, etc.En 1907, se lanza un jabón para el lavado de ropa en el que para facilitar la remoción de la suciedad se agregaron otros productos químicos.Las enzimas, así como sus características y propiedades, fueron descubiertas en la segunda mitad del siglo XIX.La primera aplicación moderna de estos conocimientos ocurre en 1913, cuando se patentó un producto que contenía jabón y tripsina (enzima pancreática) pero que tenía varios defectos: hacía poca espuma, eliminaba solamente las manchas proteicas y causaba alergias.

La biotecnología en la obtención de enzimas más eficaces

Las enzimas aplicadas en la industria de detergentes deben producirse a bajo costo, ser estables en condiciones de lavado, y de uso y manipulación segura. El criterio más importante es el de la estabilidad, ya que las máquinas de lavado son lugares hostiles para las enzimas. Por ejemplo, deben ser compatibles con detergentes, jabones, oxidantes y otros componentes que afectan su estructura. Además, deben ser estables en amplios rangos de temperaturas (menores a 20ºC y mayores a 70ºC) y pH alcalinos (8-12). Por ejemplo, en lavadoras industriales se necesitan enzimas que sean estables a 55ºC o más para lavado a altas temperaturas. Por otro lado, para ahorrar energía, evitar el deterioro de la ropa o en países donde es costumbre lavar con agua fría, existe una alta demanda de detergentes con enzimas que trabajen eficientemente a temperaturas menores a 20ºC. En estos casos es donde la biotecnología moderna juega un rol importante.

A través del uso de ingeniería genética, se pueden transferir genes de un organismo con la información para sintetizar determinada enzima a otros organismos. De esta forma, numerosas enzimas de interés industrial pueden ser producidas a gran escala por fermentación de microorganismos cuyo cultivo es conocido y controlado. Por ejemplo, en 1988 se introdujo la primera lipasa obtenida por bioingeniería llamada Lipolase. El gen de esta lipasa, aislado de hongo filamentoso Humicola se transfirió a Aspergillus oryzae donde se produce a gran escala y de forma estable. La cutinasa de Fusarium, que degrada ácidos grasos, se expresa por ingeniería genética en la levadura Saccharomyces cerevisiae.Las enzimas, una vez obtenidas por fermentación, son aisladas, purificadas y protegidas como granulados o cápsulas para ser incluidas en las formulaciones de detergentes. Las enzimas son encapsuladas en sustancias serosas inertes solubles en agua, y son adicionadas con estabilizantes como sales de calcio, formato de sodio, borato, o preparaciones de proteínas. Corrientemente los

fabricantes usan gránulos coloreados como señal que simboliza la presencia de aditivos extras. La siguiente tabla menciona algunas enzimas producidas por microorganismos modificados genéticamente, sus nombres comerciales, función y aplicación:

1.

¿Qué son las enzimas desde el punto de vista estructural?2. ¿Cuál es la función de las enzimas?3. ¿Cuál es la finalidad del uso de enzimas en los detergentes para la ropa? 4. Indicar cuáles son las enzimas que se agregan a los detergentes.5. ¿Cuál es el aporte de la biotecnología moderna en la fabricación de

detergentes enzimáticos?

Nombre comercial de la enzima

Tipo de enzimaPrincipal

aplicaciónAquazym® Ultra Alpha-amilasa Industria textilCarezyme® Celulasa Industria detergentesCellusoft® Celulasa Industria textilClear-Lens® LIPO Lipase Limpieza personalDuramyl® Alpha-amilasa Industria detergentesEndolase® Celulasa Industria detergentesEverlase® Proteasa Industria detergentesLipolase® Lipasa Industria detergentesNovozym® 735 Lipasa Industria textilOvozyme® Subtilisina (proteasa) Industria detergentesSavinase® Proteasa Industria detergentesTermamyl® Alpha-amilasa Industria detergentesThermozyme® Alpha-amylasa Industria textil