¿Qué te viene a la mente cuando oyes hablar de almidón?
Seguramente nos recuerda la fabricación de engrudo para elaborar piñatas o los consejos de almidonar la ropa para evitar arrugas al planchar pero los usos del almidón van más allá de eso, actualmente los subproductos derivados su procesamiento tienen muchas aplicaciones en la vida cotidiana y más aun, la modificación de proteínas que lo procesan han permito usarlo como base para el desarrollo de materiales de importancia biotecnológica.
Como resultado de la fotosíntesis las plantas generan glucosa y buena parte de ésta es acumulada en forma de granos de almidón principalmente en las semillas, raíces y como tubérculos en plantas sirviendo como reserva alimentaria para periodos críticos como el invierno. Para el ser humano el azúcar almacenada como almidón en cereales o tubérculos como la papa forma parte importante de la dieta ya que aporta gran parte de la energía que consumimos, pero además de servir como alimento los derivados de la degradación enzimática de almidón contenido principalmente en plantas de maíz, tapioca, papa y trigo son utilizados en la industria para generar productos con gran importancia económica. De hecho la importancia que tiene la degradación de almidón mediante enzimas a nivel industrial es tal que se calcula que el 30% del comercio de enzimas industriales está enfocado a enzimas usadas para degradar el almidón.
La fermentación del azúcar en cerveza y pan
El almidón está formado por varias moléculas de glucosa unidas entre ellas mediante enlaces glicosídicos formando largas cadenas que se ramifican. Debido a esta compleja estructura se requiere una combinación de diversas enzimas que actúan en diferentes partes de la molécula para que el almidón pueda ser degradado a moléculas más pequeñas. El almidón es una materia prima muy útil en la industria debido a su bajo costo y alta disponibilidad, por ello su degradación a azúcares pequeños por enzimas obtenidas principalmente de bacterias y hongos tiene gran importancia en varias áreas, particularmente en la industria alimenticia, pues se genera una fuente natural de azúcar que es usada como materia prima en la producción de jarabes de glucosa y fructosa o edulcorantes. Además la degradación de almidón en azúcares pequeños durante el proceso de fabricación de cerveza y pan facilita la fermentación del azúcar por levaduras, mejorando la consistencia, sabor y textura del producto. Otra aplicación importante de la glucosa resultante del procesamiento de almidón es su uso para producir biocombustibles, particularmente etanol.
Por las razones antes mencionadas, las enzimas que participan en la degradación de almidón poseen un gran interés biotecnológico, ya que en muchos casos estas enzimas no son capaces de tolerar las duras condiciones de los procesos industriales, por lo que para hacer más eficientes los procesos de producción o ampliar su rango de acción frecuentemente es necesario alterar su estabilidad a solventes, a temperatura o al pH del medio así como mejorar su actividad o cambiar su especificidad hacia ciertos sustratos mediante su modificación por métodos de ingeniería genética. Una de las enzimas más importantes usada para propósitos industriales y biotecnológicos es la α-amilasa, la cual rompe de forma azarosa los enlaces glicosídicos de la parte interna de las cadenas de azúcar del almidón liberando moléculas de glucosa y oligosacáridos formados por unas cuantas unidades de glucosa. Esta enzima, particularmente las α-amilasas de hongos y bacterias, han dominado las aplicaciones en sectores industriales de degradación de almidón, en la industria textil, papelera, farmacéutica y de producción de detergentes.
Pero además se ha observado que las α-amilasas, particularmente las de hongos, tienen la capacidad de transferir moléculas de azúcar derivadas de la degradación de almidón a alcoholes generando compuestos denominados alquil-glucósidos (surfactantes ampliamente usados en la industria cosmética, farmacéutica y de alimentos, completamente biodegradables y sin efectos tóxicos).
En el laboratorio del Dr. Agustín López-Munguía del Instituto de Biotecnología de la UNAM, campus Morelos se ha estudiado la capacidad de la α-amilasa de los hongos Aspergillus niger y Aspergillus oryzae para generar alquil-glucósidos a partir de almidón y metanol como sustrato. Sin embargo, para hacer frente a los procesos industriales es necesario contar con enzimas que soporten las elevadas temperaturas requeridas para la solubilización de almidón, por ello caracterizamos la capacidad de la α-amilasa de la bacteria termófila Thermotoga marítima para generar estos compuestos a partir de almidón y alcoholes como metanol y butanol, encontrando que con respecto a lo observado en amilasas fungales, la enzima bacteriana es capaz de generar una mayor cantidad de alquil-glucósidos, incluso mediante mutaciones efectuadas por experimentos de ingeniería genética, logramos obtener un incremento en la producción de metil-glucósido y butil-glucósido observados en la enzima silvestre.
Estos resultados son muy prometedores y nos permiten pensar en emplear herramientas de ingeniería de proteínas junto con métodos eficientes de selección para incrementar la producción y variedad de alquil-glucósidos importantes para la industria empleando alcoholes de mayor tamaño y almidón como sustrato sin que la estabilidad térmica de la enzima sea comprometida.
ºMtra. Juanita Yazmín Damián Almazo /Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
ºDra. Gloria Saab Rincón /Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional Autónoma de
México, campus Morelos.