PRODUCCION DE ENZIMAS.ppt

TRATA DE DIVERSOS ENZIMAS INDUSTRIALES UTILIZADOS EN ALIMENTOS Y OTRAS ACTIVIDADES.

1. PRODUCCIÓN DE
ENZIMAS

2. •Lasenzimassoncatalizadoresdeorigen
biológico.
•Soncatalizadoresmuyactivosenmedios
acuososyencondicionesmuysuavesde
temperatura,presión,pH,etc.
•Soncatalizadoresmuyespecíficos:pueden
modificarunúnicosubstratoenunamezcla
desubstratosmuysimilareseinclusopueden
discernirentredosisómerosdeunamezcla
racémicadeuncompuestoquiral.
•Soncatalizadoresmuyselectivos:pueden
modificarunúnicoenlaceounúnicogrupo
funcionalenunamoléculasquetengavarias
posicionesmodificables.

3. FUENTES DE ENZIMAS
•Lasenzimaspuedenserdeorigenvegetal,animal
ymicrobiana.
•Entrelasenzimasdetipovegetal,seencuentran
lasproteasas,carbohidrasas(lascuales
descomponenresiduosdeazúcaresde
carbohidratossuperiores,a-amilasasyb-amilasa).
•Entrelasenzimasdetipoanimalestánlasesterasa
(Lipasaseproduceenlamucosagástrica,el
páncreas,fosfotasas:Seobtienedetejidos
animalesóseo,muscular,tripsinayquimotripsina
seproduceenelpáncreas)
•Lasenzimasdeltipomicrobianoprovienende
bacterias,arqueasydehongos.

4. ENZIMAS EXTRACELULARES
•Todoslosorganismosproducenenzimasde
actividadmuyvariadayengeneralencantidades
bajasparasusprocesoscelulares.
•UncasoparticulareseldelosMicroorganismos
(M.O.)quepuedenproduciralgunasenzimasen
concentracionesmuyaltasylasexcretanalmedio.
•Lasenzimasextracelularessoncapacesdedigerir
muchosmaterialespoliméricosinsolublescomo
celulosa,almidón,proteínas;cuyosmonómeros
sonutilizadoscomonutrientesporlosM.O.

5. USO DE ENZIMAS
•Unacantidadimportantedelasenzimasseutilizan
enalimentos,parausarunmicroorganismoque
produzcaenzimasdeconsumohumano,sedeben
decumplirunaseriederequisitoslegales,quese
centranenquetalmicroorganismodebefiguraren
lallamadalista“GRAS”(generallyaknowledged
assecure),esdecir,quehayademostradouna
largahistoriadeseguridad.
•Tambiénseutilizanenzimasparaproducir
sustanciasdeusomédicoeindustrial,sintener
queusarM.O.completos,estotienecomoventaja
queevitaproblemasdecontaminaciónyreduce
pasosdeseparación.

6. Enzima Proceso industrialMillones$/año
Sacarasas Proc. almidón, endulzantes150
Isomerasasjarabes ricos en fructosa
ProteasasDetergentes, carnes, 400
quesos, pescado, tejidos
ReninasCoagulación de leche 60
LipasasDetergentes, proc. pieles,20
saborizantes, proc. carne
Celulasasjugos de frutas, envejec. tejidos 20

7. PRODUCCIÓN DE ENZIMAS
•Losprocesosdeproduccióndeenzimas
microbianasserealizanmediantecultivos
aeróbicos.
•Engenerallasenzimasseproducenenpequeñas
cantidadesdurantelafasedecrecimientoactivo,
peroseacumulanengrandescantidadesenlafase
estacionariadelcrecimiento.
•Lasenzimasinduciblesseproducensólocuando
enelmedioseencuentraelinductor(sustrato).

