Tema 17 (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Bioquímica - 2º curso
Asignatura Biocatàlisi
Año del apunte 2014
Páginas 16
Fecha de subida 11/02/2015
Descargas 86
Subido por

Vista previa del texto

María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 Tema 17. APLICACIONS BIOMÈDIQUES I BIOTECNOLÒGIQUES DELS ENZIMS BIOCATÀLISI: RELACIÓ AMB LES CIÈNCIES BÀSIQUES I LES APLICACIONS Observem en aquest esquema la relació que s’estableix entre la biocatàlisi i les aplicacions que es poden obtenir a partir d’aquesta.
D’alguna manera, en el context dels processos de producció, els enzims forment part de que s’inclou com química verda, processos que intenten ser menys contaminants, menys generadors de residus i amb un impacte menor en el medi ambient. Aquest aspecte plantejat com química verda seria el més ideal però en els processos de producció no sempre es poden satisfer totes les solucions als problemes ambientals.
PROCÉS GENERAL DE BIOCATÀLISI 1) Economia del procés Entenem que el procés està dirigit en la producció d’un producte basant-nos en la utilització d’un o uns determinats enzims. Com que és un procés industrial l’objectiu és la generació d’uns productes a partir d’uns reactius de la manera més econòmica possible. Entenem que el cost global implica tota una manipulació de productes secundaris per tal de dur a terme la producció del que producte que desitgem però aquesta manipulació ha de ser el més econòmica possible.
2) Selecció del biocatalitzador Si volem utilitzar o dissenyar un procés hem de seleccionar el biocatalitzador, l’enzim amb el que treballador. Així doncs, cal buscar activitats enzimàtiques amb eines d’Internet (com Brenda) o bé en llibres per saber quins són els enzims resistents i adients a les nostres condicions de treball.
1 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 També cal resoldre l’aspecte del mètode de treball amb el biocatalitzador escollit, és a dir, si volem treballar amb una preparació enzimàtica o bé amb un sistema cel·lular que presenti l’activitat. Hem de pensar que el mètode de treball que Avantatges triem en quant aquestes 2 formes és important ja que tenen avantatges i inconvenients que mostrem en la següent taula: Treball amb cèl·lules Treball amb preparació enzimàtica És més econòmic perquè al comprar una línea Equip de treball més simple perquè no cal controlar cel·lular si treballem bé i no presenta alteracions molts aspectes i per tant, és més net ja que tenim aquesta es pot mantenir en el temps i per tant, la menys volum de reacció.
inversió inicial és més profitosa en el temps.
Si tenim una reacció que genera un producte o En alguns reaccions on treballem amb substrats o coenzims que ens queden modificats i hem de productes que no són solubles en aigua és molt més retornar a les condicions inicials (com el NADH) el fàcil treballar amb cosolvents (barreja de fase propi sistema segurament presenti la regeneració del orgànica i inorgànica) i enzims.
Inconvenients cofactor, la maquinària cel·lular ja ho permet.
El procés és molt més gran de manera que, treballem Els enzims tenen un sistema que permet augmentar amb volums grans on cal processar el medi de el temps de vida però hem de tenir present que el creixement.
temps de vida és menor al cel·lular. Això provoca que sigui més car.
Al utilitzar un tipus de cel·lular i voler fer una Caldria introduir un sistema de regeneració dels determinada reacció hem de comprovar que el coenzims per mitjà d’un altre enzim.
sistema no tingui reaccions de l’organisme que interfereixin en la nostra reacció.
3) Caracterització del procés Cal definir les condicions del procés, tenint en compte els següents punts:  Conèixer les condicions cinètiques de la reacció i les condicions òptimes de l’enzim  Tenir ben establert el procés coneixent l’estequiometria tant de substrat com de producte  Conèixer informació estructural de l’enzim (és important perquè a vegades la funció de l’enzim té limitacions el procés industrial tot i que no les mostri biològicament) 2 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 4) Enginyeria de biocatàlisi Tal com hem dit anteriorment podria ser que el nostre enzim presentés alguna característica que limités el procés i que per tant cal que la modifiquem per mutagènesi dirigida, el que ens pot permetre, per exemple, modificar l’activitat. Així doncs, podríem aconseguir la catàlisi de noves reaccions modificant prèviament l’enzim.
