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ENZIMAS Las enzimas son proteínas globulares que actúan como catalizadores biológicos, es decir, incrementan la velocidad de una reacción bioquímica. No se consumen durante la misma y, en general, presentan un alto grado de especificidad: cada enzima cataliza un único tipo de reacción química, o en el caso de ciertas enzimas, reacciones muy semejantes. En una reacción catalizada enzimáticamente, la enzima se combina temporalmente con el reactivo o el sustrato (S), formando un complejo enzima-sustrato (E—S). Entonces, a medida que la reacción avanza, el producto (P) se libera y la enzima (E) vuelve a su estado original.

La enzima es, generalmente, más grande que el sustrato y la combinación de la enzima y el sustrato depende, normalmente, de fuerzas débiles, tales como puentes de hidrógeno, fuerzas de van der Waals e interacciones hidrofóbicas para unir la enzima con el sustrato. La pequeña parte de la enzima a la que se une el sustrato se conoce como el sitio activo de la enzima (formado por aminoácidos). Algunas enzimas se asocian con estructuras de carácter no proteico, denominadas cofactores, que son necesarias para su funcionamiento. Entre ellos encontramos iones metálicos como el Zn2+ o el Fe 2+, y también moléculas orgánicas que se denominan coenzimas. La apoenzima es la parte proteica de una holoenzima, es decir, una enzima que no puede llevar a cabo su acción catalítica desprovista de los cofactores necesarios. Una holoenzima es una enzima que está formada por una parte proteica llamada apoenzima combinada con una molécula no proteica llamada cofactor.

Tipos de enzimas Oxidorreductasas : Transferencia de electrones ( reacciones de oxidoreducción) Transferasas: transferencia de grupos funcionales Hidrolasas: Reacciones de hidrolisis (rotura de enlaces por adición de agua) Liasas: Adición o eliminación de grupos para formar dobles enlaces. Isomerasas: trasferencia de grupos dentro de una misma molécula, generando isómeros. Ligasas: Formación de enlaces tipo C-C, C-S, C-O Y C-N, con aporte de energía por ATP.

Nomenclatura: En general, se han nombrado a las enzimas de manera empírica y poco sistemática, ya sea, tomando como base el sustrato sobre el que actúa y colocando la terminación –asa (por ejemplo, proteasa, que es una enzima que hidroliza proteínas destruyendo en enlace peptídico entre dos aminoácidos) o haciendo alusión a la reacción química genérica que cataliza (reductasa, hidrolasa, que aceleran reacciones de reducción química e hidrólisis, respectivamente).

Modelos de la acción de las enzimas Llave – cerradura: Las enzimas se acoplan a sus sustratos. Encaje inducido: el sustrato moldea la forma de la enzima.

Especificidad enzimática De acción De sustrato: Absolutamente específicos ⇒ Sólo reaccionan con un único sustrato Específicos funcionales ⇒ Actúan sobre moléculas similares que tienen el mismo grupo funcional Específicos de enlace ⇒ Transforman un tipo específico de enlaces Específicos estereoquímicos ⇒ Distinguen entre isómeros ópticos (D o L)

Hay muchas variables que pueden influir en la actividad enzimática. Las más importantes son: pH: El pH óptimo de las enzimas varía ampliamente, pero la gran mayoría tiene su pH óptimo entre 4 y 8. Por otra parte, mientras algunas enzimas muestran una amplia tolerancia a los cambios del pH, otras trabajan bien, sólo, en un rango estrecho. Cualquier enzima que se someta a valores extremos de pH, se desnaturaliza. Temperatura: La temperatura óptima para la mayoría de las reacciones enzimáticas se halla entre 30°C y 40°C. Al aumentar la temperatura, la velocidad de reacción aumenta y, para casi todas las enzimas, un incremento de 10°C duplica e incluso triplica la velocidad de reacción. Sin embargo, ese mismo aumento de temperatura acelera también la inactivación de la enzima por desnaturalización térmica. La actividad acuosa: La actividad enzimática aumenta al aumentar el contenido de "agua libre" y ello ocurre, no sólo en las reacciones hidrolíticas en las que el agua es uno de los reactantes obvios, sino también en las reacciones no-hidrolíticas. Concentración del sustrato: La velocidad de la reacción va aumentando a medida que aumenta la concentración de sustrato hasta que la enzima se satura. Inhibidores: Hacen disminuir la actividad enzimática. Reversibles. - Inhibición competitiva: El inhibidor se fija al centro activo de la enzima impidiendo la fijación del sustrato

- Inhibición no competitiva: ataca a la enzima por un lado diferente al sitio activo. - Anticompetitiva: ataca al complejo enzima-sustrato. Irreversible. Reaccionan con un grupo químico de covalentemente.

