aplicații ale enzimelor - biochimiero.files.wordpress.com · aplicații ale enzimelor enzimele în...
TRANSCRIPT
Aplicații ale enzimelor
https://www.pharmanewsonline.com/
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică
Contaminarea
cremelor
bacterii
lactoperoxidaza
consuma H2O2Produs de lactococci,
streptococi / O2
LACTOPEROXIDAZA
Lactoperoxidaza bovina în complex cu acid ascorbic
PDBE 2tgy https://www.ebi.ac.uk/pdbe/
https://beconfident.info/beconfident-skincare/
Actiunea antivirală a sistemului LPO/H2O2/(SCN-/I-)
Patel. U. Et al, PLOS ONE, July 2018, 1-17
https://www.curaprox.com
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică
LACTOPEROXIDAZA
lacaza Colorarea firelor de par
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică
LACAZA
Difenol peroxidaza (oxido-reductaza)
Structura / situsul catalitic al lacazei din Trametes trogii
Mate, D.M. & Alcalde, M., Biotechnology Advances, 2015, 25-40
sv.wikipedia.org
Mecanism de reactie simplificat al lacazei
Rodriguez-Delgado, M.M., et al., TrAC, 74, 2015, 21-45
Luminozitatea pielii
subtilizina
Curatarea lentilelor de contact
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică
PROTEAZELE
Aplicații ale proteazelor în diverse sectoare ale industriei
Singh, S., Bajac, S.K., EnerEcolEnv, 2 (6), 2017, 370
https://www.walgreens.com/
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică
Superoxid
Dismutaza
(SOD eucariote)
2 subunități ; M ≈ 32 Da
Structura 3D β-butoi
Subunitatea 8 β-pliate (antiparalele)
Cu-Zn Superoxid dismutaza bovina
PDBE 2Z7Z https://www.ebi.ac.uk/pdbe/
Shimazaki, Y., et al.(2009)
Dalton Trans., 38, 7854.
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică
Superoxid
Dismutaza
(SOD)
Reducerea parțială a O2 Producerea radicalului peroxidic
Atacă resturile de acid gras nesaturați
(membrana lipidică)
Ighodaro, O.M., Akinloye, O.A. (2018) AJM., 54(4), 287.
Ionii de Cu Dismutație Ionii de Zn Structură/Stabilitate
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică - SOD
Quist, D.A. et al. J Biol Inorg Chem (2017) 22: 253
Anii 1980 SOD – medicament “Lazarus”
Tratamentul persoanelor
cu infarct miocardic
Aplicații ale enzimelor
SOD - în industria medicamentelor
https://ki.se/en/fyfa/
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică
Superoxid
Dismutaza
(SOD)
Folosirea în formulările cosmetice
piele cu aspect mai tânăr
L’oreal (1973) SOD (origine marină) cosmetică
Patent (EU) 2 287 899
Brook industries (1987) CuZn-SOD (drojdie) Pudră (600 U)
Stabilitate 45 oC (în sol. aq.)
Lipozomi cu SOD Activitate antioxidantă
http
s://s
kin
activ
es.c
om
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică
SOD
Activitatea LDH
(echivalent al pielii umane)Tran, V.V. et al. J Ctrl Rel (2019) 28: 114
Lipozomi cu SOD Inflamatia paradotoza ↓ (beagle)
Nivelul prostaglandinei PGE2
(medierea răspunsului inflamator )
Apariția eritemului
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică – SOD - fotoprotectie
suntanscience.com
Miyachi Y, et al., J Invest Dermatol 1987; 87:111-2
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică
Reactii catalizate de SOD
H2O2
Reactii catalizate de glicolat oxidaza
Reactii catalizate de DAAO
Fotosinteză
Agent de oxidare slab
Inhibă
glicoliza
Trece prin membrana celulei
Reacționează cu Fe3+
HO
UV
Ruperea monocatenă ADN Reticulare ADN-proteineFahrnenstich,H., et al., Plant Physiol 2008; 148:719
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică
Îndepărtarea
H2O2
peroxidaze catalaze
mamifereLactoperoxidaza
Mieloperoxidaza
Tiroid peroxidaza
planteHrean
Semințe fenicul
peroxizomi
https://www.stepwards.com/
www.vivo.colostate.edu/
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică
Extract semințe fenicul Material cosmetic
Miros foarte slab
Lichid galben/verde pal
Neiritant, nesensibilizant
Peroxidaza Arabidopsis thaliana
PDBE 1pa2 https://www.ebi.ac.uk/pdbe/
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică
Peroxidarea lipidelor2% extract (4 U
peroxidaza)
2% lipozomi
5% tocoferoli
Reducerea eritemului
(vivo)
https://healthsecretsusa.com
Proteazele
Curatarea
catifelarea
pielii
Papaina & Bromelamina
Masti de fata
Indepartarea straturilor
distruse
Probleme – apar
adesea iritatii
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria cosmetică
Combaterea ridurilor
Sclerodermie
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria alimentară
Enzimele în industria produselor lactate
Rennetul Amestec (chimozină/pesină) Coagularea laptelui
Proteazele Accelerarea maturării brânzei
Modificarea proteinelor din lapte Reducerea proprietăților
alergenice
Produse derivate din lapte de vacă
pentru bebeluși
Lactaza
(galactozidaza)
Hidroliza lactozei la glucoză și galactoză
Îmbunătățirea solubilității și puterii de îndulcire
Scop digestiv
Produse lactate
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria alimentară
Enzimele în industria produselor lactate
Rennetul “microbiologic”
Rhizomucor pusillus
R. miehei
Endothia parasitica
A. oryzae
Irpex lactisIndustria brânzeturilor
H2O2 agent de sterilizare a laptelui
Alternativă la pasteurizare
Catalaza
Destabilizarea micelelor de cazeina prin introducerea chimozinei
Aktayeva S. et al. (2018) Euras J Appll Biotech, 1, 287.
