Proteasa
Les proteases o proteïnases són uns enzims presents en animals, plantes, bacteris, arqueus 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]
| Nombre EC | E.C.3.X.Y.Z |
|---|
Amb relació a la velocitat de la reacció d'hidròlisi, es calcula que en absència de proteases per catalitzar la reacció, 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
modificaExisteixen 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
modificaSegons 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
modificaTrenquen 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
modificaLes 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
modificaLes carboxipeptidases disposen d'una elevada activitat catalítica a l'extrem C-terminal del polímer dels aminoàcids.Aquests enzims es troben principalment al sistema digestiu i són secretats pel pàncrees juntament amb altres enzims pancreàtics.
Endopeptidases
modificaLes endopeptidases trenquen l'enllaç peptídic a una certa distància del substrat. Són classificades per la diferència de grup funcional al seu centre actiu[9] Alguns exemples són la tripsina, la quimiotripsina o la elastasa, produïdes pel pàncrees i el pulmó tot i que també poden ser produïdes per bacteris (com Bacillus thermoproteolyticus que produeix la termolisina).
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. Presenten un alt grau d'homogenitat estructural d'aquesta classe que suggereix una relació evolutiva entre elles.[10] Actualment s'utilitzen per diversos processos de la indústria alimentària i a la diagnosi clínica (factor de coagulació o tractament de càncer de pròstata).
Alguns exemples de serina proteases són la tripsina (que talla pel costat carboxilat dels residus bàsics) o la quimiotripsina (que talla pel costat de residus hidrofóbics).
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. Per tal de regenerar l'enzim i que aquest torni a l'estat inicial l'intermediari s'hidrolitza alliberant el segon producte.[11]
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.
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.
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[12]
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 col·lagenases 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 dos 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.
El seu mecanisme d'acció depèn de la presència de cations, 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.[8]
Les glutamat proteases contenen un residu d'àcid glutàmic i glutamina al seu centre actiu, anomenat diada catalítica, en portar residus de caràcter àcid al seu centre actiu, el seu pH òptim serà àcid, concretament quan treballen millor és a un pH de 2. Un exemple de glutamat proteasa seria l'Eqolisina, la qual prové de l'espècie de fong Scytalidium lignícola.
Principalment, aquest tipus concret de proteases es troben en fongs patògens que afecten plantes i humans.[13]
Segons el pH òptim d'actuació
modificaAlternativament, les proteases també es poden classificar segons el pH òptim d'actuació en:
Proteases de pH àcid o proteases àcides
modificaPresenten 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
modificaPresenten 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 ió 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.[14]
Proteases de pH bàsic o proteases alcalines
modificaPresenten 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.[15] 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
modificaPlantes
modificaLes plantes s’utilitzen com a font de proteases i aquestes poden variar depenent de diverses factors com són la varietat de la plantes, l'accessibilitat del sòl de cultiu, o del clima. Un exemple de proteases provinents de les plantes serien la papaïna (produïda a partir de la papaia), la qual digereix proteïnes en un ampli rang de pHs. Un altre exemple seria la bromelina, la qual és obtinguda de fulles i pela de pinyes.
Animals
modificaLes 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 millor gusti textura possible.
Microorganismes
modificaLes 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.[16]
Fongs
modificaLes 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.
Aquestes fan s'empren 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] A la indústria de producció de formatge, s'utilitzen proteases àcides provinents de fongs, a causa del seu rang òptim de pH.
Bacteris
modificaLes 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.
Les proteases provinents de bacteris, son majoritàriament alcalines. Aquestes tenen un significant impacte econòmic a indústries tal com l'alimentària, la fabricació de pells, les sedes i els detergents, tot això gràcies a una alta capacitat de producció i a més a més una alta activitat catalítica, el gènere més emprat del qual s'obtenen proteases bacterianes és Bacillus.[9]
Les proteases a la indústria alimentària
modificaLes 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.[17] 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.[17]
Indústria cervesera
modificaLes 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.[18] 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.[19]
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.[20]
Indústria del pa
modificaEls 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
La fabricació de formatge implica diferents etapes de transformació i concentració dels sòlids i del greix presents a la llet, per obtenir un producte sòlid o semisòlid, madurat o fresc, que és obtingut per coagulació total o parcial de la llet o derivats de la llet.[21]
Dins de la definició de formatge podem trobar molts tipus de formatge, on en funció de les característiques finals poden variar les seves etapes de producció, però existeixen etapes de producció comunes per la majoria de formatges. D’aquestes etapes comunes els enzims proteolítics participen activament en l’etapa de la coagulació. La coagulació és l’ etapa on les proteïnes de la llet queden modificades, provocant una desestabilització del sistema col·loidal de la llet. Aquesta etapa es produeix per l’addició d’enzims proteolítics o bé per la generació o addició d’acidificants a la llet, o per una combinació de mètodes.
