Enzima... ¿de qué? E-Book

Matias Leonardo Nobile

• Herausgeber: Editorial Autores de Argentina
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Spanisch

Seitenzahl: 123

Veröffentlichungsjahr: 2018

Beschreibung

Matías ha trabajado en biocatálisis, microbiología aplicada y bioprocesos desde el año 2002, habiendo realizado su Tesina de Licenciatura en Biotecnología y su Tesis Doctoral en Ciencia y Tecnología en el uso y aplicación de microorganismos a la producción y modificación de fármacos nucleosídicos (DDI, Vidarabina, Fludarabina, Didanosina, etc.). A partir de 2009 fue asesor privado y trabajó en las áreas de I+D, Producción y desarrollo analítico en empresas de biotecnología, microbiología y farmacéuticas veterinarias. Luego de un breve período de trabajar como Vinculador Tecnológico para CONICET, se unió a la Carrera de Investigador Científico de CONICET donde actualmente participa en varios proyectos y actividades ligadas a la biocatálisis y las biotransformaciones.

Leseprobe

MATÍAS NOBILE

ENZIMA... ¿DE QUÉ?

Varieté de arte, ciencia e industria aplicado a casi todo

Editorial Autores de Argentina

Nobile, Matias Leonardo

Enzima... ¿de qué? / Matias Leonardo Nobile. - 1a ed . - Ciudad Autónoma de Buenos Aires : Autores de Argentina, 2017.

Libro digital, EPUB

Archivo Digital: descarga

ISBN 978-987-761-180-9

1. Divulgación. 2. Ciencias Biológicas. I. Título.

CDD 507

Editorial Autores de Argentina

www.autoresdeargentina.com

Mail: [email protected]

Diseño de portada: Malena Focaccia

[email protected]

Diseño de maquetado: Maximiliano Nuttini

Queda hecho el depósito que establece la LEY 11.723

Impreso en Argentina – Printed in Argentina

Para Cecilia, mi hermana luna.

ÍNDICE

Prólogo

Lo que este libro es y lo que no.

1. Un mundo de catalizadores

2. ¡Enzimas por todos lados!

3. Tipos y clasificación de las enzimas

4. Algunas definiciones casi definitivas.

5. Diferencias y similitudes: catalizadores vs. biocatalizadores

6. Biocatalizadores desde siempre

7. La novela de la historia

8. Sobre la llave, la cerradura y no tanto de eso

9. Y ahí es donde se arma lío

10. Coenzimas, cofactores y un poco de efervescencia

11. Inhibidores enzimáticos sin pánico escénico

12. Michaelis-Menten

13. ¿De dónde vienen las enzimas?

14. Una aproximación a los procesos enzimáticos

Sobre enzimas inmovilizadas y enzimas tuneadas

Aproximándonos un poco más

15. Enzimas y alimentos

Productos lácteos I: queso.

Productos lácteos II: lácteos libres de lactosa.

Que ternura!

Elaboración de pan

Una dulzura especial: Industria azucarera

Bebidas I: jugos traslúcidos (producción de jugos no cítricos)

Bebidas II: jugos turbios (producción de jugos cítricos)

Bebidas III: vinos

Bebidas IV: Cerveza

Bebidas V: ¡Café, café!

16. Sobre la Sra. Limpieza, el Sr. Musculoso, su mascota el koala Blan y el harén de enzimas

Ácido cítrico

17. En el cielo las estrellas, en el campo las enzimas

Enzimas para producción agrícola

Alimentación animal.

18. Medioambiente, biorremediación y enzimas.

19. Textil

Brilla, brilla, pequeño sweater

Biostoning

Bio-Hell´s Angels

20. Energía

Biogás y bioetanol

Biodiesel

21. Salud y enzimas I: producción, modificación y resolución de fármacos

Antibióticos:

¡Dejate de des-hinchar, cortisona!

Resolución de fármacos

22. Salud y enzimas II: diagnóstico

23. Salud y enzimas III: Biosensores

24. Esa maldita enzima

Gaucher

Tay-Sachs

Enfermedad de Niemann-Pick

Fenilcetonuria

Galactosemia

Aldehído deshidrogenasa

25. Definiendo definiciones definitivas

26. Enzima y yo

27. Fuera de este libro

Agradecimientos

Nota aclaratoria final

Lecturas adicionales recomendadas

Prólogo

Durante los casi 25 años que llevo en la profesión de la salud he leído muchísimos libros de divulgación científica destinados al público general y debo decir que son pocos los que logran el equilibrio entre brindar información de calidad sin caer en tecnicismos y entretener en la lectura. Este libro, querido lector, es uno de ellos, ya que cumple ambos requisitos.

