Enzimas y desnaturalización y sus aplicaciones en la industria de los alimentos

Enzimas y desnaturalización y sus aplicaciones en la industria de los alimentos

Desnaturalización

Como es que estos factores pueden afectar en la actividad catalítica o como es que desnaturalizan a la enzima.

1.- Efecto de la temperatura en la desnaturalización de enzimas

El aumento de la temperatura incrementa el índice de reacciones tanto no catalizadas como catalizadas por enzima al aumentar la energía cinética y la frecuencia de choque de las moléculas que están reaccionando. Sin embargo, la energía calorífica también aumenta la energía cinética de la enzima hasta un punto que excede la barrera de energía para alterar las interacciones no covalentes que mantienen su estructura tridimensional. La cadena polipeptídica empieza entonces a desdoblarse, o desnaturalizarse, con una pérdida acompañante de la actividad catalí tica. El rango de temperatura en el cual una enzima mantiene una conformación estable, competente desde el punto de vista catalítico, depende de —y, por lo general, excede de manera moderada— la temperatura normal de las células en las cuales reside. Las enzimas de seres humanos por lo general muestran estabilidad a temperaturas de hasta 45 a 55°C.

2.- Efecto del pH en la desnaturalización de enzimas

Todas las enzimas tienen en su estructura primaria aminoácidos con grupos radicales ionizables. Dependiendo del pH del medio en el que se encuentren pueden no tener carga, o por el contrario estar cargados, bien positiva o negativamente. Estas cargas sirven para estabilizar la conformación natural de la proteína y cuando el pH las cambia, también se modifica la estructura, llevando en último extremo a la desnaturalización de la proteína, y en el caso de las enzimas a la pérdida de actividad. Dependiendo del medio dónde deba ejercer su acción catalítica, cada enzima tendrá su conformación más adecuada, y por lo tanto su máxima actividad, alrededor de un valor concreto de pH, que recibe el nombre de pH óptimo. El cambio, bien sea hacia valores más altos o más bajos provocará una disminución de la actividad. En el caso de la pepsina gástrica, una enzima digestiva, su pH óptimo está alrededor de 2 ya que el medio estomacal es un medio de gran acidez; mientras que otra enzima digestiva como la tripsina, cuyo lugar de acción catalítica es el intestino delgado, presenta su pH óptimo aproximadamente a 8.

3.- Efecto de la urea en la desnaturalización de enzimas

Son, por naturaleza, formadores de puentes de hidrógeno, y debido a su gran solubilidad en agua, es posible obtener soluciones hasta de 12 moles/L, que aunado a su pequeño tamaño molecular, les permite penetrar fácilmente en las moléculas proteínicas. Las interacciones que más se ven afectadas son los puentes de hidrógeno, y por ende las interacciones hidrofóbicas. Debido a su pequeño tamaño son capaces de interrumpir directamente los puentes de hidrógeno intramoleculares y pueden competir, con éxito por los puentes de hidrógeno, con el agua ligada al interior de las moléculas. Se considera que este agente desnaturalizante es el único que logra formar la cadena al azar, que se estabiliza en su nuevo estado desnaturalizado con los puentes de hidrógeno formados con la propia urea, en lugar de los antiguos puentes intramoleculares. Los puentes disulfuro no se ven afectados con estas sustancias.

4.- Efecto de los detergentes en la desnaturalización de enzimas

En el laboratorio es frecuente utilizar detergentes para el estudio de proteínas desnaturalizadas gracias a la capacidad de sus moléculas anfifílicas, como el dodecil sulfato de sodio (SDS) (CH3(CH2)11 OSO3 2Na1). Cuando se encuentra en concentraciones por debajo de la concentración micelar crí- tica, solamente podrá penetrar a la molécula globular de proteína de manera superficial, mediante el acomodo de sus cadenas no polares hacia el interior de una molécula globular y las cabezas polares afectarán las interacciones electrostáticas del exterior. Sin embargo, si el detergente sobrepasa la concentración micelar crítica en el sistema, la micelas logran inducir el desplegamiento de la molécula porque logran estabilizar la forma desplegada del polipéptido mediante la formación de “micelas mezcladas” alrededor de las zonas hidrofóbicas que logran mantenerse “expuestas” al ambiente acuoso porque dichas micelas las estabilizan, de forma similar a la interacción de las proteínas con los lípidos.

5.- Efecto de solventes orgánicos en la desnaturalización de enzimas

5.- efecto de desnaturalización de enzimas por acción mecánica

Las proteínas, sobre todo las proteínas multiméricas son fuertemente afectadas por las fuerzas cortantes o por la agitación. Es el caso de los esfuerzos cortantes que se ejercen por ejemplo al bombear una solución proteínica a través de tuberías, donde al elevar el flujo se desdoblan las estructuras oligoméricas y el rompimiento de algunos enlaces puede acarrear desnaturalización. El caso de la agitación y mezclado, que son operaciones unitarias comúnmente aplicadas para la solubilización de sustratos o para mantener en suspensión algún componente del proceso, no necesariamente implica esfuerzos cortantes, pero sí la formación de interfases líquido–aire en procesos como el espumado cuando la proteína se desdobla y se adsorbe, por lo que estabiliza las burbujas de aire formadas. Para evitar este tipo de desnaturalización es necesario utilizar antiespumantes.

7.- efecto de la proteólisis en la desnaturalización enzimática.

En términos estrictos, la proteólisis no está considerada como una desnaturalización, ya que se fragmenta con ella el esqueleto polipeptídico y por lo tanto no se trata de un cambio de conformación, sino de un rompimiento irreversible de enlaces covalentes de la proteína. Así mismo, durante las operaciones del procesamiento de alimentos es frecuente encontrar consecuencias más severas para la estructura proteínica, como cuando se involucran la degradación proteolítica por la acción de proteasas que se encuentren como impurezas en los tejidos o en las preparaciones enzimáticas. En la naturaleza, la desactivación de proteínas llamada “recambio” tiene por objeto la renovación de las moléculas con actividad biológica, o bien para controlar la concentración enzimática en algún sistema, lo cual se logra precisamente a través de una degradación proteolítica. El recambio también evita la preservación de posibles errores de transcripción o traducción en la síntesis de proteínas, de forma que se puede corregir gracias a la relativamente corta vida de algunas enzimas fisiológicas como la ornitina descarboxilasa de rata que tiene una vida media de 11 min, la catalasa que perdura 30 horas o bien la lactato deshidrogenasa que permanece en el organismo alrededor de cuatro días.

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