biotecnologia de proteinas la viabilidad comercial es esencial para

BIOTECNOLOGIA DE PROTEINAS
Es la producción y el aislamiento comerciales de proteínas específicas, de
fuentes animales, vegetales o microbianas, y/o su utilización ulterior para
producir un evento biológico pre-definido.
LA VIABILIDAD COMERCIAL ES ESENCIAL PARA EL
EXITO DE CUALQUIER EMPRESA BIOTECNOLOGICA.
Biotecnología clásica: Procesos fermentativos (cerveza, vino, quesos) (al
menos 4000 años).
Biotecnología moderna: Tecnologías de DNA recombinante y anticuerpos
monoclonales (desde mediados de la década del 1970).
Muchas proteínas tienen aplicación industrial: enzimas, anticuerpos,
hormonas, factores de coagulación sanguinea, factores de crecimiento. Se
emplean como agentes diagnósticos y terapéuticos, y en la fabricación de
una gran variedad de productos biológicos. Se las puede obtener de sus
fuentes naturales, pero actualmente es muy frecuente su obtención a partir
de otros organismos, por técnicas de DNA recombinante.
1
PROTEINAS DE USO FARMACEUTICO: Factores de
coagulación (hemofilias); eritropoietinas (anemias);
Factor de crecimiento de fibroblastos (ciertas
úlceras);
Insulina (diabetes);
Interferones,
interleukinas
(cancer,
SIDA);
anticuerpos
monoclonales (diagnóstico); vacunas (hepatitis B).
Se producen en cantidades moderadas (gramos o
kilos) y requieren la máxima pureza. La mayoría se
produce por técnicas de DNA recombinante.
2
La producción de proteínas recombinantes para uso clínico es un
emprendimiento de alto riesgo y alta recompensa.
La American
Pharmaceutical Manufacturers Association ha estimado el costo del
desarrollo de una nueva droga de aplicación farmacéutica en 200 – 250
millones de US$, y el tiempo requerido puede ser de unos 12 años,
desde su concepciòn en el laboratorio hasta su llegada a los anaqueles
de una farmacia.
La primera proteína recombinante empleada en clínica fué la insulina
humana, producida en Escherichia coli y aprobada por USA, UK,
Alemania Occidental y Holanda en 1982.
La primera vacuna
recombinante administrada a seres humanos fué la vacuna contra
hepatitis B, producida en levadura (Saccharomyces cerevisiae). Se
producen actualmente proteínas recombinantes para uso clínico en
hongos filamentosos, plantas y animales transgénicos.
3
Muchas proteínas con APLICACION INDUSTRIAL, en general enzimas de
origen microbiano, se producen en grandes cantidades, a menudo cientos
de toneladas y con mucha menor pureza. Es una industria que moviliza
cientos de millones de US$ por año.
EJEMPLOS DE ENZIMAS CON APLICACIÓN INDUSTRIAL:
PROTEINASAS (preparados detergentes, fabricación de quesos, industrias de
la cerveza y el pan, de la carne y del cuero; digestivos de uso humano y
veterinario).
AMILASAS (procesado de almidones, industrias fermentativas).
PECTINASAS (industrias de jugos frutales y procesado de frutas).
LIPASAS (industria lechera, industria de aceites vegetales).
LACTASA (hidrólisis de lactosa en leche).
GLUCOSA ISOMERASA (producción de jarabes con alta concentración de
fructosa).
PENICILIN ACILASA (producción de penicilinas semisintéticas).
La mayoría de estas enzimas se obtiene de fuentes naturales, pero algunas son
recombinantes (quimosina, para la hidrólisis parcial de la caseína en la fabricación de
quesos).
4
5
ESTRUCTURA Y FUNCION DE LAS PROTEINAS.
Las proteínas son polímeros de aminoácidos unidos por uniones
amida, llamadas uniones peptídicas.
La cadena polipéptídica constituye la estructura primaria de la
proteína, dada por la secuencia de los residuos de aminoácidos.
Para ser funcional, la proteína requiere niveles superiores de
estructura, que la llevan a su forma tridimensional, esencial
para su función. Esos niveles estructurales son las
estructuras secundaria, terciaria y, eventualmente, cuaternaria
(si se trata de un oligómero con subunidades iguales o
diferentes).
6
NIVELES ESTRUCTURALES EN LAS PROTEÍNAS.
1) Estructura primaria: Secuencia de aminoácidos.
Unión peptídica exclusivamente.
2) Estructura secundaria: Disposición espacial de
residuos de aminoácidos cercanos en la secuencia.
Unión hidrógeno involucrando el N y el O de las
uniones peptídicas exclusivamente. Tres elementos
principales de estructura secundaria:
α-hélice,
estructura β (hoja plegada) y giros β.
7
8
9
10
11
3) Estructuras supersecundarias: motivos y dominios.
4) Estructura terciaria: Disposición espacial de residuos
de aminoácidos lejanos en la secuencia. Interacciones
hidrofóbicas, puentes de hidrógeno entre restos
laterales o entre ellos y la cadena peptídica, uniones
salinas, puentes disulfuro.
5) Estructura cuaternaria: Disposición espacial de las
subunidades en proteínas oligoméricas. Interacciones
hidrofóbicas, uniones puente hidrógeno y salinas.
12
13
14
15
16