CARRERA DE ESPECIALIZACION EN BIOTECNOLOGIA...

CARRERA DE ESPECIALIZACION EN BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL FCEyN-INTI

Materia de Articulación CEBI-E5

BIOCATÁLISIS APLICADA

Docente a cargo: Dra. Cristina dos Santos Ferreiracrisf02@hotmail.com

CEBI- E5-3 :Mecanismos de acción de las /Métodos de estabilización

MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS ENZIMAS

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MECANISMOS DE CATÁLISIS

1. Catálisis ácido base2. Catálisis covalente3. Catálisis íón metálica4. Catálisis por efectos de proximidad5. Catálisis por efectos de orientación6. Catálisis por unión preferencial en el

estado de transición

MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS ENZIMAS

1. CATÁLISIS ÁCIDO-BASE

Las enzimas trasfieren un protón desde o hacia el sustrato, provocando

ruptura de un enlace covalente

Lisozima enzima con actividad de glicosidasa, intervienen en la catálisis el COOH del ácido glutámico-35 no ionizado y el COO- del aspartato-52. Sustratos sintéticos ( A-B-C-D-E-F ) hidrolizados entre los residuos D y E.

MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS ENZIMAS

2. CATÁLISIS COVALENTE ejemplo QUIMIOTRIPSINA

CO

VA

LEN

TEAtaque Nucleofílico (dador de electrones) o electrofílico (aceptor electrones) del centro activo de la enzima sobre el sustrato

Ejemplos

QUIMOTRIPSINA : mecanismo x SER-HIS para hidrolizar enlaces peptídicos

FOSFORILASAS: enzimas inactivas hasta que se les une grupo P

MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS ENZIMAS

3. CATÁLISIS POR IÓN METÁLICO

Enzimas que requieren un ión metálico presente para catalizar

Pueden ser:• Metaloenzimas: contienen iones metálicos

de transición fuertemente unidos Fe 2+,Cu2+,Zn 2+, Co +3.

• Enzimas activadas por iones metálicos alcalinos o alcalinotérreos en solución Mg2+,Ca2+, Na +, K +.

Iones metálicos pueden:

Fijarse al Sustrato y orientarlo adecuadamente

Facilitar reacciones redox con cambios reversibles en su estado de

Apantallar electrostáticamente cargas negativas impiden repeler a los nuleófilos

Actuán como ácidos de Lewis (igual función que protones en catálisis a/b

Mayor concentración a pH neutros que los H+

Unen moléculas de agua aún a pH ácidos

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MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS ENZIMAS

3. CATÁLISIS POR IÓN METÁLICO ejemplos

Anhidrasa carbónica (AC) EC 4.2.1.1Actividad de liasa (clase 4) o sea catalizan reacciones de eliminción no hidrolítica, no oxidante, generando dobles enlaces y eliminan moléculas de agua, dióxido de carbono o amoníaco.

ENZIMASClasificación por su función ( Clase 1)

MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS ENZIMAS

3. CATÁLISIS POR IÓN METÁLICO ejemplos

Anhidrasa carbónica (AC) EC 4.2.1.1Mn+ +H2O Mn+ (HO) - +H +

Zn2+ coordinado con los grupos imidazol de las HIS en la AC y con los hidroxilos del agua

El CO2 es atacado por el HO unido al Zn de la AC…formando HCO3

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La hidrólisis provoca la liberación de HCO3

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MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS ENZIMAS

3. CATÁLISIS POR IÓN METÁLICO ejemplos

Por qué es importante conocer mecanismo acción ?

EFECTOS inhibidoresGlaucomaLos fármacos de esta categoría reducen en el ojo la formación del humor acuoso disminuyendo la presión intraocular. EpilepsiaInhibir las convulsiones y comenzó a usarse en combinación con otros medicamentos especializados.Mal de montañaacortar el periodo de aclimatación a las grandes alturas. Al inhibir la conversión de CO2 a bicarbonato se incrementa la tensión del dióxido de carbono en los tejidos y se reduce en los pulmones.

Los inhibidores utilizados son la

acetazolamida

y la metazolamida, los cuales

producen una inhibición

de tipo competitivo mediante su

unión al zinc

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PARA PROCESOS BIOTECNOLÓGICOS

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PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PARA PROCESOS BIOTECNOLÓGICOS

Producción en gran escala, a bajo costoEnzimas con poco valor agregado

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Producción en pequeña escala, a alto costoEnzimas con alto valor agregado

PRINCIPALES CLASES DE ENZIMAS

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PARA PROCESOS BIOTECNOLÓGICOS

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PARA PROCESOS BIOTECNOLÓGICOSMétodo: Animales

Enzimas digestivas obtenidas del cuajo de cerdos y de ganado bovino se utilizan en la industria de los quesos .No se han reemplazado porque son de muy bajo costo y aportan cocteles enzimáticos (páncreas de cerdos tienen lipasas, quimiotripsina y amilasas)

El cuajo, o renina, es un complejo natural de enzimas presente en el jugo gástrico de los mamíferos rumiantes para digerir la leche materna y que se utiliza en la producción de queso. Su función biológica en los mamíferos es la de cuajar la leche, de forma que se hacer mas lento su paso por el estómago permitiendo así su absorción.Esta propiedad es la que se utiliza en la producción de queso, el cual es básicamente la cuajada posteriormente tratada.

