http://www.icp.ucr.ac.cr/indice.shtml

Biología de las serpientes

Las serpientes son reptiles (Clase: Reptilia, Suborden: Ophidia), las cuales se caracterizan por presentar un cuerpo alargado y cilíndrico; son ápodos, es decir no tienen extremidades, y tienen un esqueleto óseo muy flexible. Otros animales incluídos dentro de este grupo son las tortugas, los cocodrilos y las iguanas. La herpetofauna mundial es sumamente abundante, existiendo alrededor de 2400 especies de ofidios.

A las serpientes se les denomina animales de "sangre fría", debido a que no tienen capacidad de regular por sí mismos su temperatura corporal. Por esta razón se dice que los reptiles son poiquilotérmicos o ectotérmicos.

La piel está constituída por una capa externa o epidermis formada por una serie de pequeñas escamas dispuestas en hileras. Por debajo de esta se encuentra la dermis, en la que varias especies tienen placas óseas, específicamente en el dorso de la cabeza. Además tienen una piel seca y no húmeda o babosa como la de los anfibios.

Nótese la estructura ósea de la cabeza, la posición (Solenoglifa) y el tamaño de los colmillos de una serpiente venenosa de la (Familia Viperidae).Foto/R.B.

Por otra parte, las serpientes han desarrollado órganos sensoriales, tales como la lengua bífida, la cual se alberga en una cavidad llamada órgano de Jacobson que les sirve para percibir olores, y además detectar cambios de temperatural. Los huesos de la mandíbula inferior son sensibles a las vibraciones del suelo. Algunos grupos de serpientes han desarrollado órganos evolucionados en la función sensorial, por ejemplo, las "fosetas loreales" (termorreceptoras) y las "fosas labiales". Las fosas termorreceptoras están situadas en la cabeza, entre el ojo y las fosas nasales.

Obsérvese la cabeza de una serpiente venenosa Bothriechis schlegelii (Familia Viperidae), en especial la ubicación de la foseta loreal (flecha) y la forma de la pupila del ojo.Foto/M.F

En cuanto a la alimentación, dependiendo de la especie y el tamaño, comen diversos tipos de animales, por ejemplo artrópodos, peces, roedores y anfibios pequeños y reptiles (garrobos y lagartijas), pero también tenemos aquellas que por ser serpientes "arborícolas" atrapan principalmente aves y murciélagos.

Serpiente venenosa arborícola del género Bothriechis tratando de capturar un pájaro.Foto/M.F

Las especies grandes no venenosas, como las boas basan su alimentación en mamíferos, como ratas, conejos, pisotes, etc. Otras no venenosas, se alimentan exclusivamente de serpientes y se les llama

"ofiófagas"; en nuestro país el ejemplo clásico es la Clelia clelia o zopilota depredador de nuestra principal serpiente venenosa, la "terciopelo" (Bothrops asper).

Serpiente no-venenosa ("zopilota") comiéndose un especímen de "terciopelo".Foto/R.B

En cuanto a la reproducción, en Costa Rica tenemos especies cuya forma reproductiva es ovípara , en tanto en otras es ovovivípara.

Obsérvese los huevos depositados por un reptil no-venenoso y la salida de una coral de su huevo (Ovíparas).Fotos/A.S.

Los apareamientos o cópulas comienzan en la época de verano (Diciembre a Marzo) con excepción de la "lora"cuya actividad permanece por todo el año; mientras que en los inicios de la estación lluviosa (Abril), empiezan los nacimientos, llegando en algunos casos hasta el mes de

Noviembre, es decir en términos generales los períodos de gestación varían según la especie y oscilan entre 4 y 8 meses. Por otro lado, el número de crías y el tamaño de estas es determinado según la especie, por ejemplo en el serpentario del Instituto Clodomiro Picado se han dado casos de partos de serpientes que van desde 6 hasta 90 recién nacidas, y con una variabilidad en el tamaño entre 12 y 48 cm de longitud.

Características de los envenenamientos producidos por serpientes

Introducción

El veneno es una secreción tóxica que poseen algunos grupos de serpientes, se produce y almacena en unas glándulas que están ubicadas en la parte superior de la cabeza. Dicha secreción es empleada por la serpiente para inmovilizar y matar a una presa.

Es una mezcla muy compleja, constituída por una variedad de enzimas como fosfolipasas A2, enzimas procoagulantes y proteolíticas; toxinas sin actividad enzimática, sales, aminoácidos, etc.

Basados en las caracteríticas de los venenos podemos entonces dividir los envenenamientos ocasionados por los ofidios en dos grandes grupos, como a continuación detallaremos:

1- Envenenamientos por serpientes del grupo de las "tobobas"

Los envenenamientos provocados por estas serpientes, son múltiples y severos, caracterizados por efectos locales inmediatos y con manifestaciones sistémicas diversas. El grado de severidad de los envenenamientos en estos casos depende de varios factores, entre ellos: la cantidad de veneno inoculado, el sitio anatómico de la mordedura; por ejemplo en la cabeza y el tronco suelen ser casos más severos, peso y talla ( p.ej. en niños las mordeduras se complican con frecuencia), y el estado fisiológico del individuo.

Efectos locales

Se caracterizan por presentarse en el sitio de la mordedura, teniendo una evolución rápida y caracterizándose por dolor severo, edema, hemorragia y necrosis. a) Hemorragia:

El sangrado se produce como consecuencia de la acción de toxinas del veneno conocidas como "hemorraginas" sobre los vasos sanguíneos. Las hemorraginas son metaloproteasas dependientes de zinc, las cuales degradan los componentes de la lámima basal de los capilares y vénulas, ocasionando colapso de los capilares y extravasación. Puede haber necrosis muscular local a causa de la isquemia (por bloqueo de la irrigación sanguínea).Foto/I.B

b) Edema:

El edema es un efecto multifactorial, que se desarrolla como parte de una respuesta inflamatoria aguda ocasionada por los envenenamientos de serpientes de la familia Viperidae. Se pueden ocasionar a consecuencia de que los venenos: 1)- afectan directamente el endotelio, originando la exudación del plasma, o 2)- por liberación de mediadores como histamina, kininas, prostaglandinas y anafilatoxinas por parte del veneno. Además, el aumento en el volumen de líquido intersticial puede llevar a un síndrome compartimental.Foto/I.B.

c) Mionecrosis:

La necrosis (células necróticas, flechas) se produce en el tejido muscular donde se inocula el veneno, generalmente es de aparición rápida y se debe fundamentalmente a dos factores:1) -por la acción directa de miotoxinas, fosfolipasas A2 que lesionan directamente la membrana plasmática de las células musculares, ocasionando con esto una entrada masiva de calcio al citoplasma; y por consecuencia, alteraciones intracelulares irreversibles. y2) -por isquemia causada por la hemorragia y el edema. Foto/F.CH.

d) Infección: Frecuentemente, estos accidentes cursan con infecciones, ya que se han encontrado venenos contaminados con bacterias, razón por la cual los abscesos son comunes en estas mordeduras.

Efectos sistémicos

El veneno se difunde rápidamente y los efectos generalizados pueden aparecer al cabo de 2-3 horas después de la mordedura y en muchos casos de envenenamiento estos llevan a la muerte al individuo. Las alteraciones pueden ser: a)Cuadro hemorrágico sistémico:

Un sangrado sistémico en órganos y mucosas que puede originar hipovolemia (disminución del volumen sanguíneo), y por ende un choque cardiovascular (síndrome debido a la insuficiente perfusión de sangre circulante a los tejidos). La hemorragia es ocasionada por las hemorraginas del veneno sobre los capilares y se manifiestan con equimosis (mancha en piel por extravasación de sangre), hemoptisis (expectoración de sangre) y gingivorragia (hemorragia de la mucosa gingival).Foto/I.B.

b)Coagulopatías:

La mayoría de los venenos de la familia Viperidae tienen una enzima "tipo trombina", que actúa sobre el fibrinógeno produciendo microtrombos (coágulos sanguíneos pequeños en el interior de un vaso) de fibrina. Además, algunos venenos activan el factor X de la coagulación. Como consecuencia de estas acciones se da la desfibrinación, con disminución de los niveles de fibrinógeno y con prolongación de los tiempos de coagulación (de protrombina y de tromboplastina parcial). Otra consecuencia de la acción de los venenos son los cuadros de coagulación intravascular diseminada que se acompañan de trombocitopenia (disminución en el número de plaquetas) y productos de degradación del fibrinógeno. Con excepción de los venenos de la lora (Bothrops lateralis) y tamagá (Bothrops nasutus), todos los venenos de esta familia ocasionan cuadros de alteración de la coagulación.

c)Choque cardiovascular : Es uno de los efectos principales como causas de muerte en individuos mordidos, sobretodo por serpientes del grupo de las "tobobas". El sangrado y la exudación ocasionados tanto a nivel local como sistémico originan un cuadro hipovolémico que puede llegar hasta un choque cardiovascular.

d)Insuficiencia renal: Puede presentarse a causa de la acción directa de toxinas en las células de los túbulos renales o de un problema de perfusión a nivel renal. En estos casos se observa oliguria (secreción escasa de orina) o anuria (supresión o disminución de la secreción urinaria) y se elevan las concentraciones séricas de urea y creatinina. Evaluaciones patológicas han demostrado nefrosis de nefrona distal, necrosis tubular aguda y necrosis cortical.

En resumen, podemos decir que los envenenamientos deben ser evaluados individualmente para un mejor tratamiento específico. A este respecto debe tomarse en cuenta la diversa gama de signos y síntomas ocasionados por los venenos de las serpientes de la familia Viperidae ya mencionados, pues además se presentan en estos envenenamientos, náuseas, vómitos, hipotensión sudoración y fiebre. Por otra parte, para una mejor evaluación de la severidad de la mordedura y en consecuencia del tratamiento, se recomienda realizar las siguientes pruebas de laboratorio: tiempo de protrombina (o tiempo de coagulación), determinación de fibrinógeno, productos de degradación de fibrina, hemoglobina y hematocrito, conteo de plaquetas y leucograma (conteo de leucocitos general), urea y creatinina, entre otros.

2-Envenenamientos por serpientes de "coral" y "serpiente de mar"

En Costa Rica, los accidentes ocasionados por serpientes de coral son escasos, se describen alrededor de 10 casos por año. Por otra

parte, se tiene notificación de dos casos de mordedura por "serpiente de mar", aunque no fueron de gravedad. Usualmente las mordeduras por coral son producidas en los dedos de la mano, al tratar de manipularlas.

A pesar de que son dos géneros independientes, en ambos casos el mecanismo de acción de sus venenos es similar, por lo tanto de ahora en adelante describiremos los efectos ocasionados sólo por el veneno de coral como característico de ambos envenenamientos. Así pues tenemos que las serpientes de estos grupos ocasionan una parálisis, debido a la presencia en el veneno de neurotoxinas que afectan el sistema nervioso periférico. Es importante recordar que los venenos de coral no producen ninguna lesión o daño en el sitio de la mordedura. De tal forma que, a nivel local no se observa un cuadro inflamatorio relevante, hemorragia ni necrosis seria, tal vez podría producirse un dolor leve a moderado y un ligero edema en el sitio de la inoculación del veneno. Cuando la coral muerde, el veneno es depositado a nivel subcutáneo, luego se distribuye sistémicamente (vía linfática y hemática) hasta llegar a las uniones neuromusculares. Aquí se produce un bloqueo sináptico característico de estos envenenamientos, ocasionado por las neurotoxinas. Las toxinas se unen fuertemente al receptor colinérgico de la placa motora de las células musculares, específicamente a nivel post-sináptico en la cadena alfa del receptor, en un sitio cercano al lugar de la unión de la acetilcolina (neurotransmisor que induce a la actividad muscular). La consecuencia de esto, es la inhibición de la unión del neurotransmisor al receptor, ocasionando lo que se conoce como una parálisis flácida no despolarizante. Se ha descrito también para el veneno de M. nigrocinctus una acción de tipo pre-sináptica, debido a la actividad farmacológica de fosfolipasas A2. Las evidencias indican que las fosfolipasas inhiben la liberación del neurotransmisor al unirse a la membrana plasmática de la terminal nerviosa pre-sináptica. Los signos y síntomas desencadenados por la parálisis de varios músculos aparecen luego de varias horas, aunque podría haber casos donde estos se presenten más rápidamente. El primer signo de neurotixicidad es la ptosis palpebral (caída del párpado) que aparece después de 2 a 6 horas del envenenamiento (Obsérvese la foto anterior). Posteriormente, el paciente puede tener una diplopia (visión doble), salivación, disnea (dificultad de respirar), y conforme avanza el envenenamiento se presentará una debilidad muscular progresiva que afectará, especialmente los músculos de la respiración, efecto que ocasionaría la muerte si no es tratado el paciente oportunamente.

