Proteasa

De Viquipèdia
(S'ha redirigit des de: Proteases)
Salta a la navegació Salta a la cerca
Infotaula de proteïnaProteasa
Nombre ECE.C.3.X.Y.Z
Proteòlisi

Les proteases o proteïnases són uns enzims presents en animals, plantes, bacteris, arqueobacteris i virus, encarregats de trencar seqüències polipeptídiques mitjançant la reacció d'hidròlisi dels enllaços peptídics que conformen les proteïnes, donant lloc a pèptids més petits o a aminoàcids individuals. Aquests enzims han evolucionat per fer aquestes reaccions mitjançant nombrosos mecanismes diferents i diferents classes de proteases poden realitzar la mateixa reacció mitjançant mecanismes catalítics completament diversos.[1]

Amb relació a la velocitat de la reacció d'hidròlisi, les proteases mostren una clara dependència pel que fa a l'ús de catalitzadors. Es calcula que en absència d'aquests, en una solució neutra a 25 °C la lisi de l'enllaç peptídic tardaria de l'ordre de centenars d'anys.[2]

Aquests enzims participen en una àmplia varietat de processos biològics com la digestió de proteïnes ingerides en la dieta, la coagulació de la sang,[3] la funció immunitària[4] la maduració de prohormones,[5] la formació dels ossos[6] i la mort cel·lular[7].

Classificació de les proteases i les peptidases[modifica]

Existeixen diversos tipus de classificacions de les proteases i les peptidases que tenen en compte el lloc d'hidrolització, el tipus d'aminoàcid present al centre actiu o el valor de pH òptim per a l'activitat de l'enzim.

Segons el lloc d'actuació i l'aminoàcid present al centre actiu[modifica]

Segons el lloc d'actuació, les proteases i peptidases es classifiquen en exopeptidases i endopeptidases, i dins d'aquestes dues categories entren en una classificació segons l'aminoàcid present al seu centre actiu.

Exopeptidases[modifica]

Trenquen els enllaços peptídics dels extrems de la cadena polipeptídica alliberant d'aquesta manera els aminoàcids terminals. Les exopeptidases alhora es classifiquen en aminopeptidases i carboxipeptidases (hidrolitzen l'extrem carboxil lliure).[8]

Aminopeptidases[modifica]

Les aminopeptidases han estat trencades parcialment deixant l’extrem N-terminal de la cadena del polipèptid lliure. Seguidament, es retira la metionina N-terminal, ja que no hauria d’estar present a causa de possibles efectes adversos, generalment les aminopeptidases són enzims intracel·lulars, tot i que hi ha una excepció extracel·lular en Aspergillus oryzae.[8]  

Les aminopeptidases es troben en un ampli rang de microorganismes, com poden ser bacteris i fongs.

Carboxipeptidases[modifica]

Les carboxipeptidases disposen d’una elevada activitat catalítica a l’extrem C-terminal del polímer dels aminoàcids.

Endopeptidases[modifica]

Les endopeptidases trenquen l’enllaç peptídic a una certa distància del substrat. Són classificades per la diferència de grup funcional al seu centre actiu[9]

Serina proteases[modifica]

Les serina proteases són hidrolases que degraden els enllaços peptídics de péptids i proteïnes. Aquestes proteïnes tallen la cadena polipeptídica al costat carboxil d'aminoàcids específics, és a dir, reconeixen seqüències de l'estructura primària.

L'alt grau d'homogenitat en la conformació estructural d'aquesta classe de proteïnes sugereix una relació evolutiva entre elles.

Exemples de serina proteases són la tripsina (que talla pel costat carboxilat dels residus bàsics) o la quimiotripsina (que talla pel costat de residuus hidrofóbics).

Treonina proteases[modifica]

Les treonina proteases són una família d'enzims proteolítics que contenen un residu de treonina al lloc actiu. Mitjançant l'alcohol secundari del N-terminal d'aquesta treonina com a nucleòfil es produeix la càtalisi, que consta de dues etapes:

  • En primer lloc, el nucleòfil ataca el substrat per formar un intermediari acil-enzim, alliberant el primer producte.
  • A continuació, aquest intermediari s’hidrolitza per regenerar l'enzim lliure i alliberar el segón producte.

Les treonina proteases són un dels components principals del proteasoma. Alguns exemples d'aquesta família de proteïnes serien el proteasoma d'arqueus, component beta o l'ornitina acetiltransferasa.

Mecanisme de reacció de l'escissió mediada per cisteïna proteasa d'un enllaç peptídic
Cisteïna proteases[modifica]

Les cisteïna proteases (o tiol proteases), són hidrolases que presenten un tiol de cisteïna nucleòfil al centre actiu.

