Seminari 3: Enzims en la vida quotidiana (2016)

Resumen Catalán
Universidad Universidad Rovira y Virgili (URV)
Grado Bioquímica y Biología Molecular - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2016
Páginas 6
Fecha de subida 27/03/2016
Descargas 44
Subido por

Vista previa del texto

MRDD ENZIMS EN LA VIDA QUOTIDIANA Funció principal: Catalitzar reaccions enzimàtiques. Gairebé totes les reaccions de l’organisme són termodinàmicament favorables però, la seva cinètica és tan lenta que de forma natural és molt poc probable que tinguessin lloc. Per tant, l’acció de catalitzadors és gairebé indispensable en totes les reaccions químiques.
Història: s. XVII – XIX Ja se sabia que tant les secrecions intestinals amb la carn com amb extractes vegetals o la saliva amb el midó eren capaços de digerir aquests aliments. El problema era que no sabien qui era el responsable de tal acció.
L’any 1833, Payen i Persoz van descobrir l’existència dels enzims per primer cop. No sabien ni que eren enzims però ni que eren proteïnes. Els van anomenar diastasa. Aquests senyors tenien una fàbrica de sucre i volien obtenir aquest sucre lliure a partir de midó i altres compostos més complexes. Van obtenir aconseguir un extracte de color lletós de malt i a partir d’aquest van aconseguir transformar el midó en dextrines i més tard en polímers més curts de disacàrids i finalment en glucosa.
s. XIX Louis Pasteur estava estudiant com els llevats fermentaven la glucosa en etanol. Va descriure en les seves conclusions que en els llevats hi havia “una força vital” que era la que aconseguia transformar el sucre en etanol. Aquesta força la va anomenar “ferments”.
Finals s. XIX L’any 1878, Wilhelm Kühne va ser qui va designar per primer cop el terme “enzims” que de ve “en llevadura”, és a dir, substància que està dins dels llevats que fa catalitzar una reacció.
És en aquesta època en que es va designar a:  Enzim: s’utilitzaria per a referir-se a substàncies inerts com la pepsina.
 Ferment: s’utilitzaria per a referir-se als organismes vius que produïen canvis químics.
L’any 1897, Eduard Buchner va començar a estudiar la fermentació del sucre amb extractes de llevats.
L’experiment que va dur a terme es va basar en ajuntar cèl·lules seques de llevats amb quars i terra de diatomees i ho va polvoritzar amb un morter i, quan va obtenir una pasta homogènia ho va humitejar tot. Aquesta pasta la va mirar al microscopi per assegurar que realment no hi havia llevats vius i, finalment va afegir sucres (glucosa, fructosa o maltosa). Al fer aquest últim pas, va observar que hi havia un despreniment de CO2 propi dels llevats quan fermenten els sucres. Per tant va demostrar que sense haver-hi cèl·lules vives, es podia realitzar la mateixa reacció enzimàtica. Aquesta enzima la va anomenar “zimasa” i d’aquí en deriva la forma clàssica de nomenar a tots els enzims (-asa). Aquest descobriment li va valer el Premi Nobel l’any 1903 per les seves investigacions bioquímiques i el fet d¡haver descobert la fermentació lliure de cèl·lules.
MRDD Principis s. XX Es van preguntar que era la zimasa i, van observar que totes les activitats enzimàtiques que duien a terme, estaven associades a proteïnes.
Richard Willstätter (Premi Nobel, 1915 per les seves investigacions en el camp dels pigments vegetals, especialment la clorofil·la): “Les proteïnes solament transporten les veritables enzimes; les proteïnes no poden realitzar catàlisis”.
Més tard, per part de James B. Sumner (1926) i John H. Northrop (1929) es va demostrar que no era així; els enzims sí que eren proteïnes. Sumner va cristalitzar l’enzim ureasa dels fesols, el que assegurava la seva puresa i va demostrar la seva activitat catalitzadora. Per altra banda i paral·lelament, Northrop va aïllar la pepsina.