5) Aplicació Hem de definir bé el procés de producció tenint en compte una sèrie d’aspectes com per exemple:  Estabilitat de l’enzim: si definim unes certes condicions de treball hem de saber si el nostre enzim serà el més estable possible i hem d’intentar que aquest aspecte es compleixi.
 Immobilització de l’enzim: hem de conèixer com tindrem l’enzim en la reacció.
 Regeneració del cofactor: totalment necessari perquè la reacció es segueixi donant En quant a la immobilització de l’enzim hem de tenir present que molts cops s’utilitzen sistemes d’immobilització, és a dir, que l’enzim es presenta en la reacció unit a un substrat, el que suposarà que necessitarem una fase addicional per separar l’enzim del substrat, el que encarirà el cost.
Podem establir un sistema en el que fixem la cèl·lula o enzim sobre un suport sòlid i per tant, tindrem l’enzim unit a un polímer, el que facilitarà la separació de substrats i productes de l’enzim ja que ho podem elaborar per mitjà d’un sistema físic om una columna (el sistema químic és més car). A més, en aquestes condicions normalment els enzims són molt més estables de manera que, la immobilització permet una estabilització el que pot contribuir a augmentar l’activitat.
Hem de pensar que aquesta immobilització no pot alterar l’activitat de l’enzim i també en la situació del centre actiu respecte al polímer que utilitzem per immobilitzar ja que si no és l’adequat, podria ser que l’entrada de substrats sigui molt més dificultosa.
6) Recuperació del producte Aquesta és l’última etapa i després d’elaborar tot el procés necessitem d’un procediment que ens separi de la barreja de reacció el producte per obtenir-lo aïllat (és l’objectiu de la producció). En aquest aspecte hem de considerar dues qüestions:  Fins a quin punt el producte ha de ser lliure d’altres components de la reacció, la exigència de puresa del producte i qualitat varia en funció de la seva utilització  Forma final en la que conservaré el producte i la seva caducitat. S’han d’establir condicions de magatzem per tal que el producte generat no es faci malbé.
3 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 BIOPRODUCTES I FONTS D’OBTENCIÓ Observem en les següents taules alguns exemples de productes que s’obtenen directament de l’ús d’enzims però en dos variants: a l’esquerra veiem els que provenen majoritàriament del metabolisme de certs organismes (alcohols, aldehids, aminoàcids...) i en aquests d’alguna manera el producte resultat no és el producte d’una reacció específica que hem modificat o induït en l’organisme sinó que provenen d’una via metabòlica que aquest ja tenia.
A la dreta (sobretot part inferior) observem productes que son generats per organismes modificats prèviament per l’obtenció d’aquests productes com per exemple la insulina o anticossos.
ENZIMS IDENTIFICATS I COMERCIALITZATS Si l’enzim que necessitem o volem utilitzar és comercial o no pot establir una etapa limitant de la producció i és el que suposa una gran barrera als processos de biocatàlisi en general. En la taula podem observar com hi ha una gran diferència entre el nombre d’enzims identificats per cada funció i que podem comprar en petites quantitats en comparació al nombre d’enzims comercials, que es poden comprar amb grans quantitats i per tant, aplicar-los a un procés industrial. Els enzims que trobem en major quantitats són les hidrolases.
La indústria impediment enzim salta produint amb una aquest el propi proteïna recombinant però aquest aspecte encareix molt el procés de producció però si és efectiu es pot elaborar una patent.
4 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 Com hem dit amb anterioritat les hidrolases són els enzims més comercials i per tant, els processo industrials basats en les seves reaccions són els més fàcils de dur a terme. Veiem en la següent taula les diferents reaccions que es poden dur a terme per diferents tipus d’enzims: PRODUCCIÓ D’UN DETERMINAT PRODUCTE Una altra qüestió a tenir en compta des del punt de vista de la producció és la relació enter la producció anual d’un producte i el seu cost. En la següent taula observem el preu/Kg de producte en funció de la producció; trobem compostos que tenen una producció anual molt petita perquè tampoc no són molt necessaris mentre que hi ha d’altres que es produeixen en grans quantitats com per exemple, les penicil·lines.
En el següent gràfic veiem la producció mundial d’enzims en funció de dos paràmetres: marcat en vermell la quantitat d’empreses que produeixen un enzim determinat i en lila la producció anual d’aquest enzim. Així doncs podem determinar que si tenim poques empreses però molta producció aquestes tenen un bon sistema de producció.
