Proteólisis: Enzimas para la Hidrólisis de Proteínas PDF

TEMA 11: PROTEOLISIS. ENZIMAS PARA LA HIDRÓLISIS DE PROTEÍNAS 1. PROTEOLISIS ENZIMÁTICA Los objetivos o las aplicaciones industriales de la actividad enzimática proteasa son principalmente las siguientes: Revalorización de subproductos proteicos de...

TEMA 11: PROTEOLISIS. ENZIMAS PARA LA HIDRÓLISIS DE PROTEÍNAS 1. PROTEOLISIS ENZIMÁTICA Los objetivos o las aplicaciones industriales de la actividad enzimática proteasa son principalmente las siguientes: Revalorización de subproductos proteicos de origen animal. Eliminación de péptidos amargos. Obtención de productos de alto valor: péptidos bioactivos. Las proteasas son las enzimas encargadas de realizar la hidrólisis del enlace peptídico. El origen de estas enzimas puede ser animal (pepsina, tripsina o quimotripsina) o microbiano. Estas últimas se diferencian según el pH de actuación de las enzimas en proteasas alcalinas y proteasas ácidas. En el siguiente cuadro se muestran algunas características de las proteasas de origen microbiano empleadas en la industria. El proceso de hidrólisis mediante estas proteasas requiere unas condiciones de trabajo específicas para el sistema: Concentración de proteína, S: 8-12%(p/p). Dosis de la enzima por peso de proteína, E/S=2-4%. pH, depende del tipo de enzima. ○ Neutra: 7-8 ○ Alcalina: 7-10 Temperatura: Tº 50-60ºC. El tiempo de actuación va a depender del grado de hidrólisis que se persiga en el proceso. Una vez conseguido el grado de hidrólisis deseado, la reacción ha de pararse. Dado que la enzima se encuentra solubilizada en el medio de reacción, no puede ser separada específicamente del producto. Por ello, la inactivación de la enzima cursa con la desnaturalización de la misma por métodos térmicos o pH extremos ➔ Calentamiento 95ºC 15s (cualquier pH). ➔ Calentamiento 80ºC 2 min (cualquier pH). ➔ Calentamiento 50ºC 30 min (pH50% grupos carboxilo metoxilados: pectina altamente metoxilada. 7) y altas temperaturas (50-70 ºC). Algunos ejemplos son: ◆ Alcalase® (pH ópt 7-10 Ta 60ºC) ◆ Esperase® (pH ópt 8.5-10 Ta 60ºC). Hay una gran cantidad de enzima para la producción de detergentes a partir de proteasas: Un ejemplo es la Polarzyme que actúa a bajas temperaturas y consigue en función de la concentración eliminar la suciedad del tejido. A continuación vemos ejemplos de cómo actúan las Proteasas frente a diferentes manchas:  Los efectos de las proteasas sobre manchas de sangre (lavados x3) y re-ensuciado: ➔ Lipasas: Proporcionan la descomposición de las manchas de grasa en sustancias más hidrófilas, más fáciles de eliminar. Se han utilizados lipasas expresadas en Aspergillus oryzae (clonación y expresión heteróloga de lipasa de Humicola lanuginosa), llamadas Lipolase® que actúan a una Tª 90-100ºC y a pH compatibles con los utilizados en detergentes (pH alcalinos). Las lipasas se utilizan para la eliminación de grasa de fibras de algodón. Se produce un aumento de la dificultad de eliminación a medida que aumenta la longitud de cadena de los ácidos grasos esterificados. Tenemos que tener en cuenta que las lipasas usadas en detergentes no solo son activas durante el lavado, sino también en el secado. Teniendo una mayor efectividad tras el primer lavado. Vemos una serie de ejemplos del tratamiento con lipasas: Presentan beneficios anti-redeposición tras el primer lavado, es decir, previene de la redeposición de grasa, aceites y colorantes tras el lavado.  ➔ Amilasas: Permiten la eliminación de manchas que contengan almidones (pasta, fruta, chocolate, alimentos infantiles...) adheridos a la superficie del tejido (actúan como pegamento para otros componentes que fijan a la mancha). Estas hidrolizan el almidón gelatinizado (enlaces alfa-1,4 de amilosa y amilopectina) a dextrinas y oligosacáridos. Las amilasas comercializadas son las alfa-amilasas como B. Licheniformis Termamyl® y B. amyloliquefaciens Bacterial amylase ®. ◆ Las alfa-amilasas trabajan por encima de 85°C incluso a 105°C, pero la ropa no podemos someterla a estas temperaturas. Por ello se sintetizan fuentes de enzima que tengan alfa-amilasas que trabajen por debajo de los 85°C y a pH que no estén en la neutralidad. Se debe observar que las alfa amilasas utilizadas en detergentes mantienen su actividad a temperaturas y a pH elevados. Las alfa-amilasas también se utilizan para eliminar las manchas de algodón invisibles: ➔ Celulasas: Realizan la hidrólisis de enlaces glicosídicos β-1,4 de la celulosa (endo- y exo-celulasas) para formar oligosacáridos de cadena corta (2-5 glucosas). Las Celulasas no actúan sobre un sustrato presente en la mancha (no hay manchas de celulosa como tal), pero sí actúan sobre una estructura de celulosa que retiene manchas, es decir, sobre fibras dañadas que pertenecientes a fibras del tejido que se forman durante el lavado o el uso (eliminación de microfibrillas del tejido de algodón). El uso de Celulasas proporciona colores más vivos en la ropa (las fibras dañadas confieren