Producción industrial de vitaminas y enzimas

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Estudios Superiores Zaragoza

«Producción Industrial de Enzimas y Vitaminas»

2602

Asesor: Q.F.B. González Moreno José Oscar

Granja Pacheco Habacuc Guerrero Hernández Susana Dinorah

Ortiz Sánchez Jorge Armando

EnzimasSon moléculas de naturaleza proteínica que aceleran las reacciones bioquímicas, disminuyen la energía de activación de las reacciones que catalizan acelerando la tasa de reacción.No

forman parte de

los product

os

Especificas y con

buen rendimie

nto.

No se consumen

en el proceso

Funcionan en

condiciones

especificas.

Puede regularse su

actividad.

Actividad

enzimática en la célula y fuera de

la célula.

Isoenzimas; son

enzimas que tienen distintas formas

moleculares pero que catalizan

una misma reacción.

Enzima alosterica: funcionan a través de la

unión reversible, no

covalente, de un metabolito

denominado modulador.

Tienen otras formas o

conformación inducida por la

unión de moduladores.

Apoenzimas: es la

proteína inactiva

enzimáticamente que resulta de

la separación del cofactor

de una holoenzima.

Coenzima: son

moléculas orgánicas que son

necesarias para la

actividad catalítica (NAD⁺)

Conce

ptos

Apoenzima (inactivo) + cofactor holoenzima (activo)

Conce

ptos

Holoenzima: es el complejo enzima-

cofactor activo catalíticamente.

Cofactor: pueden ser iones metálicos que

colaboran en la reacción de modo

que actúan asociados con las

enzimas.Grupo prostético: Se

asocian de modo permanente con la proteína, como el grupo prostético

hemo de la hemoglobina.

Clasificación de acuerdo a sus reacciones. ENZIMA TIPO DE

REACCION CATALIZADA

EJEMPLOS DE INTERES INDUSTRIAL

Liasas Catalizan el rompimiento de

un enlace covalente o su formación (sin

incorporación de agua: C-C; C-O;

C-N).

LiasasDescarboxilasasAldolasasHidratasasDeshidratasasDesaminasaSintasas

Pectato liasasAlfa- acetolactatoDescarboxilasa

Isomerasas

Transferencia de grupos dentro de

moléculas para formar isómeros.

IsomerasasRacemasasEpimerasas-Mutasas (no todas)

Glucosa isomerasa

Ligasas Catalizan la reacción que

permite la unión de dos moléculas

con hidrólisis simultanea de

ATP.

LigasasSintetasasCarboxilasas

No utilizadas en procesos industriales actualmente

Clasificación de acuerdo a sus reacciones. ENZIMA TIPO DE

REACCION CATALIZADA

EJEMPLOS DE INTERES INDUSTRIAL

Oxidorre-ductasas

Catalizan la reacción de oxido

reducción al adicionar o sustraer un hidruro y un

hidronio.

DeshidrogenasasOxidasasReductasasPeroxidasasCatalasaOxigenasHidrolasas

CatalasasPeroxidasasGlucosa oxidasa

Trasferasas

Trasferencia de grupos orgánicos

funcionales.

MetiltrasferasasAciltransferasasAminotransferasasFosfotransferasasQuinasasTransaldolasaTranscetolasa

FructosiltransferasasGlucosiltrasferasas

Hidrolasas Incorporación de agua en sitios de

rotura.

EsterasasPeptidasaFosfatasaGlucosidasasFosfolipasasAmidasasRibonucleasas

AmilasasCelulasasLipasasPectinasasProteasas

Producción industrial.

• Posible debido a la mejora en:Genética microbiana.Optimización de las condiciones de fermentación.Liberación de las enzimas mediante métodos de

ruptura.Procesos modernos de purificación.El desarrollo de procesos para inmovilización y

reciclamiento.Producción continua de enzimas.

Producción industrial.sustrat

oAcondicionamie

nto de humedad

esterilización

inoculación

Extracción de enzimas

Filtración

Extracto crudo de enzimas

Residuo

Secado

Enzima cruda solida

Producción industrial.Parametro Enzima

industrialEnzima analítica Enzima

clínica

Escala de producción

Toneladas Miligramos-gramos Miligramos-gramos

Grado de purificación

Cruda Cristalina pura. Cristalina pura.