5 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 MECANISME DE CATÀLISI DE LES LIPASES El mecanisme de catàlisi de les lipases ens serveix d’exemple per veure com a partir d’un enzim que té una certa especificitat canviant les condicions de reacció (com canviant el solvent) es pot arribar a canviar l’especificitat de l’enzim i per tant, les seves aplicacions. És per aquest motiu que les lipases tenen una gran quantitat d’aplicacions.
En condicions normals (hidrolitza enllaços èster entre triacilglicerols i àcids grassos) l’enzim té un mecanisme de ping – pong de manera que el procés procedeix en dues etapes i és un mecanisme anàleg al explicat per la quimotripsina: 1.
Eliminació d’un dels productes de la reacció de manera que entrarà el substrat i sortirà un alcohol transitòriament. La part carboxílica del lípid queda unida a una serina del centre actiu el que genera un intermediari covalent estable.
2.
Participació de l’aigua, que actua com un nucleòfil sobre la unió entre la serina i el compost transitori el que permet alliberar el producte de la reacció.
Es sap que en determinades condicions es pot fer que la lipasa utilitzi un altre nucleòfil per produir la segona reacció, és a dir, l’atac nucleofílic el pot realitzar un alcohol o una amina. Per tant, si podem fer que l’enzim utilitzi un reactiu diferent a l’aigua sabem que el producte final, un cop el trencament es produeixi, tindrà aquest nucleòfil unit (-OR). Així doncs, modificant les condicions de la reacció podem alterar l’especificitat del procés i obtenir diferents productes, motiu per el qual les lipases tenen moltes aplicacions.
APLICACIONS DEL CONEIXEMENT D’ENZIMS EN EL CAMP DELS FÀRMACS I EL DIAGNÒSTIC Estudiarem com els enzims ens podem servir en el camp dels fàrmacs i el diagnòstic, és a dir, les diverses aplicacions que poden tenir els enzims en el camp de la salut.
Malalties associades a disfuncions d’enzims Hi ha algunes malalties que estan relacionades amb que alguns enzims no estan formats correctament o bé no funcionen com haurien de fer-ho.
Enzims com agents terapèutics Aquest tipus d’enzims els podem trobar aplicats en malalties o patologies en que hi ha una disfunció o alteració del nivell d’un cert enzim en l’organisme. La major part dels enzims d’aquesta aplicació s’obtenen com proteïnes recombinants i presenten principalment dos problemes:  Procés d’absorció i arribada al teixit de l’organisme és dificultós  Temps de vida mitja (l’organisme té proteases inespecífiques que van degradant els enzims extracel·lulars) 6 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 A continuació estudiarem diferents aplicacions i formes d’administració que tenen diversos enzims utilitzats en aquest camp. L’adagen és un fàrmac que té com a principi actiu l’activitat adenosina deaminasa, activitat que tenen un dels primers enzims en el metabolisme de degradació dels nucleòtids de purina. Quan aquest enzim està a nivells d’expressió molt baixa genera una alteració en la degradació de purines, el que té un efecte sobre les cèl·lules del sistema immunitari i aquesta és una de les bases moleculars de malalties associades a nens bombolla, nens que han d’estar aïllats. Com que el temps de vida mitja de l’enzim és molt baix la forma d’aplicar-lo és unit amb el polietilenglicol, un suport que augmenta la seva estabilitat i al mateix temps evita reaccions immunològiques , d’alguna manera el principi actiu és l’enzim però va estabilitzat d’un suport sòlid.
El cerezyme és un fàrmac amb una activitat sobre el metabolisme de glucolípids (cerebròsids) i es coneix que una alteració en aquest metabolisme està associada amb una disfunció de tipus neuronal anomenada malaltia de Gaucher.
El pulmozyme és una preparació que conté una activitat DNAasa, és a dir, que degrada DNA, que és administrat per inhalació. Aquest s’utilitza pel tractament de la fibrosi quística perquè aquesta és una malaltia que, entre d’altres, produeix una acumulació de les mucositats del sistema respiratori i en aquesta estructura de mucosa es sap que hi ha DNA de manera que, l’activitat que conté el fàrmac permet degradar aquest DNA de les mucoses i per tant, ajuda a purificar els bronquis o pulmons.
