Las enzimas son moléculas orgánicas que actúan como catalizadores de reacciones químicas.

Debido a la diversidad funcional que presentan, son unas de las biomoléculas más empleadas en los laboratorios de investigación científica.

Se trata de proteínas catalizadoras que juegan un papel fundamental en ámbitos tan dispares como la fabricación de detergentes, la síntesis de nuevos fármacos o diversos ensayos analíticos con aplicaciones clínicas, forenses o ambientales.

En este artículo haremos un resumen de las clases y aplicaciones de las enzimas para investigación

Clases de enzimas para investigación

Las enzimas para investigación pueden clasificarse según distintos criterios como el origen de las mismas (bacterianas, animales, vegetales, etc.) o la aplicación en la que se vayan a utilizar, siendo la clasificación más relevante la que se hace en función del tipo de reacción que catalizan.

Siguiendo este último criterio, encontramos 6 clases de enzimas:

1.- Oxidorreductasas

Son las enzimas que catalizan reacciones de óxido-reducción. Dentro de esta categoría se encuentran, entre otras, las deshidrogenasas, oxidasas y peroxidasas.

2.- Transferasas

Transfieren un grupo funcional -por ejemplo, un metilo o un grupo fosfato- de un compuesto a otro. Aquí tendríamos las fosfotransferasas, metiltransferasas o kinasas.

3.- Hidrolasas

Catalizan la escisión hidrolítica de los enlaces C-O, C-N, C-C, entre otros. En este grupo se incluirían, por ejemplo, las proteasas o las fosfatasas.

4.- Liasas

Son las enzimas responsables de las reacciones de ruptura y formación de dobles enlaces; catalizan la adición de amoníaco, agua o dióxido de carbono a los dobles enlaces, o bien los eliminan para formar dobles enlaces. Como ejemplo tendríamos las aldolasas o las sintasas.

5.- Isomerasas

Catalizan la transferencia de grupos dentro de una molécula dando lugar a formas isoméricas del sustrato. Las mutasas son un ejemplo de isomerasas.

6.- Ligasas

Catalizan la unión de dos sustratos; las carboxilasas o las sintetasas son ejemplos de este tipo de enzimas.

Aplicaciones de las enzimas para investigación

Las enzimas para investigación son cada vez más usadas para reemplazar el uso de sustancias químicas o de procesos que representan algún problema ambiental o de seguridad. Esto es debido a que, por un lado, permiten sustituir procesos que utilizan sustancias químicas agresivas por procesos enzimáticos más suaves y no tóxicos y, por otro, porque el propio proceso biotecnológico de producción de enzimas supone un impacto ambiental mínimo.

Entre los campos con las aplicaciones más importantes de las enzimas para investigación se encuentran:

REACTIVOS DE ANÁLISIS

Las enzimas tienen una gran variedad de aplicaciones analíticas debido a su capacidad para detectar y amplificar un analito específico:

Ensayos enzimáticos para detección y cuantificación

En estos ensayos se usa una enzima para medir otros compuestos. Un ejemplo claro es la catalasa, una enzima antioxidante que cataliza la descomposición del peróxido de hidrogeno (H2 o2) en agua y oxígeno. Podemos observar la reacción en la siguiente imagen:

Esta enzima se encuentra ampliamente en células aeróbicas que contienen sistemas de citocromos. Los kits de detección que usan esta enzima utilizan la función peroxidasa de la catalasa para medir la actividad de la catalasa. En presencia de una concentración adecuada de H2 o2, la catalasa reacciona con el metanol y produce formaldehido, compuesto que reacciona con los cromógenos. Los cromógenos producen color que se puede medir por absorbancia a 540 nm.

Ensayos de inmunodiagnóstico

Los test de inmunodiagnóstico son pruebas que usan la avidez de la unión antígeno-anticuerpo para identificar y medir la presencia de ciertos analitos en las muestras.  El inmunoensayo más conocido y utilizado es el test ELISA.

En la técnica ELISA, las enzimas se usan para marcar covalentemente los anticuerpos de detección. Mediante la reacción de la enzima, se visualiza la unión del anticuerpo al antígeno de interés. La enzima más utilizada en este tipo de inmunoensayos es la peroxidasa de rábano picante o HRP.

HRP es un enzima con una alta actividad catalítica, lo que permite detectar hasta concentraciones muy pequeñas del analito. Al añadir el sustrato TMB al pocillo del kit ELISA, la enzima HRP lo degrada transformándolo en una diimina que genera un cambio de color en el medio, como se observa en la imagen:

Este cambio de color se puede medir por absorbancia a 450 nm y de este modo calcular la concentración de antígeno en la muestra.

Por otro lado, también existen test ELISA que ponen de manifiesto la avidez antígeno-anticuerpo para la detección de analitos utilizando reacciones de quimioluminiscencia en vez de colorimétricas. Estos se llaman test CLIA (Inmunoensayo de quimioluminiscencia).

