Glucosa-isomerasa (EC 5.3.1.5)
Date
2023-03-02
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Las enzimas son proteínas catalizadoras, tienden a cumplir funciones únicas al acelerar las reacciones químicas y haciendo posibles varios procesos biológicos [1]. La clasificación de enzimas se rige por el tipo de función que desempeña, siendo las enzimas isomerasas las capaces de isomerizar un compuesto, transformándolo a través de catalizar la reacción de reordenamiento de sus átomos, su nomenclatura inicia con EC [2].
La glucosa-isomerasa (EC 5.3.1.5), se denomina así por catalizar la isomerización reversible de la D-glucosa para convertirla en D-fructosa (C6H12O6), El sustrato natural que isomeriza es la D-Xilosa (C5H10O5), una aldopentosa, que se isomeriza a la D-Xilulosa, por lo que se denomina también como xilosa-isomerasa [3]. Su estructura sugiere ser un tetrámero compuesto por cuatro cadenas polipeptídicas casi idénticas [4, 5]. Es una isomerasa microbiana debido a que puede obtenerse a partir de microorganismos capaces de crecer sobre una fuente de xilosa, como lo son Steptomyces sp., Bacillus coagulans y Actinoplanes missouriensis [6]. También es una metaloenzima, enzima que retiene iones metálicos, en este caso pueden ser Co2+, Mg2+ o Mn2+, para activarse y unirse con el sustrato de interés; dentro de las metaloenzimas se clasifica como una isomerasa oxidorreductasa debido a que cataliza el intercambio de electrones en reacciones redox [2].
La glucosa-isomerasa se utiliza desde los años 60 en la industria alimentaria (Clinton Corn Processing Co. En Estados Unidos, 1967), dado que inicio junto con otras enzimas al uso de biocatalizadores a nivel industrial [3, 7]. Su importancia radica en el descubrimiento de su capacidad isomerizante de glucosa a fructosa (Marshall y Kooi, 1957), que es un sustituto edulcorante 1,3 veces más dulce que la sacarosa, 1,7 más que la glucosa [7]. Convierte los jarabes glucosados en jarabes fructosados para aumentar la dulzura, como el jarabe de maíz de alta fructosa (JMAF) [6].
La glucosa-isomerasa es estable ante el aumento de temperatura y no requiere cofactores NAD1 o ATP para su actividad, que son costosos, además de tener especificidad de la reacción y no forma productos indeseables, así mismo, es más conveniente su fructosa resultante que la fructosa sintetizada químicamente (reacciones de Lobry de Bruyn-Alberdavan Ekenstein), la cual tiene un sabor desagradable y dulzor limitado [7]. Normalmente se trabaja en temperaturas ambiente, o entre 50-100ºC, y a un pH neutro o tendiendo levemente a ácido. La inmovilización de la glucosa-isomerasa permite que trabaje aumentando su productividad, su actividad catalítica y da una baja formación de derivados en el jarabe. Por ejemplo, en la GI obtenida de Streptomyces murinus por Jorgensen y Col en 1988, usando glutaraldehído como agente reticulante y en óptimas condiciones industriales, se consiguió más de 10,000 kg de sustancia seca de jarabe por kilogramo de enzima [8].
Se emplea en la bioconversión de hemicelulosa a etanol (con la isomerización de xilosa a xilulosa y convertirse en etanol mediante fermentación de levaduras), participa en las funciones nutricionales para una bacteria prolífica, inclusive sirve para estudiar las relaciones de la función estructural en técnicas de bioquímica e ingeniería genética avanzadas y su aplicación en producción de etanol derivado de hemicelulosas como biomasa renovable [7]. Sin embargo, su función principal es la isomerización de D-glucosa a D-fructosa para la producción industrial de JMAF, alimentos y bebidas azucaradas. Este último proceso se lleva a cabo a partir de derivados del almidón, transformando el jarabe de glucosa en jarabe de fructosa: se transforma una solución de almidón gelatinizado a maltodextrinas con una amilasa y salen tres transformaciones, la que forma D-fructosa es en la que se agrega una amiloglucosidasa y se incuba, después por hidrólisis (97%-98%) se obtiene D-glucosa que posteriormente añadiendo glucosa-isomerasa en forma inmovilizada se transforma en D-fructosa [3].
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