al tejido apariencia grisácea y apagada de color). Además, se aumenta la suavidad (las fibras dañadas o fibrillas o microfibrillas confieren rigidez y dureza al tejido). El empleo de esta enzima va a mejorar también la eliminación de las manchas de tierra o polvo (la tierra se encuentra unida a fibras y microfibras). La evolución de la incorporación de Celulasas a los detergentes: - Celluzyme (1986): primera celulasa. Esta mejora el color y previene la anti-redeposición. Es un producto enzimático multicomponente, tolerante a LAS. - Carezyme (1998): mejora del color, delicada, alta actividad frente a fibras de celulosa, sensible a LAS. - Endolase (1999): previene la anti-redesposición y mantiene la blancura. - Renozyme: mejora del color, robusta frente a surfactantes aniónicos. Vemos una serie de ejemplos del tratamiento con Celulasas: Eliminación de manchas inorgánicas particuladas Eliminación de pelusas: colores más vivos. Las Celulasas sustituyen los agentes blanqueantes (TAED (tetraacetiletilendiamina), Perborato, NBS y PAP) que no previenen el depósito. De tal manera que se consiguen detergentes más amigables con el medio ambiente al no tener que eliminar estos compuestos. También se elimina la posibilidad de producir el depósito de otro tipo de manchas en los tejidos. ➔ Mannanasas: Eliminan las manchas difíciles de gomas (galactomanano, etc.) como la goma guar (E-412) y la goma de garrofín (E-410). Los mannanos actúan como aglutinante de partículas de suciedad que dan a los tejidos blancos un matiz grisáceo, se ligan fuertemente a las fibras celulósicas de los tejidos de algodón debido a la gran afinidad entre el manano y los polímeros celulósicos. El uso de Mannanasas tiene un efecto blanqueador y previene la deposición de manchas sobre algodón. ENZIMAS INCORPORADAS EN TOTAL - Polarzyme: proteasas para la eliminación eficiente de manchas y limpieza a temperaturas bajas. - Ovozyme: proteínas diseñada específicamente para resistir los inhibidores de proteasas de los huevos. Muy eficiente en dosificaciones pequeñas. - Termamyl: amilasa para la eliminación de almidón difícil así como para la blancura y buen desempeño a temperaturas medias y altas. - Stainzyme: una amilasa de tercera generación para la eliminación eficiente de las manchas de almidón más difíciles. Eficiente a temperaturas bajas y en ciclos cortos. - Lipex: una lipasa para la eliminación eficiente de las manchas de grasa durante el primer lavado que asegura una limpieza profunda al eliminar la grasa atrapada entre las fibras del tejido - Celluzyme: una celulasa robusta en condiciones de lavado exigentes que proporciona limpieza general y cuidado de la tela - Celluciean: una celulasa que ofrece mantenimiento superior de blancura y excelentes efectos de antipercudido, conservando el brillo de la ropa de color y los contrastaes de la ropa rayada. - Mannaway: una mananasa para la eliminación de manchas de manano que ofrece limpieza profunda. 2. COMPATIBILIDAD DE LOS DETERGENTES CON LAS ENZIMAS. Cuando formulamos un detergente lo que tenemos que asegurar es la estabilidad de las enzimas en los detergentes. 2.1 MECANISMOS DE PÉRDIDA DE ACTIVIDAD Desnaturalización: Se produce a alta temperatura o condiciones severas (detergentes aniónicos), conducen al desdoblamiento de la estructura de la enzima. Reacciones químicas: Puede producir hidrólisis de la cadena polipeptídica o de residuos aminoacídicos por un elevado pH del detergente en sí. También la incorporación de agentes oxidantes blanqueantes que oxidan aminoácidos importantes. Proteólisis: Degradación por proteasas. 2.2 ESTABILIDAD DURANTE EL ALMACENAMIENTO En los detergentes líquidos los ingredientes están en contacto directo con la enzima, por tanto la formulación no debe afectar a la estabilidad de la enzima. En los detergentes líquidos no se suele emplear lejía (de emplearse lejía → microencapsulación de la enzima) por el alto pH. El empleo de surfactantes (detergentes líquidos) influye sobre el grado de desnaturalización, así pues en detergentes líquidos aniónicos no son muy utilizados (desestabilizantes) pero si en detergentes líquidos no-Iónicos (neutros o estabilizantes, sin efecto en la actividad de la enzima). Para la estabilización de las proteasas se adiciona Ca2+ (100-1000ppm) o para evitar procesos de proteólisis (proteasas y lipasas, menor grado en amilasas) se reduce el contenido en agua/actividad de agua del detergente para que se produzca la reacción: proteasa > amilasas. 2.3 ESTABILIDAD DURANTE EL LAVADO Los factores de los que va a depender la actividad de la enzima van a ser: Composición de detergente y dosis: surfactantes aniónicos vs no-iónicos, agentes complejantes (eliminación de calcio: aumento eficiencia y actividad del enzima), lejías cloradas (destrucción de la enzima), blanqueadores (perborato + activador). pH de la solución de detergentes. Fuerza iónica de la solución de detergentes. Temperatura y tiempo de lavado. Dureza del agua. Nivel de suciedad. Tejido.