El primer pas del seu mecanisme de reacció consisteix en la desprotonació del tiol de l'enzim per un aminoàcid adjacent amb una cadena lateral bàsica. El següent pas és l'atac nucleofílic del sofre aniónic de la cisteïna desprotonada sobre el carboni carbonílic del substrat. Com a resultat, s’allibera un fragment de substrat amb un extrem amino, el residu de la histidina de la proteasa torna a la seva forma desprotonada i es forma un intermediari de tioèster que uneix el nou carboxi-terminal del substrat amb el tiol de la cisteïna. Posteriorment, l'enllaç tioester s’hidrolitza per generar una fracció d'àcid carboxilic al fragment de substrat restant, a la vegada que es regenera l'enzim lliure.

Les cisteïna proteases exerceixen funcions molt diverses com poden ser el creixement, desenvolupament i mobilització de proteïnes, participació en vies de senyalització, la resposta a l'estrès o la senescència. Algunes proteïnes d'aquesta família són la papaïna, la caspasa-1 o a Catepsina K.

Aspartat proteases[modifica]

Les aspartat proteases es troben àmpliament distribuides en plantes, algues, animals, fongs i virus. A la base de dades MEROPS - the Peptidase Database, es troben classificades en catorze famílies, bàsicament a partir de l'homologia en la seva corresponent seqüència d'aminoàcids.

Formen un heterodímer consistent en dues subunitats variants. Les làmines beta provenen de l'estructura secundària. Aquest enzim necessita dos residus aspartat al centre actiu per tal de formar la molècula activada. Al centre catalític conté un motiu Asp-Thr-Gly.  És inhibida per pepsatina A.

Mecanisme d'acció: Actuen en els enllaços peptidis. Els residus d'aspartat estan situats a la cadena beta. L'enllaç peptidic es trencat per l'acció nucleòfila. La molècula d'aigua té un paper destacat en la catàlisi de la reacció. Connectada als residus aspartat a partir d'un pont d'hidrogen.

El nucleòfil és una molècula d'aigua polaritzada pels residus aspartat de la proteasa. Un d'ells absorbeix un protó i l'aigua que està carregada ataca el carboni carboxil del substrat. Com a resultat es forma un intermediari, que és un oxoanió. Els residus aspàrtics estan molt conservats.

Aquesta proteasa trenca ponts dipeptídics que contenen grups hidrofòbics i residus de beta-metilè. Els estats de protonació dels residus d'àcid aspàrtic són importants per determinar les constants catalítiques. El punt isoelèctric de l'enzim és 3-4,5[10]

Metal·loproteases[modifica]

Les metal·loproteases són qualsevol enzim proteolitic que inclogui un metall en el seu mecanisme catalític, també són el tipus de proteases més diverses dins els apartats esmentats, la majoria de metal·loproteases majoritàriament conten zinc. Es troben normalment en fongs, tot i que hi ha diverses fonts d’origen, com poden ser collagenases provinents d’organismes pluricel·lulars, toxines provinents de serps i termolisines de bacteris. El seu pH òptim, depenent del tipus de proteasa, oscil·la entre el rang de valors de 5 fins a 9.Aquestes són molt sensibles a agents quelants com per exemple l'EDTA i en canvi no els afecten els inhibidors de cisteïna com el grup sulfhidril.[9]

Basant-nos en l'especificitat de la seva acció podem classificar-les en quatre grups, aquests són:

Neutral: Mostren especificitat per aminoàcids hidrofòbics, un exemple seria la termolisina la qual és provinent de Bacillus stearothermophilus, és un pèptid simple sense ponts disulfur.

Alcalí: Les metal·loproteases alcalines presenten un rang d'especificitat per a diferents aminoàcids més elevat en comparació amb les neutrals. Un dels organismes productors és Pseudomonas aeruginosa i Serratia spp.

Myxobacter I: S'uneixen a residus petits d'aminoàcids al costat de la proteòlisi

Myxobacter II: Presenten especificitat per residus de lisina pròxims a el N terminal.

El seu mecanisme d'acció depèn de la presència de cations divalents, i pot ser inactivat per diàlisi, o bé per agents quelants, la majoria d'aquest tipus d'enzims contenen el motiu His-Glu-Xaa-Xaa-His, el qual s'ha observat per cristal·lografia de raigs X que forma part del lloc d'unió del metall, com s'ha comentat normalment zinc.[8]

Glutamat proteases[modifica]

Les glutamat proteases contenen un residu d'àcid glutàmic i glutamina al seu centre actiu. Principalment es troben en fongs patògens que afectent plantes i humans. Les treonina proteases i les glutamat proteases no van ser descrites fins a l'any 1995 i 2004, respectivament.

Segons el pH òptim d'actuació[modifica]

Alternativament, les proteases també es poden classificar segons el pH òptim d'actuació en:

Proteases de pH àcid o proteases àcides[modifica]

Presenten la màxima activitat i estabilitat en condicions de baix pH (pH 2,0-5,0) i s’inactiven a valors de pH superiors a 6,0. Les proteases àcides tenen un punt isoelèctric baix i tenen pocs aminoàcids bàsics. En la indústria alimentaria se n'utilitzen majoritàriament dues: les d'Aspergillus, a causa de la seva similitud a la pepsina, i les de Mucor, similars a la quimiosina.

