Clasificaci

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Clasificación de Proteínas

• Según la COMPOSICIÓN
• PROTEÍNAS SIMPLES U HOLOPROTEÍNAS son aquellas
  que al hidrolizarse producen únicamente
  aminoácidos.
• PROTEÍNAS CONJUGADAS O HETEROPROTEÍNAS son
  proteínas que al hidrolizarse producen además de
  los aminoácidos, otros componentes orgánicos o
  inorgánicos.
• La porción no protéica de una proteína conjugada
  se denomina "grupo prostético". Las proteínas
  cojugadas se subclasifican de acuerdo con la
  naturaleza de sus grupos prostéticos.

• Según su CONFORMACIÓN
• Conformación orientación tridimensional que
  adquieren los grupos característicos de una
  molécula en el espacio.
• PROTEÍNAS FIBROSAS se constituyen por cadenas
  polipeptídicas alineadas en forma paralela esto
  puede producir fibras que se trenzan sobre si
  mismas formando una "macrofibra", como en el caso
  del colágeno de los tendones o la a-queratina del
  cabello o produce la formación de láminas como
  en el caso de las b-queratinas de las sedas
  naturales.
• PROTEÍNAS GLOBULARES cadenas polipeptídicas que
  se enrollan sobre si mismas en formas intrincadas
  como un "nudillo de hilo enredado, como una
  macro-estructura de tipo esférico.

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Recordar!

• Las proteínas fibrosas poseen alta resistencia al
  corte por lo que son los principales soportes
  estructurales de los tejidos son insolubles en
  agua y en soluciones salinas diliudas y en
  general más resistentes a los factores que las
  desnaturalizan.
• La mayoría las proteínas globulares son solubles
  en agua y por lo general desempeñan funciones de
  transporte en el organismo. Las enzimas, cuyo
  papel es la catálisis de las reacciones
  bioquímicas, son proteínas globulares.

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Proteínas Fibrosas cabello
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Proteínas Globulares enzimas
Hemoglobina
Hexoquinasa
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Funciones de las Proteínas

• Estructurales algunas proteínas pueden
  contribuir a la conformación de órganos debido a
  su estructura fibrosa (ejemplo, la queratina en
  pelo, uñas, cutículas, cuernos, cascos).
• Movimiento como el caso de las proteínas Actina
  y Miosina en los músculos, permiten movimiento de
  contracción y relajación.
• Transporte se pueden unir a moléculas de menor
  tamaño y llevarlas por medio de la sangre, como
  por ejemplo la Hemoglobina o el oxígeno.
• Defensa por ejemplo los anticuerpos en el
  torrente sanguíneo.
• Almacenamiento de sustancias nutritivas, como el
  caso de la albúmina de la clara de huevo, que se
  guarda en el hígado.
• Señales químicas ejemplo, la hormona del
  crecimiento en el torrente sanguíneo o la
  transmisión del impulso nervioso.
• Catálisis como por ejemplo las enzimas que
  catalizan casi todas las reacciones químicas en
  las células amilasa, ATP sintetasa.
• Reguladores regulan la expresión del ADN tienen
  un papel importante en el crecimiento y
  diferenciación de las células.

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Propiedades de las Proteínas

• DESNATURALIZACIÓN
• Consiste en la pérdida de la estructura
  terciaria, por romperse los puentes que forman o
  estabilizan dicha estructura.
• Se produce por cambios de factores como
  temperatura (el ejemplo del huevo cocido o frito
  ), variaciones del pH. En algunos casos, si las
  condiciones se restablecen, una proteína
  desnaturalizada puede volver a su anterior
  plegamiento o conformación, proceso que se
  denomina renaturalización.

7
ENZIMAS
8
Introducción

• En los diversos compartimientos celulares
  transcurre un gran número de reacciones químicas
  que proporcionan a la célula energía y los
  componentes necesarios para su mantenimiento.
• La vida depende de la existencia de catalizadores
  poderosos y específicos

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Concepto

• Son catalizadores biológicos, la mayor parte de
  las veces de naturaleza proteica.

• Su actividad fue reconocida durante los estudios
  acerca de la digestión en el estómago entre 1780
  y 1825

• Luis Pasteur reconoció que la fermentación del
  azúcar a alcohol, se hallaba catalizada por
  enzimas, que él denominó fermentos

• En 1897, E. Buchner, contrariamente a lo
  postulado por Pasteur, demostró que las enzimas
  podían actuar independientemente de la estructura
  de las células de levadura.

