ppt. ENZIMAS INMOVILIZADAS

(1)

(2)

Las enzimas son catalizadores de

origen biológico (proteico), producidas

por

por organismos organismos vivos, vivos, que que parecenparecen

cumplir muchos de los requisitos

necesarios

necesarios para para impulsar impulsar esta esta nuevanueva

industria química.

¿Qué es una Enzima

(3)

Las enzimas son catalizadores de

origen biológico (proteico), producidas

por

por organismos organismos vivos, vivos, que que parecenparecen

cumplir muchos de los requisitos

necesarios

necesarios para para impulsar impulsar esta esta nuevanueva

industria química.

¿Qué es una Enzima

(4)

V

entajas



Presentan una gran actividad

catalítica;



Muestran una gran

especifcidad de sustrato



Son muy activos a

temperatura

ambiente y presión atmosérica

Los procesos catalizados por enzimas en la industria son

cada día más numerosos ya !ue presentan una serie de

ventajas

ventajas rente a los catalizadores convencionales no rente a los catalizadores convencionales no

biológicos"

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Inconvenientes

 La mayoría de las enzimas no son

estables en las condiciones de trabajo.

 Al ser solubles en agua, su

searaci!n de los sustratos y roductos es di"ícil.

(6)

$%L&'I(#

I#)%VILI*A'I(#

+E

(7)

¿Qué es la

inmovilizaci!n

Es un confinamiento de un biocatalizador

(enzima o célula) en una determinada región del espacio, de manera que su actividad catalítica se retenga y pueda ser reutilizada

)étodos



-etenci!n

(8)

(9)

(10)

Atraamiento

 #onsiste en la retención ísica de la

enzima en las cavidades interiores de una matriz sólida porosa"

 $l atrapamiento de gran sencillez

desde el punto de vista

e%perimental re!uiere poca

cantidad de enzima para obtener derivados activos"

 La enzima no sure ninguna

alteración en su estructura"

 &e!uiere control riguroso de

condiciones de polimerización y

comprobación de !ue la naturaleza !uímica del proceso no altere los grupos reactivos de la proteína

(11)

Inclusi!n en

membranas



)icroencasulaci!n

Las enzimas están rodeadas de membranas semipermeables !ue permiten el paso de moléculas de sustrato y producto pero no de enzima



-eactores de membrana

$mplean membranas permeables al producto fnal permeables o no al sustrato inicial y obviamente impermeables a la enzima" Mediante una bomba se establece un 'u(o lí!uido de sustrato !ue atraviesa el reactor

(12)

(13)

&ni!n a soorte

%rg0nicos

1ios de soortes

(14)

-eticulado



-eticulado roiamente dic2o

$l método del reticulado consiste en uso de reactivos biuncionales !ue originan uniones intermoleculares entre las moléculas de enzima" )dialde*ídos diiminoésteres diisocianatos sales de bisdiazonio+



'oreticulado

Permite eliminar las pérdidas de actividad enzimática debidas a eectos diusionales

mediante el entrecruzamiento de las enzimas

con una proteína sin actividad enzimática y rica en residuos de lisina"

(15)

Elecci!n del método de

Inmovilizaci!n

●

#o 2ay un método universal

,

Elecci!n

--.

. #ondiciones de la reacción#ondiciones de la reacción biocatalizada

biocatalizada .

. /ipo de reactor/ipo de reactor .

(16)

MÉTODO Inclusiónen membranas

Atrapamient

o Reticulado Adsorciónquímica covalenteUnión

Preparación Intermedia Difícil Intermedia Sencilla Difícil

Fuera de unión Débil Media _mediaDébil- Media Fuerte

Actividad

enim!tica Media-Alta Baja Baja Media Alta Re"eneración

soporte Posible Imposible Imposible Posible Difícil #osto proceso Medio-Alto Medio Medio Bajo Alto

$stabilidad Media Alta Alta Baja Alta

%alide General General imitada General imitada

Resistencia

(17)

●

● métodos de rearaci!n

métodos de rearaci!n

di"ícil y costosos

_

biocatalizadores más estables y

duraderos

,

métodos m0s sencillos

_

derivados inmovilizados con

pérdidas de actividad y deben

ser repuestos continuamente

(18)

E"ectos de la

inmovilizaci!n

●

● Incremento en la estabilidadIncremento en la estabilidad

●

● Acti"idad en#im$tica afectada porActi"idad en#im$tica afectada por efectos%

efectos%

 &stéricos_&stéricos

 DifusionalesDifusionales

(19)

Incremento de la

estabilidad

●

● &stabili#aci'n conformacional (uniones multipuntuales&stabili#aci'n conformacional (uniones multipuntuales en#ima-soporte)

en#ima-soporte)

●

● Protecci'n frente a las proteasas en el medio*Protecci'n frente a las proteasas en el medio* ●

● Se e"ita la a+re+aci'n intermolecularSe e"ita la a+re+aci'n intermolecular ●

(20)

E"ectos en la

actividad enzim0tica

Si se pierde la acti"idad puede ser debido a Si se pierde la acti"idad puede ser debido a %%

 ,ni'n del soporte* Paso del sustrato,ni'n del soporte* Paso del sustrato

impedido* impedido*

 eacci'n del soporte con parte del centroeacci'n del soporte con parte del centro

acti"o* acti"o*

 .ambio conformacional.ambio conformacional

 .ondiciones e/perimentales*.ondiciones e/perimentales*

Desnaturali#aci'n o desacti"aci'n de la Desnaturali#aci'n o desacti"aci'n de la

en#ima* en#ima*

(21)