Características de las familias de serpientes venenosas

Familia Hydrophiidae :

Conocida como "serpiente de mar" (Pelamis platurus ). Se encuentra únicamente en el Océano Pacífico; está especie alcanza tamaños entre 90 cm a 1 m de largo, que se caracteriza por tener una boca pequeña y un par de colmillos frontales fijos ubicados en el maxilar superior (Proteroglifa). La serpiente se reconoce, porque tiene el vientre grisáceo, el dorso negro, una franja amarilla a cada lado y la cola en forma aplanada lateralmente. Además, se sabe que en su ambiente natural como en cautiverio no es una especie agresiva, produce poca cantidad de veneno y vive especialmente en bahías y golfos, a 1-3 Km de la costa. Es la única especie en Costa Rica para la que no hay suero antiofídico, pero si hay tratamiento hospitalario, por lo tanto si tiene un accidente con este especimen en particular, traslade a la persona de inmediato a un centro de atención

Familia Elapidae :

Esta familia consta de 4 especies venenosas y se pueden subdividir en dos subgrupos: A-Coral de anillos de tres colores: Aquí se ubican tres especies

Micrurus nigrocinctus:

Hay dos subespecies, M. n. nigrocinctus (izquierda) y M. n. mosquitensis (derecha). Obsérvese, la intensidad de los colores de los anillos y el ancho del anillo amarillo de la M. n. mosquitensis. Se localizan en todo el país hasta unos 2000 m de altura

Micrurus alleni y Micrurus clarcki:

Estas dos especies de coral tienen un enorme parecido, sin embargo puede notarse una diferencia muy sútil en la placa negra ubicada en la cabeza. Obsérvese que en M. alleni (izquierda) esta placa es pequeña, mientras que en M. clarcki (derecha) esta es prominente y cubre casi la totalidad de la cabeza. Foto/R.B. & M.F.

Conocidas como "coral macho" o "coralillo", sin embargo vale recordar en este punto que no sólo el macho es venenoso. Son pequeñas oscilando entre 90 cm y un máximo de 1,10 m de largo, con una cabeza ovalada y dos pequeños colmillos que se ubican en el maxilar superior (Proteroglifa). Debido a esto, las mordeduras por estas serpientes sólo se pueden dar en partes delgadas, como por ejemplo en los dedos de la mano o del pie. Esta serpiente es ovípara, terrestre, y se le puede encontrar en todo el territorio nacional incluyendo zonas urbanas, además es activa durante el día y la noche. Su veneno es neurotóxico, y para estas mordeduras se requiere el uso del suero anti-coral.

Se puede notar que la estructura de la cabeza de las corales es pequeña; además los colmillos no se observan por tener poca longitud y porque los cubre una membrana

B-Coral de anillos de dos colores:

Consta de una sola especie en cuyos anillos podemos observar los colores negro y rojo o/ negro y blanco y se le conoce como "gargantilla". El nombre anterior de esta especie es Micrurus mipartitus, pero en la actualidad se le conoce con el nombre de M. multifasciatus.

Un adulto puede tener una longitud aproximada a los 1,20 m y su distribución se circunscribe a la región Atlántica y la zona norte del Pacífico hasta unos 1200 m sobre el nivel del mar. Gracias a esto y al hecho de que sus poblaciones son muy reducidas es que el número de envenenamientos es escaso. Posee un veneno de acción neurotóxica, y para neutralizar los efectos de dicho veneno se necesita el empleo de suero anti-gargantilla.

Cuando se habla de las serpientes de esta familia (Elapidae), hay que tener cuidado pues se pueden confundir muy fácilmente con otras serpientes no venenosas (Familia Colubridae ). La diferencia se puede hacer con base en la disposición de los anillos de colores que rodean el cuerpo. Para tal efecto guíese por el siguiente esquema para diferenciarlas:

Gargantilla vrs "falsa gargantilla":

Oxyrhopus petola

La "falsa gargantilla" presenta anillos incompletos (rojo o blanco y negro). Foto/M.F.

Las dos variedades de gargantilla tienen anillos completos (rojo y negro o blanco y negro). Fotos/M.F.& R.B.

"Falsa coral" de tres anillos :

Lampropeltis triangulum

-anillos en tres colores: rojo-negro-blanco o amarillo-negro-rojo -anillos incompletos o completos. Foto/J.N.

Corales de tres anillos:

La verdadera coral presenta las siguientes características: -anillos en rojo-amarillo o blanco-negro-amarillo o blanco-rojo, y -anillos completos (dorso y vientre).

Familia Viperidae:

(Géneros Agkistrodon, Atropoides, Bothrops, Bothriechis, Crotalus, Lachesis, Porthidium y Cerrophidion). Las serpientes de esta familia (subfamilia Crotalinae, originarias de Asia y América) son las de mayor importancia desde el punto de vista médico, en primer lugar porque se ha demostrado que ocasionan la mayoría de los envenenamientos ofídicos, y en segundo término porque los efectos ocasionados por el veneno son muy diversos, graves y generalmente dejan secuelas en la persona mordida.

En este grupo se encuentran 13 especies denominadas "tobobas". Se distribuyen en diferentes zonas y altitudes en todo el país. Además se encuentran ejemplares de distintos tamaños, pudiendo encontrarse individuos desde 15 cm hasta 3 m de longitud. Por otro lado, en esta familia varía el comportamiento y agresividad del animal, la forma de alimentación, los ciclos de vida y las propiedades farmacológicas de los distintos venenos. Las especies venenosas pertenecientes a este grupo se les conoce bajo las siguientes denominaciones: cascabel (chil-chil), matabuey (cascabel muda o plato negro), mocasín (castellana o cantil), terciopelo, bocaracá (oropel o toboba de pestaña), lora, tamagá, mano de piedra, toboba de altura, toboba chinga y víbora de árbol. Clínicamente no interesa conocer de manera exacta la distribución geográfica y ni siquiera la variedad de nombres vulgares, dado que el suero que se aplica en mordeduras por alguna especie de este grupo es el mismo para todos los casos, el suero polivalente. Lo más importante es la valoración clínica oportuna de los síntomas que presenta el paciente mordido por alguna de estas "tobobas" venenosas. Al igual que ocurre con las corales, las tobobas venenosas (Familia Viperidae) pueden confundirse con serpientes no venosas de otras familias (Colubridae y Boidae), por ello es necesario tener presente algunas características físicas para distinguirlas; para esto se toman en cuenta únicamente los siguientes detalles: Toboba venenosa:

-cabeza triangular.-pupila vertical ("ojo de gato").

-fosetas o "agujeros"( 2 nasales y 2 loreales). Foto/J.N.

"Falsa toboba":

Trimorphodon biscutatus

-cabeza no triangular o triangular.-pupila esférica o vertical.

-2 fosetas (nasales).Foto/L.C. & M.F.

Es necesario recalcar que la característica principal de las tobobas venenosas es la "foseta loreal" y no el color ni las rayas, figuras o manchas de su cuerpo. Además, las serpientes de esta familia tienen un aparato inoculador de veneno bastante desarrollado, con dos colmillos tubulares grandes y móviles (Solenoglifas), los cuales están recubiertos por una membrana muy delgada. El veneno proviene de unas glándulas situadas detrás de los ojos (región temporal o postocular), las cuales son presionadas por el músculo temporal al producirse la mordedura, enviando el veneno através de un conducto hacia los colmillos. Existen en este grupo, serpientes que son exclusivamente terrestres, por ejemplo la terciopelo (B. asper), la cascabel (Crotalus durissus), y la cascabel muda (Lachesis muta). Otras tienen hábitos arborícolas como : la bocaracá (B. schlegelii), la víbora de árbol (B. nigroviridis) y la lora (B. lateralis).

Lachesis muta (matabuey o cascabel muda):

Se localiza en los bosques húmedos de la región Atlántica y el Pacífico sur hasta unos 1000 m de altitud. Es la serpiente de mayor tamaño, alcanza unos 3 m y se han encontrado dos subespecies (L. m. melanocephala y L. m. stenophrys). Es el único género de la subfamilia Crotalinae que pone huevos, es decir es ovípara. Los huevos son depositados entre los meses de Julio y Agosto, son suaves y permeables, necesitan un ambiente húmedo para embrionar, pueden llegar a tener de 9 a 18 crías. En cuanto a las características de las dos variedades localizadas en nuestro territorio, la de la vertiente Atlántica es muy abundante y poco agresiva, presenta unos triángulos en su piel de color café oscuros y una banda postocular, mientras que la subespecie que habita en el Pacífico es agresiva, más brillante, y con una mancha negra que cubre su cabeza en la parte superior y tapa la banda postocular.

Porthidium nasutum (Bothrops nasuta) (tamagá):

Es una serpiente pequeña de unos 70 cm, y que se puede encontrar en tierras bajas del Atlántico y Pacífico sur. Esta especie presenta una escama prominente en la porción distal de la cabeza. Una hembra puede parir unas 27 crías. Nótese dos ejemplos de las diferentes tonalidades de color con que aparece en la naturaleza este especímen. Fotos/J.N.

Porthidium ophryomegas (Bothrops ophryomegas) (toboba chinga):

Se encuentra en Guanacaste y zona norte de Puntarenas hasta unos 500 m de altura. Su población es reducida y consiguen engendrar pocos individuos (p.ej. en el serpentario del Instituto, algunas hembras han llegado a tener hasta 6 crías). Foto/A.S.

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Porthidium volcanicum (Bothrops volcanica) (chinilla):

Es una especie nueva que tiene un enorme parecido a P. ophryomegas, la diferencia es de orden taxonómico. Esta especie se encuentra en el Pacífico sur, en las regiones de Volcán y Ujarrás de Buenos Aires de Puntarenas, en el Valle de El General. Un primer ejemplar fue encontrado a una elevación entre los 400 a 500 m de altitud. Foto/M.F.

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Cerrophidion godmani (Bothrops godmani) (toboba de altura):

Es una serpiente de unos 75 cm de longitud, típica de la Cordillera Volcánica Central y de Talamanca que se puede encontrar en zonas entre los 1000 y 3000 m de altitud. Sus poblaciones son reducidas y se han observado alrededor de 8 crías por parto. Foto/J.N.

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Atropoides nummifer (Bothrops nummifer) (mano de piedra):

Es una serpiente que se ubica en la región Pacífica y en la parte norte de la vertiente Atlántica hasta unos 1500 m. Mide unos 90 cm. Una hembra llega a parir cerca de 34 crías. Foto/J.N.

Atropoides picadoi (Bothrops picadoi) (mano de piedra):

Se distribuye en alturas intermedias del Valle Central y el Caribe entre 500 y 2000 m de altitud. Puede alcanzar un tamaño máximo de 1,25 m. Las hembras tienen alrededor de 8 crías por parto.

Bothriechis lateralis (Bothrops lateralis) (lora):

Es una serpiente arborícola que se encuentra en regiones intermedias y altas, especialmente de la Cordillera de Tilarán, Valle Central y Talamanca desde los 400 hasta los 2000 m. Dicha especie llega a tener un tamaño máximo de 1 m. Alcanzan a parir 18 crías (foto derecha), las cuales presentan una coloración café y cuando crecen (foto izquierda) el color cambia a verde brillante con dos rayas laterales amarillas en su cuerpo. Foto/J.N. & M.F.

