Pescando enzimas marinasPescando enzimas marinasPescando enzimas marinasPescando enzimas marinas

Enzimas de origen marinoEnzimas de origen marinoEnzimas de origen marinoEnzimas de origen marinoDr. José Luis Cárdenas LópezDr. José Luis Cárdenas López

20142014--11

Pescando enzimas marinas

� Los oceanos representan >95% de la biosfera.� La especies marinas > mitad de la biodiversidad total del globo (se estima en 500 millones de sp.)

� Los organismos marinos habitan nichos � Los organismos marinos habitan nichos ambientales únicos. ( ejemplo: -2°C en los polos y 103°C en las termas submarinas)

� Del ambiente marino se han estudiado < 1% de productos naturales con potencialidades de uso

Desarrollo comercial de enzimas marinas

�Enzimas a partir de desechos de procesos de productos marinos�Industria de alimentos�Campo biomédico�Campo biomédico�Herramientas biotecnológicas

�Clonación de genes de extremozimas

La mayor parte del océano < 5°C

Algunos posibles usos de enzimas psicrofílicas (Niehaus et al., 1999)

�Detergentes en frio�Textiles�Textiles�Bioremediación�Rx Acil-transferasas�Agentes de procesamiento de alimentos

Aplicaciones de enzimas de organismos acuáticos adaptadas al frio

Enzima Fuente Aplicación Referencia

fosfatasa Alcalina Camarón rosa del

norte

r-DNA kit (Olsen et al.,

1990)

Aminopeptidasas Calamar Illex Maduración de queso

Cheddar

(Raksakulthai et

al., 2001)

Colagenasa Cangrejo Producción de Caviar (Gildberg, 1993)

Proteasas digestivas Calamar Illex Aceleración de la salsa

de pescado

(Raksakulthai et

al., 1986)

Lipasas Bacalao del Atlántico Modificación del aceite (Lie and

Lambertson,

1985)

Lisozima Scallop del Ártico Anti-microbiano (Myrnes and

Johansen, 1994) Johansen, 1994)

Pepsina Bacalao del Atlántico

Bacalao del Artico

Cuajado en frio (Brewer et al.,

1984)

Pepsina Bacalao del Atlántico Remoción de piel (Haard, 1992c)

Tripsina Bacalao de

Groelandia

Prevención de sabor

oxidado en leche

(Simpson and

Haard, 1984)

Tripsina Bacalao de

Groelandia

Aceleración de

fermaentacion de

Herring

(Simpson and

Haard, 1984)

Tripsina Bacalao del Atlántico Aisalmiento de

carotenoproteinas de

desechos de camarón

(Cano-Lopez et

al., 1987)

Tripsina

/Quimiotripsina

Turbot Extracto de sabor de

camarón

(Gildberg et al.,

2000)

Penzim de bacalao del Atlántico

� Psoriasis, excema. � Pústulas de fiebre,

cortes e incisiones quirurgicas, infecciones de infecciones de hongos en la piel

� Incrementa la pérdida de tejidos muertos

� Propiedades anti-adherentes

5X que el de clara de huevo a temp bajasy rango de acción antimicrobiano mas amplioy rango de acción antimicrobiano mas amplioIMPORTANTE en “alimentos enfriados”

Activación con sales

�Proteasas gástricas de algunos peces marinos tienen isoenzimas que son activadas con NaCl.�Cepas marinas de trucha arcoiris�Cepas marinas de trucha arcoiris

�Estabilidad y actividad con NaCl es importante en algunos alimentos fermentados.

Activación con sal de Isoformas de Pepsina de Bacalao de Groelandia

Porcina A

Squires & Haard (1985)

Zymogramas Electroforéticos de Isoformas de Pepsinógeno (trucha)

Peces sin estómago

�Tripsinas activas en proteinas nativas

La proteasa tipo tripsina de Crawfish rompe la Lys 43

Pectato liasaCrawfish rompe la Lys 43 [Jeong et al. 2001. J Food Biochemistry].