Per últim, l’activase s’administra sobretot per via intravenosa en el tractament d’infarts o embòlies pulmonars perquè té un activador del plasminogen de manera que, el que provoca és la degradació de la plasmina, que contribueix a la degradació d’estructures que tapen la irrigació sanguínia en un infart.
Inhibidors enzimàtics que actuen com a fàrmacs Observem en la següent taula marcats aquells fàrmacs que elaboren el seu efecte per una inhibició enzimàtica:  Inhibidors de la proteasa del HIV (inhibidors de fixació forta)  Aspirina, inhibidora inespecífica de les COX pel tractament del dolor i la inflamació  VIOXX (alternativa a l’aspirina) per inhibir la COX2 específicament  Clavulonat, inhibidor basat en el mecanisme que inhibeix la β-lactamasa per evitar les resistències bacterianes  Fluoruacil  Estatines, que eviten la degradació del colesterol (inhibidors no covalents amb una constant d’inhibició molt forta)  Methorexate  PALA, inactiva els dos substrat perquè és anàleg als dos 7 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 Contribució d’enzims en la síntesi de fàrmacs Un exemple és el procés de síntesi d’un fàrmac basat en la utilització d’un enzim com a catalitzador com per exemple la síntesi de les penicil·lines semisintètiques. Recordem que les penicil·lines estan formades per dos anells diferents: un anell β-lactam i un anell de taixolidina, que és constant en totes aquelles. Sabem que en funció del tipus de constituent tenim les diferents penicil·lines naturals i sintètiques (formes derivades de les penicil·lines naturals per un procés industrial).
El procés general de formació de penicil·lines semisintètiques la podem observar en aquest esquema. La penicil·lina s’obté per fermentació i la forma natural que s’obté és la penicil·lina G que permet la formació d’altres formes sintètiques per mitja d’una reacció basada en dues etapes: 1.
Eliminació del grup R que donava lloc a les diferents formes de la penicil·lina. En aquesta reacció es poden generar 2 tipus de productes: forma més simple (6-APA) i una forma derivada d’aquesta (7-ADCA).
2.
Modificació de les formes anteriors, s’incorpora un nou grup en la posició eliminada.
Observem les reaccions esmentades anteriorment: l’eliminació del grup substituent lateral té lloc per una reacció d’hidròlisi catalitzada per una activitat acilasa, el que genera un nucli general de les penicil·lines anomenat 6-APA. S’ha observat però, que per millorar l’eficiència d’aquest enzim es pot modificar (per mitjà d’un complex químic o enzimàtic) aquest producte, per formar el 7-ADCA.
Un cop ja tenim els precursors (6-APA i 7-ADCA) es fan reaccionar amb els substituents que volem posar a la posició eliminada i aquesta reacció es produeix pel mateix tipus d’enzim però canviant les condicions del reactiu, el que permet que el mateix enzim elabori una reacció diferent.
8 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 Podem generar diverses penicil·lines en funció del substituent: Enzims amb interès de diagnòstic Alguns enzims ens poden donar informació sobre una malaltia. La major part de diagnòstics associats a canvis en els nivells d’enzims s’elaboren a través de la determinació i observació de fluids biològics (orina, plasma...).
El plasma, per exemple, té una sèrie d’activitats enzimàtiques sempre, que estan associades a la seva funció (com la coagulació) quan hi ha una alteració en algun teixit i es provoca la seva inflamació sabem que es produeix un canvi en la permeabilitat de les cèl·lules, el que provoca una sortida d’enzims de la cèl·lula cap al plasma. Generalment, independentment de la malaltia sempre es produeix un canvi en que en el plasma augmenta la concentració d’enzims però els enzims cel·lulars no sortiran sempre en la mateixa mesura de manera que els nivells d’aquests marcadors en funció del temps varia. Hem de tenir present que els enzims de mida molecular més petita s’alliberen més ràpidament al plasma que els grans i per tant, aquests es detecten en menys temps.
Sabem que hi ha determinades activitats enzimàtiques i el canvi d’aquestes en el plasma estan associades a diverses malalties l’ activitat aminotransferasa està associada a lesions hepàtiques i del miocardi mentre que la alananina aminotransferasa està relacionada únicament amb lesions hepàtiques.