Bothriechis nigroviridis (Bothrops nigroviridis) (toboba de árbol):

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Especie arborícola de 85 cm de longitud. Se encuentra en tierras altas del Valle Central y la Coordillera de Talamanca entre los 1300 y 2500 m. Foto/J.N.

Bothriechis schlegelii (Bothrops schlegelii) (oropel, bocaracá o toboba de pestaña):

Hay dos variedades, la amarilla y la pintada, conocidas como "oropel" y "bocaracá", respectivamente. Las dos son arborícolas, se localizan en el Atlántico y Pacífico por debajo de los 1300 m, por ejemplo pueden estar en plantaciones de café, banano, cacao, etc. Son serpientes pequeñas de 1 m de largo, y en el caso de las hembras pueden engendrar hasta 18 serpientes.

I-Extracción de veneno

Introducción

El Instituto Clodomiro Picado es el único centro productor del área centroamericana de sueros antiofídicos, los cuales son el tratamiento específico para las mordeduras producidas por serpientes venenosas.

En la producción industrial de los antivenenos se llevan a cabo las siguientes etapas:

A)Primera etapa : Obtención de veneno.

Los venenos constituyen la materia prima necesaria e indispensable para la producción de los antivenenos. Para este efecto, existe una planificación estructurada referente a la recolección de las serpientes en todo el país, de tal forma que, los venenos son colectados de serpientes que se mantienen en cautiverio en el Serpentario del Instituto. Luego que se extrae el veneno individualmente de cada uno de los diferentes especímenes, se mantiene congelado y liofilizado para que no se altere su composición química.

Para extraer el veneno, se pone a morder a la serpiente sobre una tela de nylon, se exprimen manualmente las glándulas y luego se recoge el veneno en un recipiente de vidrio.Foto/J.N.

B)Segunda etapa: Producción del antisuero.

Esta se inicia mediante la inmunización de animales, específicamente, en caballos mayores de 3 años. Se utilizan estos por la facilidad en el manejo y los grandes volúmenes de sangre que permite obtener durante el periodo de producción. Para este efecto, también se pueden usar los carneros, sobretodo para aquellas personas que presentan hipersensibildad a las proteínas de equinos. La inmunización consiste en la inyección subcutánea de una solución salina de veneno y adyuvante (potenciador de la respuesta inmune) en el dorso del caballo. Los animales son inmunizados cada 10 días con dosis crecientes de la solución, durante un periodo aproximado

de 3-4 meses. Si al finalizar el esquema, los caballos no tienen un alto título de anticuerpos neutralizantes se procede a dar varias dosis de refuerzo, y si no hay una respuesta positiva los caballos se eliminan del programa de inmunización.

Inmunización: inoculación subcutánea de veneno en el lomo del caballo.Foto/E.S.

Un vez que se ha completado el proceso de inmunización, y luego de las evaluaciones pertinentes que nos evidencian un título adecuado de anticuerpos presentes en el suero de cada uno de los animales, se realiza una sangría de producción. Esta consiste, en obtener varios litros de sangre, por punción de la vena yugular, la cual es inmediatamente colectada asépticamente en recipientes estériles que contienen un anticoagulante.

C)Tercera etapa: Fraccionamiento del plasma equino.

Esta se lleva a cabo en el laboratorio de fraccionamiento de la División de Producción. Aquí empieza el proceso de purificación de las globulinas equinas (anticuerpos neutralizantes) que fueron producidas por los caballos durante la inmunización. Entonces hay que mencionar varias subetapas antes de obtener el producto final: 1) la purificación de las globulinas, y 2) el control de calidad del proceso de purificación y del producto final. 1) purificación de las inmunoglobulinas (anticuerpos): una vez que llegan al laboratorio de fraccionamiento los envases con la sangre obtenida de los caballos, se dejan reposar a 4 C, de esta forma se separa el plasma (sobrenadante donde se encuentran las globulinas o anticuerpos, entre otras cosas) de los glóbulos rojos, los cuales son retornados a cada uno de los animales en una solución glucosada, con el fin de evitarles estados de anemia. Entonces el plasma obtenido, es separado para iniciar el proceso de fraccionamiento de los anticuerpos presentes. La purificación implica la eliminación de otras sustancias, como por ejemplo el fibrinógeno (proteína que interviene en la coagulación sanguínea) y la albúmina, entre otras. Dentro de los métodos de fraccionamiento tenemos, el de

precipitación salina, cromatografía de intercambio iónico y afinidad, y el de precipitación con ácidos grasos (ácido caprílico). El método de purificación con saleses el más empleado, consiste en mezclar el plasma con una solución de sulfato de amonio al 12 % con el propósito de precipitar y eliminar el fibrinógeno. Luego al filtrado obtenido se le efectúa una segunda precipitación con la misma sal pero a una concentración final de 24 %, con el fin de que las globulinas precipiten; en el filtrado se queda la albúmina. De esta manera, el precipitado se reconstituye con agua y se dializa por varios días para eliminar el sulfato de amonio. Posteriormente, los anticuerpos se diluyen hasta que cada ml de suero sea capaz de neutralizar 3 ó 4 mg de veneno, en el caso del suero polivalente y de 0,5 mg para el suero anti-coral. Por último, el antiveneno es esterilizado por filtración en membranas con un poro de 0,22 micrómetros, y envasado esterilmente. 2)Control de calidad : este procedimiento viene a ser realizado por la Sección de Control de Calidad del Instituto. El control se realiza tanto durante el proceso de purificación como al producto final envasado en ampollas de 10 ml, como lo establecen las normas sanitarias internacionales para productos biológicos de uso humano. Por lo tanto para cumplir con esas normas a todo producto se le realizan las siguientes determinaciones:

Biológicas: potencia (neutralización), esterilidad (ausencia de bacterias y hongos), pirógenos, inocuidad y seguridad.

Químicas: concentración de proteínas y de albúmina, contenido de fenol y cloruro de sodio, electroforesis y pH.

Físicas: presencia de partículas, turbidez y color del producto.

El suero antiofídico producido en el Instituto se presenta en forma líquida y liofilizada (anti-coral y polivalente). La forma líquida debe ser almacenada a 4 C, está lista para usarse de inmediato y tiene un período de caducidad de 3 años; mientras que el liofilizado no necesariamente debe mantenerse en refrigeración, se disuelve antes de usar en agua ésteril no pirogénica y tiene una vida media de 5 años. En resumen, el Instituto produce actualmente para ser usado a nivel nacional y en el resto de Centro y Sur América los siguientes tipos de sueros antiofídicos:

anti-coral: específico para los envenenamientos de las corales de tres anillos de colores.

anti-gargantilla o anti-mipartitus: suero para mordeduras de la coral de dos anillos de colores, "gargantilla". Se ofrece sólo en forma liofilizada. Para adquirirlo debe llamar al Instituto pues únicamente se dispone para uso en hospitales.

polivalente: se usa en todos aquellos casos de accidentes ofídicos causados por "tobobas", especies de la familia Viperidae.

polivalente veterinario : sólo para uso en animales.

MEDIDAS DE PREVENCIÓN Y TRATAMIENTO

Introducción

En nuestro país se calcula que ocurren alrededor de 600 casos anuales de envenenamientos a causa de la mordedura por serpientes venenosas. De este número de accidentes ofídicos se ha determinado que 8 a 12 mueren producto del efecto de los venenos y un gran porcentaje se convierten en incapacitados laborales, lo cual acarrea un grave problema desde el punto de vista económico y familiar.

Por estas razones es que a continuación les anotamos algunos consejos útiles y necesarios de tomar en cuenta con el propósito de minimizar las probabilidades de una mordedura:

o -utilice siempre botas de cuero o hule, ya que el 50 % de las mordeduras ocurren en el pie.

o -no coloque las manos ni pies directamente en los huecos de los árboles, cuevas, o debajo de las piedras, de ramas; es mejor usar algún instrumento para remover escombros porque las serpientes pueden esconderse en estos lugares.

o -tenga cuidado en la recolección de frutos, porque recordemos que algunos especímenes viven o se pueden encontrar en los árboles y arbustos.

o -no manipule las serpientes.¿Conoce usted bien las especies venenosas y cuál es su comportamiento natural ?. Recuerde que hay serpientes venenosas y que por imprudencia puede sobrevenir un accidente.

o -no mate indiscriminadamente a estos reptiles, porque se pierde el equilibrio ecológico natural, por el contrario se deben tomar medidas de preservación de los animales depredadores naturales como la serpiente -no venenosa- zopilota (Clelia clelia), el armadillo y las aves de rapiña ( p.ej. el gavilán). En Costa Rica las serpientes están protejidas por la ley # 6919, Ley de Conservación de Fauna Silvestre.

o -de instrucción adecuada a los niños y jóvenes acerca de las serpientes para que no jueguen con ellas, los tipos de envenenamiento que producen cuando muerden y que se debe hacer en caso de que ocurra una mordedura.

o -recuerde que las serpientes son de hábitos alimenticios nocturnos. Si ve una, aléjese y no la moleste.

o -Tenga un equipo de primeros auxilios, que contenga entre otras cosas 4 ampollas de suero antiofídico tanto polivalente como anticoral.

Primeros auxilios

Debido a que la mayoría de las recomendaciones señaladas por muchos años hoy en día no son aceptadas, a continuación anotaremos todas aquellas pautas que NO deben ser realizadas en estos casos:

o -NO hacer incisiones en los sitios donde se localiza la mordedura, ya que el riesgo de infección y el sangrado se ven favorecidos.

o -NO use torniquete, ya que algunos envenenamientos pueden afectarse por el sangrado y el edema. El torniquete dificulta la irrigación sanguínea y por consiguiente causa daño del tejido muscular.

o -NO aplique hielo, porque empeoraría las lesiones locales ocasionadas por el veneno, sobre todo de las mordeduras ocasionadas por las especies de la familia de las "tobobas".

o -NO administre cargas eléctricas de ningún tipo, esta práctica no funciona.

o -NO administre ninguna sustancia química ni extractos de plantas o animales por ninguna vía al paciente, porque hasta el momento no se ha demostrado cientifícamente su eficacia en el tratamiento.

o -NO suministre bebidas alcohólicas.

o -NO haga succiones con la boca. En primer lugar esto favorece la infección en el sitio de la mordedura, además puede ser peligroso si usted tiene alguna carie o lesión expuesta en la boca; y en segundo lugar no se garantiza cuánta cantidad de veneno usted puede retirar con este método.

Por lo tanto, lo más aconsejable en estos casos es:

1. - Calmar a la persona y ponerla en reposo rapidamente. 2. - Quítele cualquier torniquete que se haya hecho.

3. - Si se tiene al alcance algún detergente antibacteriano, proceda a limpiar la zona donde se ubica la mordedura.

4. - En seguida entablille, para inmobilizar la extremidad mordida.

5. - Traslade al paciente al centro de salud más cercano de la zona, aunque se le hubiera administrado suero antiofídico.

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¿Cómo aplicar el suero antiofídico en caso de una mordedura?

Lo primero que se debe hacer es tratar de identificar el tipo de serpiente que ocasionó la mordedura, verificar si la persona fue efectivamente mordida, y monitorear la severidad del envenamiento basándose en los signos y síntomas que presente el paciente. En el tratamiento pueden tenerse dos situaciones totalmente diferentes: a) la aplicación del antiveneno en condiciones de campo y b) la terapia a nivel hospitalario.