la enzima, modificándola

Las enzimas en los alimentos Las enzimas pueden ejercer, según las circunstancias del caso, una acción deseada o no deseada desde el punto de vista de la tecnología de alimentos. - Efectos deseables: relacionados con los factores organolépticos que el consumidor espera al ingerir determinado producto, no solo en alimentos frescos como frutas y verduras, sino también en productos elaborados como el pan. En este grupo encontramos los cambios catalizados enzimáticamente durante: maduración de las frutas, cambios post mortem de la carne, desarrollo de sabores, panificación. - Efectos degradativos: conducen al deterioro de los alimentos, entre ellos el enranciamiento de los lípidos debido a la acción de las lipasas y la degradación de los vegetales debido a la acción de las peroxidasas. Enzimas endógenas en los alimentos: Provenientes de los mismos tejidos alimentarios. Hidrolasas -

Amilasa: Hidrolizan almidón, importantes en la maduración de frutas. Pectinasa: Descompone la pectina. Textura de frutas y hortalizas. Proteasa: Hidrolisis de los enlaces peptídicos de las proteínas. Esterasa: Hidroliza enlaces éster de los triglicéridos.

Oxido-reductoras -

Fenolasa: compuestos fenólicos (pigmentos) Lipoxigenasa: oxidación de ácidos grasos insaturados (enranciamiento oxidativo de los lípidos) Peroxidasa: modifica el sabor, color, olor y valor nutritivo. Catalasa: descompone el peróxido de hidrogeno derivado del metabolismo celular.

Enzimas exógenas empleadas en la industria alimentaria: se utilizan para mejorar el proceso natural de la digestión. Hidrolasas -

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Proteasas: se obtienen del estómago de animales, plantas o de microorganismos. Su principal aplicación es mejorar: sabor, textura y aspecto de diferentes productos. Cerveza: eliminación turbidez. quesos: quimosina, desnaturalización caseína. pastelería: hidrolizar proteínas del gluten. Lipasas: trato digestivo de animales y especialmente de microorganismos. Se utilizan para potenciar el sabor de diferentes alimentos. Alfa- amilasas: hidrolizan almidón y glucógeno. Panadería: aumentar la hidrolisis del almidón y proporcionar azucares fermentables. Cervecera: se adiciona con la cebada para hidrolizar el almidón. Beta- galactosidasa (lactasa): Hidroliza la lactosa. Helados y derivados: evita problemas de textura. Preparaciones y derivados lácteos para personas con intolerancia a la lactosa.

Oxido-reductoras -

Glucosa oxidasa: usada para eliminar la glucosa de productos sensibles de sufrir cambios en el aroma y color (huevo, papas) Catalasa: elimina el peróxido de hidrogeno. Alarga la vida útil de zumos cítricos, cerveza y vino. Lipooxigenasa: actúa sobre ácidos grasos insaturados. Panadería: para blanquear la harina.

Isomerasas -

La más importante es la glucosa-isomerasa: transforma la glucosa en fructosa. Se utiliza para potenciar el sabor dulce. Jarabes de almidón de gran contenido de fructosa. Pardeamiento enzimático

Definición: Es el oscurecimiento de muchas frutas y verduras como manzanas, plátanos, aguacates, papas o patatas, este tipo de coloración es muy rápida, requiere el contacto del tejido con el oxígeno, es catalizado por enzimas que están presentes en el tejido del alimento. Enzima(s) responsable(s): Las enzimas que catalizan esta transformación son las fenolasas y pertenecen a las oxidorreductasas y comprenden a la monofenol monooxigenasa (trivialmente puede llamarse: tirosinasa, fenolasa, monofenol oxidasa,

polifenolasa y cresolasa.) y a la catecol oxidasa (otros nombres: difenol oxidasa, odifenolasa, fenolasa, polifenoloxidasa y tirosinasa.) Abundan en frutas como la manzana, el durazno, el plátano, la pera, la fresa y otras, pero no en productos más ácidos como la lima, la toronja, la naranja, el melón, el limón y el jitomate. En muchos hongos comestibles, como Agaricus bisporus, se encuentran tanto en forma activa como latente y presentan una fuerte actividad. sustratos Los sustratos más comunes son compuestos insaturados, principalmente los que tienen estructuras de monofenoles o de o-difenoles, entre los que destaca la tirosina en la papa (por esta razón a la fenolasa de este tubérculo se le da el nombre de tirosinasa), los flavonoides y los taninos en el café y el cacao; las antocianinas en diversas frutas, el ácido clorogénico en la manzana y la pera, así como el ácido caféico, la 3,4dihidroxifenilalanina (L-dopa), la dopamina, el p-cresol, la adrenalina, la catequina o catecol y otros (figura 5.18). Los m-difenoles, como el resorcinol, no son sustratos, y además actúan como inhibidores competitivos, al igual que los derivados metílicos del fenol, como el guayacol. Cabe mencionar que la intensidad del oscurecimiento en la manzana está en función de la actividad de la fenolasa, así como de la concentración de los polifenoles que sirven de sustrato.1 Característica estructural de la enzima. La característica estructural más importante de estas enzimas es la presencia en su centro activo de dos átomos de cobre (Las enzimas requieren de iones Cu como cofactor,), unidos cada uno de ellos a tres histidinas, que se han conservado a lo largo de la evolución en todas las enzimas de este tipo, desde las bacterias al hombre. En su entorno se sitúan una serie de aminoácidos hidrofóbicos, con anillos aromáticos, que también son importantes en su actividad, para la unión de los sustratos.