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria alimentară
Enzimele în industria produselor lactate
Lactaza: plante, organe (animale), drojdii (intracelular)
A. Niger
A. oryzae
Kluyveromyces lactis (drojdie)
A. Niger enzime
masa – hrana animalelor
Acizi organici / alți produși
https://www.slideserve.com
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria alimentară
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria alimentară
Enzimele în industria produselor lactate
Enzime proteolitice (serin proteaze) din bacteriile lactice
Proteinaze extracelularebacteriile lactice
Lactobacillus acidophilusendopeptidaze
aminopeptidaze
tripeptidaze
Prolin-peptidaze
L. plantarum
L. Delbrueckii
(sp. bulgaricus)
L. lactis
L. helveticus
aminopeptidaze Dezvoltarea aromei în laptele fermentat
Aminoacizii rezultați
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria alimentară
Enzimele în industria produselor lactate
Enzime lipolitice – aromele brânzei elvețiene
Acizi grași scurți
Metil cetone
Lipaze – Penicillium roqueforti
Penicillium restrictum
- Sol -
7. Aplicații ale enzimelor
7.2. Enzimele în industria alimentară
Enzimele în industria produselor lactate
Sulfidril oxidazele
Laptele UHT Grupări –SH volatile
Sulfidril oxidaze
(aseptic)
îndepărtarea aromelor nedorite
rezultate prin încălzire
Lacto peroxidaza (LP)
Rol inhibitor – laptele proaspăt
Activarea – adăugarea H2O2 + -SCN
LizozimulAgent antibacterian - conservant
Nu afectează activitatea L. bifidussites.udel.edu
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria alimentară
Enzimele în fermentația alcoolică Polimerii din boabele de cereale – degradare
amilaze
proteaze
β-glucanaze
Polimeri solubili în apă din peretele
bacterian
β-glucani, xilani
Creșterea vâscozității
Formarea de geluri
β-glucanazele
Zdrobire
Obținerea malțului
Fermentatie
Clonarea genei β-glucanazei
EG I, T. reesei în orz
Clonarea genei EG I, T. reesei
în sușa drojdiei
EG I secretată în m. cultură
Descreșterea vâscozității
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria alimentară
β-glucanazele
c56technologies.com/
β-glucanazele
după
Zdrobire
Fermentatie
Glucanaza din R. miehei , Zhou et al., Biological
Crystallography, 2013, 69 (10), 2027
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria alimentară
Enzimele în industria vinului / producerea sucurilor
β-glucani ↓ în struguri, fructe
celulaze
pectinaze
hemicelulaze
Scopul utilizării enzimelor
Macerarea mai bună a pieliței
Îmbunătățitea culorii de extracție
Clarificarea/filtrarea mai ușoară
Creșterea stabilității/calității vinului
Coctail cu celulaze
Producerea sucului de fructe
Tratamentul co-produșilor obținuți
Îmbunătățirea randamentului de extracție
Îmbunătățirea eficacității întregului proces
Celulaze, hemicelulaze
Ruperea pereților celulari
(citrice)
Izolarea pectinei
↑ suc, ulei, polizaharide, proteină↑
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria alimentară
Enzimele în industria panificației
Conținutul semințelor de cereale
66-76% carbohidrați
8-11% proteine
2-4% lipide
1-2% minerale
carbohidrații
55-70% amidon
1,5-8% arabinoxilani
0,5-7% β-glicani
3% zaharuri
2,5% celuloză
1% glucofructaniEnzime care degradează amidonul
-amilaze
β-amilaze
gluco-amilaze izoamilaza
pulanazadesfacerea ramificațiilor
Amilomaltaz transferaza
Ciclodextrin glicozil transferaza
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria alimentară
Enzimele în industria panificației
Enzime care nu degradează amidonul
pentozanazele
hemicelulazele
xilanazele
Manipularea cocăi
Umflare superioară
Îmbunătățirea structurii crustei
Proteine din gluten
Gliadine (prolamine); 30-80 KDa
Glutenine (55-70%)
Dimensiuni mari 100 KDa - MDa
multe punți –S-S-
la capetele terminale ale lanțurilor
Lanțuri mici < 90 KDa
Lanțuri mari > 90 KDa
7. Aplicații ale enzimelor
7.2. Enzimele în industria alimentară