Coagulació enzimàtica
modificaLa llet en estat líquid és una polidispersió de components en la qual les micel·les de caseïna es troben disposades en l’espai proporcionant una estabilització electroestàtica i esteàrica. Les micel·les contenen submiceles amb un interior hidrofòbic i la part exterior, més hidrofílica està envoltada per k-caseïnes. La k-caseïna es pot dividir en dues parts, un cos hidrofòbic i extrem hidrofílic, la part hidrofílica genera al voltant de cada micel·la una corona d’aigua i un ambient amb càrrega negativa que evita que es puguin formar agregats.
L’addició d’enzims proteolítics a la llet provoca la coagulació que és la formació de quallada, que es produeix en dues fases. La fase primària o fase enzimàtica és quan es produeix una desestabilització de les micel·les de caseïna provocada per la hidròlisis de l’extrem hidrofílic de la k-caseïna. Aquesta hidròlisi genera que la part més hidrofòbica de la k-caseïna quedi desprotegida i genera una reducció de la càrrega negativa neta i de repulsió esteàrica entre les micel·les. A partir d’aquest moment es dona la segona etapa o fase secundària no enzimàtica, on es comença a formar el gel. En aquesta etapa les proteïnes sensibles al calci queden desprotegides, interaccionen amb el calci iònic i es produeix un la unió amb altres micel·les susceptibles de formar agregats, precipitant i formant un gel. [22]
Els enzims proteolítics formen part de les proteïnases aspàrtiques, que es caracteritzen per tenir un alt contingut d’aminoàcids dicarboxílics e hidroxilats i un baix contingut d’aminoàcids bàsics.[23]
Aquests enzims proteolítics s’utilitzen en forma de solucions o pols conegudes com a preparacions coagulants, també conegudes com a quall. Aquestes poden tenir diferents orígens i especificacions, com l’activitat proteolítica o l’especificitat de tall, que generen diferenciació de productes i diferents rendiments.
En el cas de les proteïnases quimosina i pepsina, es poden obtenir dels estómacs d’animals, com en el cas del quall tradicional o mitjançant microorganismes a partir de recombinació genètica. En funció de la proporció de quimosina i pepsina del quall s’obtenen resultats diferents, ja que la quimosina té una major especificitat de tall, provoca la hidròlisi de l’enllaç peptídic entre Phe105-Met106 de la k-caseïna. En el cas de la pepsina el tall no té tan alta especificitat i té una activitat proteolítica molt dependent del pH, realitzant una proteòlisi més elevada a pH àcids.[24]
Es poden utilitzar alternatives al quall animal, com els extractes vegetals o microbians. Algunes plantes com la figuera i el card contenen enzims com la ficina i cardosina que també tenen capacitat de coagular la llet, però de forma general tenen activitats proteolítiques majors.[25]
Maduració del formatge i reducció de l'amargor
modificaAmb 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 per accelerar la maduració del formatge inclouen les serina proteases microbianes, proteases neutres, lactases i lipases.[26]
Procés d'estovament de la carn
modificaS’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.[27]
Clarificació de sucs
modificaEls 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.[12]
Indústria marina
modificaLa 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
modificaL'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.[28]
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 la carn.[29]
Elaboració del caviar
modificaLes 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.[30] 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
modificaEls 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
modificaLes proteases endògenes i exògenes tenen un paper molt important a l'hora d'extreure compostos aromàtics del peix i el marisc.[31] 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.[32]
Pinsos
modificaA la indústria del pinso, l'ús de proteases és molt estès. 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 rellevància.
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 càrnia. 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.[33]
Encara que la 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.
Previsió de futur
modificaActualment 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 la indústria. Hi ha una bona previsió de futur en l'enginyeria d'enzims per a un ús adequat i millorat a la indústria. En enginyeria de proteases concretament s’està investigant en mutagènesi dirigida per tal de millorar i generar proteases amb característiques d'interès que compleixin els requisits comercials.[34]
En quant al mètode d'utilització d'aquests enzims, actualment es duu a terme una recerca exhaustiva en el camp de les enzims immobilizats.[35] 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.[36]
Proteases microbials destacades recentment
modificaL'alcalasa és una barreja de proteases inicialment obtinguda de Bacillus Subtillis (microorganisme capaç de produir diverses proteases extracelulars).[35] La primera d'aquestes proteases és la subtilisina, que inicialment era utilitzada a la indústria del detergent. Recentment, s’han descobert diverses aplicacions d'aquesta proteïna 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.[36]
La termolisina, és una endopeptidasa termoestable de zinc que s’obté del Bacillus thermoproteolyticus.[35] 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 de protecció de la mucosa gastrointestinal.[37]
Referències
modifica- ↑ «Proteasa». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ 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, 7-1983, pàg. 501–515. DOI: 10.1139/o83-066. ISSN: 0714-7511. PMID: 6354396.