Actividades secundarias

Presente Generalmente ninguna, en caso positivo es definida

Sólo isoenzimas

Origen Microbiano, generalmente extracelular

Microbiana, animal, de plantas, generalmente intracelular.

Microbiana, animal, de plantas, generalmente intracelular.

Múltiples aplicaciones

Parcialmente posible

Posible en parte. No posible.

Coste de producción

Bajo Medio-Alto Alto

Enzimas de interés IndustrialEnzima. Mecanismo de

acción.Microorganismos productores.

Utilidad en la industria.

β-galactosidasa Cortan la lactosa en glucosa y galactosa.

A.niger Azucarera (cristalización el azúcar, conversión de la rafinosa en sacarosa)

Amilasa Hidrolizan el almidón, producen polímeros de cadena corta (dextrinas,) luego en disacáridos y finalmente en glucosa.

B. subtilis A.oryzae, A. niger, A. sojae, Penicillium expansum, Rhizopus sp.

Producción de glucosa, fermentación alcohólica, jarabes de azúcar.

Pectinasa Cortan la pectina en diferentes sitios en la molécula.

A.Niger, A. ochraceus, Peniciliumglaucum

Industrias de vinos y zumos de frutas, (clarificación, degradación de las pectinas)

Enzimas de interés IndustrialEnzima. Mecanismo

de acción.Microorganismos productores.


Glucosa Isomerasa

Causa la isomerización de la glucosa a fructosa.

Bacillus coagulans, Streptomyces rubinosus, Actinoplanes missouriensis, Flavobacterium arborescens

Transforma la de glucosa a fructosa.

Lipasa Cortan grasa (éster de glicerol) en di o monoglicéridos y ácidos grasos.

A.Niger, R. delemar, Geotrichum candidum, Mucor javanicus, M miehei, Absidia butleriPseudomonas, Achromobacter, Staphylococcus

Industrias queseras

ProteasaÁcidas Neutras Alcalinas

Hidrolizan proteínas.

M. pusillus, A. oryzae, A. saitori, A. niger, Trametes sanguineara A.oryzae, Bacillus subtilis, B. cereus, Pseudomonas aeruginosa Bacillus licheniformes. Streptomyces fradiae; A. oryzae

Hidrólisis de la proteína de la soja, panificación (degradan el gluten). Ablandamiento de la carne.

Maduración de los quesos.




Estreptoquinasa La estreptoquinasa es una enzima que activa el paso de plasminógeno a plasmina, que hidroliza las redes de fibrina

Streptococcus sp Activa la cicatrización de heridas y quemaduras

Invertasa Hidrolisis de la sacarosa

Sacaromyces cerevisiae, Candida sp

Fabricación de caramelos (evita la cristalización del azúcar)

Colagenasa Hidrolisis de la proteína (colágeno)

Clostridyum histolyticum

Activa la cicatrización de heridas y quemaduras se vende como medicamento




Celulasa Hidrolisis de celulosa Trichoderma konigi, A. niger

Ayudante digestivo

Catalasa Cataliza la descomposición del peróxido de hidrogeno.

A.NigerMicrococcus lysodeikticusRhodotorula mucilaginosa

Se utiliza como antioxidante natural para alimentos como vino, cerveza.

Hialuronidasa La hialuronidasa es una enzima proteica que modifica la permeabilidad del tejido conectivo mediante la hidrólisis del ácido hialurónico.

Streptococcus pyogenes, sthaphylococccus

La hialuronidasa de utiliza para mejorar la absorción y dispersión de otros fármacos, para la hipodermoclisis (se vende como medicamento)




Renina Union de la renina sobre la k-caseína del residuo de fenilalanina

Streptococcus lactisS. cremorisS. ThermophilusLactobacillus helveticusEndothia parasitica

Producción de queso

Sacarasa o invertasa

Sacharomyces cerevisiae

Azúcar Miel

Ureasa Su fuente son las plantas

Industria analítica

VITAMINAS Las vitaminas son sustancias indispensables para los procesos metabólicos del organismo, y el cuerpo no las produce por sí mismo , la carencia en la alimentación se traduce siempre en una alteración en el metabolismo corporal.

