# Transglutaminasa

Una transglutaminasa (proteïna-glutamina γ-glutamiltransferasa, abreujada com a TGasa) és un enzim pertanyent al grup de les transferases que catalitza la creació d'enllaços creuats de molècules. Catalitza la formació d'un enllaç isopeptídic entre el grup γ-carboxamida de residus de glutamina enllaçats amb pèptids (donadors de grups acil) i una varietat d'amines primàries (acceptores de grups acil). En absència de substrats amínics, la transglutaminasa també catalitza la desamidació de residus de glutamina –durant els quals s'utilitzen molècules d'aigua com a acceptores del grup acil.
Aquest enzim té una àmplia distribució a la natura, tant en animals, microorganismes i plantes. S'utilitza molt en la indústria alimentària per a modificar les propietats funcionals de les proteïnes en productes làctics, productes de la pesca, en panificació i productes carnis.

## Classificació i nomenclatura enzimàtica

Existeix un codi enzimàtic per a cada tipus d’enzim (número EC), basat en les reaccions químiques que catalitzen. La nomenclatura enzimàtica de la transglutaminasa és EC 2.3.2.13. Aquesta classificació es regeix segons el següent criteri:
- Tipus de reacció que catalitzen (classe): pertany al grup de les transferases (classe 2) ja que catalitza la transferència d’un grup funcional.
- Tipus d’enllaç que transferència (subclasse): aciltransferasa (subclasse 3) indica que catalitza la transferència del grup funcional acil.
- Naturalesa del centre actiu (sub-subclasse): aminoaciltransferasa (sub-subclasse 2): indica que l’enzim actua sobre un grup amino.
- Número de sèrie que s’atorga a l’enzim: és la xifra distintiva que identifica cada enzim dins del grup, per a la transglutaminasa és el 13.

## Funció

La distribució d'aquesta família d'enzims és diversa en teixits humans (transglutaminasa tissular) i líquids corporals, i entre altres funcions intervé en la coagulació sanguínia, la cicatrització o la queratinització de l'epidermis. També s'han descobert altres mamífers, peixos, ocells, amfibis, plantes i un ventall ampli de bacteris. No obstant, només s'han emprat en activitats comercials aquelles transglutaminases d'origen bacterià i de mamífers.
Les seves característiques per millorar la fermesa, la viscositat, l'elasticitat i la capacitat d'unió a l'aigua presenta un potencial molt ampli com a eina de la biotecnologia alimentària. En concret, s'utilitza per a la producció de surimi, productes làctics, en la panificació i en productes de la pesca i carnis.
En la indústria biomèdica, també s'utilitza per a la fabricació de biomaterials i biopolímers tals com biomatrius, hidrogels i òrgans artificials.

## Estructura

La majoria de les transglutaminases tenen els mateixos quatre dominis plegats que tenen una organització i estructura similar: un domini N-temirla de tipus "β-sandwich", un domini central catalític, i dos dominis C-terminals tipus "β-barril".
La transglutaminasa dels microorganismes consisteix en un domini únic que es plega en una forma semblant a un plat, i té un forat on conté el centre actiu. Està format per 11 hèlix α i 8 fulles β. Les fulles β centrals estan col·locades formant una estructura antiparal·lela. Les α$_{1,}$α$_2$ i α$_3$ es troben més a l’esquerra juntament amb el residu Cys$^{64}$. El segon grup que conté les α$_{4,}$α$_5$ i α$_{10}$, i el tercer grup col·locat a baix a la dreta i conté les α$_{6,}$ α$_{7,}$α$_8$ i α$_{9.}$

## Mecanisme catalític

La reacció catalitzada per les transglutaminases es descriu com un "mecanisme de ping-pong", ja que es un enzim que reacciona amb dos substrats. El primer substrat és un donador de glutamina unit a una proteïna o pèptid, mentre que el segon substrat és una amina primària. L'atac nucleofílic es realitza per una cisteïna reactiva en el lloc actiu de l'enzim, que està parcialment desprotonada per un sistema de càrrega que inclou una histidina i un aspartat.
El grup carboxamida de la glutamina del substrat és atacat pel tiolat generat per la cisteïna, formant un intermedi tetraèdric. La descomposició d'aquest intermedi allibera amoníac i forma un tioèster enzim-substrat.
L'enzim reactiu es pot regenerar a partir del complex acilat per aminòlisi o hidròlisi. En l'aminòlisi, la histidina actua com una base per desprotonar l'amina, que ataca nucleofílicament el carbonil del tioèster, formant un segon intermedi tetraèdric. La descomposició d'aquest intermedi allibera el producte transacilat i regenera la cisteïna tiolat. Si no hi ha una amina acil-acceptora adequada però l'aigua té accés al lloc actiu, l'intermedi acil-enzim és hidrolitzat a tiolat i àcid glutàmic.