Los test CLIA presentan el mismo fundamento que la técnica ELISA con la diferencia de que el mecanismo de detección es una reacción quimioluminiscente que resulta en la emisión de fotones produciendo luz en vez de producir un cambio de color. La detección mediante quimioluminiscencia hace que esta técnica sea más sensible que el ELISA convencional. En un test CLIA El éster de acridinio necesita de la presencia de H2O2 como agente oxidante y de NaOH para que se produzca un cambio de pH que permita que se produzca la oxidación, como se observa en la imagen. Mediante esta reacción se obtiene el compuesto final que es el que provoca la luz que posteriormente es medida.

Enzimas para investigación

 

A diferencia de los test ELISA, los CLIA no están basados en la utilización de una enzima como HRP.

CATALIZADORES INDUSTRIALES

Las enzimas también se utilizan en distintos procesos industriales con el fin de facilitar la producción o mejorar el producto resultante de un determinado proceso, entre otros.

Las aplicaciones industriales de las enzimas podemos visualizarlas en la siguiente tabla:

 

TIPO DE INDUSTRIA OBJETIVO EJEMPLOS
  Alimentaria Procesar carbohidratos, proteínas y grasas Amilasas, lactasas pectinasas, lipasas, etc.
  Cuero Eliminar el pelo y los restos de proteínas y grasas que puedan quedar en el tejido. Proteasas, Lipasas
  Textil Dar a los tejidos una apariencia más suave.
Eliminar residuos de peróxido de hidrógeno tras un proceso de blanqueamiento.
Celulasas, Catalasas
  Detergentes y agentes de lavado Eliminar manchas en la ropa. Proteasas, Lipasas, Amilasas
  Cosmética Neutralizar especies reactivas de oxígeno producidas por la radiación ultravioleta.
Hidrolizar moléculas de triglicéridos para productos de higiene facial y capilar.
Romper los enlaces peptídicos de proteínas para productos antiestrías, exfoliantes y de depilación.
Superóxido dismutasa, Lipasas        Proteasas
  Farmacéutica Obtener precursores de fármacos.
Semisintetizar fármacos a partir de sustancias naturales.
Obtener resolución enzimática de mezclas racémicas.
  Hidrolasas, Liasas y Oxidorreductasas
   Medioambiental Reducir la contaminación ambiental.
Producir biocombustibles.
Sintetizar bioplásticos.
Lacasas, Amilasas, Glucoamilasas y pululanasas, Despolimerasas

BIOLOGÍA MOLECULAR

Dentro del campo de la biología molecular, las enzimas son la base de muchos de sus procesos o técnicas. Aquí describimos algunas de las más utilizadas:

Polimerasas

Se usan para realizar la técnica de PCR. La PCR (reacción en cadena de la polimerasa) sirve para amplificar y con ello hacer muchas copias de una determinada región de ADN in vitro.

En concreto, para poder realizar esta técnica requerimos de la presencia de la enzima Taq polimerasa.  La función de esta enzima en la PCR es la de producir nuevas cadenas de ADN a partir de un ADN molde. Para poder dar lugar a las copias de ADN la Taq polimerasa requiere de la presencia de cebadores o primers, los cuales extiende de un extremo a otro.

Nucleasas

Son proteínas o enzimas capaces de romper las uniones entre nucleótidos, rompiendo así la molécula de ADN o ARN. Este tipo de enzimas, como las RNAsas, DNAsas, o proteasas, se utilizan en procesos moleculares de extracción de ácidos nucleicos, o para eliminar los componentes que no son deseados.

También tienen otros usos, como ocurre en el caso de las proteínas Cas. Estas proteínas Cas (CRISPR associated protein), son endonucleasas conocidas por actuar como “tijeras moleculares”, cortando y editando o corrigiendo el ADN diana. Se utilizan en la técnica CRISPR, y la más conocida y estudiada es la proteína Cas9.

Enzimas para investigación

Enzimas de restricción

Las enzimas de restricción se encuentran en bacterias y otros procariontes; su misión es la de reconocer secuencias específicas de ADN (llamadas sitios de restricción) y unirse a ellas. Cada enzima reconoce sólo unos pocos sitios de restricción y, cuando encuentra la secuencia diana, la enzima de restricción corta las 2 cadenas de una molécula de ADN. Normalmente, el corte se produce cerca del sitio de restricción y sigue un patrón ordenado y predecible. Este tipo de enzimas se utilizan en procesos de clonación.

ADN Ligasa

Si dos fragmentos de ADN presentan extremos complementarios, la enzima ligasa es capaz de unirlos, ligándolos así en una única molécula. Esta enzima se usa junto a las enzimas de restricción en la clonación de ADN para insertar genes y otros fragmentos de ADN en vectores de clonación.

Clonación de ADN

 

¿Quieres saber más sobre enzimas para investigación? Contáctanos sin ningún compromiso y resolveremos tus dudas.

Nuestro equipo te ayudará a encontrar la enzima que necesitas para que tu proyecto de investigación sea un éxito.

Consulta presupuesto a Abyntek Biopharma en enzimas para investigación

Pin It on Pinterest

Share This