9 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 En la següent taula observem alguns marcadors de l’infart de miocardi on es produeixen els següents canvis:  No només s’alliberen enzims sinó que també s’alliberen en circulació proteïnes com la mioglobina  Alliberació de mioglobina (estructura petita) molt ràpidament, entre les 1-3 hores  Alliberació de troponina T cardíaca (estructura més gran) que s’allibera més tard que l’anterior Així doncs, en funció del perfil d’alliberació dels enzims podem saber de quina malaltia es tracta i quant de temps ha passat des que s’ha produït l’alteració.
En el següent gràfic veiem l’alliberació d’hormones en la mateixa lesió: en la zona més inferior (de ratlles) sabem que són els valors que es detecten en absència d’alteracions i en tots els casos, per totes les proteïnes, hi ha nivells baixos, és a dir, en condicions normals l’activitat d’aquestes en el plasma són més reduïdes. Els pics del màxim en cada hormona estan distribuïts al llarg del temps ja que depèn de la mida de les hormones Utilitzat de l’anàlisi dels isoenzims Els isoenzims són proteïnes que tenen la mateixa activitat enzimàtica però que estan codificades per gens diferents i s’expressen o es poden expressar en teixits diferents. Un exemple d’una proteïna que té un isoenzim és la creatina quinasa (CK), que incrementa la seva activitat en el plasma quan el pacient pateix un infart.
La creatina quinasa té 2 isoenzims diferents on cal diferenciar:  Forma predominant el cerebel: formada per dues subunitats (B) iguals  Forma predominant al múscul esquelètic: formada per dues subunitats (M) iguals  Forma predominant al cor: constituïda per una unitat B i una altra M Aquestes tres isoformes permeten que el clínic segueixi l’increment de l’activitat de la creatina quinasa i a més, coneix quantificar la forma associada a l’infart. En la següent imatge trobem representada de forma simple la separació per electroforesi (sistema lent i per tant, poc utilitzat) per veure que les tres formes tenen mobilitat electroforètica diferent: 10 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 Utilització d’enzims en tècniques de diagnòstic Els enzims també serveixen per dissenyar sistemes de diagnòstic. Un exemple és que per analitzar la quantitat de colesterol en sang en un assaig clínic s’utilitzen tres activitats enzimàtiques diferents. Hem de tenir present que aquest assaig es compra i està informatitzat però el sistema es basa en les tres reaccions dels enzims següents: activitat esterasa que allibera colesterol amb àcids grassos, activitat oxidasa i activitat peroxidasa. Al final el que es mesura és el peròxid d’hidrogen que està acoblat amb una reacció colorimètrica.
COMPOSICIÓ DELS DETERGENTS Els detergents són un altre camp d’aplicacions dels enzims i es considera que, aproximadament del 30% al 40% dels enzims que es comercialitzen són amb finalitat industrial per tal d’incorporar-los als detergents ja que poden digerir les taques de determinats productes i així contribuir a la neteja d’aquestes taques.
El principal problema dels enzims destinats als detergents és que aquests proporcionen al enzim un medi hostil, on no tots els enzims estan còmodes. Les característiques del medi són:  pH alcalí  presència de compostos oxidants (tenen com a finalitat eliminar el color del sistema, blanquejar)  agents implicats en controlar l’escuma  Temperatura en un rang (aquest aspecte cada cop es controla més) Així doncs, els enzims han de garantir que si posen un enzim en un detergent, quant de temps és actiu i si podrà suportar les condicions d’aquest de manera que, això comporta que els enzims han d’intentar ser resistents a les condicions.
La comercialització d’aquests enzims, resistents als detergents i que treballen bé en aquest medi, està sota el control de dos grans empreses: novozymes i Genecor. Aquests enzims s’obtenen generalment de bacteris (gènere bacillus) i són enzims obtinguts de proteïnes de secreció de manera que, el bacteri les allibera en el medi, el que permet que siguin fàcils d’extreure per elaborar la preparació corresponent.
11 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 Utilització de proteases: subtilisines Sabem que el primer enzim que va ser incorporat en els detergents van ser les proteases però no totes són vàlides, s’ha de tenir en compte l’entorn i les condicions a les que estaran sotmeses. Podem classificar les proteases en funció de l’especificitat però generalment es classifiquen en funció del seu mecanisme i les que són més eficients en els detergents són les serin proteases.
Recordem que les serin proteases tenien una triada catalítica en el centre actiu on un aminoàcid clau per la catàlisi era una serin. Dins d’aquestes serin proteases tenim les subtilisines, que són els enzims més utilitzats i útils en els detergents.
