Els enzims són biocatalitzadors que tenen un paper important en totes les etapes del metabolisme i de les reaccions bioquímiques. Són d'especial interès i s'utilitzen com a catalitzadors orgànics en nombrosos processos a escala industrial. Aquest article ofereix una visió general dels enzims microbians i la seva classificació.
Introducció
Diferents bioindústries requereixen enzims amb característiques específiques per al seu ús en el processament de substrats i matèries primeres. Els enzims microbians actuen com a biocatalitzadors per dur a terme reaccions en processos biològics d'una manera econòmica i respectuosa amb el medi ambient en comparació amb l'ús de catalitzadors químics. Les seves característiques especials s'utilitzen per a aplicacions d'interès comercial i industrials. Els enzims són molt específics, catalitzen unes 4000 reaccions bioquímiques. El premi Nobel Emil Fischer va suggerir que això es deu al fet que tant l'enzim com el substrat tenen geometries complementàries específiques que són precisamentencaixen entre si.
Definició
Els enzims són grans molècules biològiques responsables de tots aquells intercanvis químics importants que són necessaris per mantenir la vida. Són catalitzadors altament selectius que poden accelerar molt la velocitat i l'especificitat de les reaccions metabòliques que van des de la digestió dels aliments fins a la síntesi d'ADN. Tots els processos metabòlics que hi tenen lloc depenen de quins enzims es formen a les cèl·lules dels microorganismes.
Història
El 1877, Wilhelm Friedrich Kuehne, professor de fisiologia a la Universitat de Heidelberg, va utilitzar per primera vegada el terme "enzim", que prové de la paraula llatina fermentum, que significa "en llevat". L'obtenció d'enzims de microorganismes va començar a l'antiga Grècia. S'utilitzaven per conservar aliments i begudes.
El 1783, el famós sacerdot catòlic italià Lazzaro Spallanzani va esmentar per primera vegada la importància d'aquesta biomolècula en el seu treball sobre la biogènesi.
El 1812, Gottlieb Sigismund Kirchhoff va investigar el procediment per convertir el midó en glucosa. En el seu experiment, destaca l'ús d'enzims com a catalitzador.
El 1833, el químic francès Anselm Payen va descobrir el primer enzim, la diàstasa.
Dècades més tard, el 1862, mentre estudiava la fermentació del sucre en alcohol, Louis Pasteur va arribar a la conclusió que estava catalitzada per la força vital continguda a les cèl·lules de llevat.
Biomolècules que es troben a la naturas'han utilitzat àmpliament des de l'antiguitat en la fabricació de productes com el lli, la pell i l'indi. Tots aquests processos van ser causats per microorganismes, productors d'enzims.
Significat
Es necessiten enzims per facilitar les reaccions químiques. El seu paper en la vida dels microorganismes és molt important. Consisteix a assegurar els processos metabòlics, la respiració, la digestió i altres tipus de vida. Quan els enzims funcionen correctament, es manté l'homeòstasi. Un altre paper dels enzims en els microorganismes és accelerar el metabolisme.
Funcions especials
Les propietats enzimàtiques dels microorganismes inclouen:
- resistència a la calor;
- natura termofílica;
- tolerància al canvi de rang de pH;
- estabilitat de l'activitat quan es canvia la temperatura i el pH;
- altres condicions de reacció estrictes.
Es classifiquen en termòfils, acidòfils o alcalífils. Els microorganismes amb sistemes enzimàtics termoestables redueixen la possibilitat de contaminació microbiana en reaccions industrials a gran escala i de llarga durada. Els enzims microbians ajuden a augmentar la transferència de massa i a reduir la viscositat del substrat durant el procés d'hidròlisi de la matèria primera.
Classificació
A causa de l'ampli ventall d'activitats basades en la naturalesa de la seva reacció, els enzims es classifiquen segons la catàlisi:
- Oxidorreductases. Les reaccions d'oxidació impliquen la transferència d'electrons d'una sola molèculaa un altre. En els sistemes biològics, això és l'eliminació d'hidrogen del substrat.
- Transferases. Aquesta classe d'enzims catalitza la transferència de grups d'àtoms d'una molècula a una altra. Les aminotransferases o transaminases faciliten la transferència d'un grup amino d'un aminoàcid a un àcid alfa-oxo.
- Hidrolases. Catalitzar la hidròlisi, desdoblament de substrats amb aigua. Les reaccions inclouen la ruptura d'enllaços peptídics en proteïnes, enllaços glicosídics en hidrats de carboni i enllaços èster en lípids. En general, les molècules més grans es descomponen en fragments més petits.
- Enllaç. Catalitzar l'addició de grups als dobles enllaços o la formació d'aquests últims eliminant els primers. Per exemple, les pectat liases escinden els enllaços glicosídics mitjançant l'eliminació beta.
- Isomerases. Catalitzen la transferència de grups d'una posició a una altra en la mateixa molècula. Canvia l'estructura del substrat, reordenant els seus àtoms.
- Ligases. Connecteu les molècules amb enllaços covalents. Participen en reaccions biosintètiques, on es formen nous grups d'enllaç. Aquestes reaccions requereixen una aportació d'energia en forma de cofactors.
Aplicació
La fermentació s'utilitza en la preparació de molts aliments. L'ús d'enzims microbians a la indústria alimentària és un procés de llarga durada. S'utilitzen àmpliament els tipus següents:
- Amilasa. Liqüefacció del midó, millora de la qualitat del pa, clarificació de sucs de fruites.
