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Inmovilización de proteasas en nanopartículas

Nanotecnología México

En las últimas décadas se han desarrollado diversos soportes y técnicas de inmovilización, la cual se puede efectuar mediante mecanismos como atrapamiento, interacción iónica, formación compleja con metal, enlace covalente, encapsulación y adsorción en superficies hidrofóbicas o hidrofílicas. A nivel industrial y comercial se utilizan y se cuenta con una diversidad de enzimas inmovilizadas, las cuales presentan una mayor eficiencia en su uso con relación a las enzimas en solución, como es el caso de proteasas, lipasas e invertasa, las cuales son utilizadas en procesos de producción a gran escala.

Una técnica para inmovilizar enzimas es a través de generar enlaces covalentes con un soporte de estructura porosa, lo cual favorece el incremento de la superficie de fijación que puede reflejarse en una mayor actividad enzimática específica. Las nanopartículas, que comprenden partículas entre 1 y 100 nm, son soportes que muestran un alto potencial para uso en biotecnología y nanomedicina, dentro de las cuales las inorgánicas de sílice por sus propiedades físico-químicas como resistencia mecánica, estabilidad química, ausencia de toxicidad, biocompatibilidad y versatilidad sintética son muy atractivas para uso en nanotecnología.

La inmovilización de enzimas proteolíticas con actividad digestiva es una tecnología que presenta ventajas para su aplicación a nivel industrial y de investigación. Un ejemplo es la papaína, una cisteína endopeptidasa, que se obtiene de variedades de Carica papaya, la enzima presenta una amplia actividad proteolítica hacia proteínas, péptidos de cadena corta, enlaces amida y ésteres de aminoácido, por lo cual se utiliza ampliamente en alimentación y medicina.

El interés de inmovilizar la papaína se ha asociado con su aplicación en la industria, por ejemplo como agente de estabilización por frío en la fabricación de cerveza, para el ablandamiento de carnes y en la síntesis enzimática de péptidos. Así mismo, muestra un uso potencial en nutrición animal, dentro de la cual hay interés para su aplicación en producción acuícola en el aprovechamiento de fuentes proteicas de fuentes animal y vegetal.

Los residuos de cisteína, que contienen el grupo tiol, se utilizan con frecuencia para la inmovilización de la estructura proteica, los cuales mediante adición conjugada con carbonilos insaturados pueden generar enlaces.
La proteína es uno de los nutrientes que presenta una relevancia significativa en la nutrición y alimentación de organismos animales, ya que influye en las características funcionales y nutricionales al suministrar aminoácidos esenciales y como una fuente de energía. La velocidad de absorción de la proteína a nivel intestinal está dada por la capacidad de enzimas digestivas para hidrolizar las fuentes proteicas del alimento, para que estas puedan ser asimiladas. 

En el estudio realizado por Eduardo Durazo Beltrán de la Universidad Autónoma de Baja California se evaluó la capacidad de inmovilizar la proteasa papaína en una matriz de nanopartículas de aluminosilicatos (zeolita) a través de la formación de enlaces covalentes, en el producto de la inmovilización se determinó la actividad enzimática para estimar su uso potencial en la hidrólisis de ingredientes proteicos utilizados en la elaboración de alimentos acuícolas formulados.
Se estima que las diferencias en la composición aminoacídica entre las fuentes proteicas influyeron en la capacidad hidrolítica de la papaína, las harinas de pescado y de ave, de fuente animal, presentan contenidos similares de aminoácidos en contraste con el de la harina de soya.

Se reporta que la papaína presenta 7 subsitios de enlace los cuales muestran afinidad estereoespecífica por residuos de la estructura del sustrato, como lisina, arginina, leucina, fenilalanina y valina, aminoácidos presentes en mayor concentración en las fuentes de harina animal analizadas con relación a la harina de soya, lo cual se relaciona con la actividad proteolítica de la enzima sobre la proteína.

La papaína inmovilizada en zeolita mostró capacidad para hidrolizar fuentes proteicas utilizadas en la elaboración de alimentos para producción acuícola, lo cual muestra potencial para mejorar la digestibilidad de las dietas y su consecuente efecto en el desarrollo de organismos bajo cultivo. El efecto del uso de papaína en alimentación acuícola se ha evaluado en el cultivo de peces con resultados que denotan ventajas en su aplicación.

Del estudio realizado por Eduardo, se derivó, en forma preliminar, la alternativa de utilizar papaína inmovilizada en un soporte sólido para mejorar la digestibilidad de ingredientes proteicos, de la cual no se tienen antecedentes de su uso en alimentación animal. La inmovilización restringe el movimiento de la molécula del polipéptido, por efecto del ligado al soporte inerte mediante enlaces químicos, lo cual le aporta estabilidad a las proteínas. De esta forma, los dominios se mantienen en la orientación correcta para conservar la actividad por un mayor período de tiempo en comparación con la enzima en solución libre.

En el futuro será necesario el desarrollar estudios para determinar el grado de hidrólisis en diversos ingredientes proteicos, cinética y estabilidad de la papaína inmovilizada en diferentes condiciones fisicoquímicas y evaluar su efecto en la digestibilidad in vivo de alimentos formulados en organismos en condiciones de cultivo, para estimar la conveniencia del uso de la enzima en su forma inmovilizada

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