Aquesta és una proteïna constituïda per una sola subunitat i té formes molt estables i poca especificat sobre els enllaços peptídics que pot actuar.
Hem de tenir present que no han funcionat unes altres proteases perquè per exemple, les cisteïna proteases en el seu mecanisme d’actuació necessiten estar en la forma reduïda i l’entorn dels detergents promou l’oxidació dels tiols de manera que, l’enzim perdria la seva activitat. Les metal·lo proteases tampoc no van bé perquè és indispensable que es dissociï el metall durant la catàlisi.
L’empresa novozyme ha comercialitzat una subtilisina generada i patentada com una proteïna recombinant on s’ha estabilitzat la seva estructura. Es coneix que a prop de la seria clau per la catàlisi hi ha un aminoàcid de Meteonina que també és important per estabilitzar les condicions d’aquesta serina. En les condicions del detergent però, aquesta Meteonina està oxidada de manera que, la serina no és estabilitzada i en general, l’enzim és menys estable, el que provoca que tingui menys activitat. En la forma modificada s’ha substituït aquesta Meteonina per una Leucina (en general es tendeix a substituir per aminoàcids polars) que no afecta a la estructura, no s’oxida i en general augmenta l’estabilitat de l’enzim.
12 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 Altres enzims utilitzats en els detergents Sabem que generalment també s’incorporen enzims capaços de digerir el midó perquè aquest un cop es deshidrata pot actuar com una goma i es queda totalment enganxat, absorbint els petits colorants del medi, de manera que, la taca de midó cada cop seria d’un altre color. Per aquest motiu en els detergents s’incorpora amilasa, capaç de trencar el midó i per tant, treure la taca. També s’incorporen lipases per eliminar el contingut de lípids.
També s’estan desenvolupant enzims amb activitat peroxidasa que tenen com a funció evitar d’introduir compostos químics per inhibir la transferència de color, és a dir, que això es pugui inhibir directament amb un enzim.
Una altra activitat és l’activitat cel·lulasa, que degrada la cèl·lula i les cases comercials afirmen que aquesta és important per eliminar les fibres del teixit que ja estan parcialment degradades el que permet un millor manteniment del teixit (s’eliminen les boletes que es formen).
APLICACIÓ D’ENZIMS A LA INDUSTRIA TÈXTIL Els enzims també poden utilitzar-se en el tractament final dels tèxtils. Cal diferenciar la utilització de tres enzims diferents pel tractament de 3 materials tèxtils diferents:  Amilases: degraden el midó dels teixits d’origen vegetal que si no es degradat abans és molt rígid  Cel·lulases: permeten donar aparença de desgast  Peroxidases: eliminació de residus  Proteases: tractament de fibres derivades de la llana APLICACIÓ D’ENZIMS EN LA INDÚSTRIA ALIMENTÀRIA Síntesi d’edulcorants La producció d’edulcorants no calòrics es pot realitzar a través de processos enzimàtics. una empresa química molt important ha comercialitzat un dels edulcorants més importants, l’aspartamo, realitzar per mètodes enzimàtics.
L’estructura és derivada d’un pèptid on tenim per una banda un aspàrtic i per una altra fenilalanina on és important que els carbonis es trobin en la conformació L perquè es barreges de fenilalanina en conformació D generen un gust amarg. Així doncs, aquesta es converteix en la principal limitació del procés de síntesi ja que només es necessita la conformació L i no una barreja d’ambdues.
Només observant l’estructura queda clar la limitació d’ús d’edulcorants en una persona que presenta alguna afectació en el metabolisme d’àcids aromàtics.
13 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 El procés de síntesi de síntesi comença utilitzant com a precursor a l’àcid fumàric (àcid orgànic insaturat de 4 carbonis) on sobre d’aquest substrat es produeix la incorporació del grup amino a partir d’amini, utilitzant l’activitat enzimàtica aspartasa, el que genera el primer producte de la reacció, l’aminoàcid aspàrtic.