- Glucoamilases. Producció de cervesa i xarops amb alt contingut en glucosa i fructosa.
- Protease. Licitaciócarn, coagulació de llet.
- Lactasa. Reducció de la intolerància a la lactosa en humans, suplements nutricionals prebiòtics.
- Lipasa. Elaboració de formatge cheddar.
- fosfolipases. Producció de greix de llet lipolitzada.
- Esterase. Millora del gust i aroma en sucs de fruites. Desesterificació de la fibra dietètica. Producció d'èsters de cadena curta.
- Cel·lulases. Alimentació per a animals.
- Glucosa oxidasa. Millora de la vida útil dels aliments.
- Lacass. Eliminació de polifenols del vi.
- Catalases. Conservació dels aliments. Eliminació del peròxid d'hidrogen de la llet abans de la producció de formatge.
- Peroxidasa. Desenvolupament del gust, color i qualitat dels aliments.
Protease
Les proteases derivades dels sistemes microbians són de tres tipus: àcides, neutres i alcalines. Les serina proteases alcalines tenen la major aplicació a la bioindústria. Tenen una alta activitat i estabilitat en condicions anormals de paràmetres fisiològics extrems. Les proteases alcalines tenen la propietat d'una alta estabilitat de l'activitat enzimàtica quan s'utilitzen en detergents. Han trobat una àmplia aplicació a la bioindústria:
- producció de detergents en pols;
- indústria alimentària;
- processament de la pell;
- farmacèutics;
- recerca en biologia molecular i síntesi de pèptids.
Amilasa
Aquest és un enzim de microorganismes que catalitza la descomposició del midó en sucres. Ell eradescobert i aïllat per Anselm Peyen el 1833. Totes les amilases són hidrolases glicòsids. S'utilitzen àmpliament a la indústria i representen gairebé el 25% del mercat d'enzims. S'utilitza en indústries com ara:
- menjar;
- forn;
- paper i tèxtil;
- edulcorants i sucs de fruites;
- xarops de glucosa i fructosa;
- detergents;
- etanol de combustible a partir de midons;
- begudes alcohòliques;
- ajuda digestiva;
- eliminador de taques a la neteja en sec.
També s'utilitza en química clínica, mèdica i analítica.
Xylanase
L'hemicel·lulosa és un dels principals components dels residus agrícoles juntament amb la cel·lulosa, la lignina i la pectina. Xylan és el seu component principal. La importància de la xilanasa ha augmentat significativament a causa de les seves aplicacions biotecnològiques per a la producció de pentosa, la purificació de sucs de fruites, la millora de la digestió i la bioconversió de residus agrícoles lignocel·lulòsics en combustibles i productes químics. Ha trobat la seva aplicació a les indústries alimentàries, tèxtils i de pasta i paper, eliminació de residus agrícoles, producció d'etanol i alimentació animal.
Laccase
Els enzims liginolítics són útils en la hidròlisi de residus agrícoles lignocel·lulòsics, especialment per a la degradació de la lignina constituent complexa i no bombejada. Són de naturalesa molt versàtil i es poden utilitzar en diversos processos industrials. El sistema d'enzims ligolítics s'utilitza en la biodecoloració de la cel·lulosa i altres indústries, com ara l'estabilització del vi i el suc de fruita, el rentat de mezclilla, la cosmètica i els biosensors.
Lipasa
Aquest és un enzim de microorganismes que catalitza la descomposició i la hidròlisi dels greixos. Les lipases són una subclasse d'esterases. Tenen un paper important en la digestió, transport i processament dels greixos. La majoria de les lipases estan implicades en una determinada posició a la columna vertebral del glicerol del substrat gras, especialment a l'intestí prim. Alguns d'ells s'expressen per organismes patògens secretats durant una mal altia infecciosa. Les lipases es consideren el grup principal d'enzims biotecnològicament valuosos, principalment per la versatilitat de les seves propietats aplicades i la facilitat de producció en massa.
Aplicació de lipasa
Aquests enzims estan implicats en una varietat de processos biològics, que van des del metabolisme rutinari dels triglicèrids a la dieta fins a la senyalització i la inflamació cel·lular. Algunes activitats de la lipasa estan restringides a determinats compartiments dins de les cèl·lules, mentre que altres funcionen en espais extracel·lulars:
- Les lipases pancreàtiques es secreten a espais extracel·lulars on serveixen per convertir els lípids de la dieta en formes més senzilles que es transporten per tot el cos.
- Facilitar l'absorció de nutrients del medi ambient.
- L'augment de l'activitat de la lipasa substitueixcatalitzadors convencionals en el processament de biodièsel.
- S'utilitza en aplicacions com ara forn, detergents per a la roba, com a biocatalitzadors.
- A la indústria tèxtil, s'utilitza per augmentar l'absorció del teixit i la uniformitat a l'hora de tenyir.
- Per modificar el gust dels aliments mitjançant la síntesi d'èsters d'àcids grassos i alcohols de cadena curta.
- La presència o nivells elevats de lipases poden indicar una infecció o mal altia específica i es poden utilitzar com a eina de diagnòstic.
- Tenir un efecte bactericida. Es pot utilitzar en el tractament de tumors malignes.
- Tenen un gran valor comercial en cosmètics i productes farmacèutics (productes per a la cura de la pell, bigudís).