## Fonts i mètodes d'obtenció

Actualment, està reconegut que les trangslutaminases son produïdes per diversos organismes, incloses animals, plantes i microorganismes. Les transglutaminases dels microorganismes constitueixen els tipus més abundants disponibles comercialment i el que més apliacions té en la indústria alimentaria. S'han reportat diversos microorganismes amb capacitat de produir transglutaminasa, d'entre ells destacar S.mobaraensis, Bacillus subtilis i B.nakamurai. La tècnica d'obtenció de l'enzim consisteix en l'aïllament de la transglutaminasa del microorganisme i la posterior purificació.

## Àmbit d'aplicació a la indústria alimentària

La majoria d’aquests enzims utilitzats en la indústria alimentària provenen de microorganismes i se l’anomena transglutaminasa microbiana (MTGase). És un enzim que s’obté mitjançant la fermentació i posterior aïllament de l'enzim del microorganisme. Aquest enzim catalitza l’encreuament de la majoria de proteïnes alimentàries. Alguns dels seus usos en els aliments son:

#### Productes làctics

És un enzim que facilita la formació d’enllaços creuats entre les proteïnes. Quan s’aplica a productes làctics com la llet i el iogurt, aquest enzim pot enllaçar les proteïnes de la llet, com les caseïnes i les proteïnes del sèrum, fent que aquestes es transformin en una xarxa més estable i cohesionada. Això té diversos efectes beneficiosos, com ara bé la reducció de la sinèresi (procés pel qual es perd aigua d’un gel, com el iogurt), ja que manté el iogurt més estable i menys aquós. També millora la textura, ja que en reforçar la xarxa de proteïnes, la transglutaminasa fa que el iogurt tingui una textura més ferma i cremosa i una millora en les propietats emulsionants, ajudant a mantenir una distribució uniforme dels components grassos en el iogurt. A més, també hi ha un augment en la viscositat i la capacitat de retenció d’aigua. La xarxa proteica més forta creada per aquest enzim, pot retenir més aigua, fent que el iogurt sigui més espès i reduint la seva tendència a separar-se.

#### Panificació

La transglutaminasa és un enzim utilitzat per millorar les propietats del pa, especialment en casos on s’utilitza farina de blat dèbil. Aquesta farina sovint no té la capacitat de retenir el diòxid de carboni produït durant la fermentació del pa, afectant la qualitat del pa. L’enzim catalitza la formació de les proteïnes de la farina, millorant així la resistència de la massa sense necessitat d’afegir compostos químics inorgànics.
Entre els beneficis de la transglutaminasa hi ha el reforçament de la xarxa de proteïnes de la massa, augmentant la seva resistència a l’estirament. Aquest efecte és comparable al que s’aconsegueix amb el bromat de potassi, però sense els inconvenients associats a l’ús de compostos químics. En el cas del pa sense gluten, ajuda a formar una xarxa proteica estable, millorant el volum, la textura de la molla i la qualitat general del producte, cosa que és beneficiós per a les persones amb malaltia celíaca que necessiten alternatives sense gluten.

#### Productes de la pesca

S’utilitza per modificar l’estructura de les proteïnes mitjançant encreuaments, incorporació d’amines i desaminació, alterant les seves propietats funcionals tals com la força del gel, la textura, la rigidesa i l’elasticitat. També s’aplica en la formulació de peix per millorar les propietats mecàniques de l’aliment i augmentar la retenció d’aigua.
La transglutaminasa endògena del peix varia segons l’espècie i està associada amb el fenomen de la gelificació. Aquest procés implica la formació de xarxes de proteïnes, principalment miosina, a través de l’encreuament de la transglutaminasa endògena, que afecta les propietats texturals dels gels de proteïna de peix.
L’enzim (MTGase) s’utilitza àmpliament en la producció de productes de peix reestructurats per reduir la quantitat de sal necessària gràcies a la seva capacitat d’enllaçar proteïnes. Generalment, es barreja amb pasta de peix o de surimi abans de la gelificació. La formació d’aquests enllaços creuats en la cadena de miosina, la principal proteïna miofibril·lar del múscul de peix, és crucial en aquest procés.
La gelatina de peix s’ha convertit en una alternativa cada vegada més interessant a la gelatina d’origen animal degut a preocupacions de seguretat alimentària. La transglutaminasa s’utilitza per millorar la força del gel de la gelatina de peix mitjançant l’enllaç creuat de les molècules de gelatina, augmentant la temperatura de fusió dels gels i fent-los més adequats per a aplicacions en la indústria alimentària.

