Principios de la ingeniería enzimática y sus aplicaciones en los campos de la alimentación, la industria ligera y los productos farmacéuticos.

1. Principio

La ingeniería enzimática es la enzima o células microbianas, células animales y vegetales, orgánulos, etc. en un determinado dispositivo de reacción biológica, el uso de enzimas tiene una función biocatalítica, con la ayuda de medios de ingeniería de las materias primas correspondientes en sustancias útiles y aplicadas a la vida social de una ciencia y tecnología. Incluye la preparación de la preparación enzimática, la inmovilización de la enzima, la modificación y transformación de la enzima y el reactor enzimático. La aplicación de la ingeniería enzimática se centra principalmente en la industria alimentaria, la industria ligera y la industria farmacéutica.

• Propiedades catalíticas:1. Alta eficiencia: 108-1020 veces mayor que la no catalítica; 107-1013 veces mayor que la catalítica no enzimática

  2. Alta especificidad

  3. Condiciones de reacción suaves

  4. La catálisis enzimática es ajustable

  Naturaleza química:

Proteínas enzimáticas

ARN ribozimas

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Historia del desarrollo

Después de los años setenta, junto con la generación de la segunda generación de enzimas inmovilizadas y sus tecnologías relacionadas, se considera que la ingeniería enzimática está realmente en el escenario de la historia. Las enzimas inmovilizadas se están convirtiendo cada vez más en la fuerza principal de la producción industrial, desempeñando un gran papel en los campos de la industria química y farmacéutica, la industria ligera y los productos alimenticios, la protección del medio ambiente, etc. No solo eso, sino que también se ha producido una enzima de tercera generación más potente, que es un sistema multienzimático inmovilizado que incluye un sistema de regeneración de cofactores, y se está convirtiendo en la protagonista de las aplicaciones de ingeniería enzimática.

Como sabemos, el contenido de enzimas en los organismos vivos es limitado, y no importa de qué tipo de enzimas se trate, la concentración en las células no será muy alta, lo que también se debe a la necesidad de una regulación equilibrada de las actividades vitales de los organismos biológicos. Sin embargo, esto limita la posibilidad de utilizar directamente las enzimas naturales para resolver muchas reacciones químicas de manera más eficiente.
Esta dificultad puede resolverse utilizando el método de la ingeniería genética.

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Principales usos

Las enzimas, como tipo de biocatalizador, se han utilizado ampliamente en diversos campos de producción de la industria ligera. En las últimas décadas, con los continuos avances tecnológicos en ingeniería enzimática, se han utilizado cada vez más en la industria, la agricultura, la medicina y la salud, el desarrollo energético y la ingeniería medioambiental.

Actividad catalítica Proteínas Reacciones químicas Reactores Enzimología Enzimas redox Transferasas Enzimas hidrolíticas Ligasas Isomerasa

La aplicación de la ingeniería enzimática se concentra principalmente en la industria alimentaria, la industria ligera y la industria farmacéutica. Nuestra vida cotidiana, en la que encontramos detergentes en polvo para ropa y ablandadores de carne enriquecidos con enzimas, es la encarnación más directa de la ingeniería enzimática.

1. Aplicación en el procesamiento de alimentos

El mayor uso de enzimas en la industria alimentaria es el procesamiento del almidón, seguido del procesamiento de productos lácteos, el procesamiento de zumos, los productos horneados y la fermentación de la cerveza. Diversas enzimas relacionadas con él, como la amilasa, la glucosa isomerasa, la lactasa, el cuajo, la proteasa, etc., representan más de la mitad del mercado de preparados enzimáticos.

La principal dirección de desarrollo, incluyendo enzimas para promover la digestión de proteínas (proteasa de piña, pepsina, tripsina, etc.), enzimas para promover la digestión de celulosa (celulasa, poliglucanasa, etc.), enzimas para promover la digestión de lactosa (lactasa) y enzimas para promover la digestión de grasas (lipasa, esterasa), etc.

2. Aplicación en la industria química ligera

Los usos de la ingeniería enzimática en la industria química ligera incluyen principalmente: fabricación de detergentes (mejora de la capacidad desincrustante), industria peletera, fabricación de gelatina, fabricación de fibras de colágeno (adhesivo), producción de pasta de dientes y cosméticos, fabricación de papel, producción de material fotográfico, tratamiento de aguas residuales y procesamiento de piensos.

3. Aplicaciones médicas

La tecnología del ADN recombinante promueve la producción a gran escala de diversas enzimas con valor médico. Los diversos tipos de enzimas utilizadas en las clínicas están aumentando gradualmente. Además del tratamiento convencional, las enzimas también pueden utilizarse como algunos componentes de la ingeniería médica y desempeñar un papel médico. Por ejemplo, en los dispositivos de circulación extracorpórea, las enzimas se utilizan para eliminar los desechos de la sangre y prevenir la trombosis, y en los sistemas de liberación de fármacos controlados por enzimas in vivo. Además, la enzima como reactivo de prueba clínica in vitro, puede ser una determinación rápida, sensible y precisa de ciertos metabolitos en el cuerpo, también será una aplicación importante de las enzimas en la medicina.