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Características de las Enzimas

• Son inestables Se desnaturalizan por cambios
  fisicoquímicos como la temperatura.
• Alta eficacia como catalizadores
• Alto grado de especificidad
• Cada enzima solo reconoce un determinado sustrato
  sobre el que realiza un solo cambio.
• Las células producen un enzima para cada una de
  las reacciones químicas que se producen en su
  metabolismo.

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Características de las Enzimas

• No sufren modificación al final de la reacción.
• No cambian la constante de equilibrio de una
  reacción química.
• Actúan en condiciones moderadas de presión y
  temperatura.
• Las enzimas pueden tener naturaleza
  exclusivamente proteica, o además necesitar de la
  presencia de alguna otra molécula o ión, que se
  denomina cofactor o coenzima.

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Características de las Enzimas

• La coenzima es una molécula de naturaleza
  orgánica o inorgánica, cuya presencia es
  necesaria para la activación de la enzima.
• La coenzima, puede ser un ión o una molécula
  orgánica de baja masa molecular.
• Cuando la coenzima no puede ser sintetizada por
  el organismo, debe ingerirse en pequeñas
  cantidades y se denomina Vitamina.

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La Reacción Enzimática
Ke A ? B S ? P
S representa el (los) reactante(s) (llamado
sustrato)
P representa el (los) producto(s)
SE ? PE
Las Reacciones químicas son reversibles. Las
enzimas pueden catalizar una reacción de manera
reversible o irreversible
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La Reacción Enzimática
Las enzimas NO llevan a cabo reacciones que sean
energéticamente desfavorables, no modifican el
sentido de los equilibrios químicos, sino que
aceleran su consecución.
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(a) Enzimas el sitio activo
16
unión del sustrato a la enzima
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La Reacción Enzimática
Casi todas las reacciones en células vivas son
catalizadas y controladas por enzimas. Catalizado
res biológicos, convirtiendo sustancias en otros
productos sin sufrir cambio alguno.
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Reacción con y sin enzima

• Cuando se forma esta interacción baja la energía
  de activación necesaria para poder llevar a cabo
  la reacción.

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Reacción con y sin enzima
20
Clasificación de las enzimas
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Factores que afectan la actividad enzimática.

• Concentración de enzima
• Temperatura
• pH
• Concentración de sustrato
• Inhibidores