Aplicación del antiveneno en condiciones de campo

Si se encuentra en esta condición siga las siguientes pautas, porque el tratamiento en estas condiciones es riesgoso:

6. - Tome en cuenta los síntomas reales, como dolor intenso, edema ("hinchazón", por acumulación de líquido en el tejido), hemorragia (sangrado), hematomas (masa por acumulación de sangre), equimosis ("cardenal", coloración en tejidos por la extravasación de sangre), hipotensión (presión baja), pérdida del conocimiento, mareos, vómitos, convulsiones y fiebre, en el caso de mordeduras causadas por vipéridos"tobobas", o dolor leve, ptosis palpebral (caída de párpados), disnea (dificultad al respirar) o tragar, salivación y diplopia (visión doble), en las mordeduras por "corales". Todo lo anterior, con el propósito de discernir qué tipo de antiveneno debe usted emplear para neutralizar los efectos del veneno de la serpiente involucrada.

7. -Ponga al paciente cómodo y tranquilízelo. Si tiene algún torniquete retírelo inmediatamente.

8. - En aquellos casos en que se demuestre un envenenamiento severo o que el centro de salud más próximo esté a más de 4 horas de distancia, antes de aplicar el suero, hágale al paciente la prueba para verificar la hipersensibilidad (alergia) o no al producto. Las reacciones aunque no son absolutamente confiables, se pueden detectar con la prueba cutánea.

La prueba cutánea consiste en inyectar en el antebrazo (intradérmicamente) 0,1 ml de un suero diluido 1:10 ó 1:100 si la historia del paciente denota algún problema alérgico. La prueba es positiva o sea la persona es alérgica al suero, sí en el sitio de inoculación se presenta enrojecimiento y picazón dentro de los próximos 20 minutos. Recuerde que pueden presentarse manifestaciones de anafilaxis general en pacientes con sensibilidad extrema, aun con la dosis de la prueba intradérmica, en este caso recuerde tener a mano adrenalina.

Ahora bien, en caso de que la prueba de hipersensibilidad de positiva no se debe inyectar el suero a la persona mordida en el campo y solo se podrá aplicar en el hospital ya que su administración sería peligrosa. Si por el contrario la prueba fuera negativa, solo se puede inyectar el suero por vía intramuscular en las nalgas, nunca por vía endovenosa; y para evitar casos extremos por reacción alérgica, tipo choque anafiláctico, es conveniente tener a mano una ampolla de adrenalina 1:1000.

9. - Recuerde, que debe usar el suero solo si la prueba de hipersensibilidad al suero antiofídico es negativa y que se tenga seguridad de que la mordedura fue hecha por una serpiente venenosa. En muchos casos las serpiente no inyecta el veneno o no es venenosa y no es necesario usar el suero.

10. - La cantidad de suero a aplicar dependerá de la cantidad de veneno inoculado y del tipo de serpiente, porque recuerde que hay especies que producen más veneno que otras. Las dosis se administran de una sola vez vía intramuscular en la parte superior de las nalgas. En casos de mordedura por "coral" o "tobobas" aplicar en ambos glúteos en un lapso de 15 minutos una dosis mínima de 4 ampollas y luego traslade al paciente lo más pronto posible a un centro de salud.

11. -Recuerde que el paciente debe ser trasladado rapidamente a un hospital, independientemente si recibió o no el suero antiofídico.

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Aplicación del suero a nivel hospitalario

El conocimiento de los efectos producidos por los diferentes tipos de veneno, así como también el reconocimiento de las características morfológicas típicas de las serpientes venenosas son importantes para establecer un criterio clínico suficiente para determinar en qué casos se amerita o no la aplicación de un antiveneno. Recordemos que hay un cierto número de mordeduras

que no ocasionan un envenamiento o en algunos casos es muy leve. Los criterios a seguir para determinar la severidad del envenamiento con base en los signos y síntomas que presente el paciente, son los siguientes:

Ausencia de envenenamiento: no se presentan signos ni síntomas locales u otro tipo de alteración sistémica.

Envenenamiento leve: solo hay efectos locales (edema y dolor), pero sin alteraciones sistémicas.

Envenenamiento moderado: se presentan efectos locales (edema, dolor y sangrado) acompañados de alteraciones sistémicas no muy severas (coagulopatías e hipotensión leve).

Envenenamiento severo: se observan efectos locales prominentes junto con alteraciones sistémicas importantes, como coagulopatía, sangrado sistémico, hipotensión y alteraciones renales.

Las siguientes son las condiciones hospitalarias en el tratamiento del envenenamiento por ofidios:

1. -El suero debe ser aplicado por vía endovenosa, para esto es necesario canalizar una vena. La razón fundamental es porque la absorción de los anticuerpos presentes en el suero antiofídico en los sitios donde se inoculó el veneno es más rápido que por vía intramuscular.

2. - Con base en los síntomas y signos se deben definir las cantidades de suero a usar en el tratamiento. Por ejemplo en el caso de suero polivalente que se utiliza en la neutralización de los venenos de "tobobas" se recomienda:

- casos leves: 5 ampollas -casos moderados y severos: 10 ampollas

- casos críticos: 15 ampollas ( por ejemplo: los envenenamientos provocados por la mordedura de la serpiente Lachesis muta ("cascabel muda")

3. -Una vez definida la dosis inicial a administrar, el suero se diluye en 500 ml de solución salina fisiológica (en casos de niños emplear 200 ml para evitar exceso de fluídos) e iniciar infusión con goteo lento. Recuerde que en caso de envenenamiento en un niño, las mordeduras suelen ser más severas, por lo que la dosis del suero antiofídico debe ser igual al adulto.

4. - En casos de mordedura por "corales", se recomienda dar una dosis inicial de 10 ampollas de suero anticoral una vez que aparezcan los síntomas neurotóxicos en el paciente. Recuerde que los efectos pueden aparecer varias horas después de la mordedura.

5. - Si no hay reacciones en 15 minutos el flujo se aumenta para que pase todo el suero en 1 hora.

6. - Si aparecen reacciones adversas (urticaria, hipotensión, etc), se suspende la terapia con suero antiofídico y se trata el problema de hipersensibilidad con antihistamínicos por vía endovenosa y una solución de adrenalina 1:1000 vía subcutánea. Una vez controlada la reacción, se reinicia la seroterapia

7. -Administrar una dosis adicional de 5 ó 10 frascos de suero, si al cabo de 10 horas no hay cambios favorables en las pruebas de coagulación, o si el cuadro local y el sangrado sistémico se mantienen. Sin embargo, se debe tomar en consideración que hay casos en los que una vez controlado el envenenamiento, reaparecen los signos y síntomas al cabo de 12 ó 24 horas, probablemente por la liberación tardía de veneno acumulado en los tejidos. En estos casos es recomendable administrar 5 frascos más de suero.

8. -Como tratamiento complementario se utilizan antibióticos sobretodo en la fase temprana del tratamiento hospitalario. También se debe administrar toxoide tetánico o antitoxina tetánica, de acuerdo con las vacunaciones del paciente.

9. -La inyección de suero antiofídico puede desencadenar en algunos pacientes la enfermedad del suero, que se manifiesta entre 5 y 20 días después de la seroterapia. Esta enfermedad se caracteriza por fiebre, urticaria, dolores articulares y linfadenopatía. Esta reacción se trata con esteroides y antihistamínicos.

BIOTECNOLOGIA

Se han estudiado los mecanismos generadores de contaminantes ácidos y metales pesados por microorganismos acidófilos. Análisis de los cambios en la expresión de genes bajo diferentes condiciones ambientales permitieron identificar varias proteínas involucradas en esta respuesta. Se postula que acidófilos se adaptarían a medios con pH muy bajo modificando proteínas de su membrana (Giuliani y Jerez, 2000). El conocimiento de la biodegradación de minerales en el ambiente permitirá un mejor control de los contaminantes generados en los procesos biogeoquímicos. En forma paralela a estos estudios se ha estudiado la quimiotaxis de bacterias biodegradadoras (Pseudomonas

hacia compuestos a degradar como única fuente de carbono, y se han establecido las ventajas comparativas que tienen los microorganismos más mótiles en cuanto a acceder al substrato a biodegradar

Tecnología Enzimática

 

RESUMEN 9.1 LAS ENZIMAS COMO CATALIZADORES 9.2 TECNOLOGIA ENZIMATICA MODERNA 9.3 INDUSTRIAS TRADICONALES Y ENZIMAS ASOCIADAS 9.4 APLICACIONES INDUSTRIALES 9.5. FUENTES DE ENZIMAS 9.6. MECANISMO DE BIOSISTESIS DE ENZIMAS 9.7 MANEJO DE LA BIOSISNTESIS DE ENZIMAS 9.8 CINETICA DE LA BIOSISNTESIS DE ENZIMAS 9.9 PRODUCCION DE ENZIMAS A GRAN ESCALA 9.10 RECUPERACION DE LAS ENZIMAS CONCLUSIONES REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

  RESUMEN

La tecnología enzimática tiene como objetivo la superación de todos aquellos inconvenientes que parecen retrasar la aplicación de las enzimas en estos procesos a escala industrial, las enzimas son proteínas cuya función biológica es catalizar las reacciones que suceden en las células. Esta área tiene aplicaciones desde tiempos remotos como la fermentación, actualmente en diferentes industrias a diferentes niveles, ya que implica la utilización de sistemas enzimáticos diversos que optimizan el procesamiento en la obtención de detergente, aditivos alimenticios, productos químicos y farmacéuticos. La tecnología enzimática se presenta como alternativa biotecnológica basada en que las industrias desarrollen productos de calidad homogénea, aprovechen óptimamente sus materias primas, aceleres sus procesos de producción, minimicen desperdicios y disminuyan el deterioro del medio ambiente.  DESCRIPTORES: Enzimas/ Catalizadores/ Industrias/ Biosíntesis/ Manipulación genética/ Producción de enzimas.  . TECNOLOGIA ENZIMATICA9.1 LAS ENZIMAS COMO CATALIZADORESLas enzimas son catalizadores de origen biológico que parecen cumplir muchos de los requisitos necesarios para impulsar esta nueva industria química. Son catalizadores muy activos en medios acuosos y en condiciones muy suaves de temperatura, presión, pH, etc. Son catalizadores muy específicos: pueden modificar un único substrato en una mezcla de substratos muy similares e incluso pueden discernir entre dos isómeros de una mezcla racémica de un compuesto quiral, Son catalizadores muy selectivos: pueden modificar un único enlace o un único grupo funcional en una moléculas que tenga varias posiciones modificables. A pesar de esas excelentes propiedades catalíticas, las enzimas han ido evolucionando a través de los siglos para cumplir mejor las necesidades fisiológicas de los seres vivos y no para ser utilizadas en sistemas químicos industriales. Así, las enzimas son catalizadores solubles, generalmente muy inestables y que sufren inhibiciones por substratos y productos. Además, las enzimas muchas veces no poseen todas las propiedades ideales (actividad, selectividad, etc) cuando queremos que catalicen procesos distintos de los naturales (por síntesis en lugar de hidrólisis), sobre substratos no naturales, en condiciones experimentales no convencionales (en disolventes orgánicos no-tóxicos). 9.2 TECNOLOGIA ENZIMATICA MODERNAA mediados de los años 50, la tecnología de las enzimas vivió su época de gran esplendor, creciendo a un ritmo desenfrenado. El progreso de la bioquímica ha derivado en una mejor comprensión de la gran variedad de enzimas presentes en las células vivas, así como un mejor conocimiento acerca de su modo de acción. Por ejemplo, su eficacia se puede aumentar extrayéndolas de los microorganismos y manteniéndolas aisladas. Las enzimas purificadas a través de este sistema no pierden sus propiedades; al contrario, estas preparaciones "sin células" devienen incluso más eficaces."A comienzos de 1970 la tecnología enzimático comenzaba a entrar en periodo de desarrollo industrial, dirigido a la producción de aminoácidos y azúcares a

partir de glucosa isomerizada. En aquel momento, los mercados Europeos y Americanos se encontraban dominados por la comercialización de las enzimas proteolíticas utilizadas en la industria de los detergentes, pero existian grandes expectativas sobre el mercado de enzimas aplicadas a la industria alimentaría, al cual se le auguraba un crecimiento importante (Dunnill, 1980; Lewis y Kristiansen, 1985).En 1981 el mercado mundial del azúcar se valoró en 200 millones de dólares y en 1985 la oficina de Valores Tecnológicos de USA lo cifraban en 250 millones. La interpretación mas clara es el mercado para las enzimas utilizadas en la industria ha crecido espectacularmente a lo largo de los años 1970, y que este crecimiento ha sido paralelo al desarrollo de un gran número de aplicaciones a la industria alimentaría. Se puede esperar en el futuro que el mercado experimente un aumento cuando las enzimas comiencen a utilizarse en procesos de producción de la industria química."(1)En época más reciente se ha visto que puede utilizarse diversos tejidos vegetales y homogenados tisulares, obtenidos de distintas fuentes, como alternativas a las células microbianas y a las enzimas purificadas. Por consiguiente, la conclusión evidente es que existen una serie de preparaciones biocatalíticas para resolver una situación concreta, entre las cuales debe realizarse una elección. Por tanto, es conveniente considerar los criterios que debe manejarse en la elección del biocatalizador.9.3 INDUSTRIAS TRADICONALES Y ENZIMAS ASOCIADASLas aplicaciones industriales tradicionales se refieren a la producción de una transformación útil por alguna enzima, bien sea natural o añadida intencionalmente. Entre las que podemos citar:

Fermentación.- "La fermentación alcohólica es un ejemplo conocido de los procedimientos en que se efectúan alteraciones enzimáticas, tanto cuando se agrega alguna enzima como cuando se añade algún microbio vivo (levadura). Primero se calienta el grano amiláceo para gelatinizar el almidón, y luego se añade malta ( que contienen enzimas diastásicas) para convertir el almidón en azúcar fermentable (maltosa). Si el producto que se desea obtener es alcohol, se agrega entonces levadura. El empleo de amilasa en forma de malta es indudablemente la mayor aplicación industrial que tiene las enzimas, pero no es del todo conocida la acción de estas amilasas. La elaboración de vinagre con alcoholes es un proceso enzímico producido por un microbio vivo (Acetobacter aceti). Como el alcohol es oxidado y convertido en ácido acético con oxígeno de la atmósfera. Aislada de las bacterias, la enzima cataliza igualmente la oxidación, pero es mucho más económico valerse de la célula viva intacta."(2)

Curtición.-" Primero se quitan a las pieles el pelo y el exceso de carne y luego se ponen en remojo para que se hinchen y se vuelvan más o menos porosas y permeables a las sustancias curtientes. El primer remojo se ha efectuado siempre mediante la acción enzimática. Cuando se observó que la hinchazón era producida parcial o totalmente por enzimas protealítina impura. La cantidad de material enzimático que se usa en la industria de curtiduría representa probablemente la mayor

aplicación industrial de las enzimas después de la industria de fermentación."(3)

 

Fabricación de queso.- "La operación más importante en la fabricación de queso es la coagulación de la caseína de la leche, que luego se trata para convertirla en queso. Se puede coagular la caseína mediante la adición de ácido o de enzimas quesos se fabrica coagulada la caseína con rennina, esta probablemente tiene una acción proteolítica muy débil que continua en el queso. La rennina produce un coágulo elástico del que se exprime fácilmente el suero. No es la única porteínasa que se usa en la elaboración del queso, pues también se emplea mezclas de rennina con pepsina. Asimismo se ha usado la papaína, y en este caso al parecer se asegura la proteólisis durante el añejamiento del queso. En los países balcánicos se emplea jugo de higos ( que contiene gran proporción de enzimas proteolíticas ficina). Para preparar el coágulo. La diferentes enzimas coagulantes hacen variar notablemente la naturaleza del queso."(4)

Elaboración de pan.- Aún se discute el papel que desempeñan en la fabricación del pan las enzimas que se hallan en la harina. La harina cruda contiene cantidad relativamente pequeña de muchas enzimas, incluso una proteína del tipo de la papaína, que según creen algunos reblandece la masa. Al igual que todas las enzimas del tipo de la papaína, la proteinasa de la harina es inactivada por la oxidación. La harina de trigo contiene también pequeñas cantidad de -amilasa y gran proporción de -amilasa -amilasa. La -amilasa a la harina, generalmente en forma de harina de trigoadición de la malteado, ocasiona aumento de volumen de la hogaza. La amilasa agregada hidroliza parte del almidón y lo convierte en maltosa, con lo cual suministra mas azúcar para que fermente la levadura y origina la generación de mayor -amilasa que ya existe en la harina cooperacantidad de dióxido de carbono. La probablemente en el proceso mediante la desintegración de las dextrinas formadas -amilasa.por la

"Proteinasas.- Son sustratos de las poteinasa todas las proteínas excepto las queratinaass. La hidrólisis es ordinariamente muy lenta. Las proteinasas desintegran también péptidos sencillos, pero de ordinario con mucha lentitud. Los productos superiores de degradación de las proteínas son descompuestos rápidamente. Los aminoácidos pueden ser liberados por acción proteolítica.

Renina.- Se halla en el cuarto estómago de las terneras. Su acción proteolítica, si la tiene, es muy débil. Es un poderoso agente coagulador de la leche ( pH óptimo aproximadamente 5.4)

Papaína .- Se halla en el látex del fruto verde de la papaya. Es típica de muchas enzimas vegetales como la ficina de la leche de higuerón, la

asclepaína del vencetósigo y la bromelina del ananás. Una de sus características es su contenido de grupos SH, de que parece depender la actividad de la enzima. Por oxidación ligera se vuelve inactiva, pero es reactivada por agentes reductores, como la cisteína, HCN y otros, incluso los grupos SH en las proteínas que están siendo digeridas por las enzimas parcialmente activas. La papaína es relativamente resistentee con el calor, y empleada a temperaturas de 50 a 60°C, es muy rápida la proteólisis. La enzima coagula fácilmente la leche. Los microorganismos vivos son atacados rara vez por las proteinasas, pero la papaína ataca ciertos parásitos intestinales (áscaris) vivos. Descompone la hipurilamida con desprendimiento de amoniaco.

Carbohidrasas.- Descomponen residuos de azúcares de carbohidratos superiores.

-Amilasa .- Se hallan en las glándulas salivales, el páncreas, hongos, bacterias y la malta, que las contienen en abundancia. Descomponen los almidones y el glucógeno en dextrinas y disocian lentamente las dextrinas en maltosa y cantidad mínima de glucosa. Destruyen la estructura en cadenas ramificada del almidón (amilo pectina) y el glucógeno. Con el tempo pueden -amilasa de malta requiereefectuar la destrucción casi total del almidón. La -amilasa animal necesita cloruro.calcio y puede ser una proteína cálcica. La

-amilasa .- Se halla en las plantas superiores, los granos la producen en abundancia. La enzima de los granos descomponen totalmente la amilasa y la convierte directamente en maltosa, también descompone la amilo pectina ( la porción de cadena ramificada del almidón) y el glucógeno, pero su acción se detiene donde se ramifica la cadena de hidratos de carbono. Cuando se rompe las cadenas ramificadas de hidratos de carbono entre las ramas ( en -amilasa ataca los fragmentos de cadena recta así-amilasa), la presencia de formados. De esta manera, las dos enzimas juntas hidrolizan más rápidamente el almidón que cualquiera de ellas por separado."(5)

9.4 APLICACIONES INDUSTRIALESEn relación con las enzimas, la tecnología moderna contribuye al ahorro. Por ejemplo, permite la utilización del excedente de suero derivado de la fabricación del queso. La lactosa transforma el azúcar del suero en una mezcla de glucosa y galactosa con un sabor más dulce. Así, se refina el producto y se concentra en una especie de jarabe cuyo sabor recuerda el de la miel, con lo que las aplicaciones en el sector de la confitería industrial se hacen innumerables. Se usan también muchos otros tratamientos de las enzimas en la producción de edulcorantes modernos. Por ejemplo, EE.UU. se puede constatar que el jarabe del almidón de maíz tiene un alto contenido en fructosa, razón por la cual ha llegado a eclipsado a la sacarosa. Las enzimas presentan muchísimas aplicaciones. Con los procedimientos modernos de fabricación de alimentos, benefician tanto a los sectores industriales como a los consumidores. Sus características específicas permiten a los industriales ejercer un control de calidad más estricto. Con un menor

consumo de energía y unas condiciones de tratamiento más ligeras, su eficacia favorece el entorno. Pueden utilizarse para tratar los desechos biológicos resultantes de la fabricación de alimentos, puesto que las propias enzimas son biodegradables. Mediante una rápida absorción natural, las enzimas son el típico ejemplo de "tecnología verde".  9.4.1 AlimentosLa utilización empírica de preparaciones enzimáticas en la elaboración de alimentos es muy antigua. El cuajo, por ejemplo, se utiliza en la elaboración de quesos desde la prehistoria, mientras que las civilizaciones precolombinas ya utilizaban el zumo de la papaya. Sin embargo, hasta 1897 no quedó totalmente demostrado que los efectos asociados a ciertos materiales biológicos, como el cuajo o las levaduras pudieran individualizarse en una estructura química definida, llamada enzima, aislable en principio del organismo vivo global. Desde hace unas décadas se dispone de enzimas relativamente puros y con una gran variedad de actividades susceptibles de utilizarse en la elaboración de alimentos. Los progresos que están realizando actualmente la ingeniería genética y la biotecnología permiten augurar un desarrollo cada vez mayor del uso de los enzimas, al disponer de un suministro continuo de materiales con la actividad deseada aprecios razonables.

Los enzimas son piezas esenciales en el funcionamiento de todos los organismos vivos, actuando como catalizadores de las reacciones de síntesis y degradación que tienen lugar en ellos.

La utilización de enzimas en los alimentos presenta una serie de ventajas, además de las de índole económica o tecnológica. La gran especificidad de acción que tienen los enzimas hace que no se produzcan reacciones laterales imprevistas. Asimismo se puede trabajar en condiciones moderadas, especialmente de temperatura, lo que evita alteraciones de los componentes más lábiles del alimento. Desde el punto de vista de la salud, puede considerarse que las acciones enzimáticas son, en último extremo, naturales. Además los enzimas pueden inactivarse fácilmente cuando se considere que ya han realizado su misión, quedando entonces asimilados al resto de las proteínas presentes en el alimento.

Para garantizar la seguridad de su uso deben tenerse en cuenta no obstante algunas consideraciones: en aquellos enzimas que sean producidos por microorganismos, estos no deben ser patógenos ni sintetizar a la vez toxinas, antibióticos, etc. Los microorganismos ideales son aquellos que tienen ya una larga tradición de uso en los alimentos (levaduras de la industria cervecera, fermentos lácticos, etc.). Además, tanto los materiales de partida como el procesado y conservación del producto final deben ser acordes con las prácticas habituales de la industria alimentaría por lo que respecta a pureza, ausencia de contaminantes, higiene, etc.

Los enzimas utilizados dependen de la industria y del tipo de acción que se desee obtener, siendo éste un campo en franca expansión. A continuación se mencionan solamente algunos ejemplos.

Industrias lácteas

"Como se ha indicado, el cuajo del estómago de los rumiantes es un producto clásico en la elaboración de quesos, y su empleo está ya citado en la Iliada y en la Odisea. Sin embargo, el cuajo se obtuvo como preparación enzimática relativamente pura solo en 1879. Está formado por la mezcla de dos enzimas digestivos (quimosina y pepsina) y se obtiene del cuajar de las terneras jóvenes. Estos enzimas rompen la caseína de la leche y producen su coagulación. Desde los años sesenta se utilizan también otros enzimas con una acción semejante obtenidos a partir de microorganismos o de vegetales.

