Lipasa
Una lipasa és un tipus d'enzim acil-ester hidrolasa que catalitza la hidròlisi dels triglicèrids en àcids grassos lliures i glicerol. Aquests enzims són produïts per diversos organismes com ara animals, plantes i microorganismes.[1] En els humans, es troba a les secrecions pancreàtiques i a l'estómac i participa en la digestió i el metabolisme dels greixos.[2]
 Estructura 3D de la lipasa pancreàtica humana (triacilglicerol lipasa) | |||||||||
| Identificadors | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Número EC | 3.1.1.3 | ||||||||
| Bases de dades | |||||||||
| IntEnz | IntEnz view | ||||||||
| BRENDA | BRENDA entry | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme view | ||||||||
| KEGG | KEGG entry | ||||||||
| MetaCyc | metabolic pathway | ||||||||
| PRIAM | profile | ||||||||
| Estructures PDB | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum | ||||||||
| |||||||||
Tenen diverses aplicacions com ara en la fabricació de detergents, cosmètica, perfumeria, i en la indústria alimentària com ara en els productes làctics (llet i formatges), en la indústria del pa, en els productes carnis i en greixos i olis.[2] La seva importància es dona gràcies a la seva estabilitat en solvents orgànics, la gran varietat de substrats, la seva selectivitat, l'habilitat de catalitzar reaccions sense addicionar cofactors i son fàcilment produïdes i actives en condicions ambientals.[1]
Classificació i nomenclatura enzimàtica
modificaExisteix un codi enzimàtic per a cada tipus d'enzim (número EC), basat en les reaccions químiques que catalitzen. La nomenclatura enzimàtica de la lipasa pot variar depenent del seu origen i classificació, però els tres primers dígits son els mateixos i només variarà l'últim (EC 3.1.1.X).[3] La lipasa pancreàtica humana (triacilglicerol lipasa) és la següent nomenclatura, EC 3.1.1.3.[4] Aquesta classificació es regeix segons el següent criteri:[5]
- Tipus de reacció que catalitzen (classe): pertany al grup de les hidrolases (classe 3) ja que catalitza reaccions d'hidròlisi, és a dir, de degradació mitjançant aigua com a reactiu.
- Tipus d'enllaç que hidrolitzen (subclasse): enllaços èster (subclasse 1) indica que l'enzim catalitza la hidròlisi d'enllaços èster.
- Naturalesa del centre actiu (sub-subclasse): èster carboxílic (sub-subclasse 1): indica que l'enzim catalitza la hidròlisi d'enllaços èster entre alcohols i àcids carboxílics.[6]
- Número de sèrie que s'atorga a l'enzim: l'últim dígit varia segons l'enzim específic i el seu tipus de substrat.
Funció
modificaLa digestió dels lípids és un procés complex que ocorre en la cavitat bucal, gàstrica i intestinal de l'ésser humà. El 90 per cent de la ingesta de lípids està constituït per triacilglicerols de cadena llarga. Només el 10 per cent correspon a àcids grassos de cadena mitjana. L'organisme humà dona un tractament molt diferent dels triacilglicerols amb àcids grassos de cadena llarga i els de cadena mitjana. El procés d'hidròlisi dels triacilglicerols requereix la participació de diverses lipases i de cofactors, hormones i sals biliars que són necessaris per a l'activitat específica de cadascuna d'elles.[7] Durant la digestió, s'encarreguen de disgregar els lípids dels aliments al llarg de tracte digestiu per permetre'n la seva absorció (lipasa gàstrica). També és cabdal en la hidròlisi dels triacilglicerols a l'exterior del teixit adipós per permetre l'entrada dels àcids grassos a l'interior del teixit i poder-los acumular com a reserva.
