Fructanas y fructosíltransferasas
Ángela Ávila Fernández
Octubre 2009
Fructanas y FOS
Definición, distribución y función fisiológica
Estructuras de las fructanas
Aplicaciones
Fructosiltransferasas
Bacterianas y fungales
Vegetales
Estructura y mecanismo de reacción
Usos de las fructosiltransferasas
Obtención de FOS
Producción de nuevos oligosacáridos
Glicosilación de compuestos
Agave: Fructanas y fructosiltransferasas
Definición, distribución y función fisiológica
Polímeros de azúcar compuestos por unidades de fructosa
Grado de polimerización mayor a 10
Grado de polimerización de 3 a 10
Inulina
Fructooligosacáridos (FOS)
Levana
Nistosa
1-Kestosa
Neokestosa
Fructosa
Glucosa
Tipo de enlace
a-1-2
b-2-1
b-2-6
Bifurcosa
1F-Fructofuranosil
Nistosa
Definición, distribución y función fisiológica
Bacterias
Z. mobilis
L. reuteri
S. mutans
G. diazotrophicus
Algas
Pseudomonas
L. mesenteroides
B. subtilis
Algas verde azules
Dasycladus
Hongos
Cymopolia
Batophora
F. oxysporum
A. niger
Plantas
C. intybus
A. tequilana
Penicillium
…
Definición, distribución y función fisiológica
Bacterias
•
•
•
•
•
•
•
Plantas
Promueven la colonización y
supervivencia.
Fitopatogenicidad.
Simbiosis
Fuente
exógena
de
carbohidratos.
Virulencia.
Protección contra desecación.
Adherencia a las superficies.
•
•
•
•
Reserva de carbohidratos.
Promueven la germinación y la
expansión de las flores.
Osmoprotección
Resistencia a sequia y frio.
C. intybus
Hongos y algas
Paenibacillum polimyxa
•
Actinomyces naeslundii
No
se
conoce
fisiológica
su
función
Estructura de las fructanas
Fructosiltransferasa
Bacterias
Fructanas de alto peso molecular
20-100 x106 Da
HO
HO
HO
HO
o
HO
O
HO
o
OH
OH
Sacarosa
Hongos
Fructosiltransferasa
FOS
Estructura de las fructanas
1)
2)
3)
4)
5)
Inulina
Levana
Neoserie de inulina
Neoserie de levana
Fructana mezclada
3
1
2
Base de la serie.
•
•
•
•
1-kestosa,
6-kestosa,
3 y 4) Neo-kestosa,
5) Bifurcosa.
4
5
Modificado de Ritsema y cols. 2003
Aplicaciones
Contenido de fructanas en plantas comestibles [Van Loo y cols. 1995].
Fuente
Contenido de inulina (% peso fresco)
Cebolla
Alcachofa de Jerusalén
Achicoria
Puerro
Ajo
Plátano
Centeno
Cebada
Agave
1.1 - 7.5
17.0 - 20.5
15.2 - 20.5
2.9 - 10
12.98
0.3 - 0.7
* Calculado de Waleckx et. al. 2008.
*Calculado de Waleckx y cols. 2008.
0.6
1.1
26*
Aplicaciones
Boca- no hay
h id ró lis is .
In te s tin o d e lg a d o - n o
h a y h id ró lis is e n zim á tic a
n i a b s o rc ió n .
C o lo n - fe rm e n tac ió n
b a c te ria n a p o r
b ifid o b a c te ria s y
b a c te ria s lá c tic a s .
E s tóm a g o - n o h a y
h id ró lis is á c id a n i
a b s o rc ió n .
H eces- no hay
e x c re c ió n d e
p re b ió tic o s .
Inulin y FOS son considerados prebióticos por ser ingredientes
alimenticios no digeribles que provocan la modificación en la
composición de la microflora del colon.
Aplicaciones
Características Prebióticas
•
•
•
•
•
Modifican la composición de la
microflora del colon.
Favorecen la producción de
vitaminas
Activan funciones intestinales
Asisten digestión y absorción de
nutrientes.
Estimulan
la
función
inmunológica
Propiedades Tecnológicas
•
Baja dulzura
•
Bajo aporte energético
•
Altamente solubles
•
No cariogénicos
•
Estables
Aplicaciones
Aplicaciones cosméticas
Sustituto de plasma sanguíneo
Aplicaciones potenciales
•
•
•
•
•
•
Emulsificante.
Estabilizante.
Espesante.
Agente encapsulante.
Acarreador
de
sabores
y
fragancias.