8. •Lasenzimasmicrobianasqueseproducen
enmayorcantidadsonproteasas,utilizadas
comoaditivosenlosdetergentesparalavar
ropa.
•Tambiénlosdetergentescontienenamilasas,
lipasas,reductasasyotras.
•Muchasdeestasenzimassonproducidasa
partir debacteriasalcalófilas,
especialmentedeBacilluslicheniforme.
•EstasenzimastienenpHóptimoentre9y
10,asípermanecenactivasalpHalcalinode
lassolucionesdelosdetergentes.

9. •Amilasas,seproducenmediante
fermentaciónyseutilizanenlaconversión
decerealesenelproductofinalllamado
jarabedecerealesricoenfructosa.
•Alfaamilasaprovocaataqueinicialal
polímero,acortandolacadenayreduciendo
laviscosidaddelpolímero,clarificante.
•Glucoamilasaproducemonómerosde
glucosa,sacarificante.
•Glucosaisomerasarealizalaconversión
finaldeglucosaenfructosa,isomerización.

10. •Invertasaseproduceapartirdelcultivode
Saccharomycescerevisiae,seutilizapara
impedirlacristalizacióndeazúcares,pues
conviertesacarosaenazúcaresmássolubles.
Tambiénseinyectaenelinteriordelos
caramelos.
•Pectinasas,producidasporcepasdeAspergillus,
seutilizaparalicuarjugosdefrutas.
•Renina,producidaporcepasdeMucorseutiliza
paracoagularlalecheenlaproducciónde
quesos.
•Proteasas,paraablandarcarnesdeBacillusy
Aspergillus.
•Lactasa,deKluyveromycesfragilis,paraevitarla
cristalizacióndehelados.

11. ENZIMAS MICROBIANAS Y SUS
APLICACIONES
Enzima Fuente Ap.industrial.Industria
Amilasa Hongos Pan Panadería
Bacterias Almidonado en
frío ropa
Almidón
Hongos Ayuda
digestiva
Farmaceútico.
Bacterias Elimina
Manchas
Detergentes
Lipasa Hongos Degradar grasaLechería,
lavandería
Celulasa bacterias Suavizar y
ablandar.
Tejidos.
lavandería

12. ENZIMAS MICROBIANAS Y SUS
APLICACIONES
Enzima Fuente Ap.indust.Industria
Proteasa Hongos Pan Panadería
bacteriasAblandador
carnes
carnes
bacteriasLimpieza
heridas
Medicina
bacteriasDetergente
doméstico
Lavandería
Invertasalevadura Relleno
blando caram.
Confitería
Gluc. oxidasahongos Elim.gluc.y OAlimentación

13. ESTABILIDAD DE ENZIMAS
•Laprincipalrestriccióndelusodeenzimas
comobiocatalizadoresdeprocesoradicaen
suinherentelabilidadderivadadesu
complejaestructuramolecular.
•Laestabilidaddeunaenzimapuede
definirsecomolacapacidadderetenersu
actividadenunacondiciónambiental
determinada.
•Sonimportanteslatemperaturayla
presenciadecompuestosquímicos
inactivantes.

14. •Diversasestrategiashansidoelaboradas
para producir biocatalizadores
intrínsecamentemásestablesypara
incrementarlaestabilidadduranteel
procesocatalítico.
•Entrelasestrategiaselaboradaspara
producirenzimasmásestablesypara
incrementarlaestabilidadduranteel
procesocatalíticoseencuentraelusode
M.O.extremófilosydeorganismos
mutantesyrecombinantes,obtenidospor
técnicasdemutagénesisdirigidae
ingenieríagenética,comofuentesde
enzimasdeelevadaestabilidad.

15. •Otraestrategiaparaasegurarlaestabilidad
eselusodeenzimassoportadaso
contenidasenmatricesyelusodeenzimas
enmediosdereacciónnoconvencionales.
•Lasenzimasinmovilizadaspuedenser
notablementemásestablesquesus
contrapartessolubles,alreducirsela
movilidadmolecularycrearseun
microambienteeventualmanteprotector.