Son compuestos orgánicos requeridos para el crecimiento de la vida, no se sintetizan como unidades estructurales en el organismo.

• Son esenciales para la transformación de la energía la regulación del metabolismo de las unidades estructurales

Clasificación de las vitaminas

Hidrosolubles

1.- Son solubles en agua 2.- No se almacenan en el organismo 3.- se eliminan en pequeñas cantidades a través de la orina

Liposolubles

1.- Son solubles en grasas y aceites 2.- se almacenan de forma moderada en el organismo 3.- No se eliminan en la orina

Vitaminas hidrosolubles

Vitamina B1 (Tiamina)

Vitamina B1(Tiamina)

Regula el canal Cl- en la regulación nerviosa

Se utiliza para problemas digestivos, colitis

Fortalecer el sistema inmunológico

Coenzima del piruvato y alfa-cetoglutarato deshidrogenasas y transcelotasa

Ayuda en la conversión de carbohidratos en glucosa.

Microorganismos que producen vitamina B1

• Bacillus subtilis.

• Aspergillus niger.

• Saccharomyces cerevisiae.

• Candida utilis.

• Saccharomyces carlsbergensis.

• Saccharomyces pastorianus

• Vitamina C (Ácido Ascórbico)

Vitamina C(Acido

Ascórbico)

Descompone proteínas

Aumentar la absorción de hierro

Ayuda para la conversión de triptófano en niacina.

Coenzima en la hidroxilacion de prolina y lisina en la síntesis de colágeno.

Antioxidante

Microorganismos que producen vitamina C

• Acetobacter suboxydans

• Chlorella pyrenoidosa

• Candida norvegensis

Vitamina B8 (Biotina /H)

Vitamina B8(Biotina)

Ayuda a transformar la glucosa en energía

Ayuda a utilizar el acido fólico

Para controlar el nivel de azúcar en sangre

Coenzima en reacciones de carboxilacion en la gluconeogénesis y la síntesis de acido graso

Función en la regulación del ciclo celular


• Bacterias intestinales

Vitamina B9 (acido fólico)

Vitamina B9(acido fólico )

Ayuda a prevenir la anemia

Utilizar los aminoácidos, los bloques constructores de las proteínas

Formar células sanguíneas en la médula ósea

Coenzima en la transferencia de fragmentos de carbono

Ayuda a prevenir manifestaciones congénitas

Niveles normales de

homocisteina

;;


• Saccharomyces cerevisiae.• Candida utilis.• Oospora lactis.• Bacterias probióticas.

Vitamina B6 (Piridoxina)

Vitamina B6(piridoxina)

Funcionamiento normal del metabolismo de proteínas y glucógeno

Regulación de la actividad hormonal

Formación normal de glóbulos rojos

Coenzima en la transaminacion y descarboxilacion de aminoácidos y glucógeno fosforilasa

Modulación de la hormona esteroide

síntesis de cisteína

Microorganismos que producen Vitamina B6

Lactobacillus acidophilus.

• Vitamina B2 (Riboflavina)

Vitamina B2(riboflavina)

Mantenimiento de la piel y las membranas mucosas normales

Reducción del cansancio y la fatiga

Funcionamiento normal del metabolismo productor de energía

Coenzima en reacciones de oxidación y reducción (FAD y FMN)

Grupo prostético de flavoproteinas

síntesis de cisteína


• Eremothecium ashbyii

• Clostridium butiricum.

• Ashbya gossypii

• Saccharomyces cerevisiae

• Oospora lactis.

• Bacillus subtilis

• Candida utilis.