Els hi van designar un Premi Nobel conjunt a ambdós (juntament amb un tercer) l’any 1946, a J. B, Sumner “pels seus descobriments de que els enzims podien ser cristalitzats” i a J. H. Northrop (juntament amb W. M. Stanley) “per la preparació d’enzims i proteïnes víriques de forma pura”. A partir de poder descobrir de forma pura una proteïnes, es va poder estudiar i descobrir la seva estructura tridimensional. La primera proteïna a la qual se li va descobrir la seva estructura 3D va ser la lisosima que es troba per exemple en les llàgrimes i perfora la paret de les bactèries per a matar-les.
Ús dels enzims  En l’adobat de pells (tanning): Es basa en tranformar la pell putrescible en cuir imputrescible. És el procés d’estabilitzar el teixit col·lagenós de la pell. Els homes primitius deixaven les pells al sol fins que es tornaven dures i resistents i així perdien el mal olor. Les tribus d’indis les empraven per a construir cabanyes, fent que el fum i la calor del foc les adobés. Més endavant, van aparèixer les adoberies, on duien a terme el mètode clàssic per a estabilitzar aquestes pells: 1. Remullar aigua 2. Eliminar carn i grassa 3. Es mantenia la pell en orina en putrefacció varis mesos 4. Rentar amb aigua salada 5. Raspar el pel estovat 6. Picava amb fems o amb cervells d’animals 7. Es rentava i s’estenia al sol. Aquest era el procés d’adobar, amb tanins per exemple.
Actualment, el procés industrial es va mitjançant un conjunt d’enzimes: - Proteases: degraden el pèl i altres proteïnes animals - Lipases: permeten extreure els lípids - α – amilases: eliminen el midó que es podia haver emprat prèviament per a donar resistència al teixit.
Antigament també s’utilitzaven tractament amb àcids i bases però, com que eren molt agressius i contaminants es van substituir pels enzims.
MRDD  Biopolishing: Consisteix en tractar les peces de cotó amb cel·lulases per a degradar la cel·lulosa i així eliminar les seves protuberàncies i fer que les fibres siguin més fines o a més a més, ajuda a que els tints es fixin millor entre altres propietats.
 Biostoning: És el procés que es dur a terme per a trencar els texans o altres peces de roba abans de vendre’ls. Les desavantatges d’aquestes tècniques però són que el procés de desgast és difícil de controlar, es disminueix la qualitat del producte, es deterioren els botons i altes elements no tèxtils i comporta una certa toxicitat per la pols generada per les pedres pomez.
Als anys 90 es va utilitzar el “sandblasting”, sobretot per la zona de Turquia, que consistia en fer el mateix procés però amb una mànega d’aigua a pressió per a poder controlar més el desgastat. Això comportava un aixecament de la pols del terra (silici) que si es respirava, afectava greument als pulmons i mories.
L’alternativa que es va trobar és utilitzar rentats amb àcids, però s’afegia a més a més el problema de contaminació d’aigües i augment de costos.
Finalment es van començar a utilitzar enzims, cel·lulases àcids (pH = 4,5) i neutres (pH = 7). La primera cel·lulasa va ser Trhicoderma reesi i, el que feien, era trencar les fibres descolorint els texans, donant a lloc peces que duraven més, donava una gama de tons més grans i efectes d’acabat, augmentava un 30-40% la producció i no generaven una pols tòxica utilitzant menys aigua.
Elaboració de la cervesa: Passos en la elaboració de la cervesa: 1. Maltejar: l’ordi germina i es converteix en malt 2. Macerat: el malt de l’ordi es molt i es barreja amb l’aigua. Intervenen els enzims amilases, proteases i cel·lulases.
3. Cocció del most: S’afegeix el llúpol, bactericida i amarg.
4. Fermentació 5. Maduració, filtració, carbonatació i embotellat.
Elaboració del vi: S’empren enzims per a millorar la qualitat del vi i per a reduir els costos.
Principalment s’usen les pectines ja que aquestes formen col·loides (suspensió d’una substància en un altra i que és estable) en el puré i s’aglomeren. Aquestes pectines si es deixen reposar finalment precipiten però la clarificació natural és molt lenta i per això, les pectinases acceleren el procés fent flocular.
