Las enzimas son biocatalizadores que juegan un papel importante en todas las etapas del metabolismo y las reacciones bioquímicas. Son de particular interés y se utilizan como catalizadores orgánicos en numerosos procesos a escala industrial. Este artículo proporciona una descripción general de las enzimas microbianas y su clasificación.
Introducción
Diferentes bioindustrias requieren enzimas con características específicas para su uso en el procesamiento de sustratos y materias primas. Las enzimas microbianas actúan como biocatalizadores para llevar a cabo reacciones en procesos biológicos de una manera económica y respetuosa con el medio ambiente en comparación con el uso de catalizadores químicos. Sus características especiales se utilizan para aplicaciones industriales y de interés comercial. Las enzimas son muy específicas, catalizan alrededor de 4000 reacciones bioquímicas. El premio Nobel Emil Fischer sugirió que esto se debe a que tanto la enzima como el sustrato tienen geometrías complementarias específicas que son precisamenteencajan entre sí.
Definición
Las enzimas son moléculas biológicas grandes responsables de todos esos intercambios químicos importantes que son necesarios para sustentar la vida. Son catalizadores altamente selectivos que pueden acelerar en gran medida tanto la velocidad como la especificidad de las reacciones metabólicas que van desde la digestión de los alimentos hasta la síntesis de ADN. Todos los procesos metabólicos que ocurren en ellos dependen de qué enzimas se forman en las células de los microorganismos.
Historia
En 1877, Wilhelm Friedrich Kuehne, profesor de fisiología en la Universidad de Heidelberg, utilizó por primera vez el término "enzima", que proviene de la palabra latina fermentum, que significa "en levadura". La obtención de enzimas de microorganismos comenzó en la antigua Grecia. Se usaban para conservar alimentos y bebidas.
En 1783, el famoso sacerdote católico italiano Lazzaro Spallanzani mencionó por primera vez la importancia de esta biomolécula en su trabajo sobre biogénesis.
En 1812, Gottlieb Sigismund Kirchhoff investigó el procedimiento para convertir el almidón en glucosa. En su experimento destaca el uso de enzimas como catalizador.
En 1833, el químico francés Anselm Payen descubrió la primera enzima, la diastasa.
Décadas más tarde, en 1862, mientras estudiaba la fermentación del azúcar en alcohol, Louis Pasteur llegó a la conclusión de que estaba catalizada por la fuerza vital contenida en las células de levadura.
Biomoléculas que se encuentran en la naturalezahan sido muy utilizados desde la antigüedad en la fabricación de productos como el lino, el cuero y el añil. Todos estos procesos fueron causados por microorganismos - productores de enzimas.
Significado
Se necesitan enzimas para facilitar las reacciones químicas. Su papel en la vida de los microorganismos es muy importante. Consiste en asegurar los procesos metabólicos, la respiración, la digestión y otros tipos de vida. Cuando las enzimas funcionan correctamente, se mantiene la homeostasis. Otra función de las enzimas en los microorganismos es acelerar el metabolismo.
Características especiales
Las propiedades de las enzimas de los microorganismos incluyen:
- resistencia al calor;
- naturaleza termófila;
- tolerancia al cambio de rango de pH;
- estabilidad de la actividad al cambiar la temperatura y el pH;
- otras condiciones de reacción estrictas.
Se clasifican en termófilas, acidófilas o alcalófilas. Los microorganismos con sistemas enzimáticos termoestables reducen la posibilidad de contaminación microbiana en reacciones industriales a gran escala y de larga duración. Las enzimas microbianas ayudan a aumentar la transferencia de masa y a reducir la viscosidad del sustrato durante el proceso de hidrólisis de la materia prima.
Clasificación
Debido a la amplia gama de actividades según la naturaleza de su reacción, las enzimas se clasifican según la catálisis:
- Oxidorreductasas. Las reacciones de oxidación involucran la transferencia de electrones de una sola molécula.a otro. En los sistemas biológicos, se trata de la eliminación de hidrógeno del sustrato.
- Transferasas. Esta clase de enzimas cataliza la transferencia de grupos de átomos de una molécula a otra. Las aminotransferasas o transaminasas facilitan la transferencia de un grupo amino de un aminoácido a un alfa-oxoácido.
- Hidrolasas. Catalizar la hidrólisis, división de sustratos con agua. Las reacciones incluyen la ruptura de enlaces peptídicos en proteínas, enlaces glucosídicos en carbohidratos y enlaces éster en lípidos. Generalmente, las moléculas más grandes se descomponen en fragmentos más pequeños.
- Enlace. Catalizar la adición de grupos a los dobles enlaces o la formación de estos últimos mediante la eliminación de los primeros. Por ejemplo, las pectato liasas rompen los enlaces glucosídicos por eliminación beta.
- Isomerasas. Catalizan la transferencia de grupos de una posición a otra en la misma molécula. Cambia la estructura del sustrato, reorganizando sus átomos.
- Ligases. Conectar moléculas entre sí con enlaces covalentes. Participan en reacciones biosintéticas, donde se forman nuevos grupos de enlace. Estas reacciones requieren un aporte de energía en forma de cofactores.
Solicitud
La fermentación se utiliza en la preparación de muchos alimentos. El uso de enzimas microbianas en la industria alimentaria es un proceso de larga data. Los siguientes tipos son ampliamente utilizados:
- Amilasa. Licuefacción de almidón, mejora de la calidad del pan, clarificación de jugos de frutas.
