Agregados de enzimas reticulados: inmovilización y aplicaciones
Finalidad y restricción de las enzimas
¿Conoce a alguien que sea intolerante a la lactosa? Es posible que se hayan emocionado al aprender sobre la leche sin lactosa, lo que les permite beber leche sin sentirse enfermos. Pero, ¿cómo se elimina la lactosa de la leche sin eliminar otros productos deseados como la glucosa? ¿Cómo se aíslan los ácidos grasos omega-3 para los suplementos nutricionales?
Estas y muchas otras aplicaciones dentro y fuera de la industria alimentaria utilizan agregados de enzimas reticulados para controlar los procesos. Analicemos ese término.
Las enzimas son proteínas que aceleran (catalizan) reacciones. Su cuerpo está lleno de enzimas para descomponer sus alimentos, mover sus músculos y controlar sus emociones. Las enzimas se han utilizado durante milenios para hacer queso y cerveza. Pero, a veces, es difícil controlar estas enzimas.
Se descomponen o desnaturalizan fácilmente y solo actúan dentro de rangos específicos de pH y temperatura. Además, una vez que se han utilizado las enzimas, normalmente no se pueden volver a utilizar porque no se pueden eliminar del producto. Esto se suma al costo de producción al tiempo que agrega proteínas posiblemente no deseadas al producto.
Un método moderno utilizado para ayudar a controlar las enzimas es inmovilizarlas. Esto hace que la enzima sea más resistente a los cambios de pH o temperatura, por lo que la enzima no se destruye. También permite que la enzima se mantenga en su lugar y se recupere.
Existen varios métodos para inmovilizar enzimas que incluyen unir las enzimas a una superficie, atraparlas en perlas, formar enlaces covalentes con un medio insoluble y reticulación. Aquí solo nos centraremos en la reticulación.
Vinculación cruzada
Un agregado enzimático reticulado (CLEA) es cuando un grupo de moléculas enzimáticas se agrupan y luego forman enlaces cruzados entre las enzimas para mantener el grupo unido.
Si tuviera una pila de camisas dobladas, sería bastante fácil desplegar toda la pila. Pero, digamos que unió esas camisas, incluso con solo una pequeña cuerda que conecta cada camisa entre sí. Si bien probablemente puedas encontrar una manera de desplegar al menos parcialmente las camisetas, de repente es mucho más difícil hacerlo.
En este mismo método, si reticulamos las enzimas, es mucho más difícil que se desarrollen. La mayor parte de la desnaturalización de proteínas (como las enzimas) son simplemente las proteínas que se despliegan. Pero, si hay vínculos que mantienen unidas a las proteínas, entonces no se desplegarán tan fácilmente. Así es como los enlaces cruzados ayudan a proteger las enzimas de la desnaturalización.
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Sin embargo, debemos tener cuidado de no alterar el sitio activo de la enzima. Digamos que había logotipos específicos en las camisetas que había doblado y deseaba que esos logotipos fueran visibles incluso cuando estaban doblados y enlazados. Debería colocar la cadena en una ubicación que no oculte el logotipo.
De la misma manera, los enlaces cruzados no pueden ser entre dos aminoácidos que están involucrados en el sitio activo de la enzima. Porque si el sitio activo se cambia aunque sea un poco, la enzima no será efectiva.
Otra ventaja de las enzimas reticuladas es que el grupo de enzimas ahora es mucho más grande, lo que facilita la recuperación de las enzimas para volver a utilizarlas.
Aplicaciones
Hay muchas aplicaciones diferentes de CLEA. Desde la fabricación de alimentos hasta el procesamiento de aceite y detergentes. Veamos cómo se utilizan los CLEA para producir leche sin lactosa.
La lactosa es un carbohidrato importante que se encuentra en la leche, pero muchas personas no pueden digerir este carbohidrato porque carecen de las enzimas adecuadas. Si la enzima beta-galactosidasa se agrega a la leche, puede descomponer la lactosa en glucosa y galactosa, que el cuerpo puede digerir fácilmente.
La beta-galactosidasa se puede usar para producir leche sin lactosa sin agregar o reticular las enzimas, pero luego no se puede reutilizar, lo que encarece el proceso.
Al agregar la beta-galactosidasa y reticularlas, la beta-galactosidasa se puede reutilizar, lo que permite procesar la leche sin lactosa de forma mucho más económica.
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Los CLEA también se utilizan para inmovilizar:
- Lipasas para procesar grasas y aceites
- Proteasas para procesar leche, como para hacer queso.
- Pectinasa para procesar jugo y hacerlo más estable en almacenamiento
- Enzimas para descomponer la pulpa en el procesamiento del papel.
- Enzimas utilizadas como biosensores, como en los monitores de glucosa para diabéticos.
Resumen de la lección
Las enzimas son proteínas que aceleran (catalizan) reacciones. Tienen muchos propósitos diferentes en la naturaleza, pero cuando se utilizan en la fabricación, pueden desnaturalizarse (destruirse) fácilmente, ya que son sensibles a la temperatura y al pH. También pueden resultar costosos de usar, ya que no se pueden recuperar y usar nuevamente.
Al inmovilizar las enzimas, no se desnaturalizan tan fácilmente y se forman en grandes grupos, lo que permite recuperarlas fácilmente. Un método para hacer esto es el agregado de enzimas reticuladas (CLEA), donde se unen grandes grupos de enzimas.
Los CLEA se utilizan en muchas aplicaciones diferentes para inmovilizar:
- Lipasas para procesar grasas y aceites
- Proteasas para procesar leche, como para hacer queso.
- Pectinasa para procesar jugo y hacerlo más estable en almacenamiento
- Enzimas para descomponer la pulpa en el procesamiento del papel.
- Enzimas utilizadas como biosensores, como en los monitores de glucosa para diabéticos.
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