Proteases de pH neutre[modifica]

Presenten activitat i estabilitat màximes en pH neutres (6-7). Tenen un temps de resposta curt, produeixen poques emissions quan són utilitzades en la indústria i tenen una gran adaptabilitat a les condicions de reacció. Es caracteritzen per tenir un divalent (Mg2+, Zn2+ o Ca2+) unit al lloc actiu. Es dividideixen en quatre categories depenent del seu mecanisme de catalisi: serina proteases, aspartic proteases, cisteïna proteases i metaloproteases. Tot i que es troben a tot tipus d'organismes, les més utilitzades industrialment són les bacterianes, especialment les produïdes per Bacillus subtilis i Bacilus licheniformis.[11]

Proteases de pH bàsic o proteases alcalines[modifica]

Presenten activitat i estabilitat màximes en un rang de pH de neutre a alcalí (7-12) i una temperatura de 60 a 80 °C. Tenen un punt isoelèctric alt i pocs aminoàcids àcids. Són estables quan es troben associades a agents quelants i perborats. Tenen una immensa importància económica ja que comprenen un terç del mercat de detergents i són molt utilitzades en la indústria de la seda, la fabricació de cervesa, la indústria farmacéutica i per al processament d'aliments.[12] A part d'aquestes classificacions, també hi ha classificacions més complexes com la classificació que recull la base de dades MEROPS - the Peptidase Database, que té en compte les similituds en l'estructura tridimensional, l'origen evolutiu, etc.

A part d'aquestes classificacions, també hi ha classificacions més complexes com la classificació que recull la base de dades MEROPS - the Peptidase Database, que té en compte les similituds en l'estructura tridimensional, l'origen evolutiu, etc.

Fonts de proteases[modifica]

Plantes[modifica]

Les plantes s’utilitzen com a font de proteases, les proteases obtingudes, depenen de diverses coses, obviament tant de la varietat de la planta com per exemple: l’accessibilitat del sòl de cultiu, o evidentment del clima per tal del seu creixement. Un exemple de proteases provinents de les plantes serien la papaïna (produïda a partir de la papaia), la qual té propietats de digestió de proteïna a un ampli rang de pHs. Un altre exemple seria la bromelina, la qual és obtinguda de fulles i pela de pinyes.  

Animals[modifica]

Les proteases més conegudes d’origen animal són la tripsina, quimiotripsina, la pepsina i la renina.

La primera esmentada per exemple es troba a l’intestí i és responsable d’hidrolitzar proteïnes que es troben en aliments. La quimiotripsina, es troba a productes excretoris del pàncrees per exemple i finalment, la pepsina es produeix com a precursor inactiu a l’estómac de tots els mamífers. Per l’acció del seu corresponent enzim passa a la seva forma activa, qualsevol d'aquestes proteases la seva principal utilitat és en detergents, parlant de la indústria alimentària són usades per realitzar un quall estable per tal d'aconseguir el milllor gusti textura possible.

Microorganismes[modifica]

Les proteases que actualment es troben al mercat són obtingudes de microorganismes, ja que confereixen una gran quantitat d'avantatges, així són: la seva elevada producció, l’espai reduït que requereix la seva cultivació, a més a més, presenten una fàcil manipulació genètica combinada amb una alta diversitat. Bàsicament, contenen característiques interessants així fent-los apropiats per aplicacions biotecnològiques.[8]

Actualment, la demanda de proteases provinents de plantes i animals supera la seva oferta en el sector industrial, és per això, que les proteases derivades de microorganismes supera un 40% de les vendes totals d’enzims. Aquestes proteases poden ser extretes de diferents microorganismes, com poden ser fongs i bacteris normalment modificats genèticament.[13]

Fongs[modifica]

Les proteases provinents de fongs, són un atractiu pels investigadors a causa del seu ampli rang d'especificitat de substrat, estabilitat sota condicions desfavorables (rang de pH d'entre 2 i 11), l'alta diversitat i la seva separació del miceli a partir d'una simple filtració. Destacant en aquests àmbits més que les proteases d'origen bacterià, tot i això, tenen una pitjor tolerància de la temperatura envers les bacterianes.

En la indústria de producció de formatge, s'utilitzen proteases àcides provinents del fong, a causa del seu rang òptim de pH, en canvi, les alcalines, són usades en modificació de proteïnes dels aliments.

Aquestes fan ús bàsicament en la modificació de proteïnes d'aliments i destaquen per ser reconegudes més segures que les d'origen bacterià (GRAS). D'entre totes les proteases provinents dels fongs, les del gènere Aspergillus són les més emprades[8]

Bacteris[modifica]

Les proteases provinents de bacteris, són majoritàriament del tipus neutral i alcalines. Ambdós tipus tenen una tolerància a la temperatura relativament baixa, així doncs, no es veuen pràcticament afectats per la temperatura, això permet un major control de la seva reactivitat.