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
26
Animales, plantas y microorganismos como fuentes
de enzimas
27
Descubrimiento de enzimas digestivas siglo
XIX. Desarrollo de métodos para obtención de
enzimas de matanza de animales.
Pepsina del estómago de cerdos y ganado, del
cuajo del estómago de terneros. Cócteles de
enzimas con tripsina, quimiotripsina, lipasas y
amilasas del páncreas de cerdo.
28
Plantas fuentes potenciales de enzimas a escala
industrial. Granos, remojar y germinar, se
convierten en malta que contiene amilasas y
proteasas usadas en la producción de cerveza y la
destilación de bebidas alcohólicas.
Siglo XIX, métodos simples para obtención de
grandes cantidades de proteasas de la savia de
plantas tropicales.
29
Ablandadores de carne, digestión y limpieza de
lentes de contacto. Papaina y quimiopapaina del
árbol de la papaya. Ficina de higueras. Bromelai
na del tallo de la planta de la piña.
30
X
X
Fácil manejo Alto rendimiento Estabilidad
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Producción de grandes cantidades a bajo costo.
No afectada por las estaciones del año.
Uso de procesos de selección que aumentan la
producción.
Producción de enzimas hechas a medida a través de
ingeniería genética y diseño de proteínas.
32
Enzimas hidrolíticas simples como proteasas,
amilasas, pectinasas
Degradan polímeros naturales como proteínas,
almidones o pectina
Enzimas extracelulares
Poco específicas
Fácil extracción
Rhizopus sp
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Jokichi Takamine 1894
Enzima takadiastasa
A partir de hongos
La primera enzima producida industrialmente fue
la amilasa fúngica takadiastasa, empleada en USA
como agente farmacéutico (para los desórdenes
intestinales) en 1894
34
Enzimas Microbianas y sus aplicaciones
Enzima Fuente Aplicación industrial Industria
Amilasa Hongos Pan Panadera
Bacterias Revestimientos amiláceos Papelera
Hongos Fabricación de jarabe y glucosa Alimentaria
Bacterias Almidonado en frío de la ropa Almidón
Hongos Ayuda digestiva Farmacéutica
Bacterias Eliminación de revestimientos Textil
Bacterias Eliminación de manchas detergentes Lavandería
Proteasa Hongos Pan Panadera
Bacterias Eliminación de manchas Limpieza en seco
Bacterias Ablandador de la carne Cárnica
Bacterias Limpieza de las heridas Medicina
Bacterias Eliminación de revestimientos Textil
Bacterias Detergente doméstico Lavandería
Invertasa Levadura Relleno de caramelos Confitería
Glucosa Oxidasa Hongos Eliminación de glucosa y oxígeno, papeles para pruebas de la diabetes Alimentaria Farmacéutica
Glucosa Isomerasa Bacterias Jarabe de cereales rico en glucosa Bebidas refrescantes
Pectinasa Hongos Prensado, clarificación del vino Zumos de frutas
Renina Hongos Coagulación de la leche Quesera
Celulasa Bacterias Suavizante y abrillantador de tejidos detergente Lavandería
Lipasa Hongos Degradar la grasa Lechería, lavandería
Lactasa Hongos Degradar la lactosa a glucosa y galactosa Lechería, alimentos
DNA polimerasa Bacterias Archea Replicación del DNA por PCR Investigación biológica y forense
35
Aplicaciones en la Agroindustria
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Aplicaciones de las Enzimas Microbianas
Enzima Fuente Aplicación industrial Industria
Amilasa Hongos Pan Panadera
Bacterias Revestimientos amiláceos Papelera
Hongos Fabricación de jarabe y glucosa Alimentaria
Bacterias Almidonado en frío de la ropa Almidón
Hongos Ayuda digestiva Farmacéutica
Bacterias Eliminación de revestimientos Textil
Bacterias Eliminación de manchas detergentes Lavandería
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Amilasas
Amilasas Degradación del polisacárido almidón.
Almidón Compuesto de almacenamiento de energía en
plantas (maíz, arroz, patata, trigo). Fuente de
nutrición muy importante en animales y humanos
(70-80).
Últimos 20 años las amilasas han reemplazado la
hidrólisis ácida.
a-amilasa de Bacillus y glucoamilasa de
Aspergillus.
Sacarificación genera mucha dextrosa, degradación
de almidón más corta, sin tratamiento ácido.
38
Amilasas Producción de Cerveza
Reemplazo de malta por granos sin germinar de
maíz o arroz, prácticamente no contienen enzimas.
Se añaden enzimas, amilasas, glucanasas y
proteasas, de hongos y bacterias.
Almidón a azúcares que sufren fermentación
alcohólica por levaduras.
39
Amilasas Hornear pan
El uso de enzimas en panadería se ha vuelto
popular.
Las amilasas aceleran la degradación del almidón,
y así aumenta el contenido de azúcar en la masa,
acelerando el proceso de fermentación.
El volumen del pan preparado con enzimas aumenta.
40
Amilasas Desengomado
Desengomado. Las amilasas eliminan la goma
protectora basada en almidón, para hacer la
mezclilla elástica.
Antes se hacía con amilasas obtenidas de malta o
de páncreas de animales, pero hoy en día se
obtienen de bacterias.
Enzimas resistentes a altas temperaturas para
acelerar el proceso.
