BFPA_U4_EA_JEMP

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Universidad Abierta y a Distancia de 
México 
División de Ciencias de la Salud, Biológicas y 
Ambientales 
Ingeniería en Biotecnología 
 
Fisiología de plantas y animales 
 
Evidencia de aprendizaje 
Unidad 4 
 
 
Jessica Verónica Mendoza Prado 
ES202104539 
Grupo BI-BFPA-2201-B2-002 
 
 
 
1 de junio de 2022 
 
Papaína 
Proceso fisiológico 
La papaína es una proteína globular de una única 
cadena de aminoácidos perteneciente a la 
superfamilia de papain like cysteine proteases 
(PLCP), con un peso molecular de 23406 DA que 
consta de 212 aminoácidos con cuatro grupos 
disulfuro y residuos de actividad catalítica 
relevante en las posiciones Gln19, Cys25, His158 
e His159. Es una cisteína hidrolasa que es estable 
y activa en condiciones muy variables, incluso en 
elevadas temperaturas, lo que le ha valido para ser 
de interés biotecnológico, así como industrial. Las 
proteasas de esta familia tienen la peculiaridad de 
encontrarse en la mayoría de los organismos, 
incluidos virus, bacterias, levaduras, protozoarios, 
plantas e incluso animales. 
Producción fisiológica 
Se producen las proteínas de esta familia primeramente como 
precursores inactivos que van acompañados de un péptido señal 
que les sirve para para la secreción proteica, así como de un 
dominio auto inhibitorio para prevenir la degradación accidental 
de otras proteínas. 
En los animales, las PLCP tienen una función importante en la 
degradación terminal de proteínas señalizadas con auto 
lisosomas a nivel liposomal. Aunque se desconoce aún a ciencia 
cierta su función o si tienen más funciones en las células 
animales. 
En el caso de las plantas, cumplen distintas funciones a nivel de 
germinación y desarrollo, inmunidad, senescencia y respuesta a 
estrés. No se han estudiado en todas las plantas las propiedades fisiológicas de esta familia, sin 
embargo, se reconocen algunos ejemplos de función presentados en la siguiente tabla. 
PLCP Especie en la que se 
ha encontrado 
Función 
EP-B Cebada Induce la expresión en las semillas germinantes, 
degrada el endospermo para que las plantas tengan 
acceso a nitrógeno. 
Pap-1 Cebada Se relaciona con la movilización proteica durante la 
germinación, retrasa procesos de senescencia. 
Cath B Arabidopsis Ayuda en la respuesta al estrés abiótico y estrés del 
retículo endoplásmico. 
Pap-1-6-
9 
Cebada Inhibición de la catepsina, incrementa la embriogénesis. 
Ilustración 1Tomado de Liu et al. (2018) 
Ilustración 2Estructura de la papaina 
SAG12-
H1RD21 
Arbil del hule Se expresa altamente en hojas senescentes. 
Rcr3 Tomate Provee resistencia contra Phytophthora infestans, 
Cladosporium fulvum y Globodera rostochiensis. 
Adaptado de Liu et al. (2018) 
Extracción 
Existen actualmente diversos métodos disponibles para la extracción de la enzima del fruto de la 
papaya, variando entre ellos por el costo, tiempo, disponibilidad, así como nivel de pureza de la 
enzima. En el ámbito biotecnológico, la papaína se utiliza para la protección de plantas contra 
ataques de insectos, ablandamiento de la carne, exfoliante etc. Va más allá de una única industria 
o campo de aplicación, por lo que las técnicas disponibles han ido variando en función de las 
necesidades de los productores. A continuación, se describen brevemente las metodologías más 
representativas y populares. 
Extracción del látex del fruto de papaya 
1. Se colecta el látex realizando cortes en la fruta 
con un aparato de acero inoxidable, sin superar 
los 2 mm de profundidad para prevenir que el 
jugo se mezcle con el látex y disminuya su 
calidad. 
2. El látex es colectado dentro de los primeros 2 
minutos ya que se seca muy rápidamente 
además de que puede ensuciarse por polvos y 
otros contaminantes. 
3. Antes del almacenado del látex, 0.3M NaOH se 