Elaboració del formatge: El formatge és llet quallada. S’utilitza quall + acidificació (bactèries). El quall és el complex natural d’enzims presents en el suc gàstric dels remugants lactants. Aquest s’utilitza per a quallar la llet, fent el pas per l’estómac més lent i permetent la seva absorció.
Composició del quall:  Quimosina (90% en vedells i 10% en adults).
 Pepsina (10% en vedells i 90% en adults).
   MRDD La quimosina és una proteasa que talla per 105-Phe i la 106-Met de la cadena kappa de la caseïna.
La llet està formada per aigua, hidrats de carboni (lactosa), lípids (TG) i proteïnes (caseïna, 80% de les proteïnes totals). Al afegir el quall en els animals lactants, la llet es qualla per a que precipiti i es faci una pasta i passi més lenta per l’intestí i s’absorbeixi millor. La quimosina talla la K-caseïna en dos fragments, un soluble i l’altre insoluble, que és el que interessa.
Actualment s’empren enzims coagulats que poden ser vegetals (flor de cardo), fongs, quall químic (àcids i bàsics) o quimosina sintètica.
 Detergents: El sabó ja es coneixia en les cultures antigues i l’utilitzaven tant per al cos com per a rentar la roba. El fabricaven a partir d’aigua, grasses vegetals i animals i cendres vegetals o sosa càustica.
Reacció de saponificació: L’ús d’enzims en detergents es deu a Otto Röhm l’any 1913, qui va observar un extracte de pàncrees podria digerir proteïnes (tripsines). Va comprovar que l’extracte funcionava perfectament en la seva roba interior. L’any següent es va desenvolupar el primer detergent enzimàtica de la història: “Burnus”. Però no va ser fins la dècada dels 60 que no es va popularitzar els detergents enzimàtics, ja que abans s’utilitzaven pastilles de sabó.
El rentat amb enzims comporta cers avantatges: - Milloren el rendiment del rentat - Permeten fer rentats més curts - La temperatura de rentat és menor - Redueix costos energètic i costos d’aigua - Té un baix impacte ambiental i són biodegradables perquè són proteïnes.
Depenen del tipus de taca, es necessitarà un enzim o un altre:  Proteases: descomponen les proteïnes en pèptids petits i AA. Provenen de B.
Licheniformis, B. Amylololiquefacines i Aspergillus flavus.
 Amilases: descomponen el midó en molècules de carbohidrats més senzills.
 Lipases: descomponen les grasses en substàncies hidròfiles, més fàcils d’eliminar.
 Cel·lulases: ajuden a conservar el color i els teixits, a més a més d’ajudar a la neteja.
Catalitzen els enllaços β – 1, 4 glucosídics de la cel·lulosa.
 Altres: peroxidases, oxidases, hemicel·lulases...
MRDD Propietats dels enzims:  Estabilitat en un ampli rang de temperatures (30-60ºC)  Estabilitat a pH bàsic (pH = 8-10)  Estabilitat en presència d’agents quelants, oxidants, etc.
Exemple: dentífrics Components: - Agents netejadors: els detergents - Agents preventius de càries: components que actuen sobre la placa bacteriana eliminant els microorganismes presents (fluor) - Agents que prevenen la tosca: fosfat sòdic i càlcic.
- Agents antisensibilitzants: per a persones que pateixen davant de canvis tèrmics, sabors àcids o dolços. KNO3, SrCL2, lactat d’alumini.
- Agents blanquejadors: peròxid de carbamida i bicarbonat sòdic.
Enzims: Oxidoreductases – catalitzen la transferència d’electrons d’una molècula donadora a una receptora.
- - Glucosa oxidasa: té el grup –OH de la glucosa com a donador d’ e i l’oxigen com a acceptor, la reacció necessita el cofactor FAD.
- Peroxidasa: té el grup peròxid com a acceptor d’e i utilitza el grup hemo com a cofactor.
Aplicacions: MRDD ...