16. EXTREMOZIMAS
•Losmicroorganismosextremófilossoncapaces
decreceraaltastemperaturas,enalgunos
casosporencimadelatemperaturade
ebullicióndelagua.
•Loshipertermófilossoncapacesdecrecera
estastemperaturastanaltasporqueproducen
moléculasestablesalcalor,incluidasenzimas.
•Seutilizaelnombredeextremozimapara
referirseaenzimasquefuncionana
temperaturasextremadamentealtas,pero
tambiénaaquellasquefuncionanbiena
cualquiercondición,fríooaltas
concentracionessalinasophácidos.

17. •Muchosprocesosindustrialesfuncionan
mejoraaltastemperaturas,porloquelas
extremozimasprovenientesdeM.O.
hipertermófilosseestánhaciendocadavez
másatractivascomobiocatalizadorespara
lasaplicacionesindustrialesytambiénpara
usoeninvestigación,querequieren
enzimas.
•MuyconocidassonlaTaqyPfu
polimerasasqueseutilizanenlareacciónde
laPCR.

18. TERMOESTABILIDAD DE LA
PULULANASA

19. •OtrasextremozimasproducidasporM.O.
hipertermófilosson:proteasas,celulasas,
pululanasasyxilanasasextremadamente
termoestables.
•Thermococcuslitoralis,relacionadocon
Pyrococcuswoeseiproduceunapululanasa
catalíticamentemásactivaa118
o
C.
•Pyrococcusfuriosusproduceuna
ferredoxina,proteínaferro-sulfurada
implicadaentransporteelectrónico,activaa
temperaturassimilaresyquenose
desnaturalizahasta140
o
C.

20. •Otrasextremozimassonactivasabajas
temperaturas,enzimaspsicrófilas.
•Otrassonactivasenpresenciadealtas
concentracionesdesales(dehalófilos)o
activasapHmuyaltosomuybajos(de
alcalófilosyacidófilosrespectivamentey
muyseguramenteseránutilizadasenlos
próximosañosanivelindustrialen
situacionesquerequierenbiocatálisisen
condicionesextremas.

21. ENZIMAS INMOVILIZADAS
•Parasuutilizaciónenprocesosindustriales,
esmejorutilizarunaenzimaenforma
inmovilizada.
•Lainmovilizaciónnosólohacemásfácil
realizarlareacciónencondicionesagran
escala,sinoqueademásestabilizalaenzima
frentealadesnaturalización.
•Existentresformasderealizarla
inmovilización:

22. •Formacióndeenlacestransversales
(polimerización)delasmoléculasdela
enzima.
•Launióndelasmoléculasdeenzimaentre
sisesuelehacermediantereacciónquímica
conunagentebifuncionalformadorde
enlacestransversales,como el
glutaraldehido,reaccionandogruposaminos
conestereactivo.
•Sisehacelareacciónadecuadamente,la
enzimapuedemantenerlamayorpartede
suactividad.

23. ENZIMAS INMOVILIZADAS POR
ENLACES CON GLUTARALDEHIDO

24. •Unióndelaenzimaaunsoporte.La
uniónpuedeserporabsorción,por
enlacesiónicosoporenlaces
covalentes.
•Entrelossoportesutilizadosfiguran
celulosasmodificadas,carbón
activado,mineralesdelaarcilla,óxido
dealuminioyperlasdevidrio.

25. PROCEDIMIENTOS PARA LA
INMOVILIZACIÓN DE ENZIMAS

26. •Inclusióndelaenzima,queimplicala
incorporacióndelaenzimaaunamembrana
semipermeable.
•Lasenzimaspuedenencerrarseen
microcápsulas,geles,membranasde
polímerossemipermeablesopolímeros
fibrososcomoelacetatodecelulosa.
•Cadaunodeestosmétodostieneventajase
inconvenientesyelprocedimientoutilizado
dependedelaenzimaydelaaplicación
industrialconcreta.

