dilluns, 1 de desembre del 2008

L’ENZIM POLIFENOL-OXIDASA

Andrea Guiu i Cristina Prada

Descripció de l’enzim:

Els polifenol oxidases (E.C 1.10.3.X) són uns enzims del grup oxidorreductases que actuen amb difenols o compostos relacionats com a donants. Són coneguts també com a fenoloxidasa, fenolasa, monofenol oxidasa, difenol oxidasa i tirosinasa.
Es divideixen en quatre subclasses:
- Lacases (E.C.1.10.3.2)
- Catecol oxidases (E.C.1.10.3.1)
- Ascorbat oxidases (E.C. 1.10.3.3)
- Tirosinasas (E.C. 1.14.18.1. i 1.10.3.1).

Contenen coure com a grup prostètic.

Localització i funció biològica de l’enzim:

Els polifenols es troben àmpliament distribuits en el regne vegetal. Formen part de la nostra dieta a través de l’ingesta de fruita i vegetals i derivats (sucs, vi, tè). Els trobem en major concentració en fongs (bolets), patates, prèssecs, pomes, plàtans, alvocats, fulles de tè, cafè i fulles de tabac.

Es troben relacionats amb l’enfosquiment de les fruites i hortalisses quan es fereixen. En teixits vegetals intactes, els PPO i els substrats d’aquest es troben separats per estructures cel•lulars. És per això que no es produeix l’enfosquiment. Al realitzar el tall o ferir-lo, l’enzim entra en contacte amb els substrats i apareix el color marronós.
És de gran importància en la determinació dels atributs de qualitat de fruites i hortalisses ja que a través de les seves reaccions pot produir no només canvis de color sino també de sabor i valor nutritiu.

Cada cop té més força la idea de que els PPO juguen un paper important en la prevenció de l’atac a les plantes per part d’insectes i microorganismes.

ABANSDESPRÉS

Substrats:

Els substrats de PPO es troben àmpliament dividts en el regne vegetal i són considerats metabolits secundaris. Els substrats més importants són la tirosina, la catequina, l’àcid cafeico, l’àcid clorogènic i el fenol, entre d’altres.
Estructuralment, tots els substrats contenen un anell aromàtic i un o més grups hidroxils (-OH).

Parlarem més àmpliament del fenol per la seva presència en aigües residuals:

1. Fenol
El fenol en forma pura és un sòlid cristal•lí de color blanc-incolor. La seva fòrmula química és C6H5OH. El fenol no és un alcohol.

És una substància manufacturada que s’utilitza principalment en la producció de resines fenòliqueas, en la producció de nylon i altres fibres sintètiques, en la indústria química – en la producció de fungicides i desinfectants– i farmacèutica – en la producció d’àcid acetil salicílic –.
És un dels principals residus de les indústries carboníferes i petroquímiques.

Quan el fenol entra en contacte amb el clor (compost molt comú en les aigues tractades pel consum humà) forma compostos fenilclorats, molt solubles i citotòxics perl a seva facilitat per atravessar membranes cel•lulars. La seva presència però, no és només tòxica per els humans sinó també ho és per peixos i animals aquàtics. Aquest fet planteja la necessitat de depurar-lo de les aigues residuals.


Mecanisme d’acció dels PPO:

Els PPO catalitzen dos tipus de reaccions utilitzant O2 com agent oxidant:
(1) la o-hidroxilació de monofenols per a produir o-difenols
(2) la posterior oxidació de o-difenols a o-quinones
La reacció general de l’enzim, catalitza la formació de quinonas altament reactives que reaccionen amb grups amino o sulfhidrils de proteïnes.

1. Hidroxilació. Activitat monofenol oxidasa.
Els polifenol oxidases fan l’hidroxilació de monofenols a partir de l’oxigen molecular per tal de formar o-difenols.


2. Oxidació dels o-difenols. Activitat difenol oxidasa.
Els o-difenols s’oxiden donant com a producte o-quinones:


L’explicació per el color marronós que adopten les fruites en l’oxidació es deu a que a les o-quinones reaccionen amb els grups nucleòfils presents en les proteïnes – com aminoàcids, grups fenòlics i altres – generant melanina.


Aplicacions:

Ús dels PPO en la depuració d’aigües residuals:
La legislació indica que l’índex màxim de fenols que es pot trobar a l’aigua és de 0,2mg/l. En aigues residuals es poden trobar índex de fenols de concentracions molt variables, depenent de la zona. Generalment el grau de contaminació per fenol en aigües oscil•la entre els 20 i els 200mg/l. (www.gencat.net)
El mètode que s’utilitzarà per la depuració d’aigües és el mètode enzimàtic. Aquest consisteix en la utilització de PPO que oxidaran els fenols a les corresponents o-quinones que posteriorment donaran lloc a compostos insolubles que precipitaran.


Les o-quinones reaccionen de forma espontànea per a la formació de polímers que són insolubles en aigua. D’aquesta forma, es facilita la recuperació.
O–Benzoquinone - polímers insolubles en aigua

Producció de xocolata:
En la producció de xocolata, PPO és un component responsable per la formació de precursors del sabor, començant en la fase oxidativa de la fermentació i continuant a la fase de secat.
Els canvis produits són una reducció del to amarg com a resultat de les interaccions polifenol-proteina. In aincrement de l’oxigen en la massa de cacau durant el procès de secat indueix l’oxidació màxima d’epicatequines i procyanidines – altres substrats de PPO – causant la producció de melanina i melanoproteínes que són les responsables del color marró de la xocolata.

Elaboració de té:

Els PPO juguen un paper important durant la fermentació del té negre gràcies a l’oxidació dels polifenols.
El grup majoritari de polifenols en el tè són les catequines.

Durant la fermentació les catequines s’oxiden a l’o-quinona corresponent, que continua a una segona oxidació per tal de formar te-flavines. Els compostos posteriors són pigments grocs que s’oxiden a te-rubigens, pigments marró-fosc, responsables del color del tè negre.
La qualitat del tè, basada en l’evaluació sensorial del color i l’amargura, ha estat relacionada amb el contingut de te-flavina.
Les te-flavines, te-rubigens i cafeïna són els ingredients essencials en els tès de qualitat.

Els PPO es relacionen també amb el nivell de cafeína i fibra crua.

Altres aplicacions:

Les melanines produides per l’acció dels PPO tenen força com a colorants alimentaris i actúen com a excel•lents protectors solars quan s’apliquen a la pell.


Referències:
  • NAZ, Shanina. ENZYMES AND FOOD, Oxford (2002)
  • NOLLA FUSTÉ, M. Teresa. Aïllament de bactèries resistents al fenol a partir de fangs actius de depuradora, selecció i estudi de soques degradadores. Facultat de Ciències Químiques de Tarragona, Universitat de Barcelona. Juny de 1986 (Tarragona).
  • DURAN, Nelson; EPOSITO, Elisa. Potential applications of oxidative encimes and phenoloxidase-like compounds in wastewater and soil treatment. Biological Chemistry Laboratory. Institut de Química, Universitat Estadual de Campinas (Brazil).1 d’Abril del 2000.
  • RODRÍGUEZ, M.J.; SOSA, S.G.J; GARZA, G.Y. Tratamiento de aguas contaminadas con residuos fenolíticos mediante células de Citrobacter freundii con actividad tyrosinfenoliasa. Departament de Biotecnologia, Facultat de Química, Universitat Autònoma de Coahuila (Mèxic).
  • American Society For Microbiology
  • Generalitat de Catalunya
  • Sociedad Española de Enfermedades Infecciosas y Microbiología Clínica