La digestió dels triacilglicerols de cadena llarga per les lipases resulta incompleta i tendeixen a quedar β-monoglicèrids (glicerol + àcid gras en posició β) a part dels àcids grassos lliures. Després de l'acció de les lipases segueixen essent insolubles i necessiten l'ajuda de sals biliars i lectines per poder formar micel·les i travessar la capa d'aigua. En canvi, els triacilglicerols de cadena mitjana poden difondre's a través de la capa d'aigua no agitada i ingressar a l'enteròcit com a triacilglicerols transformant-se posteriorment en àcids grassos gràcies a l'acció de les lipases. La resta són sotmesos a l'acció de lipases, però la seva digestió és més completa que en els triacilglicerols de cadena llarga i queda molt poca quantitat de β monoglicèrids. Els àcids i els β-monoglicèrids resultants de l'acció de les lipases no requereixen micel·les per entrar a l'enteròcit, sinó que difonen.[8]
Després de l'actuació de la lipasa salival comença a actuar la lipasa gàstrica, i entre les dues contribueixen al 15 per cent de la digestió de lípids, deixant així el 85 per cent per la lipasa pancreàtica, per tant, això mostra que la lipasa salival i la gàstrica són prescindibles. S'ha descrit que les característiques estructurals i catalítiques de la lipasa gàstrica, que és secretada per la mucosa d'aquest òrgan, són similars a la de la lipasa salival i en general es considera ambdós enzims com una sola unitat estructural i hidrolítica. El destí metabòlic dels àcids grassos alliberats per la lipasa salival-gàstrica en l'estómac dependrà de la mida de la cadena hidrocarbonada. Els àcids grassos de cadena curta (C4-C10) i que són solubles en el contingut gàstric, seran absorbits en aquest òrgan, essent transportats, units a l'albúmina a través de la sang per les venes tributàries de la vena porta i llavors a través d'aquesta quasi exclusivament al fetge, on seran utilitzats principalment amb fins energètics. Això significa que els triacilglicerols que contenen àcids grassos de cadena curta en la posició sn-3, constituiran una aportació energètica de molt ràpida disposició metabòlica després de l'activitat de la lipasa salival-gàstrica. Aquest enzim ja s'activa en el nounat i es considera que té un rol molt important en la desestructuració del glòbul gras làctic per facilitar l'acció hidrolítica de la lipasa làctica. Els altres productes de la hidròlisi; àcids grassos lliures C12 o més, sn-1 i sn-2 diglicèrids i una proporció de sn-2 monoglicèrids, continuaran el seu trànsit cap a la primera porció de l'intestí prim on es produirà un canvi del pH i s'enfrontaran a les accions hidrolítiques dels enzims lipasa pancreàtica i carboxil èster hidrolasa, també d'origen pancreàtic.[8]
Quan el cos necessita utilitzar lípids de reserva com a combustible —per exemple, per fer exercici en llevar-se, quan les reserves de glicogen són baixes— la lipoproteinlipasa (LPL) estimulada hormonalment per glucagó i epinefrina catalitza la hidròlisi de triacilglicerols del teixit adipós per obtenir-ne àcids grassos.[8]
Aquest enzim també catalitza una àmplia varietat de reaccions de síntesi com ara l'esterificació o la transesterificació. Aquestes reaccions es donen en condicions termodinàmicament favorables, és a dir, a baixa activitat d'aigua. També son capaces d'expressar altres activitats com ara fosfolipases, lisofosfolipasa, colesterol esterasa, cutinasa o activitats amidasa.[1][9]
Estructura
modifica
Aquest enzim està present en molts tipus d'organismes. Es coneixen unes cent estructures tridimensionals de lipases.[1][9]
Tot i les seves diferències en l'estructura primària, tots els tipus de lipases tenen una similitud en l'estructura tridimensional que és el plec α/β hidrolasa, i tenen unes característiques catalítiques idèntiques.[9] Aquest plec consisteix en un eix central, on hi trobem les 8 fulles β. Les fulles β3 fins β8 estan unides per les hèlix α. El nombre de fulles β i les posicions espacials de les hèlix α difereixen entre els diferents tipus de lipasa. Aquest enzim també es caracteritza per la presència de ponts disulfur el qual dona estabilitat i son importants per l'activitat catalítica.[10]
Mecanisme catalític
modificaEl seu centre actiu consisteix en una triada catalítica formada per els aminoàcids Ser-His-Asp/Glu. En el plec α/β hidrolasa, la serina està localitzada després de la fulla β5 i abans de la següent hèlix α. L’aspartat o glutamat es troba després de la fulla β7 i la histidina es localitza després de la fulla β8.[10]
La hidròlisi del substrat es dona en dos passos.[10] El mecanisme comença amb una reacció d’acilació (A). Consisteix en la transferència d’un protó entre els residus d’aspartat, histidina i serina, provocant l’activació del grup hidroxil de la serina. Com a conseqüència, el residu hidroxil de la serina ataca el grup carbonil del substrat. Es forma així el primer intermedi tetraèdric (B) amb càrrega negativa a l’oxigen del grup carbonil. L’oxoanió estabilitza la distribució de càrrega i redueix l’energia estatal de l’intermedi tetraèdric formant almenys dos enllaços d’hidrogen (C). Aleshores, es produeix el pas desacetil·lació (D), on un nucleòfil ataca l’enzim, alliberant el producte i regenerant l’enzim. Aquest nucleòfil pot ser aigua en el cas de la hidròlisi o un alcohol en el cas de l’alcohòlisi.[1]
Fonts i mètodes d'obtenció