#### Productes carnis

Aquest enzim clau en la modificació de les propietats estructurals de diferents productes carnis, ja que és capaç de formar enllaços covalents entre les proteïnes, especialment entre els aminoàcids glutamina i lisina, presents en la matriu alimentària. Aquesta capacitat d’encreuament de proteïnes ajuda a millorar la cohesió i la textura del producte. En la indústria càrnia, s’utilitza per a diverses aplicacions. Per exemple, en la producció de salsitxes i embotits, ajuda a unir petites peces de carn, creant una textura més uniforme i millorant l’elasticitat del producte final. Això és especialment útil en la producció de salsitxes tipus Frankfurt, i productes com el pernil, on es busca una textura homogènia i una millor capacitat de tall. A més, també augmenta el valor nutricional, en catalitzar l’encreuament d’aminoàcids essencials, evita que aquests es degradin durant el processament, mantenint així la qualitat nutricional de a carn.

## Referències

* 1 2 Motoki, M.; Seguro, K. «Transglutaminase and its use for food processing» (en anglès). Trends in Food Science & Technology, 9, 5, pàg. 204–210. DOI: 10.1016/s0924-2244(98)00038-7.
* 1 2 Najjar, V.A; Lorand, Laszlo. Transglutaminase (en anglès). Boston, MA: Springer US, 1984. ISBN 9781461328292.
* 1 2 3 4 5 6 7 Kiyotaka Hitomi (ed.) Soichi Kojima (ed.), Laszlo Fesus (ed.). Transglutaminases: Multiple Functional Modifiers and Targets for New Drug Discovery (en anglès). Springer. ISBN ISBN 978-4-431-55823-1.
* 1 2 3 4 5 Zhang Y (ed.), Simpson B.K (ed.). Transglutaminase: fundamentals and applications (en anglès). Mica Haley. ISBN 978-0-443-19168-8.
* ↑ «ENZYME - 2.3.2.13 protein-glutamine gamma-glutamyltransferase». [Consulta: 21 maig 2024].
* ↑ «Contents EC 2.1.1 - 2.4.1». [Consulta: 21 maig 2024].
* ↑ Aeschlimann, Daniel; Paulsson, Mats «Transglutaminases: protein cross-linking enzymes in tissues and body fluids.» (en anglès). Thrombosis and Haemostasis, 71, 4, 1994, pàg. 402-415.
* ↑ Tarté, Rodrigo. Ingredients in meat products : properties, functionality and applications (en anglès). Nova York: Springer, 2009, p. 161. ISBN 9780387713274.
* ↑ Kieliszek, Marek; Misiewicz, Anna «Microbial transglutaminase and its application in the food industry. A review» (en anglès). Folia Microbiologica, 59, 3, 01-05-2014, pàg. 241–250. DOI: 10.1007/s12223-013-0287-x. ISSN: 0015-5632.
* ↑ Potter, Jeff. Cooking for geeks : real science, great hacks, and good food (en anglès). Sebastopol: O'Reilly, 2010, p. 324. ISBN 9781449395872.
* ↑ Zhao, Xinxin; Irvine, Scott Alexander; Agrawal, Animesh; Cao, Ye; Lim, Pei Qi «3D patterned substrates for bioartificial blood vessels – The effect of hydrogels on aligned cells on a biomaterial surface» (en anglès). Acta Biomaterialia, 26, pàg. 159–168. DOI: 10.1016/j.actbio.2015.08.024.
* 1 2 3 Yokoyama, K.; Nio, N.; Kikuchi, Y. «Properties and applications of microbial transglutaminase». Applied Microbiology and Biotechnology, 64, 4, 01-05-2004, pàg. 447–454. DOI: 10.1007/s00253-003-1539-5. ISSN: 0175-7598.
* 1 2 3 4 5 6 Whitehurst R.J (ed.), van Oort M. (ed.). Enzymes in food technology. Wiley-Blackwell. ISBN 978-1-405-18366-6.