Concretament, les proteases neutres, en aquest cas generen menys acidesa a les proteïnes hidrolitzades comparant-les amb les proteases d'origen animal, una d'aquestes seria la neutrasa, la qual és insensible als inhibidors naturals de proteases provinents de plantes, per tant, és útil a la indústria del pa.

Posant un exemple de proteasa alcalina, el seu pH òptim se sap que és de 10 i la seva temperatura al voltant de 60 °C, aquestes propietats les fan idònies per a la producció de detergents.[8]

Les proteases provinents de bacteris, son majoritariament alcalines. Aquestes tenen un significant impacte econòmic a indústries tal com l’alimentària, fabricació de pells, sedes, detergents gràcies a una alta producció i activitat catalítica, el gènere més emprat és Bacillus.[9]

Les proteases a la indústria alimentària[modifica]

Les proteases s'utilitzen àmpliament a la indústria alimentària, principalment en el processament de productes làctics, pa, proteïna animal, proteïna vegetal, en l'estovament de la carn i en la síntesi de pèptids bioactius (els que han estat fabricats amb unes propietats biològiques específiques com a resultat d'una digestió parcial amb proteases). S'obtenen a partir de diversos tipus de fonts de proteïnes provinents d'aliments per tal d'usar-se com un ingredient en el menjar actual. L'objectiu final d'aquests enzims en l'àmbit alimentari és millorar les propietats funcionals del producte i la seva digestibilitat, la modificació dels aromes i els sabors, l'aparença i reduir les intoxicacions.[14] Alguns exemples són l'ús de proteases en la fabricació de formatge per convertir el sèrum de la llet en la proteïna hidrolitzada o l'ús de proteases microbianes i fúngiques per estovar la carn.[14]

Indústria cervesera[modifica]

Les proteases descomponen les proteïnes grans en proteïnes més petites o aminoàcids individuals. Això és vital en l'elaboració de la cervesa, ja que durant la fermentació cal assolir una concentració determinada de nitrogen. Els llevats necessaris per a l'elaboració de la cervesa utilitzen el nitrogen com a nutrient primari; aquest element es troba a totes les proteïnes, però els llevats prefereixen el nitrogen lliure. Les proteases són fonamentals per escindir proteïnes i proporcionar aquest nitrogen lliure al llevat. La gran varietat de proteases presents al mercat, perfectament caracteritzades, permeten als cervesers controlar el creixement dels llevats i la quantitat i la qualitat de l'escuma d'una cervesa.[15] Això és rellevant en aquest sector, ja que massa poca escuma pot fer que la cervesa sembli de menor qualitat, des del punt de vista estètic del consumidor.

La proteasa funciona conjuntament amb un altre enzim que trenca proteïnes, la peptidasa, per produir nitrogen lliure per al llevat de la cervesa.Un cop la proteasa ha finalitzat una descomposició preliminar de proteïnes, la peptidasa talla aquestes cadenes escurçades en molècules encara més petites. La peptidasa descompon aquestes molècules des de l'exterior, mentre que la proteasa les divideix pel centre. A causa de l'estructura de les proteïnes, això significa que l'acció de trencament de la peptidasa allibera finalment nitrogen per als llevats.[16]

Alhora, les proteases eviten que la cervesa adquireixi una terbolesa excessiva produïda generalment per una quantitat excessiva de proteïnes i polifenols o, en el pitjor dels casos, per una infecció bacteriana. L'enzim pot mitigar la presència de proteïnes precipitades i polifenols hidrolitzant-los, millorant la claredat de la beguda.[17]

Indústria del pa[modifica]

Els principals compostos del pa són el midó i el gluten. Aquest darrer té un gran impacte tant en la massa com en el producte final i es troba format entre altres elements, per una xarxa de proteïnes composta per glutenines i gliadines.

Les proteases s'utilitzen a gran escala en la producció de pa, productes de forn i galetes. Aquests enzims es poden afegir per disminuir la consistència de la massa, reduir el temps de barreja, garantir la uniformitat de la massa, modificar la força del gluten al pa, controlar la textura del pa i millorar el sabor. A més, les proteases han substituït al bisulfit, que anteriorment s'utilitzava per controlar la consistència mitjançant la reducció dels enllaços disulfurs de proteïnes del gluten, mentre que la proteòlisi trenca els enllaços peptídics. En tots dos casos, l'efecte es tradueix en un debilitament similar de la xarxa de gluten. Quan les proteases es barregen a la mescla, es produeix una hidròlisi parcial que torna la massa suau i fàcil de treure i pastar.