Enzimele în industria panificației
Transglutaminaza (protein glutamin -glutamil transferaza)
Transferul grupelor acil între gruparea -carboxiamidică a glutaminei
Amine primare (ɛ-NH2 din lizină)
Reticulare între proteine
Efecte pozitive asupra produselor derivate din grâu
Reducerea timpului de lucru
Descrește absorbția apei de către aluat
Crește volumul și stabilitatea aluatului
Crește calitatea la gătire – folosirea fâinurilor de grâu
“slabe” calitativ
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria alimentară
Enzimele în industria panificației
Asparaginaza
Asparagina Acid aspartic + amoniacE
Zaharuri
Reducătoare
t > 120 oC
acrilamida Potențial carcinogenWHO
Studii model
↓ 90% acrilamida
Asparaginaza + o hidrolază
↓ nivelul acrilamidapâine
aluat foi
prăjituri
covrigi
prăjituri
turtă dulce
prajitură cu ghimber
pâine crispi
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria textilă
Celulazele din fungi
T. reesei
H. insolens
5 endoglucanaze (EG I – EG V)
2 celobiohidrolaze (CBH I , CBH II)
2 β-glucanaze (BGL I – BGL II)
> 5 endoglucanaze (EG I – EG V)
2 celobiohidrolaze
β-glucozidaze
pH ↑ T↑ comparative cu
celulazele din T. reeseiAplicații în ind. textilă
pH ≈ 5; T < 55 0C
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Avantajele folosirii enzimelor
Concentratii
reduseActioneaza
la T mica
Biodegradabilitate
Amestecuri adaptate
de enzime hidrolitice
Marirea performantei
detergentilor moderni
Atuurile enzimelor
Activitate hidrolitica ridicata
Specificitate redusa
Functionali la pH alcalin/
prezenta inalbitorilor
Enzimele modificate:
activitate mare 20 – 40 C
www.kaolaundry.com.sg
ww
w.b
uyk
ore
a.o
rg
Avantajele folosirii enzimelor
o Actioneaza si la T miciEnergie redusa
o Reduc semnificativ cantitatea de detergent
1980 - 5 Kg rufe 275 g detergent
Azi - 5 Kg rufe 65-80 g detergent
o Detergentii care nu contin enzime
Mai putin competitivi Performata redusa
Din punct de vedere ecologic
o Alte substante din detergentii actuali
Surfactanti Indepartarea particulelor de murdarie (sol)
Agenti de inalbire
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Conditiile de spalare
o Parametrii (T, pH, c)
Actiunea sinergetica a enzimelor + alte ingrediente
Amestecul enzimatic Proteaze
Amilaze
Lipaze
Indepartarea
particulelor de sol
murdariei din produsele naturale
7. Aplicații ale enzimelor
7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor
Obtinerea unor enzime cu proprietati imbunatatite
Inginerie genetica – utilizarea plasmizilor
Noi abordari de obtinere a unor enzime noi:
http://openwetware.org/
A. Cautarile metagenomice
B. Amestecarea genelor
http://www.tankonyvtar.hu/
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Obtinerea unor enzime cu proprietati imbunatatite
Guven et al., Electroanalysis (2010) 22: 765-775
C. Utilizarea de librarii genetice
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Hidrolaze din detergenti
Proteazele alcaline
M ~ 24 KDa
Efectul: hidroliza legaturilor peptidice
indepartarea proteinelor de pe fibra
pHoptim = 10-11
Toptima = 60 oC
Functia: îndepărtarea resturilor de iarbă, mucus,
excremente, sânge, sos, spanac,
produselor alimentare (gălbenușului de ou)
Shawale-Enzyme Everywhere-1996
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Hidrolaze din detergenti
Proteazele alcaline - subtilizina
Bacillus licheniformis
Structura cristalina a proteazei alcaline (B. lentus)
Triada catalitica Asp 32-His62-Ser215 (cian)
Galben: ioni de calciu
Goddette et al., J. Mol Biol. (1992) 228: 580-595
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Hidrolaze din detergenti
Proteazele alcaline – subtilizina- serin proteaze
Reactia de hidroliza mediata de serin proteaze
Reactia de acilare – etapa determinanta de viteza
Reactia de dezacilare – viteza de 33 mai mare decat acilarea
Branden & Tooze (1999) Introduction to protein structure. Garland Publishing, Inc.
