CARRERA DE ESPECIALIZACION EN BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL

FCEyN-INTI

Materia de Articulación CEBI_E5Materia de Articulación CEBI_E5

BIOCATÁLISIS APLICADA

Docente a cargo: Paula QUINTANA

CEBI_E5_2 : Biocatalizadores-estabilidad y medios no convencionales

Estabilidad de biocatalizadores

Las enzimas son proteínas y son los biocatalizadoresmayormente utilizados.Su estabilidad depende de:Su estabilidad depende de:TemperaturaConcentración pHFuerza iónicaAgitación Interface

Temperatura

Existe una temperatura óptima a la cual la actividadenzimática es máxima

Vmax= kcat x [E0] x e –kt

Inactivación

• Agregación enzimática

• Efectos caotrópicos

• Solventes orgánicos

• Cambios de pH

• Presencia de inhibidores/quelantes

• Alteraciones de aminoácidos

Soluciones• Soluciones no muy concentradas• Presencia de metales• Soluciones buffer• Agregado de agentes cosmotrópicos• Agregado de agentes cosmotrópicos• Medios bifásicos• Liofilización • Inmovilización• Modificación química• Variantes genéticas

SISTEMAS BIFÁSICOS

LIOFILIZACIÓN

• Deshidratación

• La integridad estructural de• La integridad estructural delas proteínas en medios no acuosos como CH3CN, AcOEt, THFno causan desnaturalización

• Agregado de aditivos protectores (sales, polioles, etc)

Impresión Molecular

ENZIMAS EN MEDIOS NO CONVENCIONALES

• En ausencia de agua las enzimas mantienen su conformaciónnatural

• En mezclas de agua con solventes orgánicos pueden• En mezclas de agua con solventes orgánicos puedenpresentar la flexibilidad alterando su conformación

• La selectividad enzimática puede afectarse intensamente,incluso modificarse al cambiar el disolvente

• En solventes orgánicos podemos exponer la proteína a altastemperaturas un tiempo suficiente sin que se vea alterada suactividad

LIPASAS

SOLVENTES ORGÁNICOS

Las enzimas mantienen su conformación activa ensolventes orgánicos

• Rigidez conformacional• Mayor estabilidad térmica• Mayor solubilidad de muchos sustratos orgánicos• Insolubilidad de la enzima• Posibilidad de ampliar el espectro de reacciones con enzimas

hidrolíticas

ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

La actividad enzimática en solventes orgánicosdepende de varios factores:

• Actividad termodinámica del agua• Actividad termodinámica del agua

• Solvatación del sustrato y el producto en el solvente

• pH

• Forma enzimática

• Naturaleza del solvente

• La actividad enzimática es mayor en solventes orgánicoshidrofóbicos que en hidrofílicos

• Correlación entre la actividad y la hidrofobicidad del solvente • La hidrofobicidad se expresa

log P = log ([X(octanol]/[X(agua)])log P = log ([X(octanol]/[X(agua)])

• Cuanto mayor es el hidrofilicidad menor es la actividad enzimática

• El agua requerida por las enzimas en solventes no acuosos se estima que es de 1000 moléculas de agua por enzima (monocapa) otorgándole la flexibilidad necesaria para su actividad

Actividad enzimática y Actividad termodinámica del agua

La actividad termodinámica del agua se relaciona con sufracción molar a través de su coeficiente de actividad:

aw= γw χw

El coeficiente de actividad de agua aumenta a medida queaumenta la hidrofobicidad del solvente

• Un valor de actividad de agua determinado se obtendrá a menor concentración de agua neta en un solvente hidrofóbico que en uno hidrofílico

• Para conseguir el mismo nivel de hidratación, la misma aw, se requiere menor cantidad de agua en un solvente hidrofóbico que en requiere menor cantidad de agua en un solvente hidrofóbico que en uno hidrofílico

• La dependencia de la actividad enzimática con la actividad de agua varia significativamente de enzima a enzima debido a diferencias estructurales de las macromoléculas

Actividad enzimática y pH

SELECTIVIDAD ENZIMÁTICA• La selectividad enzimática es una de las características principales

que presentan los biocatalizadores y es una propiedad intrínseca de los mismos

• Ingeniería de medios: una misma enzima en distintos solventes orgánicos puede variar su selectividad. orgánicos puede variar su selectividad.

• propiedades del solvente como ser: constante dieléctrica momento dipolar solubilidad punto de ebullición cadena lineal o cíclica

Cambiar la selectividad del biocatalizador

Existen varias hipótesis acerca de cómo varía la selectividad enzimáticacon el medio de reacción:

Hipótesis 1: el solvente podría modificar la conformación de la enzimae influir en la selectividad al alterar el proceso de reconocimientomolecular entre la enzima y el sustratomolecular entre la enzima y el sustrato

Hipótesis 2: la selectividad depende de la solvatación del sustrato

Hipótesis 3: el solvente podría unirse al sitio activo y dependiendo desu estructura inferir con la asociación o transformación de por ejemploun enantiómero y no el otro

Otros medios

• Reacciones libres de solvente

• Fluidos supercríticos• Fluidos supercríticos

• Líquidos iónicos

• Microemulsiones