Actualmente empieza a ser importante también la lactasa, un enzima que rompe la lactosa, que es el azúcar de la leche. Muchas personas no pueden digerir este azúcar, por lo que la leche les causa trastornos intestinales. Ya se comercializa leche a la que se le ha añadido el enzima para eliminar la lactosa. "(6)

Panadería

En panadería se utiliza la lipoxidasa, simultáneamente como blanqueante de la harina y para mejorar su comportamiento en el amasado. La forma en la que se añade es usualmente como harina de soja o de otras leguminosas, que la contienen en abundancia. Para facilitar la acción de la levadura, se añade amilasa, normalmente en forma de harina de malta, aunque en algunos países se utilizan enzimas procedentes de mohos ya que la adición de malta altera algo el color del pan. La utilización de agentes químicos para el blanqueado de la harina está prohibida en España.A veces se utilizan también proteasas para romper la estructura del gluten y mejorar la plasticidad de la masa. Este tratamiento es importante en la fabricación de bizcochos.

Cervecería

A principios de este siglo (1911) se patentó la utilización de la papaína para fragmentar las proteínas presentes en la cerveza y evitar que ésta se enturbie durante el almacenamiento o la refrigeración, y este método todavía se sigue utilizando. Este enzima se obtiene de la papaya. Un enzima semejante, la bromelaína, se obtiene de la piña tropical.

Un proceso fundamental de la fabricación de la cerveza, la rotura del almidón para formar azúcares sencillos que luego serán fermentados por las levaduras, lo realizan las amilasas presentes en la malta, que pueden añadirse procedentes de fuentes externas, aunque lo usual es lo contrario, que la actividad propia de la malta permita transformar aun más almidón del que contiene. Cuando esto es así, las industrias cerveceras añaden almidón de patata o de arroz para aprovechar al máximo la actividad enzimática. - Fabricación de zumosA veces la pulpa de las frutas hace que los zumos sean turbios y demasiado viscosos, produciéndose también ocasionalmente problemas en la extracción y en su eventual concentración. Esto es debido a la presencia de pectinas

(Véase página...), que pueden destruirse por la acción de enzimas presentes en el propio zumo o bien por enzimas añadidas obtenidas de fuentes externas. Esta destrucción requiere la actuación de varios enzimas distintos, uno de los cuales produce metanol, que es tóxico, aunque la cantidad producida no llegue a ser preocupante para la salud.

Fabricación de glucosa y fructosa a partir del maíz

Una industria en franca expansión es la obtención de jarabes de glucosa o fructosa a partir de almidón de maíz. Estos jarabes se utilizan en la elaboración de bebidas refrescantes, conservas de frutas, repostería, etc. en lugar del azúcar de caña o de remolacha. La forma antigua de obtener estos jarabes, por hidrólisis del almidón con un ácido, ha sido prácticamente desplazada en los últimos 15 años por la hidrólisis enizmática, que permite obtener un jarabe de glucosa de mucha mayor calidad y a un costo muy competitivo. De hecho, la CE ha limitado severamente la producción de estos jarabes para evitar el hundimiento de la industria azucarera clásica. Los enzimas utilizados son las alfa-amilasas y las amiloglucosidasas. La glucosa formada puede transformarse luego en fructosa, otro azúcar más dulce, utilizando el enzima glucosa-someraza, usualmente inmovilizado en un soporte sólido.

Refinado de azúcar

"La extracción de la sacarosa, a partir de la melaza de la remolacha azucarera puede complicarse por la presencia de rafinosa, un trisacárido que previene la cristalización. Para incrementar la recuperación del azúcar y mejorar el proceso, la rafinosa puede degradarse enzimáticamente. El resultado de esta degradación es doble; por un lado favorece la cristalización y, además, produce sacarosa como uno de los productos de la hidrólisis. La -galactosida es producida por el hongo Morteirella vinaceaeenzima raffinosutilizer y puede ser empleada convenientemente para inmovilizar los residuos micelares que producen este organismo. La reacción hidrolítica se efectúa a pH superior a 5 para evitar la inversión de la sacarosa catalizada por el medio ácido. Algunas veces, se requiere un tratamiento similar en el proceso de obtención a partir de la caña de azúcar, donde el almidón es hidrolizado -amilasa."(7)antes de la cristalización mediante el uso de

Otras aplicaciones

Los enzimas se utilizan en la industria alimentaría de muchas otras formas, en aplicaciones menos importantes que las citadas anteriormente. Por ejemplo, en la fabricación de productos derivados de huevos, las trazas de glucosa presentes, que podrían oscurecerlos, se eliminan con la acción combinada de dos enzimas, la glucosa-oxidasa y la catalasa. Por otra parte, la papaína y bromelaína, enzimas que rompen las proteínas, se pueden utilizar, fundamentalmente durante el cocinado doméstico, para ablandar la carne.

Algunas enzimas, como la lactoperoxidasa, podrían utilizarse en la conservación de productos lácteos.9.4.2 Detergentes

Entre otros aditivos importantes que se encuentran en los detergentes están las enzimas, los cuales por lo general son sustancias de naturaleza proteínica, que se encargan de catalizar las reacciones en los seres vivos. La tecnología de enzimas en los detergentes se desarrolló a partir de la década de los años 60, como una herramienta más de éstos para atacar ciertos sustratos (generalmente protéicos) específicos. Las más comunes son las llamadas proteasas, las cuales degradan restos de proteínas; y las lipasas que pueden atacar restos de sustratos lípidos que son los que comúnmente se adhieren a la ropa y a ellas se les adhieren el resto de la suciedad como polvo, restos de otros compuestos orgánicos etcétera. Los detergentes que contienen enzimas se les llama detergentes biológicos. Efectos de enzimas activasComo se mencionó anteriormente, algunos detergentes contienen enzimas, las cuales atacan sustratos orgánicos específicos. El problema se presenta al usar exceso de estos detergentes, con lo cual se desechan enzimas activas al drenaje, las cuales al llegar a los cuerpos de agua provocarán daños en los seres vivos presentes en éstos, por acción directa sobre ellos o sobre los nutrientes que componen su dieta alimenticia.

Otros efectos.Entre otros efectos secundarios producidos por los detergentes es que afectan procesos de tratamiento de las aguas residuales, por ejemplo: cambios en la demanda bioquímica de oxígeno y en los sólidos suspendidos, efectos corrosivos en algunas partes mecánicas de las plantas, interferencias en el proceso de cloración y en la determinación de oxígeno disuelto y algunos aditivos en los detergentes pueden intervenir en la formación de flóculos (agrupaciones de partículas suspendidas).9.4.3 EnergíaOtra actividad que llama a las aplicaciones biotecnológicas es la producción de energía, siendo la ventaja de las fuentes orgánicas con respecto a los combustibles fósiles el que las primeras sean renovables. Cada año crecen unas 200 mil millones de toneladas de biomasa (madera, cereales, etc), de las cuales los humanos usamos sólo un 3%. Por lo tanto, este rubro ofrece un enorme potencial que puede ser aprovechado. Un ejemplo clásico de biocombustible es el alcohol obtenido por fermentación de material rico en azúcares y almidón, o de residuos orgánicos varios, incluyendo los forestales. El principal obstáculo para la viabilidad de esta propuesta es el costo, puesto que el petróleo sigue siendo más barato. Sin embargo, los avances tecnológicos están permitiendo acortar la brecha. Hay también diversos sectores de la industria en los que la adaptación o sustitución de procesos químicos o físico-químicos por otros de base biológica puede contribuir al desarrollo sustentable. Beneficios concretos a escala industrial ya se observan con la introducción de enzimas en la producción de celulosa, de textiles y del cuero, entre otros. "9.4.4 Tratamiento de desechos "Pero es el tratamiento de desechos donde la biotecnología puede tener un mayor impacto a nivel mundial. Los Estados Unidos gastan US$ 40 mil millones al año para combatir la polución que generan los 600 millones de toneladas de desechos industriales. Bacterias, microalgas, levaduras, hongos y plantas han

mostrado una notable eficiencia para metabolizar residuos orgánicos, xenobióticos y metales pesados (biorremediación y fitorremediación), reduciendo hasta 20 veces el costo involucrado en la incineración de dichos residuos. Por otra parte, se han hecho grandes avances en el tratamiento de derrames de petróleo con microorganismos. En fin, hay muchas otras áreas suceptibles de ser abordadas exitosamente mediante el empleo de diversas biotecnologías. Sin embargo, a pesar de los promisorios resultados obtenidos hasta el momento, persisten aún varias limitaciones técnicas y económicas que requieren ser resueltas. Por ello, la biotecnología no debe ser vista como una panacea y en cada caso habrá que ponderar sus ventajas con respecto a las tecnologías tradicionales.Al considerar las aplicaciones enzimáticas en el tratamiento de los residuos, se debe hacer hincapié entre las situaciones donde el residuo de un proceso es el material crudo y los siguientes, por ejemplo, conversión de almidones, y procesos que ayudan a reducir los costos asociados del tratamiento. Existen un amplio número de industrias de procesamiento de alimentos que producen residuos que necesariamente deben ser posteriormente tratados.La aplicaciones de grupos de enzimas depende de la necesidaddd de hidrolizar polímeros complejos para incrementar su posterior degradación microbiolígica. Entre los diversos ejemplos se puede incluir el empleo de las lipasas asociadas con cultivos bacterianos para eliminar los depósitos de grasa procedentes de las paredes de las tuberías que transportan el efluente. Otra enzima degradante de polímeros utilizados de forma similar son las celulosas, proteinasas y amilasas. Una aplicación particular que puede describirse como tratamiento de residuos, es el emplio de proteinasas en las preparaciones comerciales de detergentes, denominadas como polvo de lavado biológico.Además de estas hidrólisis de materiales poliméricos, existen también aplicaciones de enzimas capaces de degradar compuestos altamente tóxicos que podrían inhibir procesos de tratamiento basado en el empleo microbiógico. Un ejemplo específico es el uso de la peroxidasa de la cola de caballo para iniciar la degradación de fenoles y aminas aromáticas que se presentan en muchas industrias con aguas residuales. "(8)En términos más amplio es posible anticipar que los procesos basados en el empleo de organismos construidos genéticamente para degradar los compuestos indicados anteriormente, podría representa un proceso mucho más económico.9.4.5 Productos médicos y farmacéuticosAunque las posibilidades de utilización de las enzimas en la medicina y campos relacionados sea potencialmente inmersa, en la actualidad el número concreto de aplicaciones es relativamente pequeño. No obstante, los resultados obtenidos con este pequeño número de ideas afortunadamente son realmente excitantes y demuestran claramente la capacidad potencial existente en las técnicas empleadas. Puesto que las aplicaciones médicas y farmacéuticas de las enzimas abarcan un amplio espectro de materias, es conveniente dividirlas en tres áreas importantes de interés: terapia enzimática, uso analítico y productos de compuestos farmaceúticos. Cada una de estas áreas, auque cubre un gran número de aplicaciones, presenta una serie de principios predominantes que son esencialmente para que la utilización de las enzimas se realice con éxito.

A diferencia de otros usos industriales para las enzimas, las aplicaciones médicas y farmacéuticas de las mismas requieren generalmente pequeñas cantidades de enzimas muy purificadas. En parte, esto refleja el hecho de que para una enzima sea efectiva sólo debe modificarse heléelos compuestos de interés contenido en un fluido o tejidos fisiológicos complejo. Esto contrasta con muchos procesos industriales en los que el medio de cultivo está relativamente bien definido y por, consiguiente, puede utilizarse un extracto enzimático sin purificar. Además, si el destino de una enzima o de un producto obtenido por métodos enzimáticos es su administración a un paciente, resuelta evidente que el preparado debe contener las menores cantidades posibles de material extraño para evitar probables efectos secundarios.

Producción de aminoácidos enzimáticamente

La producción de aminoácidos mediante tecnología con enzimas está adaptada convenientemente. Aunque se pueden sintetizar empleando un proceso químico, se debe señalar que en este caso se obtiene una mezcla de D y L isómeros. Puesto que solamente el L-isómero es biológicamente activo, la mezcla debe ser separada en sus dos componentes. Este proceso puede llevarse a cabo mediante el empleo de la enzima aminoacilasa. Una vez sintetizado, la mezcla del DL aminoácidos se acetila.En la producción de otros aminoácidos se han incluido también una etapa mediada por enzimas, incluyendo a la D-feniglicina, utilizada en la síntesis de penicilina semisintética, y en el caso del L-triptófano, un aminoácido esencial que puede sintetizarse a partir del indol. Estas son dos áreas importantes en el desarrollo de esta tecnología. En términos de aplicación a gran escala, la producción de aminoácidos esenciales como suplementos dietéticos presenta una importancia particular. Si unas proteína celular sencilla queda establecida en los mercados de alimentación animal y humana, se puede esperar que la demanda para aminoácidos esenciales incrementaría, ya que muchas proteínas microbianas son deficitarias en algunos de estos residuos cruciales.

