1 Aminoácidos, Proteínas y Enzimas 16.6 Enzimas 16.7 Acción Enzimática.
Inmovilizacion de Enzimas[1]
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BIOTECNOLOGIA BÁSICABIOTECNOLOGIA BÁSICA
INMOVILIZACION DE ENZIMAS
Mg. Elena Benavides RiveraMg. Elena Benavides Rivera
LIMA - PERU
UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE NACIONAL MAYOR DE
SAN MARCOSSAN MARCOS((Universidad del PerúUniversidad del Perú; DECANA DE ; DECANA DE
AMERICAAMERICA))
Facultad de Farmacia y Bioquímica
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Obtención:Bacterias, hongos o levaduras• seleccionados por screening • cultivados por fermentación
Purificación:
•técnicas cromatográficas •técnicas de concentración.
Obtención y Purificación de Enzimas
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Caracterización estructural: Técnicas electroforéticas, Ultra centrifugación analítica,Espectroscopia.
La caracterización funcional:Estabilidad y actividad frente al pH y la temperatura,Estudios de especificidad de sustrato Estabilidad en condiciones de trabajo.
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INMOVILIZACIÓN DE ENZIMAS VENTAJAS
Aumento de la estabilidad de la enzima.
Reutilización
Posibilidad de diseñar un reactor
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INMOVILIZACIÓN DE ENZIMAS INCONVENIENTES
Alteración de la conformación
Heterogeneidad del sistema Enzima-Soporte
Perdida de Actividad
Biocatalizador más caro que la E
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BIORREACTORES
Tanque Agitado
Tanque Agitado y alimentación continua.
Lecho Fluidizado y alimentación continua.
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BIORREACTORES
Lecho Empacado y alimentación continua.
Lecho Empacado, en continuo y con
reciclado Tanque Agitado, alimentación
continua y recuperación por ultra centrifugación.
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METODOS DE INMOVILIZACIÓN
RETENCIÓN FÍSICAAtrapamientoInclusión en Membranas
UNIÓN QUÍMICAUnión a SoportesAdsorciónEnlace CovalenteReticulado
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SOPORTESINORGÁNICOSNaturales (arcilla, Sílice, P. Pomez,
Bentonita, etc.)Manufacturados (Ox. De Metales, vidrio,
alúmina, silicagel, cerámicas)
ORGÁNICOS:Polímeros NaturalesPolímeros AcrílicosOtros
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POLÍMEROS NATURALES
Celulosa
Almidón
Dextranos
Agar agar
Agarosa
Alginatos
Quitina
Quitosan
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Polímeros Sintéticos:
Poliolefinas (poliestireno)
P. Acrílicos (Poliacrilatos, poliacrilamida, polimetacrilatos,etc.
Otros:
Alcohol polivinilo
Poliamidas
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Inmovilización covalente de enzimas a soportes activados
O
HC NH2+Grupos aldehído
(soporte activado)Grupos amino (lis reactivas)
Derivado enzimático
CH N C N
Intermedio Base de Schiff
pH 10
Reducción
ProducciónProducción
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Estabilización de la enzima por unión covalente multipuntual
Rigididización3D
Reduce los cambios conformacionales inducidos
por codisolventes, temperatura...
A través de:
varios residuos de la enzima
unidos por brazos cortos al soporte
ProducciónProducción
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CLEA
Cross – Linked Enzyme Aggregates
ProducciónProducción
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Enzima Precipitada
Glutaraldehyde
CLEA Enzima Soluble
PEG
A
Enzima Precipitada CLEA DPEnzima Soluble+ PEI + DS
B
GlutaraldehydePEG
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gaseoso
supercrítico
sólido
orgánicoorgánico
MEDIO ACUOSOfase homogénea
fase heterogénea
MEDIOS NO CONVENCIONALES
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Medio Acuoso
Alta reactividad Adecuado para reacciones hidrolíticas Adecuado para S y P hidrosolubles Baja estabilidad térmica Difícil recuperación de enzima y productos
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Medios no Convencionales
gaseoso supercrítico
sólido orgánico orgánico
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Biocatálisis en Medio Orgánico reacciones termodinámicamente desfavorables en agua hidrolasas en reacciones de síntesis alteración de estados de ionización de reactantes solubilización de sustratos insolubles en agua reducción de inhibición por S y P por partición estabilización térmica fácil recuperación del biocatalizador fácil recuperación del producto alteración de especificidad del biocatalizador alteración de afinidad por S del biocatalizador condiciones asépticas
baja actividad mayor complejidad
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proteasaslipasasglicosidasas
péptidosésteresoligosacáridosglicósidos
S + H2O P1 + P2
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Sistemas Macroheterogéneos
Sistemas Bifásicosacuoso-orgánicoacuoso-acuoso
P
S PE
S
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transesterificación de lípidosproducción de alquilpoliglucósidosácidos aril y ariloxipropiónicosproducción de aspartameproducción de malil-tirosina
lípidos estructuradosglicoésteres de ácidos grasospoliéstersaborizantes peptídicosantibióticos -lactámicosantibióticos glicosilados
lipas
as
proteasa
s
glicosid
asas
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Enzimas en solución en reacciones hidrolíticas Enzimas inmovilizadas en reacciones de hidrólisis e isomerización
Enzimas con requerimientos de CoEEnzimas con requerimientos de CoE Enzimas sin requerimientos de CoEEnzimas sin requerimientos de CoE
Reacciones degradativas(escaso valor agregado)
Reacciones de síntesisReacciones de síntesis(elevado valor agregado(elevado valor agregado))
Evolución de la Biocatálisis
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ECoE
PE-CoE S
S PE E
SP
E··CoEE E
CoE’
CoE
1
3
2
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Proceso discontinuo
Proceso continuo
Biocatalizador en solución
Biocatalizador inmovilizado
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Biocatalizador Inmovilizado
AMINOACILASA
enzima
comb.
materia prima.
m. obra
enzima
comb.
materia prima.
m. obra
BiocatalizadorSoluble
ProducciónProducción