Nomenclatura de esta enzima y sus actividades enzimáticas (catecolasa y cresolasa). A) Actividad de fenol hidroxilasa o cresolasa, que hidroxila (La hidroxilación es una reacción química en la que se introduce un grupo hidroxilo en un compuesto reemplazando un átomo de hidrógeno, oxidando al compuesto) normalmente los sustratos en posición orto y produce fenoles ortohidroxilados o difenoles. B) Actividad de polifenol oxidasa o catecolasa, que efectúa una oxidación de los difenoles previamente formados y los convierte en orto quinonas. Reacción de pardeamiento enzimático

La intensidad de una u otra actividad enzimática depende del sustrato, de tal manera que algunos productos que tienen orto-fenoles en estado natural no efectúan la hidroxilación; tal es el caso del catecol, que siendo un difenol en orto, se transforma directamente a la correspondiente benzoquinona por la acción oxidante de la polifenoloxidasa.

Las orto quinonas así formadas pueden polimerizar fácilmente y producir las correspondientes melaninas. Aspectos  

Positivos: El que aporta el color y sabor característicos del café, el cacao, frutos secos como los higos y las uvas pasas. Negativos: pérdidas de calidad y valor comercial. Produce cambios importantes tanto en la apariencia como en las propiedades organolépticas de frutos y vegetales comestibles, además suele ir asociado al desprendimiento de olores y efectos negativos sobre el valor nutricional

Producto final: melaninas (diferenciar con el producto del pardeamiento no enzimático: Melanoidinas.) Melaninas: Los productos finales de estas reacciones enzimáticas son macromoléculas con estructuras químicas muy complejas (melaninas), resultado de la copolimerización de diversos compuestos (quinonas); dependiendo de la intensidad de esta transformación, las melaninas varían su color desde un ligero amarillo hasta un café oscuro. A diferencia

de las melanoidinas, las melaninas son producidas con ayuda de una enzima por tal motivo el oscurecimiento que causan es tan rápido. Propiedades de la melanina Estos polímeros tienen propiedades antimicrobianas, y podrían ser un mecanismo de defensa de los vegetales contra infecciones.

Control de la reacción de pardeamiento enzimático Los métodos comerciales más comunes de control incluyen el tratamiento térmico, el uso de sulfitos y de ácidos y la eliminación del oxígeno. La intensidad del calentamiento para inactivar las enzimas depende de muchos factores ya que cada una tiene una determinada termosensibilidad, pero también influye decididamente el pH, la presencia de sales y el grado de aireación. Los sulfitos son muy versátiles pues se pueden emplear como inhibidores de las reacciones de oscurecimiento, tanto enzimático como no enzimático, al igual que como antioxidantes, blanqueadores y antimicrobianos. Es posible que el mecanismo de inhibición de las fenolasas por medio de los sulfitos y el SO2 se deba ya sea a que establecen un complejo quinona-sulfito que evita que la quinona polimerice, o bien, a que actúen directamente sobre la enzima y alteren su estructura proteínica. los diferentes ácidos comerciales (málico, fosfórico, cítrico y ascórbico), así como los jugos de limón y de otros cítricos, se emplean para el control de las fenolasas. Los ácidos ascórbico y cítrico presentan una capacidad reductora y convierten las quinonas en sus respectivos fenoles; además, tienen propiedades de secuestradores y eliminan el cobre necesario para la enzima; también se considera que pueden interactuar directamente con la fenolasa. La enzima se inhibe completamente a pH menores de 3.0, aunque en la mayoría de los casos resulta poco práctico llegar a estas condiciones puesto que esta acción trae consigo un deterioro de las propiedades sensoriales y de la estabilidad del alimento. Existen bacterias, como algunas del género Pseudomonas, con enzimas que transforman los derivados fenólicos en compuestos del tipo de las lactonas, que no sirven de sustrato para las fenolasas, con lo cual se logra reducir el oscurecimiento; con esta idea se considera que en un futuro se puedan aislar estas enzimas para utilizarlas en el control de dichas reacciones; en efecto, la O-metil-transferasa cataliza la metilación de los odifenoles y posteriormente los transforma en o-metoxifenoles que no se convierten en quinonas. Generalmente:

Evitando el contacto del oxígeno con la superficie de corte Bajando la temperatura Reduciendo el pH Desnaturalizando la enzima...