4. Desarrollo energético

En el marco de la tendencia general de desarrollar nuevas fuentes de energía en todo el mundo, el uso de microorganismos o tecnología de ingeniería enzimática para producir combustibles a partir de organismos vivos es también un nuevo camino que la gente está explorando. Por ejemplo, el uso de celulosa, hemicelulosa, lignina, almidón y otras materias primas en plantas, cultivos, residuos de productos forestales, la fabricación de hidrógeno, metano y otros combustibles gaseosos, así como etanol y metanol y otros combustibles líquidos. Además, el tema en el desarrollo de los recursos petrolíferos.

5. Ingeniería medioambiental

Aunque la ciencia y la tecnología están muy desarrolladas, la purificación medioambiental, especialmente la purificación de aguas residuales industriales y domésticas, es de gran importancia como medida para proteger la naturaleza.

Entre los métodos existentes de purificación de aguas residuales, la purificación biológica suele ser la más económica y viable. Los procesos metabólicos de los microorganismos pueden utilizar ciertas sustancias orgánicas en las aguas residuales como fuente de los nutrientes necesarios. Por lo tanto, al utilizar enzimas en el cuerpo microbiano, las sustancias orgánicas de las aguas residuales pueden convertirse en pequeñas moléculas utilizables, al tiempo que se logra el propósito de purificar las aguas residuales. Se han logrado resultados notables en el tratamiento de aguas residuales y la protección del medio ambiente mediante el uso de técnicas de ingeniería genética para crear cepas de bacterias altamente eficientes e inmovilizar células microbianas vivas.

Además, la aparición de biosensores ofrece la posibilidad de realizar un seguimiento medioambiental continuo y automatizado, reduce el coste de la vigilancia medioambiental y refuerza la supervisión medioambiental.

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Métodos de preparación

1. Preparación genética

Si se encuentra una enzima útil en un organismo, aunque el contenido sea bajo, aplicando tecnología de recombinación genética, mediante amplificación génica y expresión mejorada, es posible establecer bacterias de ingeniería genética o células de ingeniería genética que puedan expresar de manera eficiente preparaciones enzimáticas específicas. Al fijar las bacterias o células de ingeniería genética, se puede construir una nueva generación de biocatalizadores: bacterias de ingeniería inmovilizadas o células de ingeniería inmovilizadas. La gente también llama a este nuevo tipo de biocatalizador preparación enzimática modificada genéticamente.

El desarrollo de una nueva generación de preparación enzimática modificada genéticamente es, sin duda, hacer de la ingeniería enzimática un tigre con alas. Bacterias inmovilizadas modificadas genéticamente, la tecnología de células modificadas genéticamente hará que el poder de las enzimas funcione mejor, los científicos predicen que si la tecnología relacionada y el biorreactor continuo se combinan inteligentemente, conducirá a un cambio fundamental en toda la industria de la fermentación y la industria de la síntesis química.

2. La transformación y modificación de enzimas también es una parte importante de la ingeniería enzimática.

Aunque la fuerza de la enzima es muy fuerte, especialmente después de ser inmovilizada, el poder es aún mayor, pero no todas las preparaciones enzimáticas son adecuadas para la inmovilización, incluso para la inmovilización de enzimas naturales, su actividad a menudo no puede cumplir con los requisitos de las personas, es necesario cambiar algunas de sus propiedades, mejorar su actividad, para desempeñar mejor su función catalítica.

Por lo tanto, se ha propuesto la tarea de la modificación y transformación molecular de las enzimas.

En términos generales, los científicos «cortan», «cizallan» y modifican químicamente la cadena principal de la molécula proteica de la enzima en la cadena lateral para lograr el propósito de la transformación de la molécula enzimática. Las moléculas enzimáticas modificadas han mejorado sus propiedades físicas y químicas, así como sus actividades biológicas, e incluso se les han dotado de nuevas funciones.

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Compound Glucoamylase	9032-08-0
Pullulanase	9075-68-7
Xylanase	37278-89-0
Cellulase	9012-54-8
Naringinase	9068-31-9
β-Amylase	9000-91-3
Glucose oxidase	9001-37-0
alpha-Amylase	9000-90-2
Pectinase	9032-75-1
Peroxidase	9003-99-0
Lipase	9001-62-1
Catalase	9001-05-2
TANNASE	9025-71-2
Elastase	39445-21-1
Urease	9002-13-5
DEXTRANASE	9025-70-1
L-Lactic dehydrogenase	9001-60-9
Dehydrogenase malate	9001-64-3
Cholesterol oxidase	9028-76-6