El problema és que quan es produeix la reacció de condensació entre l’aspartat i la forma modificada de la fenilalanina cal que l’enllaç covalent entre els dos aminoàcids s’estableixi entre el grup carboxílic de l’aspartat i el grup amino de la fenilalanina. Per evitar reaccions inespecífiques hi ha una etapa entremig del procés en que es bloqueja (per un procés químic) el grup amino de l’aspartat de manera que, en aquestes condicions aquest grup amino no podrà reaccionar i la condensació es produirà només en el grup amino de la fenilalanina. Com a intermediari tenim l’aminoàcid aspartat amb el grup amino modificat i a partir d’aquí es dóna la seqüència de reacció de condensació on obtenim la forma modificada de l’alanina en un grup éster. La reacció es produirà doncs entre el grup carboxil de l’aspartat i l’amino de la fenilalanina.
En aquest procés de síntesi és útil utilitzar un sistema enzimàtic perquè és molt important trobar la forma L de la fenilalanina de manera que, si aquest aminoàcid prové d’un procés de síntesi química normalment es generen reversions i s’obté com a producte final una barreja de les dues formes. El sistema enzimàtic tot i que encareix el procés ens permet separar les dues formes. L’avantatge d’utilitzar un segon enzim (termolisina) catalitzant la reacció inversa a la proteasa és que aquest enzim distingeix entre la forma L i D de la fenilalanina i només incorporarà a la reacció de condensació la forma L de manera que, la forma D la obtindrem com un subproducte de la reacció (la indústria acaba trobant alguna aplicació per aquesta). Un cop hem acabat aquest procés només queda eliminar el grup que bloqueja el terminal amino de l’enzim modificat.
En les instruccions d’alguns edulcorants ens donen instruccions com per exemple que l’aspartamo no el podem utilitzar per elaborar mermelades (necessiten una gran temperatura) ja que l’enllaç peptídic que el forma és molt làbil de manera que, la molècula es trencaria. En aquests processos (formar mermelades) normalment s’utilitza fructosa.
14 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 Enzims utilitzats en la indústria alimentària Observem en la següent taula exemples d’enzims que s’utilitzen per transformar productes inicials en productes finals que formaran part de la indústria alimentària. Viem diverses formes en el mercat i una qüestió importat és la font d’obtenció d’aquests enzims; la major part d’ells provenen de llevats o microorganismes i un requisit imprescindible d’aquests precursors és que mai no poden ser patògens (podrien quedar traces de la patogenicitat).
Trobem tres tipus d’activitats fonamentalment:  Hidrolases: bàsicament estan relacionades amb el metabolisme de glúcids. Són importants perquè hi ha una gran quantitat de productes derivats del midó que tenen aplicacions en la indústria alimentària.
 Lipases: són importants per la síntesi d’aromatitzants i conservants  Proteases: utilitzades en alguns processos derivats de la panificació (proteïnes de la farina) i cervesa.
Utilització de pectinases Aquests enzims estan relacionats amb el processament de sucs de fruita comercials. La pectina és un polisacàrid on la principal unitat és el galacturònic, un polisacàrid que es troba en major o menor quantitat en fruites i aquesta presència és molt important en la preparació de sucs comercials. Sabem que els sucs comercials generalment són transparents tot i que si els fem de manera natural quedarien molt espessos i això no interessa en el comerç de manera que s’utilitzen aquests enzims per tal de generar un producte més agradable a la vista.
Així doncs la indústria amb la utilització de pectinases degraden les pectines del suc, el que té dos clars avantatges: aspecte i facilitat en el filtrat (per on marxen les molècules produïdes per les pectinases).
15 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Biocatàlisi. T17 Processament del midó El midó és d’origen vegetal i normalment s’obté del blat, blat de moro o patates. El midó és una estructura gran formada per formes ramificades o lineals i la indústria el que fa és tractar la degradació de manera que, en funció del producte de tractament que dóna obté productes de degradació més o menys grans.
En funció de la degradació que es doni podem obtenir diferents productes com per exemple si elaborem una degradació molt llarga s’obtenen sucs de glucosa. Hi ha altres formes intermèdies que s’identifiquen pels equivalents de dextrosa i això dóna una idea de la mida i composició d’aquests intermediaris. En funció del processament tenim diferents productes, tots ells derivats de l’activitat d’enzims.
En funció del producte que obtenim provinent del midó poden tenir diferents aplicacions. La major part de les aplicacions estan relacionades amb la preparació de begudes sintètiques dolces (fanta, trina....), processament de fruits (gelatines, mermelades...) i una part està destinada a la formulació química (el principi actiu d’un fàrmac sempre va acompanyat de diverses molècules que l’estabilitzen).
s 16 ...