Bioquímica industrial y enzimas

La disciplina que estudia el uso de las capacidades de las enzimas en aplicaciones industriales.

Procesos bioquímicos con enzimas usados en la industria para crear nuevos productos o mejorar productos existentes.

La historia de la bioquímica industrial se divide en periodos, desde los inicios hasta la actualidad.

Se utilizaban procesos biológicos en la industria sin comprender plenamente los principios científicos detrás de ellos.

Se descubrieron y establecieron las bases biológicas y bioquímicas para la industria.

La bioquímica industrial tuvo un gran avance, adaptando procesos biológicos a la industria, incluyendo el desarrollo de la industria enzimática moderna.

Las enzimas son macromoléculas de naturaleza proteica (heteropolisacáridos formados por la unión de aminoácidos mediante enlaces peptídicos).

Las enzimas juegan un papel crucial en la industria, ya que son las que facilitan las reacciones químicas que permiten la producción de una variedad de productos.

Se enfocan en la búsqueda de nuevas fuentes de enzimas con características específicas, como la termo-resistencia, la capacidad de trabajar a bajas temperaturas y la resistencia a ácidos, bases o sales.

Se refiere a organismos que viven en ambientes fríos, como las aguas profundas del mar.

Las enzimas de los organismos psicrófilos presentan una alta actividad molecular y una temperatura óptima de actuación relativamente baja, lo que las hace ideales para procesos que se llevan a cabo a bajas temperaturas.

Las enzimas de los organismos psicrófilos tienen inferiores energías libres de activación y entalpías de activación en comparación con sus homólogas de animales de sangre caliente.

Las enzimas psicrofílicas se inactivan a bajas temperaturas, pero pueden ser estabilizadas mediante tratamientos térmicos moderados.

Las enzimas psicrofílicas presentan una resistencia a los fenómenos de proteolisis, lo que las hace más estables en comparación con sus homólogas de animales de sangre caliente.

Las proteasas gástricas de los organismos psicrófilos son activas en presencia de NaCl, a diferencia de las proteasas gástricas de los mamíferos que se inhiben en presencia de esta sal.

La tripsina de los organismos psicrófilos es estable a pH alcalinos, pero muy inestable a pH ácidos, a diferencia de la tripsina de los mamíferos que es estable a pH ácidos.

Una enzima que funciona a altas temperaturas (alrededor de 75-80°C) y es utilizada para amplificar el ADN en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR).

Organismos capaces de sobrevivir y prosperar en ambientes extremadamente calientes, como los manantiales de agua caliente. Sus enzimas son particularmente resistentes al calor.

Enzimas que trabajan en ambientes fríos, por lo que son útiles para aplicaciones en alimentos refrigerados.

La extracción de enzimas intracelulares puede ser complicada porque el proceso implica la ruptura de las células y la separación de las enzimas de otros componentes celulares.

Al preparar una enzima, uno debe considerar varios factores como el pH, la temperatura, la formación de espuma, la presencia de proteasas y la fuente de la enzima.

La extracción de enzimas extracelulares puede ser difícil porque la cantidad de estas enzimas en el exterior de la célula es limitada.

La desnaturalización de la Taq polimerasa se realiza a la temperatura de 94-96°C durante 15 minutos. Esta etapa separa las dos cadenas de ADN.

En la PCR, la alineación consiste en enfriar la mezcla de reacción a 50-65°C por 20 minutos, permitiendo que los cebadores se unan a las cadenas de ADN.

Método físico de ruptura celular basado en la formación y fusión de cristales de hielo, que provoca la rotura de las células y la liberación de proteínas. Se utiliza, por ejemplo, para liberar proteínas de sedimentos bacterianos.

Técnica de ruptura celular que aprovecha los cambios en la presión osmótica. Se basa en la deshidratación y posterior hinchamiento de las células mediante soluciones hipertónicas e hipotónicas.

Método químico de ruptura celular que utiliza soluciones alcalinas como el KOH o NaOH para hidrolizar la pared celular. Es un método sencillo y económico.

Método químico de ruptura celular que se basa en la solubilización de proteínas de membrana, especialmente en bacterias Gram-negativas. Se utiliza, por ejemplo, para liberar proteínas del espacio periplasmático.

Tipo de detergente catiónico utilizado en la ruptura celular. Puede provocar la permeabilización celular y la liberación de proteínas.

Tipo de detergente aniónico utilizado en la ruptura celular. Puede abrir poros en las células y solubilizar proteínas.

Método químico de ruptura celular que se basa en la utilización de detergentes aniónicos para permeabilizar las células. Estos detergentes solubilizan las proteínas de membrana, abriendo poros en la célula.

Estos detergentes, al ser catiónicos, pueden provocar desnaturalización proteica. Se utilizan para la ruptura celular, pero con precaución debido a su efecto desnaturalizante.

Consiste en la adición de un agente floculante que une partículas formando agregados. Se aplica para la eliminación de células enteras y se combina con centrifuga ción.

Proceso similar a la floculación, pero la unión de partículas se basa en la neutralización de cargas. Se combina con filtración y se emplean agentes coagulantes, evitando la insolubilización de enzimas.

El ADN y ARN son contaminantes que aumentan la viscosidad del medio. La desnaturalización de los ácidos nucléicos es causada por agitación, pH alto y baja fuerza iónica.

Se forman complejos con grupos fosfato del ácido nucleico y un agente precipitante. Se elimina el precipitado por centrifugación.

Agentes que actúan específicamente en la desnaturalización de los ácidos nucleicos.

Se caracterizan por su tamaño pequeño, su inocuidad para las enzimas y su no interferencia en procesos posteriores.

Formación de agregados a menor propensión al bloqueo y ensuciamiento de equipos.

Los ácidos nucleicos, ADN y ARN, contaminan, aumentan la viscosidad y complican la manipulación.

Es la retención física de la enzima en las cavidades interiores de una matriz sólida porosa. La matriz puede ser de diferentes materiales como poliacrilamida, colágeno, alginato, entre otros.

En este método, la enzima se rodea de membranas semipermeables que permiten el paso del sustrato y el producto, pero no de la enzima.

En este caso, la enzima se une a un soporte mediante enlaces químicos. El soporte puede mejorar la afinidad por el sustrato, disminuir la inhibición y ampliar el intervalo de pH óptimo.

Este proceso consiste en suspender la enzima en una solución del monómero. Luego se induce la polimerización mediante cambios de temperatura o la adición de reactivos químicos. La enzima queda atrapada en la matriz sólida.

Este método se utiliza para reacciones en múltiples pasos. Se pueden encapsular simultáneamente diferentes enzimas, células o biomoléculas.

Los reactores de membrana se utilizan para procesos con sustratos de alto peso molecular. Se basa en la adsorción de la enzima sobre una membrana permeable al producto y, a veces, al sustrato.

Las ventajas del atrapamiento de enzimas incluyen su gran sencillez, sus bajos requerimientos de enzima y la escasa pérdida de actividad de la enzima.

Es necesario controlar rigurosamente las condiciones de polimerización y asegurarse de que la naturaleza química del proceso no altera los grupos reactivos de la proteína.