añade para prevenir la oxidación. 
Extracción de la cáscara de papaya 
La enzima es extraída principalmente del látex de la 
cascara de la fruta inmadura, pues se encuentra ahí con una concentración mayor. Además, al 
ser un producto de desecho, representa un ingreso extra. 
1. La cáscara se corta en piezas pequeñas para ser secadas a 55°C hasta disminuir el peso 
agua al 10%. 
2. Las cáscaras deshidratadas son molidas para ser remojadas en agua destilada. 
3. Se centrifuga y filtra para eliminar otros compuestos. 
Purificación de la papaína por precipitación 
1. Con el extracto anterior, se añade sulfato de amonio que interactúa con el agua y otros 
solutos manteniéndolos en precipitados. 
2. Puede usarse también cloruro de sodio, solución alcoholada, e incluso etanol, que ha 
demostrado al 70% obtener una pureza del 82.31% de la papaína. 
Partición de triple fase 
Ilustración 3Tomado de indiamart.com 
Es un método sencillo que ha incrementado por mucho la pureza de la proteína al final del 
proceso de purificación además de conservar de forma considerable la actividad catalítica de la 
enzima. 
1. Se almacenan a -20° C los extractos de látex de la papaya inmadura 
2. Se descongelan hasta los 4°C y se diluyen en agua destilada en razón 1:.5 
3. Se centrifuga la solución a 2500 rpm por 10 minutos a 4°C 
4. Se precipitan los sobrenadantes con una solución al 20% de (NH4)2SO4 y se vuelve a 
centrifugar por 10 minutos a 2500 rpm 
5. Se precipitan nuevamente los sobrenadantes con una solución al 60% de (NH4)2SO4 y se 
centrifugan por 10 minutos a 2500 rpm 
6. Se realiza diálisis del precipitado a 4°C con ayuda de un buffer de fosfato de sodio 30Mm, 
con pH de 6.5 y que contenga L-cisteína 2Mm 
7. Se añade nuevamente (NH4) SO4 al 40% y se mezcla con ayuda de un agitador vortex 
8. Se añade butanol en razón 1:.75 y se incuba por 45 min a 25°C para después centrifugar a 
4000 rpm por 10 min a 20°C 
9. Se realiza la separación de las 3 fases: se remueve la parte superior que consiste en butanol, 
se remueve la parte intermedia que consiste en papaína con menor actividad y finalmente 
se extra la papaína en su fase de sal acuosa 
10. Finalmente, se dializa por una noche con un buffer de sodio fosfato 30mM, pH 6.5 que 
contenga L-cisteína. 
Escualeno 
El escualeno es una biomolécula lipofílica que 
pertenece a la clase química de los triterpenos. Se 
compone de seis unidades de isopreno, siendo un 
compuesto isoprenoide de 30 carbonos con seis 
dobles enlaces (C30H50). 
En su forma macroscópica es un aceite inoloro, 
incoloro y líquido. Se le dio el nombre de escualeno 
por ser aislado por primera vez del aceite de hígado 
del tiburón Tsujimoto (Squalus milsukurii), con 
investigaciones más recientes demostrando la 
existencia del compuesto también en el reino 
vegetal. 
Proceso fisiológico 
En las células eucariotas es un metabolito 
intermedio en la ruta metabólica de biosíntesis de 
esteroles, siendo catalizada la formación por la 
enzima Escualeno Sintasa, misma que se 
encuentra asociada con la membrana del retículo 
endoplásmico. La síntesis se da en una reacción de 
dos pasos que comienza con dos unidades de 
farnesil difosfato que son convertidos en 2,3-
epoxiescualeno, que es el precursor tanto animal 
como vegetal. 
Ilustración 4 Síntesis de esteroles. Tomado de Harker 
(2003) 
Los mecanismos fisiológicos que impulsan su síntesis son muy variados, ya que juega un papel 
crucial en el desarrollo de los organismos vegetales y animales, resaltando entre ellos su papel 
antioxidante y su alta capacidad de erradicación de radicales libres. 
R
e
in
o
 
A
n
im
a
l.
 
Función Descripción 
Lipoproteínas 
Transporte de 
triglicéridos 
El escualeno se presenta en el plasma embebido en las 
lipoproteínas, particularmente en las de muy baja 
densidad, siendo su cantidad correlacionada con la 
abundancia de triglicéridos. 
 