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Aplicaciones de las Enzimas Microbianas
Enzima Fuente Aplicación industrial Industria
Proteasa Hongos Pan Panadera
Bacterias Eliminación de manchas Limpieza en seco
Bacterias Ablandador de la carne Cárnica
Bacterias Limpieza de las heridas Medicina
Bacterias Eliminación de revestimientos Textil
Bacterias Detergente doméstico Lavandería
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Proteasas Ablandan la carne
La papaya contiene altas concentraciones de las
proteasas papaina y quimiopapaina.
Degradan el tejido conectivo de la carne, como el
colágeno y la elastina, haciéndola más tierna.
43
Proteasas Ablandan la carne
Se usan toneladas de papaina en polvo cada año
para ablandar la carne en muchos países.
Se frota la carne y se deja a temperatura
ambiente varias horas.
Ficina del árbol de higos y bromelaina del ananá
44
Proteasas Hornear pan
El gluten se degrada por proteasas obtenidas de
hongos para hacer la masa más fácil de manejar y
aumenta su capacidad para retener burbujas de
aire. El gluten se une parcialmente al agua y
tiene consistencia de gel. Las proteasas
degradan las proteínas pegajosas (gluten) en la
masa.
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Proteasas Suavizan el cuero
Las proteasas de microorganismos son altamente
efectivas en la producción de cuero.
Después de remover el pelo y antes de curtir, el
cuero debe ser suavizado por un proceso conocido
como rendido o purga.
Antiguamente se sumergía en agua y estiércol
fermentado de perro o pájaro, que son un campo de
cultivo para las bacterias que producen proteasas
suavizantes de cuero.
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Enzimas Microbianas y sus aplicaciones
Enzima Fuente Aplicación industrial Industria
Invertasa Levadura Relleno de caramelos Confitería
Glucosa Oxidasa Hongos Eliminación de glucosa y oxígeno, papeles para pruebas de la diabetes Alimentaria Farmacéutica
Glucosa Isomerasa Bacterias Jarabe de cereales rico en glucosa Bebidas refrescantes
Pectinasa Hongos Prensado, clarificación del vino Zumos de frutas
Renina Hongos Coagulación de la leche Quesera
Celulasa Bacterias Suavizante y abrillantador de tejidos detergente Lavandería
Lipasa Hongos Degradar la grasa Lechería, lavandería
Lactasa Hongos Degradar la lactosa a glucosa y galactosa Lechería, alimentos
DNA polimerasa Bacterias Archea Replicación del DNA por PCR Investigación biológica y forense.
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Pectinasas Producción de zumo de frutas
Al prensar fruta y vegetales para la obtención de
jugo, las pectinas de alto peso molecular reducen
la producción.
Pectinasas procedentes de cultivos sumergidos de
Aspergillus y Rhizopus.
Se pica la fruta y se añaden pectinasas para
degradar las pectinas de larga cadena.
Se reduce la viscosidad del zumo, facilitando la
filtración y se obtiene más cantidad.
Alimentación de bebés, las pectinasas maceran las
fruta y los vegetales para hacerlos más suaves y
fáciles de comer.
48
Detergentes biológicos La aplicación más
importante de las enzimas hidrolíticas
Las manchas que contienen proteínas son
difíciles de remover. Proteínas no se disuelven
fácilmente en agua.
A altas temperaturas, la proteína se cuaja en
las fibras textiles y es más difícil de eliminar.
Polvo, hollín y materia orgánica como grasas,
proteínas, carbohidratos y pigmentos. Las grasas
y las proteínas actúan como pegamento.
Los detergentes sueltan la grasa de la tela,
las proteínas permanecen en el material.
49
Detergentes biológicos La aplicación más
importante de las enzimas hidrolíticas
Enzimas pancreáticas poco estables y muy caras.
Producción a gran escala de detergentes
biológicos 1960.
Descubrimiento de la subtilisina de Bacillus
lincheniformis.
Activa bajo condiciones alcalinas.
50
Detergentes biológicos La aplicación más
importante de las enzimas hidrolíticas
Detergentes biológicos usados ampliamente, desde
mediados 1960.
Proteasas 150, actividad óptima durante el
proceso de lavado.
Degradan proteínas pegadas en aminoácidos y
péptidos de cadena corta.
Las proteínas son desprendidas de las fibras
textiles y eliminadas.
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Detergentes biológicos La aplicación más
importante de las enzimas hidrolíticas
Actividad óptima 50-60ºC. No necesita hervir.
La eliminación enzimática de manchas proteasas,
lipasas y amilasas.
Disuelven manchas vino tinto, pasto, fruta, café
y te, y mezclas de manchas más comunes.
Helado de fruta, el yogurt o la salsa de tomate
no sólo contiene pigmento, también proteínas y
grasas.
Salsa, ketchup y comidas preparadas contienen
pigmento, proteínas, grasas y almidón.
52
Detergentes biológicos La aplicación más
importante de las enzimas hidrolíticas
53
(No Transcript)
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57
Enzimas en la Agroindustria