- ↑ Einhorn, T. A.; Majeska, R. J. «Neutral proteases in regenerating bone». Clinical Orthopaedics and Related Research, 262, 1-1991, pàg. 286–297. ISSN: 0009-921X. PMID: 1845859.
- ↑ 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.
- ↑ 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 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, 9-1998, pàg. 597–635. ISSN: 1092-2172. PMID: 9729602.
- ↑ 9,0 9,1
- ↑ Mukhtar, Hamid. Industrial Applications and Production Sources of Serine Alkaline Proteases: A Review (tesi) (en anglès).
- ↑ Brannigan, J A. A protein catalytic framework with an N-terminal nucleophile is capable of self-activation (tesi) (en anglès).
- ↑ 12,0 12,1 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.
- ↑ Gurumallesh, Poorani; Alagu, Kamalini; Ramakrishnan, Baskar; Muthusamy, Shanmugaprakash «A systematic reconsideration on proteases» (en anglès). International Journal of Biological Macromolecules, 128, 5-2019, pàg. 254–267. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2019.01.081.
- ↑ 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.
- ↑ Varia, Ami D. «ALKALINE PROTEASE - A VERSATILE ENZYME». Alkaline protease under halophilic environment, 5-2019, pàg. 40.
- ↑ 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.
- ↑ 17,0 17,1 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.
- ↑ 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.
- ↑ «Beer Enzymes: Enzymes In Brewing» (en anglès), 15-07-2019. [Consulta: 6 octubre 2021].
- ↑ 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.
- ↑ Bylund, Gösta. Antonio Madrid Vicente. Manual de industrias lácteas (en castellà). Traducció: Antonio López Gómez. Tercera edición. Madrid: Ediciones Mundi-Prensa, 2002, p. 288-290. ISBN 978-84-89922-81-5.
- ↑ Gregersen, V.R.; Lucey, J.A.. Cheese: Rennet-Induced Coagulation of Milk (en anglès). Elsevier, 2016, p. B9780081005965006843. DOI 10.1016/b978-0-08-100596-5.00684-3. ISBN 978-0-08-100596-5.
- ↑ Crabbe, M. J. C.. Rennets: General and Molecular Aspects (en anglès). 1. Academic Press, 2004, p. 19–45.
- ↑ Andrén, A. Cheese | Rennets and Coagulants (en anglès). Elsevier, 2011, p. 574–578. DOI 10.1016/b978-0-12-374407-4.00069-8. ISBN 978-0-12-374407-4.
- ↑ Liu, Xiaofeng; Wu, Yuanfeng; Guan, Rongfa; Jia, Guochao; Ma, YuChen «Advances in research on calf rennet substitutes and their effects on cheese quality» (en anglès). Food Research International, 149, 01-11-2021, pàg. 110704. DOI: 10.1016/j.foodres.2021.110704. ISSN: 0963-9969.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ Mackie, Lan «Fish and fishery products: Composition, nutritive properties and stability». Food Chemistry, 56, 2, 6-1996, pàg. 195–196. DOI: 10.1016/0308-8146(96)86829-4. ISSN: 0308-8146.
- ↑ 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, 12-1996, pàg. 31–48. DOI: 10.1111/j.1745-4514.1996.tb00583.x. ISSN: 0145-8884.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ Vibe Glitsoe, Lene. Catalyzing innovation. Development of a feed protease (tesi) (en anglès), 2012.
- ↑ Li, Qing; Yi, Li; Marek, Peter; Iverson, Brent L. «Commercial proteases: Present and future» (en anglès). FEBS Letters, 587, 8, 2013, pàg. 1155–1163. DOI: 10.1016/j.febslet.2012.12.019. ISSN: 1873-3468.
- ↑ 35,0 35,1 35,2 Tavano, Olga Luisa. Biotechnological Applications of Proteases in Food Technology.
- ↑ 36,0 36,1 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 anglès), 2017.
- ↑ Adrio, Jose L. Microbial enzymes: tools for biotechnological processes (tesi).