modificaLes lipases son produïdes per diversos organismes, inclosos animals, plantes i microorganismes. Aquest enzim s'obté del pàncrees de diversos animals com ara cabra, ovella o porc. Tot i això, les que s'extreuen dels animals son rarament usades en la indústria alimentària, ja que poden contenir substàncies contaminants com ara virus o hormones. Les que s'usen més en la indústria alimentaria son les obtingudes dels microorganismes, sobretot de bacteris i fongs, que son els més fàcils de cultivar. Pel que fa a les lipases dels fongs destaquen les de Geotrichum candidum i Rhizopus.[11] Els principals gèneres de bacteris per a l'obtenció de lipases són Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Burkholderia, Chromobacterium i Pseudomonas. Les lipases de bacteris del gènere Pseudomonas son molt utilitzades en moltes aplicacions biotecnològiques, ja que presenten la major versatilitat, reactivitat i estabilitat.[11][12]
Condicions de fermentació
La tècnica d’obtenció de l’enzim consisteix en el seu aïllament de la lipasa del microorganisme i la seva posterior purificació.[2]
Les lipases bacterianes son en la seva majoria extracel·lulars i la seva producció està molt influenciada per factors nutricionals i fisicoquímics, com ara la temperatura, el pH, les fonts de carboni i nitrogen, la presència de lípids, la de sals inorgàniques o la concentració d’oxigen dissolt.[11]
Àmbit d'aplicació en la indústria alimentària
modificaProductes làctics
modificaAquests enzims s’utilitzen en la indústria làctica per la hidròlisi del greix de la llet, modificar la longitud de la cadena dels àcids grassos i millorar els sabors i el procés de maduració del formatge.[2]
Quan s'afegeixen lipases a la quallada del formatge produeixen l'alliberació d'àcids grassos que contribueixen en diferents sabors. Per exemple, els àcids grassos de cadena curta (C4-C6) causen uns sabors més àcid i picant, mentre que els de cadena mitjana-llarga resulten en un gust de sabó.[2][13]
Indústria del pa
modificaS'utilitza per millorar el sabor durant l'esterificació ja que allibera àcids grassos de cadena curta. La vida útil també es pot allargar gràcies a aquests enzims. Té efectes positius en el condicionament i les característiques de la massa. Millora les propietats de manipulació de la massa, n'augmenta la força i l'estabilitat i també el seu creixement dins el forn. A més, també millora l'estructura i el blanqueig. Es considera que son alternatius als reforçadors químics i als emulsionants de la massa.[13]
Tenen una especificitat àmplia i actuen sobre els lípids polars i han demostrat millorar la pressió superficial de les cèl·lules de gas, augmentant-ne així l'estabilitat. També tenen un efecte directe en la xarxa de gluten, influenciant les interaccions entre proteïnes del gluten i els lípids.[13]
Carn
modificaLa lipasa es pot utilitzar per la formació de sabors en la producció d'embotits, ja que descompon els triglicèrids en àcids grassos que contribueixen als perfils de sabor característics. A més, també poden millorar la textura i la consistència dels productes.[13]
Indústria de greixos i oli
modificaEls greixos i olis son constituents principals dels aliments. El valor nutricional i sensorial i les propietats físiques d’un triglicèrid estan molt influenciades per diversos factors com per exemple la posició de l’àcid gras en el glicerol, la longitud de la cadena de l’àcid gras i del grau d’insaturació.[2]
L’ús de les lipases permet modificar les propietats dels lípids canviant la ubicació de les cadenes d’àcids grassos i reemplaçant un o més àcids grassos per d’altres, i així transformar lípids menys desitjables i econòmics en greixos de més valor. Per exemple, la mantega de cacau és un greix de gran valor que conté àcids palmítics i esteàric i té un punt de fusió de 37°C. La fusió de la mantega de cacau a la boca produeix una sensació de frescor desitjable en productes com la xocolata. La lipasa s’utilitza comercialment per millorar alguns dels greixos menys desitjables i convertir-los en substituts de la mantega de cacau. Per exemple, en un d’aquests processos intervé la lipasa de Rhizomucor miehei per a la reacció de transesterificació que substitueix l’àcid palmític de l’oli de palma per àcid esteàric. Un altre exemple és una interesterificació catalitzada per lipasa del greix de mantega que resulta en una disminució considerable dels àcids grassos saturats de cadena llarga i un augment corresponent dels àcids C18:0 i C18:1 (àcid esteàric i oleic) a la posició 2 del triglicèrid seleccionat.[2][14]
Altres aplicacions
modificaEn cosmètica i perfumeria tenen una gran activitat com a surfactants i per a produir aromes. També s'usen en la indústria farmacèutica: per exemple, l’ibuprofèn es pot sintetitzar utilitzant cinètica de la lipasa a través de reaccions d’hidròlisi i l’esterificació, respectivament. En la producció de detergents, les lipases substitueixen els ingredients químics nocius dels detergents, que són perillosos per als éssers humans i creen contaminació ambiental. En la indústria paperera les lipases ajuden a eliminar la resina produïda per la fusta, que és un del problemes greus que ha d'afrontar la indústria paperera.[1][2][13]
Referències
modifica- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Georgina Sandoval (ed.). Lipases and phospholipases: methods and protocols (en anglès). Humana Totowa, NJ, 17-03-2012, p. 3. ISBN 978-1-61779-599-2.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 Patel, Naveen; Rai, Dhananjai; Shahane, Shraddha; Mishra, Umesh «Lipases: Sources, Production, Purification, and Applications» (en anglès). Recent Patents on Biotechnology, 13, 1, 01-02-2019, pàg. 45–56. DOI: 10.2174/1872208312666181029093333.
