Lipasa

Lipasa

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
Recerca PMC articles PubMed articles NCBI proteins

Una lipasa és un tipus d'enzim 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]

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 les fleques per a millorar els aromes, en la fabricació de begudes o menjars per a nadons.^[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

Existeix 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 en 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

La 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.^{[cal citació]}

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.^{[cal citació]}

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— una lipasa estimulada hormonalment per glucagó i epinefrina catalitza la hidròlisi de triacilglicerols 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

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

El seu lloc actiu consisteix en un triangle catalític format 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.

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

Les 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 destaca 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 estan 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

Productes làctics

S’utilitza per la hidròlisis del greix de la llet i lipòlisis del greix de mantega. Aquests enzims s’utilitzen en la indústria làctica per modificar la longitud de la cadena dels àcids grassos i millorar els sabors i el procés de maduració del formatge. Els àcids grassos de cadena curta causen un sabor fort i picant, mentre que els àcids grassos de cadena mitjana a llarga resulten en un gust de sabó. Quan s’afegeixen lipases a la quallada de formatge a temperatures elevades, això fa que el contingut d’àcids grassos augmenti produït un formatge modificat per enzims, el qual conté una concentració de greix més elevada.^[2][13]

Indústria del pa

La lipasa és un enzim reconegut per millorar les propietats de la panificació, i per les seves fonts i efectes positius en el condicionament i les característiques de la massa. La lipasa millora les propietats de manipulació de la massa, augmenten la força i l’estabilitat de la massa i augmenten el creixement de la massa a dins el forn. A més, també milloren l’estructura i el blanqueig. Es considera que son alternatius als reforçadors químics i als emulsionants de la massa. També milloren el sabor durant l’esterificació alliberant àcids grassos de cadena curta.^[13]

Actualment, s’està intentant oferir una millor efecte en processos de mescla a alta velocitat i en processos de massa sense repòs. A més, també tenen una menor afinitat pels àcids grassos de cadena curta; això comporta una menor alliberació d’àcids grassos i un menor risc de formació de sabors no desitjats. La lipasa també té un efecte directe en la xarxa de gluten i pot influir en la interacció entre les proteïnes del gluten i els lípids, i en les interaccions entre el midó i els lípids.^[2]

Indústria de greixos i oli

Els greixos i olis son constituents principals dels aliments. L’ús de les lipases permet modificar les propietats dels lípids canviant la ubicació de les cadenes d’àcids grassos i així transformar lípids menys desitjables i econòmics en greixos de més valor. Per exemple, ajuda a modificar les propietats dels lípids dels olis que son rics en àcids grassos omega-6 i omega-3, que tenen un paper important en la salut humana.^[2]

Altres aplicacions

En 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

Vegeu també

• Lipasa lingual