27. CÉLULAS INMOVILIZADAS
•En algunos casos no es necesario usar la enzima
purificada .
•Las células ricas en enzimas pueden ser
inmovilizadas y realizar el proceso industrial en
forma continua.
•Bacillus coagulansque produce glucosa
isomerasa, se utiliza para la producción de jarabe
de cereales rico en fructosa.
•El jarabe rico en fructosa se hace pasar a través de
columnas que contienen las células inmovilizadas
y se produce el jarabe de fructosa.
•Las instalaciones son más pequeñas.

28. ENZIMAS RECOMBINANTES
•UtilizandoDNArecombinantehasido
posibleproducirunaseriedeenzimasde
granutilidadenlaactualidad.
•Laproduccióndeenzimaspor
microbiologíaindustrialerayaunnegocio
florecienteantesdelaeradelDNA
recombinante,peroprecisamentelaI.G.se
adaptaperfectamentealosobjetivosde
mejoradeestabiotecnologíacomercial,y
empezóausarsedemodocasiinmediatoen
cuantoestuvieronapuntolastécnicas.

29. •Laingenieríagenéticaestárealizando
progresosimportantesenlaproducción
deenzimasrecombinantesen
microorganismos.
•Paragarantizarlaseguridaddesuuso
debe controlarseque los
microorganismosdedondeseextraenno
seanpatógenos,nifabriquencompuestos
tóxicos.Losidealessonaquellosque
tienenunalargatradicióndeusoenlos
alimentoscomolaslevadurasdela
industriacerveceraylosfermentos
lácticos.

30. •Bacillus,AspergillusySacharomyces
sontresespeciesdemicroorganismos
bienconocidas,sumanipulaciónes
segura,sondecrecimientorápidoy
producengrandescantidadesde
enzimas,generalmentemediante
fermentación.
•Elmediodecultivoóptimoparaestos
microorganismosesigualmentebien
conocido,loquereduceloscostosde
experimentación.

31. •Cuandounaenzimanuevaesidentificada
enunmicroorganismo,elgenque
codificaparalamismapuedeser
transferidoacualquieradelasespecies
anteriores.
•Deestamanerasepuedeproducirmayor
cantidaddedichaenzimaeneltanquede
fermentación.
•Elproductoobtenido,laenzima
recombinante,esdemayorpureza,lo
cualcontribuyeaunamejorcalidaddel
producto.

32. •Enlaindustriaalimentaria:
•Quimosinarecombinante(rennina)parala
elaboracióndequesos.Muyempleadaen
EE.UUyGranBretaña(90%delosquesos
duros),sustityendoalaescasaquimosinade
ternerosyalabiotecnológicatradicional
obtenidadehongos(Rhizomucor,Endothia
parasitica).Laquimosinarecombinantese
obtieneenKluyveromyceslactisy
Aspergillusnigermanipulados.
•Somatotropinabovinarecombinanteparece
estimularlaproduccióndelechedevacas
enlosEE.UU.(aprobadaporlaFDAen
1994).

33. •Enlaindustriadedetergentes:
•LaLipolasa®deNovo-Nordisk(ahora
Novozymes)eslaprimeraenzima
recombinanteaprobadaparadetergentes.El
gendeestalipasa,aisladodehongo
filamentosoHumicolasetransfirióa
Aspergillusoryzae.
•LacutinasadeFusarium,buena
degradadoradeácidosgrasos,seexpresa
poringenieríagenéticaenlalevadura
Saccharomycescerevisiae.

34. •Entrelasproteasas,hayquedestacarla
subtilisinadeBacilluslicheniformisyB.
amyloquefaciens,queayudaaeliminar
manchasdesangre,comida,etc.Por
ingenieríadeproteínashasidoposible
mejorarlasyadeporsíbuenas
cualidadesdelasubtilisina,creando
variantesresistentesalaoxidaciónpor
peróxidodehidrógenoderivadodelos
perboratos,resistentesapHalcalinosy
termorresistentes.