Por un lado, nos brinda la oportunidad de conocer el mundo de las enzimas, tan complejo y variado en formas y usos; y por otro nos deleita con una lectura amena y concisa, como si el autor nos estuviera deslizando perlas de información durante una charla íntima, sin dar muchas vueltas y, sobre todo, sin apabullarnos con términos que para la mayoría resultan tediosos de asimilar. Cada capítulo revela una pequeña parte del inmenso abanico que representan las enzimas en casi todos los aspectos de la vida, desde lo biológico hasta lo industrial, en un relato íntimo y muy entretenido.

Las enzimas están por todos lados y estás a punto de ampliar tu visión del universo de la mano de alguien que las conoce muy bien, así que déjate llevar en éste viaje del que, te prometo, no vas a salir indiferente.

Dr. Horacio Larrarte

Médico especialista en pediatría y docente universitario.

Noviembre de 2017

Lo que este libro es y lo que no.

Voy a contarles en este libro de la mejor manera posible algo de lo que quizás muchos de ustedes han escuchado hablar alguna vez, aún sin saber bien de qué se trata ni entender qué función tienen. Están por todos lados y poca gente les presta atención, pero sin ellas nada sería ni remotamente parecido a lo que conocemos. Creo que dar a conocer y divulgar un poco más sobre ellas es realmente necesario porque están involucradas en infinidad de situaciones, haciendo que las cosas sucedan sin que nos demos cuenta. Eso sí, quizás sea importante aclarar que al conocer un poco más sobre las enzimas, si usted es una persona sensible, pueda adquirir cierto sentimiento de fascinación y embelesamiento, o bien conquistar una nueva fobia.

¡Ojo!

¡Las enzimas están por todos lados! ¡Hacen de todo y son las causantes de que todo se mantenga funcionando, así que cuidadito con menospreciarlas!

Y éste sería un punto análogo al momento en que Morpheus le ofrece a Neo la píldora roja y la píldora azul en la película Matrix: ¿Prefieren que les cuente un poco sobre el asunto? ¿O mejor ni enterarse de lo que pasa entre bambalinas y no complicarse la existencia?

Bueno, como asumo que la respuesta a esa cuestión es “quiero mi píldora roja, pagué por este libro” voy a continuar con el asunto.

Estimado lector, bienvenido a ese vasto mundo, donde no son las máquinas con inteligencia artificial quienes gobiernan, sino donde las enzimas son las soberanas y emperadoras. Hacen que sucedan cosas que espontáneamente no sucederían, favorecen situaciones que sin su presencia transcurrirían a velocidades que nos harían envejecer del aburrimiento, o bien logran resolver varias circunstancias y aportan soluciones para los requerimientos de tecnología, salud, medio ambiente, industriales y humanos actuales. Sin las enzimas jamás podríamos deshacernos de manchas de salsa de la ropa, el vino no sería lo que es, la industria farmacéutica perdería su mayor aliado, e inclusive ni podríamos digerir los alimentos que consumimos diariamente. Y ni hablar que los vegetales y algas no podrían fijar el dióxido de carbono del aire, dejando sin efecto todas las cadenas alimentarias del planeta.

Basta de cháchara ahora.

Estimados y distinguidísimos lectores, he aquí un mundo de enzimas.

1. Un mundo de catalizadores

Quizás al lector le suceda lo mismo que a mí me sucedió cuando hace ya unos cuantos años escuché por primera vez la palabra enzima y pensé, ¿“encima” de qué? Bueno, si tenemos a mano a alguien que conozca más o menos del tema, quizás pueda darnos algunas explicaciones. Si el caso es que no contamos con esa persona versada, o bien esas explicaciones son poco claras (por saber demasiado poco o, por el contrario, demasiado demasiado) debemos dejar pasar el primer cimbronazo. Notaremos inmediatamente que hablamos de algo que se escribe con Z y no con C. Pues muy bien, dado el primer pequeño paso, se puede decir sin dudar que este libro no trata de ninguna cuestión ni situación de amontonamiento ni de ninguna cosa que está arriba de otra.