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PARA PROCESOS BIOTECNOLÓGICOSMétodo: vegetales

Enzimas obtenidas d diferentes plantas o sus frutos se utilizan en la industria de las carnes, cervezas.No se han reemplazado porque son de bajo costo y forman parte de procesos tradicionales.

Los granos se remojan y germinan para luego usarse como fuente de enzimas en la fabricación de cervezas o bebidas alcohólicas destiladas.

AmilasasDiastasasProteasasOxidasasHemicelulasas

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PARA PROCESOS BIOTECNOLÓGICOSMétodo: vegetales

Proteasas vegetales-Ablandadores carnes- Limpieza de lentes de contacto- Suplementos digestivos

Papaína y quimopapaina

Ficina

La Bromelina es un complejo de enzimas con actividad proteolítica que se encuentra en la fruta, y a mayor concentración, en el tallo de la piña (Ananas comosus). Puede hidrolizar o descomponer una amplia gama de tipos de proteínas en un rango de ambientes tanto ácidos como alcalinos.

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PARA PROCESOS BIOTECNOLÓGICOSMétodo: vegetales

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PARA PROCESOS BIOTECNOLÓGICOSMétodo: microorganismos

Problemas en producción de enzimas vegetales- Plantas de origen tropical o subtropical- Requerimiento de grandes cantidades de plantas- Estacional- Altos costos transporte y producción

MICROORGANISMOSProducción de grandes cantidades a bajo costo, no estacionalUso de OMG para aumentar la producciónProducción de enzimas a medida, de alto valor agregado a través de ingeniería genética y diseño de proteínas.

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PARA PROCESOS BIOTECNOLÓGICOSProceso general

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PARA PROCESOS BIOTECNOLÓGICOSProducción de insulina

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PARA PROCESOS BIOTECNOLÓGICOSMicroorganismos

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PARA PROCESOS BIOTECNOLÓGICOSMicroorganismos

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PARA PROCESOS BIOTECNOLÓGICOSMicroorganismos

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PARA PROCESOS BIOTECNOLÓGICOSMicroorganismos

Hialuronidasa: hidroliza el ácido hialurónicoy hace mas permeables los tejidos.Algunos medicamentos inyectables aumentan su penetración al ser aplicados asociados a esta enzimas

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PARA PROCESOS BIOTECNOLÓGICOSMicroorganismos

ESTABILIZACIÓN DE BIOCATALIZADORES

ESTABILIZACIÓN DE BIOCATALIZADORES

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS

Estabilidad de la enzima y su actividad dependen de

pH, solventes, temperatura , cofactores,salesalmacenamiento

ESTABILIZACIÓN DE BIOCATALIZADORES

Se pueden estabilizar biocatalizadoresEn solución : Soluciones concentradas de enzimas Pureza no muy alta Con presencia de cofactores metálicos o en

soluciones reguladoras Con agentes cosmotrópicos

En fase sólida Liofilización Secado por aspersión

ESTABILIZACIÓN DE BIOCATALIZADORES

Se pueden estabilizar biocatalizadoresMétodos químicos Modificaciones químicas/conjugación con macromoléculas Inmovilización químicas

Métodos Físicos Inmovilización Física Solventes diferentes agua Encapsulación

Métodos de ingeniería genética Diseño racional Evolución dirigida Expresión de enzimas de organismoa termófilos

ESTABILIZACIÓN DE BIOCATALIZADORES

Se pueden estabilizar biocatalizadoresEn solución : Soluciones concentradas de enzimas Pureza no muy alta Con presencia de cofactores metálicos o en

soluciones reguladoras Con agentes cosmotrópicos

En fase sólida Liofilización Secado por aspersión

ESTABILIZACIÓN DE BIOCATALIZADORES

Se pueden estabilizar biocatalizadoresEn solución : Soluciones concentradas de enzimas Pureza no muy alta Con presencia de cofactores metálicos o en

soluciones reguladoras Con agentes cosmotrópicos

En fase sólida Liofilización Secado por aspersión

ESTABILIZACIÓN DE BIOCATALIZADORESLIOFILIZACIÓN

Método de deshidratación en el que se elimina el agua por congelación del producto húmedo y posterior sublimación del hielo en condiciones de vacío.

Ventajas• Se obtienen productos de redisolución rápida • La forma y características del producto final son esencialmente las originales • Proceso idóneo para sustancias termolábiles • Los constituyentes oxidables están protegidos • Contenido muy bajo de humedad final • Compatible con la elaboración en medio aséptico Desventajas • Alto costo de instalaciones y equipos • Elevado gasto energético • Operación de larga duración

Utilizado en industria farmacéutica y médica

ESTABILIZACIÓN DE BIOCATALIZADORES

Secado por por aspersión