Bioquímica Industrial y Tecnología de Enzimas en Procesos Biotecnológicos

Clasificación de Moléculas Biológicas

• Molécula híbrida → peptidoglicano, inmunoglobulina
• Proteína fibrosa → queratina, colágeno
• Vitamina → ácido fólico, ácido pantoténico
• Proteína globular → lactato deshidrogenasa
• Disacárido → sacarosa
• Aminoácido → fenilalanina, lisina
• Esteroide → cortisona
• Hexosa → fructosa
• Dinucleótido → NAD
• Polisacárido → glucógeno, celulosa
• Base nitrogenada → citosina

Métodos de Cultivo

Medios definidos

• Contienen compuestos y concentraciones conocidos.
• Se utilizan a nivel de laboratorio.
• Permiten mayor control del proceso y mayor reproducibilidad.
• Suelen dar menores rendimientos.

Medios complejos

• Contienen compuestos naturales cuya composición exacta no se conoce.
• Aportan factores de crecimiento, vitaminas, hormonas y elementos traza.
• Son más baratos que los medios definidos.

Fabricación de Jarabes de Fructosa

1. Almidón → α-amilasa → dextrinas
2. Dextrinas → glucoamilasa → glucosa
3. Glucosa → glucosa-isomerasa → fructosa

• α-amilasa: rompe las cadenas largas de almidón en fragmentos más cortos llamados dextrinas.
• Glucoamilasa: convierte las dextrinas en glucosa libre.
• Glucosa-isomerasa: convierte parte de la glucosa en fructosa, aumentando la dureza (dulzor) del jarabe.

Producción de α-amilasa

• Selección del medio de cultivo: almidón de maíz y patata + fuente de Nitrógeno (N).
• Selección del microorganismo (MO): bacterias termoestables, debido a la necesidad de trabajar la enzima a 95ºC.
• Fermentador: pH neutro, temperatura de 40ºC, con aireación, durante 5 días. Consecuencia en el medio de almidón: pérdida de viscosidad y disminución del peso molecular.
• Procesado final:
  • Separación del caldo por floculación.
  • Concentración y purificación de la enzima.
  • Eliminación de enzimas contaminantes.
  • Estabilización de la enzima con iones Ca.

Aplicaciones de las Enzimas

• Bulk: son aplicaciones a gran escala en sectores industriales donde se requiere un menor grado de pureza.
• Finas: son aplicaciones más específicas que requieren enzimas con un alto grado de pureza.

Tecnología de Inmovilización de Enzimas (Métodos)

Métodos Químicos

• Unión covalente: la enzima se une al soporte mediante grupos funcionales; reduce la actividad pero aumenta la estabilidad.
• Entrecruzamiento: las enzimas se enlazan entre sí con agentes químicos.

Métodos Físicos

• Adsorción: fijación simple sobre superficies.
• Captura en matrices: la enzima queda atrapada en polímeros sintéticos o naturales.
• Microencapsulación: la enzima se encierra en microgotas con membranas permeables.
• Atrapamiento en membranas: se retiene en membranas que permiten el paso de sustrato y productos.

Propiedades de las Enzimas Inmovilizadas

• Mayor vida media.
• Más resistencia térmica.
• Mayor estabilidad.
• Interacciones con el soporte.
• Limitaciones difusionales.

Clasificación de los Sistemas Enzimáticos

• Homogéneos:
  • Enzima y sustrato están en la misma fase.
  • Dependen de la cinética química.
• Heterogéneos:
  • Enzima y sustrato están en fases distintas.
  • Pueden aparecer limitaciones difusionales.

Producción de Enzimas

• Fuentes:
  • Tejidos animales o vegetales.
  • Microorganismos (uso industrial).
• Requisitos nutricionales:
  • Fuente de carbono.
  • Fuente de nitrógeno.
  • Elementos y vitaminas.
• Factores en la fermentación:
  • Alta velocidad de crecimiento.
  • Control de condiciones (pH, T, t).
  • Regulación metabólica.
• Pureza del producto:
  • Evitar contaminación microbiana.
  • Eliminar enzimas no deseadas.
  • Uso de estabilizantes.

Clasificación de las Enzimas

• Oxidorreductasas: catalizan reacciones de oxidación-reducción, en las que se transfieren electrones entre moléculas.
• Transferasas: son enzimas que transfieren grupos funcionales de una molécula a otra.
• Hidrolasas: catalizan reacciones de hidrólisis, en las que una molécula se rompe mediante la adición de agua.
• Liasas: catalizan reacciones relacionadas con la adición o eliminación en dobles enlaces.
• Isomerasas: catalizan reacciones de isomerización; una molécula se transforma en otra con la misma fórmula química pero diferente estructura.
• Ligasas: son enzimas que catalizan la formación de enlaces entre moléculas, generalmente utilizando energía.

Características de las Enzimas

• Son solubles en agua.
• Tienen estructura terciaria o cuaternaria.
• Tienen alta especificidad.