Aquests enzims tenen un gran impacte en la reologia de la massa i la qualitat del pa possiblement a causa d'efectes sobre la xarxa de gluten, la qual es troba formada per glutenines i gliadines.

Producció de formatge[modifica]

Mecanisme d'acció de la quimosina. La quimosina trenca l'enllaç peptídic de la κ-caseïna entre Phe 105 i Met 106. La part hidrofòbica es mostra en groc mentre que la part hidrofílica es mostra en rosa.

Coagulació del formatge[modifica]

La producció de formatge actualment té una gran dependència de les aspartat proteases, ja que aquestes són capaces d'hidrolitzar, per exemple, la caseïna. El quall, que conté entre d’altres quimiosina, ajuda a la hidròlisi d'un enllaç peptídic específic de la k-caseïna, proteïna present a la llet en l'elaboració de formatges. Aquest hidrolitza l'enllaç entre la fenilalanina i els residus de metionina. La funció principal de la k-caseïna és l'estabilització de la naturalesa col·loidal de la llet. La seva regió hidrofòbica N-terminal s'associa amb les regions lipòfiles de les molècules d'a- i b-caseïna, d'altra manera insolubles, mentre que la seva regió C-terminal carregada negativament s'associa amb l'aigua, evitant que les micel·les de caseïna és facin massa grans. La hidròlisi de l'enllaç peptídic làbil entre aquests dos dominis ajuden a l'alliberament d'un oligopèptid hidrofílic glicosilat i fosforilat (caseinomacropèptid) i la para-k-caseïna hidrofòbica. Això elimina l'efecte estabilitzador esmentant prèviament, permetent la coagulació de la llet per formar la quallada, que després es comprimeix i es converteixen en formatge. El procés de coagulació depèn de la temperatura i de la presència de calci.

Convencionalment, s'ha emprat sempre quall d'origen animal per coagular la llet per la fabricació de formatges de qualitat. L'augment de la demanda de formatge a incrementat la necessitat de quall de vedella, fet que ha impulsat el desenvolupament científic en la recerca per obtenir un mètode que permeti satisfer la necessitat de quall sense haver de recórrer a fonts animals. L'alternativa és fonamentalment l'ús de quall microbià sintetitzat per organismes com Rhizomucor pusillus, Rhizomucor miehei, Endothia parasitica, Aspergillus oryzae i Irpex lacteus.[18] Aquests llevats són modificats genèticament per incorporar la seqüència d'ADN que codifica per la quimiosina, la qual expressen de forma recombinant.

Maduració del formatge i reducció de l’amargor[modifica]

Amb l'ajuda de proteases s'obté una maduració accelerada del formatge que es tradueix en una millora del sabor i la textura del producte. La intensitat del sabor del formatge augmenta gràcies a la combinació de proteases neutres i peptidases microbianes, conjuntament amb l’ús de quall microbià que redueix la intensitat de l'amargor produïda com a resultat dels pèptids formats.

La suma de proteases exògenes i extractes sense cèl·lules del gènere Lactococcus permeten la maduració. Els enzims que s'empren utilitzat per accelerar la maduració del formatge inclouen serina proteases microbianes, proteases neutres, lactases i lipases.[19]

Procés d'estovament de la carn[modifica]

S’utilitzen proteases exògenes per tal de millorar el procés d'estovament de la carn, procés en el qual la carn es torna més tova i més suculenta. Les proteases tradicionalment utilitzades per a dur a terme aquest procés són extractes de plantes que contenen enzims proteolítics. No obstant, proteases d'origen microbià estan començant a ser explotades per al procés de l'estovament.

Alguns músculs específics d'animals vells poden arribar tenir una gran duresa causada per la força d'unió dels teixits connectius o bé la insuficiència de capacitat proteolítica enzimàtica d'estovar la carn postmortem. Així doncs aquests músculs romanen durs fins i tot al final del procés d'envelliment. Hi ha un gran interès en l'activitat proteolítica de diverses plantes com per exemple la papaia o les bromèlies, que contenen, respectivament, papaïna i bromelina.[20]

Clarificació de sucs[modifica]

Els sucs de fruita normalment són tèrbols a causa de diversos tipus de proteïnes que contenen. Per tal de clarificar-los s’utilitzen proteases àcides específiques, com per exemple aspergillopepsina I, Novoenzyme, o papaïna. Aquests enzims redueixen la quantitat de proteïnes i les solucions de sucs són més clares. S’aconsegueix una millor clarificació del suc amb la combinació d'un procés tèrmic tractat amb proteases.[10]

Indústria marina[modifica]

La indústria marina és molt important en l'àmbit alimentari, on proteases provinents d'un ambient marí o d'altres fonts troben moltes aplicacions en l'elaboració i processament d'aliments marins. La funció principal d'aquestes és ajudar a la descamació i l'eliminació de la pell causant els mínims danys possibles a la carn i fugint dels mètodes mecànics convencionals.