- ↑ «ENZYME class: 3.1.1.-» (en anglès). Expasy. SIB Swiss Institute of Bioinformatics, 16-04-2024. [Consulta: 16 abril 2024].
- ↑ «ENZYME entry: EC 3.1.1.3» (en anglès). Expasy. SIB Swiss Institute of Bioinformatics, 16-04-2024. [Consulta: 16 abril 2024].
- ↑ «International union of biochemistry and molecular biology» (en anglès), 18-04-2024. [Consulta: 18 abril 2024].
- ↑ Chen, Yingfei; Black, Daniel S.; Reilly, Peter J. «Carboxylic ester hydrolases: Classification and database derived from their primary, secondary, and tertiary structures» (en anglès). Protein Science, 25, 11, 11-2016, pàg. 1942–1953. DOI: 10.1002/pro.3016. ISSN: 0961-8368. PMC: PMC5079261. PMID: 27530203.
- ↑ http://www.iqb.es/digestivo/fisiologia/[Enllaç no actiu]
- ↑ 8,0 8,1 8,2 Berg, Jeremy M.; Tymoczo, John L.; Stryer, Lubert. Bioquímica. Traducció: Juli Peretó (curador de la traducció). Traducció de la 6a edició nord-americana. Barcelona: Reverté, 2007, p. 621 (Projecte Scriptorium). ISBN 978-84-291-7601-8.
- ↑ 9,0 9,1 9,2 (ed.) Julio Polaina i (ed.) Andrew P. MacCabe. Industrial Enzymes: Structure, Function and Applications (en anglès). Springer. ISBN 978-1-4020-5376-4.
- ↑ 10,0 10,1 10,2 Jaeger, K-E.; Dijkstra, B. W.; Reetz, M. T. «Bacterial Biocatalysts: Molecular Biology, Three-Dimensional Structures, and Biotechnological Applications of Lipases» (en anglès). Annual Review of Microbiology, 53, 1, 10-1999, pàg. 315–351. DOI: 10.1146/annurev.micro.53.1.315. ISSN: 0066-4227.
- ↑ 11,0 11,1 11,2 Gupta, R.; Gupta, N.; Rathi, P. «Bacterial lipases: an overview of production, purification and biochemical properties». Applied Microbiology and Biotechnology, 64, 6, 01-06-2004, pàg. 763–781. DOI: 10.1007/s00253-004-1568-8. ISSN: 0175-7598.
- ↑ Ashok Pandey (ed.), Colin Webb (ed.), Carlos Ricardo Soccol (ed.), Christian Larroche (ed.). Enzyme technology (en anglès). Springer, p. 297. ISBN ISBN 978-1-4419-2124-6.
- ↑ 13,0 13,1 13,2 13,3 13,4 Robert J. Whitehurst (ed.), Maarten van Oort (ed.). Enzymes in food technology (en anglès). ISBN ISBN 978-1-4051-8366-6.
- ↑ Sharma, Rohit; Chisti, Yusuf; Banerjee, Uttam Chand «Production, purification, characterization, and applications of lipases» (en anglès). Biotechnology Advances, 19, 8, 12-2001, pàg. 627–662. DOI: 10.1016/S0734-9750(01)00086-6.
Vegeu també
modifica