Pectato liasa

Tripsina de bovino

Tripsina de Cunner

Simpson & Haard (1985)

Tripsina de Cunner

Tipo-Tripsina de Cunner

Cunner

Tautogolabrus adspersus

Desechos de la planta de procesamiento

Hasta hoy se han usado para subproductos de bajo valor: alimento animal o biofertilizante

�2 opciones: �2 opciones: �desechar � implicaciones ecológicas,

legales y económicas�Recuperar � tradicionalmente bajas

recuperaciones 20 a 30% (visceras, cabeza, piel, caparazones, hueso y SOLIDOS)

DESECHOS

�Difieren en composición y cantidad según especie y proceso…entre mas pasos mayor desecho…

�El agua es EL gran desecho ya que se �El agua es EL gran desecho ya que se usa para muchos pasos (limpieza, descongelado, transporte, cocimiento, formulación..etc.)

�En el fileteado se obtiene únicamente un 25 a 30% de producto, el resto es desecho

RECUPERACIÓN

�SOLIDOS: proteína es el componente principal

�Enzimas� proteasas (vísceras y trozos de músculo)de músculo)�Digestivas: tripsina, quimiotripsina,

colagenasas, elastasa, peptidasas, esterasas, pepsina, todas estas con una gran cantidad de aplicaciones industriales

�Musculares: proteasas para el recambio proteico, lisosómicas, sarcoplásmicas y de la matriz extracelular del tejido conectivo

�Algunas son especialmente importantes en el ablandamiento del músculo (Catepsina L, B), ablandamiento del músculo (Catepsina L, B), por lo que se debe atacar la actividad con algún inhibidor dependiendo de la especie usada

� SURIMI

Otras enzimas�A partir de crustáceos�Fosfatasa alcalina, se usa para detectar

reacciones antigeno-anticuerpo en inmunología y en la clonación de genes

�Se ha recuperado de agua de lavado de �Se ha recuperado de agua de lavado de camarón, es dimérica y cuando se disocian las subunidades retiene la actividad. Tiene baja termosestabilidad

�Hialurinidasa, acetil glucosaminidasa y quitinasa

Métodos para recuperar enzimas

�Ensilaje�Filtración con membranas

�Ultrafiltración 0.05 µm a 1 nm y 10 a 100 PSI�Calentamiento óhmico, se usa para tratamiento �Calentamiento óhmico, se usa para tratamiento

térmico de algunos tipos de surimi, pero en base a las propiedades de estabilidad térmica se pueden obtener algunas enzimas viables (catepsinas termoresistentes)

Métodos alternativos

�Cromatografía�Precipitación con sulfato de amonio o con

solventes�2 Fases acuosas (polietilen glicol y �2 Fases acuosas (polietilen glicol y

solución salina)�Estos son métodos más finos, usualmente

para fines de caracterización

Separación en fases

PCR, amplificación del DNA

José Luis Cárdenas López

Cuánto DNA en una célula

�Orden de pg picogramos (billonésima de gramo)

�Por lo que para estudiarllo se necesita AMPLIFICAR…aumentar la cantidadAMPLIFICAR…aumentar la cantidad

�Es posible gracias a que el DNA se puede duplicar…

PCR (reacción polimerasa en cadena)

�Kary Mullis�1983�Cetus Corporation�Nobel 1993�Nobel 1993

�Técnica para duplicar o copiar una porción del DNA fuera de la célula viviente

Taq polimerasa

Taq = Thermus aquaticus, bacteria termófila que vive a 176°F (80 C)en aguas termales de Yellowstone

¿Cual es mejor, obtener enzimas de tejidos de desperdicio o fabricarlas a partir de la bioquímica de microorganismos (fermentación)?

�Son complementarios, �búsqueda de enzimas de organismos con �búsqueda de enzimas de organismos con

características especiales�Obtener enzimas modelos�Lograr esas características dirigiendo

mutaciones específicas

�Grandes oportunidades de investigación�Todo proceso biológico tiene alguna(s)

enzima(s) involucrada(s)�Grandes oportunidades de $$ y de �Grandes oportunidades de $$ y de

mejoras de procesos tecnológicos�Mucho que hacer