Escorxament i descamatge del peix[modifica]

L'escorxament és de vital importància pel que fa a millorar l'aspecte del producte i a evitar el mal gust i el canvi de color i d'olor. Normalment aquest procés es fa mitjançant l'ús de pepsina a baixes temperatures de reacció.[21]

El procés de descamació és similar a l'anteriorment mencionat, en aquest cas el que es pretén és degradar les proteïnes que actuen com a nexe entre les escates i la pell. L'ús de proteases àcides a baixes temperatures de reacció permet eliminar les proteïnes que intervenen en l'adhesió de les escates sense afectar a la carn.[22]

Elaboració del caviar[modifica]

Les proteases adquireixen un paper fonamental en el processament dels ous del caviar. Aquestes intervenen en el primer pas de la preparació, que consisteix a separar cadascun dels ous del sac d'ous (ovari). Si aquest procés es du a terme manual o mecànicament una gran part del producte és destruïda, per aquesta raó, s'empren metal·loproteïnes com les col·lagenases per aconseguir una suau separació mitjançant la degradació del teixit connectiu dels ovaris.[23] Per aquest procediment també es poden utilitzar altres proteases com la pepsina, normalment extreta d'organismes poiquiloterms. Aquestes proteases són altament actives a baixes temperatures, la qual cosa resulta avantatjosa, ja que l'activitat de l'enzim es desactiva fàcilment augmentant la temperatura, sempre sota la temperatura de desnaturalització de les proteïnes. Alhora el fet que la reacció es produeixi a baixes temperatures impedeix el creixement bacterià durant el procés enzimàtic.

Hidrolitzat de peix[modifica]

Els hidrolitzats de peix s'empren majoritàriament com a ingredients alimentaris o pinsos, obtenint per exemple farines o olis a base de peix. En funció de la font de l'hidrolitzat, aquests poden arribar a contenir una gran quantitat d'aminoàcids essencials (fins a 970 ng/mL) i no essencials (fins a 709,2 ng/mL), fet que fa que l'hidrolitzat de peix resulti atractiu també com a possible suplement nutricional.

Aquests es preparen mitjançant una digestió extensa de peixos pelàgics i residus de peix com ara els ossos, el cap, el fetge, la pell i les vísceres utilitzant enzims proteolítics, donant lloc a pèptids de 2-20 aminoàcids.

Sabors i aromes marins[modifica]

Les proteases endògenes i exògenes tenen un paper molt important a l'hora d'extreure compostos aromàtics del peix i el marisc.[24] Aquests s'empren com additius en productes que simulen estar fets a base de cranc, en embotits a base de peix i en aliments d'origen asiàtic com el kamaboko. El procés de producció consisteix en la degradació de la matèria primera per hidròlisi enzimàtica, la inactivació tèrmica dels enzims, separació d'ossos i closques, filtració o centrifugació i concentració dels potenciadors del sabor.[25]

Pinsos[modifica]

A la indústria del pinso, l’ús de proteases és molt extès. Gairebé tots els pinsos comercials contenen fitasa, que actúa fent que els fósfors lligats al grup fitat que es troben als pinsos vegetals siguin assimilables per porcs i aus de corral. Tot i que també es solen utilitzar altres tipus de proteïnes (com xilanases, ß-glucanases, amilases...) les proteases són un grup amb una gran relevància.

Els animals monogàstrics (com els porcs o les aus), produeixen proteases digestives com la pepsina, tripsina o quimiotripsina i digereixen les proteïnes del pinso fins a un cert grau. S’ha trobat una fracció de proteïna  ingerida a les restes fecals de diferents animals utilitzats a la indústria càrnica. Aquest fet, demostra la utilitat d’afegir proteïna exógena al pinso per tal d’augmentar el percentatge d’assimilació de proteïna d’aquests animals i així aprofitar més els recursos.[26]

Encara que l’utilització de proteases al pinsos aporta enormes beneficis a la indústria alimentària, aquesta pràctica no ha sigut tan estudiada com l’ús d’altres enzims marcant així un possible futur camp d’ investigació que podria ser molt interessant.

Previsió de futur[modifica]

Actualment a la indústria alimentària, hi una constant busca de nous enzims amb propietats digestives i processadores d’aliments. Concretament enzims termoestables i psicrofílics són significants en processos industrials ja que poden ser utilitzats en diferents condicions de temperatura sense desnaturalització. També s’està dissenyant estructures de proteïnes amb eines informàtiques per tal de satisfer els requeriments de l’industria. Hi ha una bona previsió de futur en l’enginyeria d’enzims per a un ús adequat i millorat a la indústria.

