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

PGINA 1

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 gbsm810128@hotmail.com, 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