Alicaciones de las

enzimas inmovilizadas



Analíticas



)édicas

(22)

Biosensores% sensores de +lucosa* Biosensores% sensores de +lucosa*

c!todo de Pt aislante bu&er '#l solución a analiar membrana !nodo de A"

Glucosa 0 1₂ +lucosa o/idasa _{$cido +luc'nico 0 3} 212

(23)

Alicaciones

médicas



Antitumoral



'icatrizante

(24)



armacéutica

- síntesis de antibióticos



Alimenticia

- *idrólisis de proteínas e

*idratos de carbono



Química

- producción industrial de

acrilamida



1ratamientos de aguas residuales

-degradación del benceno

Alicaciones en la

Industria

(25)

3roducci!n de Etanol

 Síntesis !uímica- Mediante laSíntesis !uímica- Mediante la

modifcación del etileno por modifcación del etileno por

*idratación" *idratación"

 0ioetanol- Procesamiento de materia0ioetanol- Procesamiento de materia

biológica )biomasa+" 1 partir de un gran biológica )biomasa+" 1 partir de un gran

n2mero de plantas; como ca3a de n2mero de plantas; como ca3a de

az2car remolac*a melazas etc" az2car remolac*a melazas etc"

(26)

3-%'E$% 4I%E1A#%L

4ermentación anaeróbica de 4ermentación anaeróbica de

az2cares llevada a cabo por az2cares llevada a cabo por

bacterias o levaduras en solución bacterias o levaduras en solución

acuosa y una posterior destilación" acuosa y una posterior destilación"

(27)

Investigaci!n roducci!n de

E1A#%L con células

inmovilizadas

#epas de Zymomonas mobilis

- var. mobilis ) Zmm5 y Zmm6+  pomaceae ) Zmp5 y Zmp6+

1isladas de muestras de melazas de ca3a con el propósito de realizar un estudio

comparativo con resultados reportados anteriormente a partir

(28)

(29)

(30)

-esultados de la

investigaci!n

 Los resultados revelaron a una

concentración de inmovilización del 6: pv un rendimiento de <6"5:

por parte de las cepas nativas Zmm5 y Zmm6 y de <=">7: con Zmm 789

comparado con los rendimientos de etanol obtenidos a partir de células libres de =6"<: por parte de Zmm5 y =8"=?: con Zmm 789"

(31)

Ventajas del uso de células

inmovilizadas

 /eniendo en cuenta !ue la utilización de células

inmovilizadas *a sido considerado un método efcaz en el aumento de producción de metabolitos por parte de las células ya !ue

permite- la utilización de células por largos

periodos de tiempo

 aumenta la estabilidad de las células

 permite venta(as en la confguración de

reactores entre las !ue se

incluyen- un r0ido control de 5 y temeratura,

 mantener altas concentraciones de células  no re/uiere sistemas de agitaci!n.

(32)

Inmovilizaci!n de células

 Se utiliza un polímero en este caso alginato de calcio"  Se de(a gotear una solución de alginato de @aA en

una solución de #a#l6 obteniéndose en tiempos cortos bolillas eséricas de tama3o controlado y *omogéneo" $s un método !ue presenta gran

'e%ibilidad pues alginatos de distinto peso molecular y distinta composición !uímica rinden geles de muy

buenas características !uímicas y ísicas"

 $l rango de temperaturas de operación va desde 9 *asta >9 B#"

 Las bolillas !ue se obtienen presentan diámetros

entre 95 y 7 mm" y pueden presentar una alta carga celular por entrampamiento directo )*asta C9 g de células *2medas por ml de catalizador+"

 $ste sistema puede someterse a un secado parcial con lo !ue el tama3o disminuye y aumenta la

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3untos destacables del

método

 -eversibilidad de la geli6caci!n- obliga

a tomar precauciones en cuanto a la

composición del medio a utilizar

principalmente pD y presencia de agentes !ue puedan secuestrar a los contraiones por precipitación o por ormación de comple(os"

 4uena estabilidad mec0nica respecto al

empa!uetado en columna y a la agitación"

 ormaci!n de bolillas regulares y con

tama3o controlado"

 ormaci!n de redes macroorosas !ue

se conservan a2n después del secado parcial"

(34)



Alta caacidad de carga

sin

pérdida de estabilidad mecánica pero con pérdida de efciencia debido a resistencias diusionales"



-endimientos

de

actividad

catalítica

de entre >9 y 599: en condiciones de reacción controladas"



)étodo suave

 !ue permite !ue las

células mantengan viabilidad y estabilidad"

(35)

E-)E#1A'I(#

 0ioreactores para células

(36)

'onsideraciones ara elegir el

bioreactor

 estudio de la variación de la

velocidad inicial de reacción rente a la variación de las concentraciones de enzima y de sustrato"

 eecto del tipo de buEer y del p*"

 limitaciones diusionales en el

sistema )eecto del tama3o de partícula y la carga enzimática+

(37)

 grado de conversión rente a tiempo

de residencia"

 estabilidad del biocatalizador en el

almacenamiento )velocidad inicial residual tras el almacenamiento a dierentes tiempos en dierentes condiciones+"

 estabilidad operacional )velocidad

inicial residual después de dierentes ciclos catalíticos+"

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