En quant al mètode d’utilització d’aquests enzims, actualment es duu a terme una recerca exhaustiva en el camp de les enzims immobilizats[27]. La immobilització de les proteases és un requisit general pel seu ús en certs processos de  la indústria alimentària per tal de reutilitzar biomacromolècules que poden tenir un cost elevat. A més, aquesta pràctica elimina els problemes d’agregació enzimàtica ,estabilitat operacional  i autòlisi que poden patir els enzims.[28]

Proteases microbials destacades recentment[modifica]

L’alcalasa és una barreja de proteases inicialment obtinguda de Bacillus Subtillis (microorganisme capaç de produir diverses proteases extracelulars)[27]. La primera d’aquestes proteases és la subtilisina, que inicialment era utilitzada a la industria del detergent. Recentment, s’han descobert diverses aplicacions d’aquesta proteina en la modificació d’aliments. Un exemple és la disminució de la reactivitat a la IgE que presenten les proteïnes del cacauet fregit, fet que podria comportar una devallada de l’alergenicitat del cacauet en aliments tractats amb la proteasa.[28]

La termolisina, és una endopeptidasa termoestable de zinc que s’obbté del Bacillus thermoproteolyticus[27].  Recents investigacions mostren que mitjançant la hidròlisi sequencial d’una preparació comercial d’un hidrolitzat de caseïna bovina amb tripsina i termolisina immobilitzada s’obtenen diversos pèptids que poden tenir funcions animicrobianes, antihipersensitives i protecció de la mucosa gastrointestinal.[29]

Referències[modifica]