• Son muy antiguas sus aplicaciones
• Se usaron enzimas de un modo inconsciente hasta
  finales del siglo XIX en que se descubrieron los
  artífices de las reacciones
• Es un gran activo económico, y la investigación
  va encaminada a la purificación y la obtención de
  enzimas concretas para funciones concretas

58
Industrias LácteasFabricación del Queso

• Es una de las mas antiguas aplicaciones
  enzimáticas de la industria alimentaria.
• Para la producción de queso se usaban cuajos,
  estómagos enteros de vacas y otros rumiantes.
• En otras culturas, el queso se conseguía con
  vegetales como la papaya, que contienen otra
  clase de enzimas.

59
Industrias LácteasFabricación del Queso

• La operación más importante es la coagulación de
  la caseína.
• Para ello utilizamos una serie de enzimas que
  podemos encontrar en vegetales o animales.
• La pepsina y la quimosina son las enzimas más
  importantes en esto.
• Se encuentran en el cuajo de varios animales,
  entre ellos los rumiantes.

60
Industrias LácteasFabricación del Queso

• Otras enzimas como papaina o rennina.
• Estos producen coágulos elásticos.
• La utilización de unas u otras enzimas repercute
  activamente en el sabor y en la naturaleza del
  queso.

61
Industrias Lácteas

• La lactasa es el enzima que consigue romper la
  lactosa, que es el azúcar que contiene la leche.
• Mucha gente es intolerante a la lactosa.
• Existen en el mercado leches que vienen con
  lactasa.

62
Industria Panadera

• La más comúnmente utilizada es la lipoxidasa, que
  conjuntamente con el blanqueante, le da a la masa
  un carácter más manejable.
• Esta contenida en la harina de soya y de otras
  leguminosas.

63
Industria Panadera

• Para aumentar la acción de la levadura se añade
  amilasa, en forma de harina de malta.
• Se usan para ello también algunos mohos que
  contienen la enzima.
• La harina de malta, tiene un inconveniente, y es
  que cambia el color del pan.

64
Industria Panadera

• La proteasa rompe el gluten, una proteína
  contenida en algunos cereales.
• La rotura del gluten conlleva una mayor
  plasticidad de la masa.
• Es un aditivo importante en la fabricación de
  bizcochos.

65
Industria Cervecera

• La papaina se usa para romper algunas proteínas
  de la cerveza para evitar que se enturbie cuando
  se almacena o se refrigera.
• Se pueden conseguir estas enzimas y otras
  parecidas, de similares funciones de algunas
  frutas tropicales como la piña.

66
Industria Cervecera

• El proceso fundamental es la rotura del almidón.
• Los azúcares simples formados son fermentados por
  las levaduras.
• Esto se lleva a cabo con las amilasas,
  provenientes de la malta.
• A veces se añaden otros almidones como de arroz o
  papa para aprovechar al máximo la actividad de
  las enzimas.

67
Fabricación de Zumo

• Las peptinas provocan que los zumos sean
  demasiado viscosos y turbios.
• Esto se elimina con enzimas amilasas, contenidos
  en el propio zumo o que se pueden añadir.
• En el proceso, como subproducto tenemos metanol,
  que aparece en muy baja concentración.

68
Obtención de Glucosa y Fructosa a partir de Maíz

• Con la harina del maíz, ayudados por las enzimas
  alfa-amilasas y amiloglucosidasas conseguiremos
  jarabes de gran calidad.
• Antes se conseguía por la hidrólisis del almidón
  por parte de un ácido. Posteriormente, la glucosa
  se puede transformar a fructosa (más dulce) por
  la acción de la glucosa-somerasa.

69
Obtención de Glucosa y Fructosa a a partir de Maíz

• Estos jarabes se usan como edulcorantes en
  bebidas refrescantes.
• Se han conseguido producir a un precio muy
  competitivo.
• La UE ha pasado a proteger a la industria
  azucarera convencional (remolacha y caña) para
  evitar su hundimiento por esta nueva forma de
  conseguir azúcares.

70
Refinado de Azúcar

• La rafinosa puede complicar la extracción de la
  sacarosa.
• El enzima raffinosutilizer, producido por el
  hongo morteirella vinaceae se encarga de degradar
  la rafinosa, facilitando la cristalización y
  produciendo además sacarosa

71
Más Aplicaciones Agroindustriales

• En productos derivados del huevo, se añade
  glucosa-oxidasa y catalasa para evitar que se
  oscurezcan.
• Bromelaína y papaína se usan para ablandar la
  carne.
• La lactoperoxidasa ayuda a conservar productos
  lácteos.