- Glucoamilasas. Producción de cerveza y jarabes con alto contenido de glucosa y fructosa.
- Proteasa. ablandamientocarne, leche coagulación.
- Lactasa. Reducción de la intolerancia a la lactosa en humanos, suplementos nutricionales prebióticos.
- Lipasa. Producción de queso cheddar.
- Fosfolipasas. Producción de grasa láctea lipolizada.
- Esterasa. Mejora del sabor y aroma en zumos de frutas. Desesterificación de la fibra dietética. Producción de ésteres de cadena corta.
- Celulasas. Alimentación animal.
- Glucosa oxidasa. Mejorar la vida útil de los alimentos.
- Lacasas. Eliminación de polifenoles del vino.
- Catalasas. Conservación de los alimentos. Eliminación del peróxido de hidrógeno de la leche antes de la producción de queso.
- Peroxidasa. Desarrollo del sabor, color y calidad de los alimentos.
Proteasa
Las proteasas derivadas de sistemas microbianos son de tres tipos: ácidas, neutras y alcalinas. Las serina proteasas alcalinas tienen la mayor aplicación en la bioindustria. Tienen alta actividad y estabilidad bajo condiciones anormales de parámetros fisiológicos extremos. Las proteasas alcalinas tienen la propiedad de una alta estabilidad de la actividad enzimática cuando se usan en detergentes. Han encontrado una amplia aplicación en la bioindustria:
- producción de detergentes en polvo;
- industria alimentaria;
- procesamiento del cuero;
- productos farmacéuticos;
- investigación en biología molecular y síntesis de péptidos.
Amilasa
Esta es una enzima de microorganismos que cataliza la descomposición del almidón en azúcares. Él eradescubierto y aislado por Anselm Peyen en 1833. Todas las amilasas son glucósidos hidrolasas. Son ampliamente utilizados en la industria y representan casi el 25% del mercado de enzimas. Utilizado en industrias tales como:
- comida;
- panadería;
- papel y textil;
- edulcorantes y zumos de frutas;
- jarabes de glucosa y fructosa;
- detergentes;
- etanol combustible a partir de almidones;
- bebidas alcohólicas;
- ayuda digestiva;
- quitamanchas en tintorería.
También se utiliza en química clínica, médica y analítica.
Xilanasa
La hemicelulosa es uno de los principales constituyentes de los residuos agrícolas junto con la celulosa, la lignina y la pectina. Xylan es su componente principal. La importancia de la xilanasa ha aumentado significativamente debido a sus aplicaciones biotecnológicas para la producción de pentosa, la purificación de jugos de frutas, la mejora de la digestión y la bioconversión de desechos agrícolas lignocelulósicos en combustibles y productos químicos. Ha encontrado su aplicación en las industrias alimentaria, textil y de pulpa y papel, eliminación de residuos agrícolas, producción de etanol y alimentación animal.
Lacasa
Las enzimas liginolíticas son útiles en la hidrólisis de residuos agrícolas lignocelulósicos, especialmente para la degradación de la lignina constituyente compleja y no bombeable. Son de naturaleza muy versátil y se pueden utilizar en una serie de procesos industriales. El sistema de enzimas lignolíticas se utiliza en la biodecoloración de la celulosa y otras industrias, como la estabilización del vino y los jugos de frutas, el lavado de mezclilla, los cosméticos y los biosensores.
Lipasa
Esta es una enzima de microorganismos que cataliza la descomposición e hidrólisis de las grasas. Las lipasas son una subclase de las esterasas. Desempeñan un papel importante en la digestión, el transporte y el procesamiento de las grasas. La mayoría de las lipasas están involucradas en una determinada posición en la columna vertebral de glicerol del sustrato graso, especialmente en el intestino delgado. Algunos de ellos son expresados por organismos patógenos secretados durante una enfermedad infecciosa. Las lipasas se consideran el grupo principal de enzimas biotecnológicamente valiosas, principalmente debido a la versatilidad de sus propiedades aplicadas y la facilidad de producción en masa.
Aplicación de lipasa
Estas enzimas participan en una variedad de procesos biológicos, que van desde el metabolismo rutinario de los triglicéridos en la dieta hasta la señalización y la inflamación celular. Algunas actividades de la lipasa están restringidas a ciertos compartimentos dentro de las células, mientras que otras funcionan en espacios extracelulares:
- Las lipasas pancreáticas se secretan en espacios extracelulares donde sirven para convertir los lípidos de la dieta en formas más simples que se transportan por todo el cuerpo.
- Facilita la absorción de nutrientes del medio ambiente.
- El aumento de la actividad de la lipasa reemplazacatalizadores convencionales en el procesamiento de biodiesel.
- Usado en aplicaciones tales como horneado, detergentes para ropa, como biocatalizadores.
- En la industria textil, se utiliza para aumentar la absorbencia de la tela y la uniformidad al teñir.
- Para modificar el sabor de los alimentos mediante la síntesis de ésteres de ácidos grasos de cadena corta y alcoholes.
- La presencia o niveles elevados de lipasas pueden indicar una infección o enfermedad específica y pueden utilizarse como herramienta de diagnóstico.
- Tiene un efecto bactericida. Se puede utilizar en el tratamiento de tumores malignos.
- Tienen un gran valor comercial en cosmética y productos farmacéuticos (productos para el cuidado de la piel, rizadores para el cabello).