  1. «Proteasa». L'Enciclopèdia.cat. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  2. Radzicka, Anna; Wolfenden, Richard «Rates of Uncatalyzed Peptide Bond Hydrolysis in Neutral Solution and the Transition State Affinities of Proteases». Journal of the American Chemical Society, 118, 26, 01-01-1996, pàg. 6105–6109. DOI: 10.1021/ja954077c. ISSN: 0002-7863.
  3. Walsh, Peter N.; Ahmad, Syed S. «Proteases in blood clotting». Essays in Biochemistry, 38, 2002, pàg. 95–111. DOI: 10.1042/bse0380095. ISSN: 0071-1365. PMID: 12463164.
  4. Hiraguchi, Yukiko; Nagao, Mizuho; Hosoki, Koa; Tokuda, Reiko; Fujisawa, Takao «Neutrophil Proteases Activate Eosinophil Function in vitro». International Archives of Allergy and Immunology, 146 Suppl 1, 2008, pàg. 16–21. DOI: 10.1159/000126055. ISSN: 1423-0097. PMID: 18504401.
  5. Lazure, C.; Seidah, N. G.; Pélaprat, D.; Chrétien, M. «Proteases and posttranslational processing of prohormones: a review». Canadian Journal of Biochemistry and Cell Biology = Revue Canadienne De Biochimie Et Biologie Cellulaire, 61, 7, 1983-07, pàg. 501–515. DOI: 10.1139/o83-066. ISSN: 0714-7511. PMID: 6354396.
  6. Einhorn, T. A.; Majeska, R. J. «Neutral proteases in regenerating bone». Clinical Orthopaedics and Related Research, 262, 1991-01, pàg. 286–297. ISSN: 0009-921X. PMID: 1845859.
  7. Zhivotovsky, B.; Burgess, D. H.; Orrenius, S. «Proteases in apoptosis». Experientia, 52, 10-11, 31-10-1996, pàg. 968–978. DOI: 10.1007/BF01920106. ISSN: 0014-4754. PMID: 8917728.
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 8,5 Rao, Mala B.; Tanksale, Aparna M.; Ghatge, Mohini S.; Deshpande, Vasanti V. «Molecular and Biotechnological Aspects of Microbial Proteases». Microbiology and Molecular Biology Reviews, 62, 3, 1998-09, pàg. 597–635. ISSN: 1092-2172. PMID: 9729602.
  9. 9,0 9,1 Naveed, Muhammad; Nadeem, Fareeha; Mehmood, Tahir; Bilal, Muhammad; Anwar, Zahid «Protease—A Versatile and Ecofriendly Biocatalyst with Multi-Industrial Applications: An Updated Review» (en anglès). Catalysis Letters, 151, 2, 2021-02, pàg. 307–323. DOI: 10.1007/s10562-020-03316-7. ISSN: 1011-372X.
  10. 10,0 10,1 Nair, Indu C.; Jayachandran, K. Aspartic Proteases in Food Industry (en anglès). Singapore: Springer, 2019, p. 15–30. DOI 10.1007/978-981-13-3263-0_3. ISBN 978-981-13-3263-0. 
  11. Asghari, S.Mohsen «Remarkable improvements of a neutral protease activity and stability share the same structural origins». Protein Engineering, Design and Selection, Volume 23, Issue 8, agost 2010, 31-05-2010, pàg. 600.
  12. Varia, Ami D. «ALKALINE PROTEASE - A VERSATILE ENZYME». Alkaline protease under halophilic environment, maig 2019, pàg. 40.
  13. Chew, Lye Yee; Toh, Gaik Theng; Ismail, Amin. Application of Proteases for the Production of Bioactive Peptides (en anglès). Elsevier, 2019, p. 247–261. DOI 10.1016/b978-0-12-813280-7.00015-3. ISBN 978-0-12-813280-7. 
  14. 14,0 14,1 Tavano, Olga Luisa «Protein hydrolysis using proteases: An important tool for food biotechnology» (en anglès). Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 90, 01-06-2013, pàg. 1–11. DOI: 10.1016/j.molcatb.2013.01.011. ISSN: 1381-1177.
  15. Brey, Stephan E.; Costa, Samodh de; Rogers, Peter J.; Bryce, James H.; Morris, Peter C. «The Effect of Proteinase A on Foam-Active Polypeptides During High and Low Gravity Fermentation» (en anglès). Journal of the Institute of Brewing, 109, 3, 2003, pàg. 194–202. DOI: 10.1002/j.2050-0416.2003.tb00159.x. ISSN: 2050-0416.
  16. «Beer Enzymes: Enzymes In Brewing» (en anglès), 15-07-2019. [Consulta: 6 octubre 2021].
  17. Lopez, Michel; Edens, Luppo «Effective prevention of chill-haze in beer using an acid proline-specific endoprotease from Aspergillus niger». Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53, 20, 05-10-2005, pàg. 7944–7949. DOI: 10.1021/jf0506535. ISSN: 0021-8561. PMID: 16190654.
  18. Rao, Mala B.; Tanksale, Aparna M.; Ghatge, Mohini S.; Deshpande, Vasanti V. «Molecular and Biotechnological Aspects of Microbial Proteases». Microbiology and Molecular Biology Reviews, 62, 3, 1998-09, pàg. 597–635. DOI: 10.1128/mmbr.62.3.597-635.1998. ISSN: 1092-2172.
  19. Wilkinson, Martin G. Acceleration of Cheese Ripening (en anglès). Boston, MA: Springer US, 1993, p. 523–555. DOI 10.1007/978-1-4615-2650-6_14. ISBN 978-1-4615-2650-6. 
  20. Bekhit, Alaa A.; Hopkins, David L.; Geesink, Geert; Bekhit, Adnan A.; Franks, Philip «Exogenous proteases for meat tenderization». Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 54, 8, 2014, pàg. 1012–1031. DOI: 10.1080/10408398.2011.623247. ISSN: 1549-7852. PMID: 24499119.
  21. KIM, HYEUNG-RAK; SEO, HAE JEOM; BYUN, DAE SEOK; HEU, MIN-SOO; PYEUN, JAE-HYEUNG «Proteolytic enzymes from fish and their utilization». Fisheries science, 68, sup2, 2002, pàg. 1557–1562. DOI: 10.2331/fishsci.68.sup2_1557. ISSN: 0919-9268.
  22. Mackie, Lan «Fish and fishery products: Composition, nutritive properties and stability». Food Chemistry, 56, 2, 1996-06, pàg. 195–196. DOI: 10.1016/0308-8146(96)86829-4. ISSN: 0308-8146.
  23. XU, R.A.; WONG, R.J.; ROGERS, M.L.; FLETCHER, G.C. «PURIFICATION AND CHARACTERIZATION OF ACIDIC PROTEASES FROM THE STOMACH OF THE DEEPWATER FINFISH ORANGE ROUGHY (HOPLOSTETHUS ATLANTICUS)». Journal of Food Biochemistry, 20, 6, 1996-12, pàg. 31–48. DOI: 10.1111/j.1745-4514.1996.tb00583.x. ISSN: 0145-8884.
  24. Haard, Norman F. «A Review of Proteotlytic Enzymes from Marine Organisms and Their Application in the Food Industry». Journal of Aquatic Food Product Technology, 1, 1, 20-01-1992, pàg. 17–35. DOI: 10.1300/j030v01n01_05. ISSN: 1049-8850.
  25. Kim, D. S.; Baek, H. H.; Ahn, C. B.; Byun, D. S.; Jung, K. J. «Development and Characterization of a Flavoring Agent from Oyster Cooker Effluent». Journal of Agricultural and Food Chemistry, 48, 10, 09-09-2000, pàg. 4839–4843. DOI: 10.1021/jf991096n. ISSN: 0021-8561.
  26. Vibe Glitsoe, Lene. Catalyzing innovation. Development of a feed protease (Tesi) (en english), 2012. 
  27. 27,0 27,1 27,2 Tavano, Olga Luisa. Biotechnological Applications of Proteases in Food Technology. 
  28. 28,0 28,1 Abdelhedi, Ola. In silico analysis and antihypertensive effect of ACE-inhibitory peptides from smooth-hound viscera protein hydrolysate: Enzyme-peptide interaction study using molecular docking simulation (Tesi) (en english), 2017. 
  29. Adrio, Jose L. Microbial enzymes: tools for biotechnological processes (Tesi).