Sellador biológico en suelos
altamente permeables
Fructosiltransferasas
Fructosiltransferasas
Inulosacarasas
Inulina
Enlaces b(2-1)
Fructosa
HO
HO
HO
HO
o
HO
O
HO
Peso molecular
o
45-75 KDa
OH
OH
170 kDa
Sacarosa
Glucosa
Tipo de enlace
a-1-2
b-2-1
b-2-6
Enlaces b(2-6)
Levansacarasas
Levana
Fructosiltransferasas
HO
HO
HO
HO
o
HO
O
HO
o
Fructosiltransferasa
OH
FOS
OH
Sacarosa
F u e n te
A s p e rg illu s n ig e r A S 0 0 2 3
500
P e n ic illiu m c itrin u m
700
Peso variable debido a la glicosilación
A s p e rg illu s ja p o n ic u s
400
55- 202 KDa
A s p e rg illu s o ry za e C F R 2 0 2
600
Formación de multímeros
A e ro b a s id iu m p u llu la n s C F R 7 7
550
B a c illu s m a c e ra n s E G -6
500
Características
•
•
S u s tra to (s a c a ro s a
Z y m o m o n a s m o b ilis
5 0 0 -6 0 0
Fructosiltransferasas
Fructosiltransferasas
Representación de la estructura tridimensional de la levansacarasa de B. subtilis (SACB; código PDB 1oyg).
Modelo del mecanismo de reacción de tipo Ping-pong Bi-bi propuesto para SACB en notación de Cleland.
S, sacarosa; E, enzima; G, glucosa; L, levana.
Fructosiltransferasas
Asp 94
Cis 519
Asp
219
5’
Cis 471
Glu 276
Péptido
señal
b-propela
b-sandwich
61 aa
356 aa
204 aa
3’
DPN
RDP
LEC
621 aa
Representación de la estructura tridimensional de la FEH de Cichorium intybus (FEH IIa:código PDB 1st8).
Usos de las fructosiltransferasas
Proceso industrial de producción de oligofructosa de achicoria (A). Producción de FOS
mediante el uso de FTF (B).
A
B
R a íce s d e a ch ico ria
P ro d u c c ió n
d e la F T F
S a ca ro sa
E x tra c c ió n d e
in u lin a
H id ró lis is
p a rc ia l
P u rific a c ió n
E va p o ra c ió n
Ja ra b e d e
o ligo fru cto sa
A gua
ca lie n te
E n zim a
R e a c c ió n
S e p a ra c ió n
d e la F T F
E n zim a
P u rific a c ió n
E va p o ra c ió n
S ecado
S ecado
F O S e n p o lvo
O lig o fru cto sa
e n p o lvo
Rendimiento de FOS obtenido al utilizar FTF de de diferentes microorganismos
F u e n te
S u s tra to (s a c a ro s a g /L )
R e n d im ie n to (% )
R
A s p e rg illu s n ig e r A S 0 0 2 3
500
54
L
P e n ic illiu m c itrin u m
700
55
H
A s p e rg illu s ja p o n ic u s
400
61
C
A s p e rg illu s o ry za e C F R 2 0 2
600
58
S
A e ro b a s id iu m p u llu la n s C F R 7 7
550
60
S
B a c illu s m a c e ra n s E G -6
500
33
P
5 0 0 -6 0 0
2 4 -3 2
B
Z y m o m o n a s m o b ilis
Usos de las fructosiltransferasas
Usos de las fructosiltransferasas
Aplicaciones
Propiedades
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Mayor solubilidad
Menor reactividad
Mayor estabilidad
Propiedades químicas
diferentes
Isoquercetin
Endulzantes
Antimicrobianos
Antioxidantes
Surfantantes y emulsificantes
Compuestos de liberación
controlada.
Agave
López et. al., 2003
b (2-1)
b (2-6)
Grado de polimerización
(DP) 3-29
Satyanarayana, M. N. (1976) Biosynthesis of Oligosaccharides and Fructans in Agave Vera cruz .1. Properties of a
Partially Purified Transfructosylase, Indian Journal of Biochemistry & Biophysics. 13, 261-266.
Bhatia, I.S., Nandra, K.S. (1979) Studies on fructosyl transferase from Agave Americana, Phytochemistry. 18,
923-927.
Sacarosa:Sacarosa 1-Fructosiltransferasa (1-SST )
HO
HO
HO
HO
o
HO
O
HO
o
1-SST
OH
OH
Sacarosa
1-Kestosa
Algunas referencias
Yun, J. W. (1996) Fructooligosaccharides - Occurrence, preparation, and
application, Enzyme and Microbial Technology. 19, 107-117.
Vijn, I. & Smeekens, S. (1999) Fructan: More than a reserve carbohydrate?,
Plant Physiology. 120, 351-359.
Ritsema, T. & Smeekens, S. (2003) Fructans: beneficial for plants and
humans, Current Opinion in Plant Biology. 6, 223-230.
Kolida, S., Tuohy, K. & Gibson, G. R. (2002) Prebiotic effects of inulin and
oligofructose, British Journal of Nutrition. 87, S193-S197.
Franck, A. (2002) Technological functionality of inulin and oligofructose,
British Journal of Nutrition. 87, S287-S291.
Sangeetha, P. T., Ramesh, M. N. & Prapulla, S. G. (2005) Recent trends in
the
microbial
production,
analysis
and
application
of
Fructooligosaccharides, Trends in Food Science and Technology. 16,
442-457.
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