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Hidrolaze din detergenti
Proteazele alcaline - subtilizina
Subtilizinele din detergenti M ~ 24 KDa
Maurer K.-H., Curr. Op. Biotehn, (2004) 15: 330-334
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Obtinerea unor enzime – proces de fermetatie
http://www.nytimes.com/
carlschrammel.wordpress.com
www.equipnet.com
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Fermentatie - multiplicarea microorganismelor
Producerea de serin proteaze
(extracelular)
Scindarea proteinelor
(mediu)
Peptide/aminoacizi
Proteine proprii/Energie
Proliferare
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Etape 1. Sinteza enzimelor
microorganisme
2. Prelucarea materialului
rezultat din fermentatie
- separarea;
- dezactivarea
microorganismelor;
- concentrarea;
- purificarea;
3. Obtinerea produsului finit
4. Costurile de productie
- 35% (1);
- 15% (2);
- 50% (3).
1
2
3
Producerea de enzime
Rahse- ChemBioEng (2014) 1(1): 27-39
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in
industria detergentilor
Hidrolaze din detergenti
-Amilaze
M ~ 40-50 KDa
Efectul: hidroliza legaturilor
-1,4-glicozidice (polizaharide)
indepartarea amidonului
pHoptim = 8
Toptima > 60 oC
Functia: îndepărtarea pastelor,
sosurilor (de carne),
budincii, cacao (ciocolată)
alimentelor pentru copii
cartofi
-Amilaza microbiana
de Souza, Br. J. Microbiol. (2010)
41: 850-861
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Acoperirea proteazelor
Excipienti solizi: Na2SO4, PEG
pubs.rsc.org
1. Granule acoperite
cu un strat inert
2. Granule cu centru inert
acoperite de enzime
si strat inert
3. Granule de enzima acoperite
cu un strat inert interior/exterior
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Celulazele
M ~ 52 KDa
Efectul: hidroliza legaturilor -1,4-glicozidice (din celuloza amorfa)
descompunerea microfibrilelor, îndepărtarea murdăriei solide
pHoptim = 7-10
Toptima = < 60 oC
Functia: Obtinerea de fibre fine proeminente;
Intensificarea culorii, previne albirea
Joana L. A. Brás et al. PNAS 2011;108:5237-5242
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Celulazele
descompunerea microfibrilelor
Lanturi de celuloza (galbena) aflate
in exteriorul microfibrilelor de celuloza cristalina
7. Aplicații ale enzimelor
7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor
Celulazele - descompunerea microfibrilelor
Celulaza (T. reesei) – 3 subdomenii
un domeniu care leagă carbohidrații
un domeniu intermediar peptidic (cu polizaharide grefate)
un domeniu catalitic + lanț polizaharidic atașat
http://www.nrel.gov/continuum/deliberate_science/
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Hidrolaze din detergenti - celulazele
www.emeraldbiology.com
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Lipazele
M ~ 52 - 67 KDa
Efectul: hidroliza gliceridelor
pHoptim = 10
Toptima = 60 oC
Functia: Indepărtarea uleiurilor, margarinei, grăsimilor, cosmeticelor
(make up, cremelor de soare, rujului)
Lipaza din P. mendocina
http://www.iitg.ernet.in/tldb/ Pseudomons mendocina si
particule de hematita
https://microbewiki.kenyon.edu
Aplicații ale enzimelor
Enzimele utilizate in industria detergentilor
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria chimică
https://www.bocsci.com/
Avantajele utilizării sintezei enzimatice
Enantioselectivitate de până la 99%
Reacția în condiții blânde
(soluții apoase diluate, t < 50°C)
Sinteze “prietenoase” cu mediul
https://www.bocsci.com/
R.T. , pH = 5
Arun, C. Sivashanmugam, P. (2015),
Process Safety and Environmental Protection
94, 471-478 .
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria chimică
Aplicații ale enzimelor
Enzimele în industria chimică
Tachykinin NK1 receptor
PNAS, 2012 109 (2) 363-364