• Eremothecium ashbyii

• Clostridyum

acetobutylicum

• Candida flareri

Producción industrial de riboflavina (B2)

• Es por fermentación microbiana de 4 a 7 días de cultivo sumergido

• En la fermentación por Eremothecium ashbyii el medio a emplearse contiene:

1) azúcar morena 2) neopeptona 3) embriones de trigo 4) extracto de carne 5) sales y a pH6 • Se inocula 10 % del cultivo de E. ashbyii a 28 C

• Obtención de Riboflavina por A. gossypi

Vitamina B12 (Cianocobalamina)

Vitamina B12(Cianocobalam

ina)

Importante para el metabolismo de acido fólico

Ayuda a la formación de glóbulos rojos en la sangre

Mantenimiento del sistema nervioso central

Coenzima en la

transferencia de

fragmentos de un

carbono


• Streptomyces olivaceus • Streptomyces fradiae.• Bacillus megatherium• Butyribacteirum rettgeri• Klebssiella pneumoniae • Micromonospora sp • Propionibacterium freudenreichii• Propionibacterium shermanii• Pseudomonas denitrificans.

Producción industrial de la Clanocobalamina (B12) • Es por fermentación con Streptomyces olivaceus y

Bacillus megatherium• El crecimiento se da en 4 a 6 días a 28 C• El medio a utilizar contiene 1) Dextrosa 20 g2) 25 g de agua de cocimiento de maíz 3) 0.5 g de extracto de soya 4) 4 g de cloruro o nitrato de cobalto • El medio liquido se inocula con las esporas y se

incuba con aireación y agitación durante 48 horas a 28 C

Vitamina Efecto por la carencia de Tiamina (B1) Daño de nervio periférico o

lesiones en el sistema nervioso central (síndrome de Wernicke-Korsakoff)

Riboflavina (B2) Lesiones de los ángulos de la boca, los labios y la lengua dermatitis seborreica

Piridoxina (B6) Trastorno del metabolismo de aminoácidos, convulsiones

Cianocobalamina (B12) Anemia perniciosa= anemia megaloblastica con degeneración de la medula espinal

Biotina (B8) Alteración del metabolismo de la grasa y carbohidratos, dermatitis

Acido fólico (B9) Anemia megaloblastica

Acido ascórbico (C) Alteración de la cicatrización de heridas, perdida del cemento dental, hemorragia subcutáneas

vitamina Aretinol

Funcion •Estructura tisular normal, vision y reproduccion

Fuente

• Verduras verde y amarillas, frutas amarillas, higado, riñon, pescado.

Deficiencia

• Daños en hueso, piel, mucosas,higado y alteraciones en la conducta

Exceso • Manifestaciones de toxicidad

Fue la primera liposoluble descubierta

Producida por

Dunaliella bardawil

Choanephora

cucurtibarum

Blakesiae trispora

Vitamina D calciferol

Funcion

Calcificación de las estructuras OseasPrecursor de hormonaAyuda a absorber el calcio del tracto intestinalAyuda a reabsorber fosfato en el túbulo renal

Fuent

e

Se forma por la acción de rayos UV del sol sobre los esteroles precursores en la pielSi proviene de la dieta se absorbe en pared intestinal sistema circulatorio almacena

Dieta

Yema de huevoProductos lácteos no fortificados

Vitamina E tocoferol

Función • Antioxidante • Estabilidad e integridad de membranas

Fuente •aceites de semillas

•cantidades menores en frutas y vegetales Almacenamiento •Tejido adiposo•Se elimina con las grasa

Vitamina K

Funcion • Ayuda a la

coagulacion • Carboxilación de

ciertos productos glutámicos de proteínas

Fuente • hortalizas

de hoja verde,.

• coles de Bruselas

• Brócoli• Coliflor• Repollo

Producida • Bacterias

entericas

Vitamina Enfermedad por deficiencia

A ( Retinol, beta caroteno) Ceguera nocturna, xeroftalmia, queratinización de la piel

D (calciferol) Raquitismo = desmineralización del hueso

E (tocoferol) En extremo rara: disfunción neurológica grave

K ( Filoquinona) Alteración de la coagulación de la sangre, enfermedad hemorrágica

Referencias:

• Wulf Crueger, Anneliese; Biotecnología Manual de Microbiología Industrial. Zaragoza España, ACRIBA, S.A. 3 edición.

• J. Y. Leveau, M. Bouix; Microbiología Industrial, Los microorganismos de interés industrial; Zaragoza España, ACRIBA, S.A.

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