Tratamientos terapéuticos con enzimas .-" El fundamento de esta forma de terapia es simplemente la administración de una enzima concreta a un paciente, esperando con optimismo que produzca una progresiva mejoría en el mismo. El problema principal relacionado con este método es que las respuestas defensivas del organismo inactive o eliminen los compuestos extraños incorporados. En consecuencia cualquier tratamiento que utilice la administración de una enzima, bien por vía sanguínea o por cualquier otra, debe tener en cuenta este posible inconveniente."(9)

Organos artificiale .- "Para sustituir algunas funciones del riñón y el hígado se han desarrollado órganos artificiales que contienen enzimas. Una lesión renal crónica se trata con hemodiálisis periódica, a menos que sea posible el transplante del órgano. El hígado es un órgano multifuncional y sería imposible conseguir un sustituto artificial con la tecnología disponible actualmente. Sin embargo, sí puede reproducirse una función importante del hígado: la desintoxicación. A partir de células hepáticas se pueden obtener varias enzimas microsomales capaces de

llevar a cabo la desintoxicación de una gran variedad de compuestos."(10)

 

Aplicaciones Analíticas .- "En la medicina moderna, el análisis de las distintas muestras fisiológicas tiene un papel clave y, dentro del mismo el uso de las enzimas(tanto en forma libre como inmovilizadas) constituyen un aspecto muy destacado. Los tipos de aplicación de las encimas al análisis se pueden dividir en dos granes grupos. El primero de ellos recije aquellos métodos que miden directamente un compuesto, mientras que el segundo lo hace con aquellos que utilizan una enzima para amplificar otra respuesta (por ejemplo inmunoencarios con enzimas acopladas)."(11)

Antibióticos semi-sintéticos.- Las penicilinas semisintéticas son los principales productos farmacéuticos obtenidos por tecnología enzimático. El método de fermentación tradicional permite producir la bencil-penisilína (penisilina g) como la fenoximetil- penisilina (penisilina b) y en el pasado estos dos antibióticos con gran éxito. Sin embargo, estos compuestos presentan limitaciones en su eficacia contra ciertas bacterias patógenas

 

Esteroides.-" Los esteroides se utilizan en un gran número de preparados farmacéuticos (por ejemplo la píldora contraceptiva y los antinflamatorios), por lo que los procesos empleados en la producción de estas sustancias presentan una considerable importancia económica."(12)

 9.5. FUENTES DE ENZIMASLas fuentes de enzimas pueden ser de tipo vegetal, animal y microbiana.

Las enzimas de tipo vegetal, se encuentran las porteasas, carbohidrasas ( las cuales descomponen residuos de azúcares de carbohidratos superiores, a-amilasas y b-amilasa

Entre las enzimas de tipo animal están las esterasa ( Lipasa se produce en la mucosa gástrica, el páncreas y las semillas de ricino, fosfotasas: Se obtiene de tejidos animales óseo, muscular, tripsina y quimotripsina se produce en el páncreas y , pectasas )

Las enzimas del tipo microbiano provienen de. Bacterias, hongos.

 9.6. MECANISMO DE BIOSISTESIS DE ENZIMASLa degradación de compuestos requiere enzimas. Los agentes que afectan a la presencia o actividad de las enzimas afectan también al crecimiento de los organismos. Las enzimas constitutivas se producen estén presentes o no los

substratos (ej. glicolisis). Las enzimas inducibles sólo se producen cuando los substratos están presentes. El control de enzimas es por medio de actividad o síntesis.Generalmente, el control de actividad de las enzimas es por encendido o apagado de las enzimas y está asociado con enzimas alostéricas durante la inhibición de feedback:V Cuando los productos en una vía aumentan, ellos mismos producen feedback a la primera enzima de la vía y cierran la síntesis de los productos finales e intermedios.

Vías ramificadasFeedback acumulativo: ni F ni H pueden reducir separadamente por completo la actividad de e1, posiblemente cada uno puede lograr una reducción parcial pero juntos pueden pararla totalmente.

Feedback secuencial: F y H provocan feedback en e4 y e6 respectivameante provocando la acumulación de D. D entonces produce feedback sobre e1.

Feedback multivalente: ni F ni H por separadoproducen efecto alguno en e1 pero juntos tienen actividad inhibitoria.

Pero también puede darse un control de la síntesis de enzimas a nivel genético (operón). InducciónEl gen regulador sintetiza un represor activo. En ausencia de substrato (inductor), el represor activo se une al operador e impide a la ARN polimerasa unirse al promotor para la transcripción del mRNA. Si el substrato está presente se une al represor activo que se inactiva y permite la transcripción del mRNA.Represión del producto finalEl gen regulador sintetiza un represor inactivo. Si hay poca cantidad de producto final el represor inactivo no se une al operador y permite la transcripción del mRNA. Si el producto final es abundante se une al represor inactivo que se activa y ahora el represor activo se une al operador y previene la transcripción del mRNA.  9.7 MANEJO DE LA BIOSISNTESIS DE ENZIMASEl criterio de viabilidad económica de un proceso esta estrechamente reacionado con las normas legislativas que rigen tanto par las operaciones que los componen como para la pureza del producto final. Muchas restricciones legales se refieren a materias de seguridad que afectan, por un lado, a la maquinaria utilizada en el proceso y, por otro, a los planes posteriores con el producto. Eientemente a la hora de calcular los costos de un proceso, deben tenerse en cuenta los destinados a cubrir los requisitos legales correspondientes. En el caso de materiales biológicos existen varias áreas que presentan u riesgo potencial de efectos nocivos.

Microbiologia Toxicidad química Toxicidad relacionada con la actividad de las encimas Reacciones alérgicas

  9.7.1 Manipulación genéticaEl interés de los explotadores agrícolas y los empresarios del sector alimentario por las cosechas modificadas genéticamente se explica debido a todo el potencial económico y ecológico que se ha demostrado. Sin duda alguna, la biotecnología desempeña una función muy importante en una producción y preparación de víveres duradera de cara al futuro. Sin embargo, aunque los especialistas han admitido que la modificación genética de las plantas es un mecanismo económico y ecológico para la producción de alimentos, el gran público no deja de darle vueltas al tema de la seguridad de los productos.La industria de la biotecnología es consciente de esta reticencia. Es la razón por la cual favorece hoy el diálogo con las diferentes partes interesadas, en particular sobre las cuestiones siguientes:

¿Son seguros los alimentos que contienen organismos modificados genéticamente?

¿Los genes introducidos en las plantas pueden trasmitirse al medio ambiente?

¿Es posible que la transferencia de genes de un organismo a otro provoque alergias en el ser humano?

La manipulación genética es "la introducción de genes extraños en una célula"; siendo esta célula generalmente un embrión; o sea el producto del huevo fecundado. Recuérdese que se llama "huevo" o "cigoto"; cuando la célula sexual femenina, el óvulo, es fecundado por la célula sexual masculina, el espermatozoide. La fecundación se realiza en el aparato genital femenino, más específicamente, en las trompas uterinas (en el ser humano, se produce en la parte superior de las trompas). Este nuevo huevo o cigoto no tiene al principio, un solo núcleo, sino dos, uno es el pronúcleo del espermatozoide, y otro, es el pronúcleo del óvulo que lo conformaron (luego éstos se unirán para formar el núcleo del huevo). Dicho huevo se extrae del aparato genital, y fuera del mismo, se le introduce material genético, que son fragmentos de A.D.N. contenidos en los genes. El lugar específico donde se realiza esta inoculación es, en el pronúcleo masculino del huevo. Al introducir material genético extraño, se pretende producir nuevos caracteres hereditarios que no estaban en el material genético original. La ingeniería genética consiste en la manipulación del ácido desoxirribonucleico, o ADN. En este proceso son muy importantes las llamadas enzimas de restricción producidas por varias especies bacterianas. Las enzimas de restricción son capaces de reconocer una secuencia determinada de la cadena de unidades químicas (bases de nucleótidos) que forman la molécula de ADN, y romperla en dicha localización. Los fragmentos de ADN así obtenidos se pueden unir utilizando otras enzimas llamadas ligasas. Por lo tanto, las enzimas de restricción y las ligasas permiten romper y reunir de nuevo los fragmentos de ADN. También son importantes en la manipulación del ADN los llamados vectores, partes de ADN que se pueden autorreplicar (generar copias de ellos mismos) con independencia del ADN de la célula huésped donde crecen. Estos vectores permiten obtener múltiples copias de un fragmento específico de ADN, lo que hace de ellos un recurso útil para producir cantidades suficientes de material con el que trabajar. El proceso de transformación de un fragmento de ADN en un vector se denomina clonación, ya que se producen copias múltiples de un fragmento específico de ADN. Otra forma de obtener muchas copias idénticas de una parte determinada de ADN es la reacción de la polimerasa en cadena, de reciente descubrimiento. Este método es rápido y evita la clonación de ADN en un vector.La terapia génica consiste en la aportación de un gen funcionante a las células que carecen de esta función, con el fin de corregir una alteración genética o enfermedad adquirida. La terapia génica se divide en dos categorías. La primera es la alteración de las células germinales, es decir espermatozoides u óvulos, lo que origina un cambio permanente de todo el organismo y generaciones posteriores. Esta terapia génica de la línea germinal no se considera en los seres humanos por razones éticas. El segundo tipo de terapia génica, terapia somática celular, es análoga a un trasplante de órgano. En este caso, uno o más tejidos específicos son objeto, mediante tratamiento directo o extirpación del tejido, de la adición de un gen o genes terapéuticos en el laboratorio, junto a la reposición de las células tratadas en el paciente. Se han iniciado diversos ensayos clínicos de terapia genética somática celular

destinados al tratamiento de cánceres o enfermedades sanguíneas, hepáticas, o pulmonares.La ingeniería genética tiene un gran potencial. Por ejemplo, el gen para la insulina, que por lo general sólo se encuentra en los animales superiores, se puede ahora introducir en células bacterianas mediante un plásmido o vector. Después la bacteria puede reproducirse en grandes cantidades constituyendo una fuente abundante de la llamada insulina recombinante a un precio relativamente bajo. La producción de insulina recombinante no depende del, en ocasiones, variable suministro de tejido pancreático animal. Otra aplicación importante de la ingeniería genética es la fabricación de factor VIII recombinante, el factor de la coagulación ausente en pacientes con hemofilia. Casi todos los hemofílicos que recibieron factor VIII antes de la mitad de la década de 1980 han contraído el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) o hepatitis por la contaminación viral de la sangre utilizada para fabricar el producto. Desde entonces se realiza la detección selectiva de la presencia de VIH (virus de la inmunodeficiencia humana) y virus de la hepatitis C en los donantes de sangre, y el proceso de fabricación incluye pasos que inactivan estos virus si estuviesen presentes. La posibilidad de la contaminación viral se elimina por completo con el uso de factor VIII recombinante. Otros usos de la ingeniería genética son el aumento de la resistencia de los cultivos a enfermedades, la producción de compuestos farmacéuticos en la leche de los animales, la elaboración de vacunas, y la alteración de las características del ganado.Riesgos Mientras que los beneficios potenciales de la ingeniería genética son considerables, también lo son sus riesgos. Por ejemplo, la introducción de genes que producen cáncer en un microorganismo infeccioso común, como el virus influenza, puede ser muy peligrosa. Por consiguiente, en la mayoría de las naciones, los experimentos con ADN recombinante están bajo control estricto, y los que implican el uso de agentes infecciosos sólo se permiten en condiciones muy restringidas. Otro problema es que, a pesar de los rigurosos controles, es posible que se produzca algún efecto imprevisto como resultado de la manipulación genética. 