Membrana celular 
Protección 
Constituye aproximadamente el 12% de los lípidos de 
superficie, sobre todo en la piel, probablemente debido a 
la falta de cabelloen el humano y la necesitad de 
contrarrestar los efectos oxidantes de los rayos UV. 
Esteroides Como precursor, tiene un papel importante en el resto de 
los esteroides que cumplen distintas funciones en los 
organismos, en membrana para estructura, como 
hormonas, como precursores para síntesis de ácidos 
biliares. 
V
e
g
e
ta
l 
 
Organización de 
membrana 
Junto con lípidos no saturados, el escualeno regula las 
propiedades físicas, difusión y organización dinámica de 
la membrana. Actúa como inhibidor del derrame de 
electrones en membranas alcalinas y tiene influencia en 
la síntesis de ATP. 
Almacén para biosíntesis El escualeno almacena se usa como precursor de 
moléculas importantes como el B-sitosterol, campesterol 
y estigmasterol, que son precursores de hormonas de 
crecimiento y de adaptación de estrés biótico. 
 
Extracción 
La fuente más importante de escualeno es el hígado de 
tiburón de profundidades, en los que figuran varias 
especies. La concentración de escualeno varía, pero en el 
mejor de los casos, hasta el 60% del peso del hígado es 
escualeno. La metodología más común para la extracción 
de este escualeno es el uso de dióxido de carbono 
supercrítico. Dado que ya no es promovido el uso de 
escualeno proveniente de hígado de tiburón por sus 
implicaciones ambientales y que puede ser extraído 
también de plantas, encontrar bibliografía que redacte 
como realizar la extracción del escualeno del aceite fue una 
tarea compleja, pues se trató de bibliografía vieja o de 
origen asiático, que por traducciones incompletas resulta 
imposible de comprender. Describo la más citada a 
continuación. 
Ilustración 5 Presencia del escualeno en la 
membrana eucariota. Tomado de Micera 
(2020) 
 
Ilustración 6 Laboratorio para la extracción de escualeno del aceite de hígado. Tomado de Catchpole et al. (1997) 
En un laboratorio que procesa 5mL/min de aceite se cuenta con un sistema que cuenta de un 
compresor de alta presión que recircula el dióxido de carbono, una columna aislada consistente 
de tres secciones con un diámetro interno de 56 mm y una altura de 2.5m y tres secciones de 
temperatura controlada, un pistón de alta presión para la circulación del aceite y dos vasos de 
separación para la recuperación del aceite y de los aromas a pescado. 
1.Se pasa dióxido de carbono supercrítico a través de la columna aislada con tres diferentes 
estaciones de control de temperatura, a una presión de .5 bar. 
2. Una vez estabilizado el flujo del gas, presión y temperatura, el aceite de hígado de tiburón fue 
introducido en la primera parte de la columna (H1) a un flujo volumétrico controlado. 
3. El líquido de reflejo fue bombeado a la parte superior de la columna a un ritmo conocido. 
4. El refinado es recolectado a intervalos de tiempo regulares, drenando el reservorio líquido. 
5. En la primera etapa de separación, se recupera el escualeno. Esto es a una presión de 90 bar 
y 313 K. 
6. En el segundo, se eliminan los olores de pescado. Esto es a una presión de 60 bar y 313K. 
7. El dióxido de carbono es reciclado hacia la columna. 
 
Referencias 
Catchpole, O. J., von Kamp, J.-C., & Grey, J. B. (1997). Extraction of Squalene from Shark Liver 
Oil in a Packed Column Using Supercritical Carbon Dioxide. Industrial & Engineering Chemistry 
Research, 36(10), 4318–4324. doi:10.1021/ie9702237 
Harker, M. (2003) Enhancement of seed phytosterol levels by expresión o fan N-terminal 
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https://www.researchgate.net/figure/Schematic-representation-of-the-sterol-biosynthesis-
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Jain, J. (2020) Review on isolation and purification of papain enzyme from papaya fruit. 
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Micera, M. (2020) Squalene: More than a step toward Sterols. Antioxidants 9 (68) 
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https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01717