ENZIMAS E INSECTICIDAS BACTERIANAS

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1. INTRODUCCIÓN

La Microbiología es la ciencia que se ocupa del estudio de los microorganismos, es decir, de aquellos organismos demasiado pequeños para poder ser observados a simple vista, y cuya visualización requiere el empleo del microscopio. (1)

Las enzimas, como catalizadores biológicos, poseen una serie de características muy interesantes para la Industria: tienen una elevada especificidad, trabajan en condiciones suaves, son fácilmente accesibles y no alteran el medio ambiente. Por todas estas razones, estos biocatalizadores se están utilizando en la industria alimentaria, de detergentes, productos químicos, farmacéuticos y de diagnóstico. (2)

Las enzimas se han aislado de fuentes naturales (vegetal, animal y microbiano) para su empleo en diferentes procesos químicos y bioquímicos. A partir de la década del ‘60 las enzimas microbianas (principalmente amilasas y proteasas) comenzaron a reemplazar gran parte de las enzimas de origen vegetal y animal. En la década del ‘70, con la introducción de la ingeniería genética y la biología molecular, se lograron obtener microorganismos recombinantes, los cuales aumentaron la productividad y, por ende, disminuyeron los costos de los biocatalizadores microbianos. (3)

Objetivos:

• Identificar el origen de las enzimas bacterianas.
• Conocer, aislar y producir enzimas carbohidratasas y lipasas, que consiguen de microorganismos.

1. MATERIAL Y MÉTODOS

1. ENZIMAS

Las enzimas son biomoléculas de naturaleza proteica que aceleran la velocidad de reacción hasta alcanzar un equilibrio. Constituyen el tipo de proteínas más numeroso y especializado y, actúan como catalizadores de reacciones químicas específicas en los seres vivos o sistemas biológicos. Muchas de las enzimas no trabajan solas, se organizan en secuencias, también llamadas rutas metabólicas, y muchas de ellas tienen la capacidad de regular su actividad enzimática. (4)

1. ESTRUCTURA DE LAS ENZIMAS

Para comprender cómo funcionan las enzimas, es necesario saber qué son y conocer la importancia de su estructura. Las enzimas son proteínas globulares formadas por una o más cadenas polipeptídicas plegadas, creando una “hondonada” donde encaja el sustrato y tiene lugar la reacción. Esta zona de la enzima se denomina centro activo y sólo unos pocos aminoácidos están implicados en él.

La proximidad de los aminoácidos en el centro activo está determinada por la estructura terciaria, aunque también pueden ocupar posiciones adyacentes en la estructura primaria. En una enzima con estructura cuaternaria, los aminoácidos del centro activo pueden encontrarse incluso en diferentes cadenas.

La configuración tridimensional del centro activo es complementaria a la del sustrato y posee una distribución complementaria de sus cargas sobre la superficie de unión. Es decir, si una región del sustrato tiene una carga negativa, la zona correspondiente del centro activo tendrá una carga positiva y viceversa. En 1894, Emil Fischer, un químico alemán, comparó la especificidad de la enzima con una llave y su cerradura. Pero, estudios posteriores sugirieron que el centro activo es más flexible que el ojo de una cerradura: la unión entre la enzima y el sustrato altera la conformación de la enzima, ajustando el centro activo al sustrato. Se piensa que este cambio inducido puede crear cierta tensión en las moléculas reactivas y facilitar de esta manera la reacción. (5)

1. MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS ENZIMAS.

1. Energía de activación

En toda reacción química se produce la transformación de unas moléculas iniciales denominadas sustratos (S) en las reacciones bioquímicas, en unas sustancias finales o productos (P). Esta transformación necesita, en la mayoría de las reacciones, un aporte inicial de energía que aumenta la energía cinética de las moléculas y éstas, reaccionan permitiendo que un mayor número de ellas, choquen con suficiente fuerza para superar su repulsión mutua y debilitar los enlaces químicos que poseen. La energía que deben poseer las moléculas para iniciar la reacción se conoce con el nombre de energía de activación.

1. El catalizador

Un catalizador disminuye la energía de activación necesaria para una reacción, porque forma una asociación pasajera con las moléculas que reaccionan. Esta asociación aproxima a las moléculas que reaccionan y, favorece tanto la ruptura de enlaces existentes, como la formación de otros nuevos. Cuando existe un catalizador en la energía de activación, esta reacción puede suceder rápidamente sin o con poca adición de energía. El catalizador no sufre ninguna alteración permanente en el proceso y puede volver a utilizarse. Gracias a las enzimas, las células son capaces de desarrollar reacciones químicas a gran velocidad y a temperaturas relativamente bajas.

1. Reacciones enzimáticas

En estas reacciones, la enzima (E) se une al sustrato (S) para formar el complejo enzima-sustrato (ES). Después tiene lugar la transformación del sustrato (S) en producto (P), liberándose el producto (P) y quedando libre la enzima (E) para una nueva unión con el sustrato.

E + S ➾ES ➾EI ➾EP➾P + E

Las enzimas, como los demás catalizadores, aceleran la reacción sin alterar la posición de equilibrio. En una reacción química tenemos:

Sustrato ↔ Producto

1. La constante de equilibrio

La constante de equilibrio K, se produce en las reacciones enzimáticas y siempre tiene un valor constante fijado por la relación entre las velocidades en uno u otro sentido, independientemente de que el catalizador esté o no presente. La catálisis hace disminuir considerablemente el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio. (6)

1. Regulación de la actividad enzimática

1. Rutas metabólicas

En los seres vivos, las maneras para regular la actividad enzimática son diversas. Existen rutas metabólicas que están formadas por grupos de enzimas que actúan conjuntamente en el metabolismo celular. Las enzimas trabajan en serie, formando vías enzimáticas, de forma que el producto de una enzima constituye el sustrato de la siguiente. Todas las rutas metabólicas pueden ser controladas por enzimas reguladoras. Éstas varían su actividad dependiendo de ciertas señales y normalmente la primera enzima de la ruta es la reguladora. Ésta se llama el punto de compromiso de la vía. La actividad de estas enzimas se modula por diferentes moléculas señal, que generalmente son metabolitos de poco peso molecular o cofactores.

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