En ingeniería genética, los científicos utilizan enzimas de restricción para aislar un segmento de ADN que contiene un gen de interés —por ejemplo, el gen que regula la producción de insulina. 2. Un plásmido extraído de su bacteria y tratado con la misma enzima de restricción puede formar un híbrido con estos extremos 'pegajosos' de ADN complementario.3. El plásmido híbrido se reincorpora a la célula bacteriana, donde se replica como parte del ADN celular.4. Se pueden cultivar un gran número de células hijas y obtener sus productos genéticos para el uso humano.

  9.8 CINETICA DE LA BIOSISNTESIS DE ENZIMAS"Aunque las leyes generales de la catálisis debieran ser válidas para las enzimas, el hecho de que éstas sean sustancias complejas, de alto peso molecular, de tamaño coloidal y de composición difícil de precisar, impide la aplicación de dichas leyes de una manera estricta; por ejemplo, su tamaño coloidal puede causar fenómenos de adsorción o diversas reacciones debidas a sus numerosas cargas eléctricas. No obstante, los factores que afectan la velocidad de la reacción enzimática son los ya señalados a propósito de las reacciones químicas en general, como la temperatura y las concentraciones de las sustancias reaccionantes que, en este caso particular, son la enzima el sustrato. Además intervienen el PH medio donde se realiza la reacción, la presencia de los productos de la reacción, y otros factores secundarios como las radiaciones y los efectos óxido – reductores."(14)9.9 PRODUCCION DE ENZIMAS A GRAN ESCALA"La producción de encimas para empleo industrial y como alimento se ha desarrollado en forma independiente en diversas industrias. La fuente original de enzimas de cereales, principalmente de las distintas clases de malta, es la industria de la malta de cebada.Las proteasas de las plantas, como la papaina, bromalaeina y ficina, que se emplean en los estados unidos son de omportanción, y generalmente los importadores tienen poco control sobre las condiciones del proceso de producción."(15)La industria empacadora de carnes es la fuente principal de las enzimas derivada del páncreas, estómago e hígado de los animales. Finalmente, las enzimas de fuentes microbiológicas: Bacterias, Hongos y levaduras, se producen en la industria de la fermentación.Los procesos microbianos en los que el hombre controla las condiciones del desarrollo microbiológico, se llaman fermentaciones."(15)9.9.1 Medios de fermentaciónLas fermentaciones con células libres constituyen todavía el método mas utilizado. Su manipulación es relativamente fácil, y, en algunos casos no requiere un medio de cultivo estéril. Ya que las células se producen con la

misma rapidez con la que son eliminadas del reactor, existe una síntesis constante de nuevo catalizado. De esta forma, y suministrando al reactor condiciones apropiadas para el crecimiento, la fermentación puede transcurrir en un estado estacionario en el que la eficiencia catalítica no cambia. Además, a partir de la degradación catabólica de los nutrientes, la célula que crece activamente es capaz de suministrar la energía necesaria para la síntesis. Sin embargo, el mayor número de reacciones requeridas para el metabolismo significa también aumento de probabilidades para la formación de productos secundarios no deseados. Este hecho, junto con la producción de un exceso de biomasa, limita el rendimiento del medio del cultivo y, por consiguiente la economía del proceso.La células inmovilizadas pueden considerarse como un estado intermedio entre la fermentación, la células libres y las enzimas inmovilizadas. En algunos casos las células se destruyen antes de inmovilizarlas y se utiliza un solo componente enzimático, por lo que, en ellos, la distinción entre células y encimas inmovilizadas constituye una cuestión puramente semántica.9.10 RECUPERACION DE LAS ENZIMASLa presencia de sustancias pépticas en las frutas origina importantes problemas en su procesado industrial para la obtención de zumo, debido a que retienen parte del zumo durante el prensado de la fruta, aumentando considerablemente su viscosidad y disminuyendo así el rendimiento de la extracción. El desarrollo de la tecnología enzimática ha permitido la preparación de enzimas pectinolíticas inmovilizadas que pueden utilizarse repetidamente en operaciones simultáneas o de manera continuada, capaces de degradar estas sustancias pécticas. Con estas perspectivas, el objetivo principal en este trabajo fue la preparación de enzimas pectinolíticas estables, mediante técnicas de inmovilización por adsorción en geles de alginato de calcio, estudiando las características de los biocatalizadores inmovilizados en comparación con sus contrapartidas solubles, con objeto de mejorar y facilitar el uso de estas enzimas en los procesos de clarificación de zumos de plátano y de kiwi, estudiando además la posibilidad de reutilización de las enzimas.En relación a los principales resultados obtenidos al determinar las actividades enzimáticas de poliglacturonasa (PG), pectina liasa (PL) y endopectinasa (endoP), obtenidas de preparados comerciales (Rapidase C80, Biopectinase CCM, Pectinex 3 XL y Grindamyl 3PA, se puede concluir que :(i) cuando se inmovilizaban las pectinasas sobre geles de alginato, la PL y endoP de Rapidase C80 presentaban los niveles más elevados de actividad en los inmovilizados (7,2 % y 12,5% de inmovilización, respectivamente), mientras que el mayor nivel de inmovilización de PG (25%) se obtuvo con Pextinex 3XL . (ii) La aplicación de las enzimas a un biorreactor, que contenía una solución de pectina, confirmaba su idoneidad para reducir la viscosidad de la solución. Como tendencia general la eficacia de las enzimas inmovilizadas seguía el siguiente orden descendente: Rapidase>Biopectinase>Grindamyl>Pectinex. (iii) La regeneración de las perlas de alginato con Cl2 Ca y su reactivación con una nueva solución de enzima, permitía reciclar el mismo inmovilizado cinco veces consecutivas. Al aumentar la concentración enzimática, se reducían los tiempos de tratamiento y, con ello, la inestabilidad de las enzimas inmovilizadas, lo que aumentaba la operatividad del reciclado hasta ocho reutilizaciones. (iv) La posibilidad de reutilización de las enzimas inmovilizadas en los zumos de plátano y kiwi se veía limitada a tres, como consecuencia

directa de la desestabilización del soporte de inmovilización por efecto de los componentes del zumo, lo cual podía reducirse o anularse modificando el soporte de inmovilización aplicado. (v) Por último, con vistas a la aplicación biotecnológica de ese estudio, podría concluirse que la inmovilización de enzimas pectinolíticas sobre geles de alginato de calcio optimiza la estabilidad operacional de las enzimas y permite su reutilización. Reduciendo los costes finales del proceso sin pérdida apreciable de la calidad y cualidades organolépticas de los zumos tratados. La presencia de sustancias pécticas en las frutas origina importantes problemas en su procesado industrial para la obtención de zumo, debido a que retienen parte del zumo durante el prensado de la fruta, aumentando considerablemente su viscosidad y disminuyendo así el rendimiento de la extracción. El desarrollo de la tecnología enzimática ha permitido la preparación de enzimas pectinolíticas inmovilizadas que pueden utilizarse repetidamente en operaciones simultáneas o de manera continuada, capaces de degradar estas sustancias pécticas. Con estas perspectivas, el objetivo principal en este trabajo fue la preparación de enzimas pectinolíticas estables, mediante técnicas de inmovilización por adsorción en geles de alginato de calcio, estudiando las características de los biocatalizadores inmovilizados en comparación con sus contrapartidas solubles, con objeto de mejorar y facilitar el uso de estas enzimas en los procesos de clarificación de zumos de plátano y de kiwi, estudiando además la posibilidad de reutilización de las enzimas.En relación a los principales resultados obtenidos al determinar las actividades enzimáticas de poliglacturonasa (PG), pectina liasa (PL) y endopectinasa (endoP), obtenidas de preparados comerciales (Rapidase C80, Biopectinase CCM, Pectinex 3 XL y Grindamyl 3PA, se puede concluir que :(i) cuando se inmovilizaban las pectinasas sobre geles de alginato, la PL y endoP de Rapidase C80 presentaban los niveles más elevados de actividad en los inmovilizados (7,2 % y 12,5% de inmovilización, respectivamente), mientras que el mayor nivel de inmovilización de PG (25%) se obtuvo con Pextinex 3XL . (ii) La aplicación de las enzimas a un biorreactor, que contenía una solución de pectina, confirmaba su idoneidad para reducir la viscosidad de la solución. Como tendencia general la eficacia de las enzimasinmovilizadas seguía el siguiente orden descendente: Rapidase>Biopectinase>Grindamyl>Pectinex. (iii) La regeneración de las perlas de alginato con Cl2 Ca y su reactivación con una nueva solución de enzima, permitía reciclar el mismo inmovilizado cinco veces consecutivas. Al aumentar la concentración enzimática, se reducían los tiempos de tratamiento y, con ello, la inestabilidad de las enzimas inmovilizadas, lo que aumentaba la operatividad del reciclado hasta ocho reutilizaciones. (iv) La posibilidad de reutilización de las enzimas inmovilizadas en los zumos de plátano y kiwi se veía limitada a tres, como consecuencia directa de la desestabilización del soporte de inmovilización por efecto de los componentes del zumo, lo cual podía reducirse o anularse modificando el soporte de inmovilización aplicado. (v) Por último, con vistas a la aplicación biotecnológica de ese estudio, podría concluirse que la inmovilización de enzimas pectinolíticas sobre geles de alginato de calcio optimiza la estabilidad operacional de las enzimas y permite su reutilización. Reduciendo los costes

finales del proceso sin pérdida apreciable de la calidad y cualidades organolépticas de los zumos tratados.   CONCLUSIONES

1. Las enzimas son catalizadores de origen biológico que cumplen muchos requicitos para impulsar nuevas industrias químicas.

2. La tecnología enzimática tiene múltiples aplicaciones, como fabricación de alimentos, los progresos que están realizando actualmente la ingeniería genética y la biotecnología permiten augurar el desarrollo cada vez mayor del uso de las enzimas.

 

3. La utilización de enzimas en los alimentos presentan una serie de ventajas, además de las de índole económico y tecnológico.

4. Las enzimas utilizadas dependen de la industria y del tipo de acción que se desee obtener.

 

5. Las fuentes de enzimas pueden ser de origen vegetal, animal o microbiano.

6. se puede manipular genéticamente, la biosíntesis de enzimas para optimizar los procesos, pero se debe tener en cuenta, las respectivas normas.

 

7. La producción de enzimas a gran escala tiene su principal aplicación en la industria de la fermentación.

   REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Citas bibliográficas

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2. Kira, Raymond, Enciclopedia de Tecnología Química, Tomo VI, primera Edición, Editorial Uteha, España 1962., paj. 1006.

3. IBID (2), Paj. 1007 4. IBID (2) Paj. 1007 5. IBID (2). Paj. 1008, 1009, 1010. 6. IBID (1), Paj. 104

7. IBID (1) Paj 106 8. IBID (1) Paj 108, 109. 9. IBID (1), Paj. 74 10. IBID (1) paj. 76 11. IBID (1) paj 81 12. IBID (1) paj 86 13. IBID (2) paj. 1111 14.Perry, Manual del Ingeniero Químico, sexta Edición,Tomo VI,

Editorial McGraw-Hill, 1992., paj 27-20- 15. IBID (2) paj. 1014.

 

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Kirk, Raymond, Enciclopedia de Tecnología Química, Tomo VI, primera Edición, Editorial Uteha, España 1962.

Océano, Enciclopedia de la Ciencia y La tecnología Tomo V, ediciones Océano, Barcelona 1980.

Url

http:://www.icp.csis.es/biocatálisis/web3lineas.html

http:www.mty.itesm.mx/data/cd/html

http//www.unav.es/memoria/8-99/ingenieria.html

   Trabajo realizado por:Arias Edison - Lastra JorgeBart_j_s@hotmail.com