Sin duda, con el tiempo la palabra va a dejar de resultarnos rara, pero probablemente aún estarán preguntándose...”Entonces, qué cosa es una enzima?”.

Tratando de definir lo más acertadamente posible qué es una enzima, podemos decir que las enzimas son los catalizadores biológicos que aceleran, inducen o propician una determinada reacción, dentro de las reacciones bioquímicas en casi todos los aspectos que tienen que ver con los seres vivos.

Pero como cambiar una palabra o idea compleja por otra no sirve de mucho, es casi una obligación contar inicialmente que cosa es y que hace un catalizador cualquiera, sin ser necesariamente una enzima.

Para entender el concepto debemos saber qué es un catalizador e incorporar una idea simple pero fundamental: un catalizador es una clase de sustancia que modifica y modula el desarrollo de una reacción química, incrementando su velocidad. Esto entonces hace referencia a los cambios químicos que se generan a causa de estas sustancias que, si uno mira el principio y el fin de una reacción química, parecen no sufrir modificaciones durante una reacción1.

Bueno, en general, cualquier cosa que aumenta la velocidad de un proceso cualquiera sea (inclusive social) es comúnmente llamado catalizador.

He notado que al decir catalizador, un número importante de personas que no tiene nada que ver con este universo piensa automáticamente en el catalizador ubicado caño de escape de los automóviles, ése por el que pasan los gases de combustión de los motores. ¡Y eso está muy bien! Ese accesorio que incorporan los automóviles desde hace ya un tiempo, es el encargado principalmente de reducir la emisión de monóxido de carbono (CO) a la atmósfera. Como sabemos, el monóxido de carbono es altamente tóxico y se debe evitar respirarlo a toda costa, tal como sucede cuando en invierno prendemos una estufa de gas en un ambiente poco ventilado: en concentraciones altas es letal. Pues la acción que realiza el catalizador es facilitar que el monóxido de carbono (CO) se transforme en dióxido de carbono (CO2), que es muchísimo menos tóxico, mediante una reacción química.

Si bien este es un ejemplo cotidiano y el actor involucrado no es exactamente una enzima, al menos podemos acercarnos a la idea de lo habitual que puede ser toparse con un catalizador cualquiera.

Yendo un poco más en profundidad, podemos decir que un catalizador es una sustancia que acelera las reacciones químicas disminuyendo la energía de activación necesaria para que se inicie la reacción. Esto quiere decir que para que una reacción suceda, se debe alcanzar un grado mínimo de “activación”. En palabras un poco más acertadas, lo que sucede es que se debe superar una barrera de energía necesaria. Y ahí está el propósito de los catalizadores: ayudara sortear ese obstáculo al disminuir esa barrera. Si graficáramos comparativamente eso obtendríamos algo más o menos así:

Así la velocidad de la reacción puede incrementarse de varias maneras. Por un lado se puede lograr “saltar” esa barrera, por ejemplo, elevando la temperatura de nuestro reactor. Y cuando hablo de reactor, podría estar hablando sin ir más lejos una simple cacerola. Cada vez que alguien dice que la cocina es un laboratorio, créanme, no exageran en casi nada. Figúrese usted ahora con el ejemplo anterior, la imagen de una gran cacerola con abundante agua fría, donde trata de cocinar algo… Ni el mismísimo Poseidón lograría ese cometido.

Afortunadamente, sucede que la disminución de la energía de activación se consigue también cuando hacemos intervenir determinadas sustancias, nuestros ahora más familiares catalizadores.

Pero como una aclaración que aclarara poco o nada es completamente inútil, se puede ilustrar este concepto con un ejemplo particular y cotidiano: el que se da cuando quemamos algo. Por sí solos el combustible y el comburente no producen fuego, así como cuando se mezclan gas (combustible) y oxígeno (comburente) es necesario un primer aporte de energía para iniciar la combustión autosostenida. Una pequeña cantidad de calor puede bastar para que se desencadene la combustión, siendo necesaria esa energía calórica inicial para superar esta suerte de barrera, que es la energía de activación. Por supuesto, ese primer aporte de energía puede ser tan pequeñito y simple como una chispa. Eso sí, si van a mezclar gas y oxígeno y a hacer saltar una chispa, más vale que lo hagan en una situación controlada para que no vuele todo por los aires. Lo mismo si llegan un día a sus casas y sienten un fuerte olor a gas: ¡no prendan ninguna luz ni enciendan nada que pueda generar la más minúscula chispa!

Además de lo cotidiano y evidente, es útil tener presente en este momento que la agricultura se encuentra asociada estrecha e históricamente a la producción fertilizantes, cosa que ha permitido un desarrollo sostenido de casi toda la humanidad. Esto no hubiera sido posible sin la producción de amoníaco a través de la fijación del nitrógeno atmosférico conseguido con un método catalítico (es decir, que sucede gracias a un catalizador) conocido como proceso Haber. Este proceso fue ideado, puesto en marcha y patentado por Fritz Haber y Carl Bosch, usando un catalizador de óxido de hierro y óxido de aluminio. Para describir al menos un poquitín el alcance de este simple proceso, podemos referirnos resumidamente a algunos hechos, por ejemplo a que Haber y Bosch fueron galardonados con el Nobel de Química en 1918 y 1931 respectivamente, que durante la Primera Guerra Mundial se empleó este método para obtener el amoníaco usado en explosivos, y que este proceso genera más de 100 millones de toneladas de fertilizante de nitrógeno al año. Más conciencia podemos tomar del nivel monstruoso de esta industria, si reparamos en el hecho de que según estimaciones, aproximadamente el 1% del consumo total de energía mundial anual se destina a este proceso2.

La catálisis estándar es fantástica en varios aspectos, pero volvamos ahora al terreno de las enzimas.

Aunque no lo sepamos y no hayamos reparado en ello, las mismas nos acompañan desde muchos lugares y en muchos sentidos. Digamos que nadie se puede mantener apartado de ellas, ni aunque quisiera.

¿No soy convincente?

Ahí vamos.

2. ¡Enzimas por todos lados!

Desde los pasos que suceden entre que ingerimos un alimento y este se transforma en nutrientes que nuestro cuerpo puede aprovechar y asimilar, hasta en el aleteo de un colibrí, pasando por la multiplicación de nuestro ADN y la fijación de dióxido de carbono del aire en las plantas… Siempre las enzimas están involucradas, haciendo lo suyo.

Deteniéndonos un momento y hablando sobre la fijación de dióxido de carbono en las plantas y vegetales, justamente la enzima involucrada en ese proceso es la que se estima es más abundante en la biosfera: se denomina RuBisCo y se encuentra en los cloroplastos de los organismos autótrofos (como plantas, algas y cianobacterias). Ahora... Pensemos un solo instante en la serie de sucesos que alguna vez hemos visto en la escuela como “cadena alimentaria” o más correctamente como cadena trófica. Todo, absolutamente todo, comienza con un vegetal o alga tomando dióxido de carbono de la atmósfera.

¡Zás! Un solo ejemplo y ya vemos la colosal importancia que tienen.

¿Y del ADN, qué? Bueno, sabemos que el ADN es la molécula de la vida, que lleva toda la información para que los seres vivos desarrollen todas sus funciones y que, en pocas palabras, hace que cada cosa sea cada cosa: que un potus sea un potus, que un escarabajo pelotero sea exactamente eso, que una ballena sea ballena y no otra cosa, e inclusive toma cartas en el asunto de que tú seas TÚ mismo y nadie más.

Muy bien, muy lindo. Pero digo otra vez, ¿Y el ADN, qué?

Pues para que pase lo que tiene que pasar y que la información contenida en el ADN deje de ser solamente información almacenada y amontonada (y tenga lugar la verdadera acción) hay un admirable y verdadero circo de enzimas que se encargan de que las cosas sucedan. De hecho, en lo más elemental de la vida que es la multiplicación celular, es claramente necesario que se debe multiplicar también el ADN para que todas las células tengan el propio. Bastante simple y lógico, pero pocas veces nos detenemos a pensar o a tomar conciencia del papel crucial que tienen las enzimas en ese asunto.

Insisto: las enzimas están por todos lados haciendo de todo. Desde la capacidad que tienen los animales rumiantes de digerir celulosa hasta el simpático hecho de que las luciérnagas puedan emitir luz desde su abdomen, ya que tienen ahí una enzima llamada luciferasa