Artículo Traducido - Inmovilización de Enzimas

8/16/2019 Artículo Traducido - Inmovilización de Enzimas

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INMOVILIZACIÓN DE ENZIMAS: UNA VISIÓN GENERAL SOBRE LAS TÉCNICAS Y MATERIALES DE APOYO

Resumen:Las exigencias actuales de las industrias biotecnológicas del mundo son la mejora de la productividad y el desarrollo denuevas técnicas para aumentar su vida útil enzima. Estos requisitos son inevitables para facilitar a gran escala y laformulación económica. Inmovilización de enzimas proporciona una base excelente para aumentar la disponibilidad de laenzima al sustrato con mayor volumen de ventas durante un perodo considerable de tiempo. !arios soportes naturales ysintéticos "an sido evaluados por su eficacia para la inmovilización de enzimas. #oy en da$ las enzimas inmovilizadas seprefieren sobre su contraparte libre debido a su disponibilidad prolongada que limita los procesos de acabado ypurificación redundantes. Las investigaciones futuras deberan esforzarse en la adopción de técnicas de atrapamiento delogstica y sensibles$ junto con soportes modificados de forma innovadora para mejorar el estado de inmovilización deenzimas y proporcionar nuevas perspectivas para el sector industrial.%alabras clave& enzima de inmovilización$ técnicas$ soportes$ aplicaciones

Introu!!"#nEnzimas o 'biocatalizadores( son notables descubrimientos en el campo de la tecnologa de bioprocesos. )iocat*lisis "asido ampliamente aceptado en diversos sectores debido a su facilidad de producción$ la especificidad de sustrato y laqumica verde. +in embargo$ en gran medida para la comercialización de estos catalizadores de origen biológico$ sufactor de reutilización se convierte en obligatoria$ so pena de que ya no sera económico. El mantenimiento de suestabilidad estructural durante cualquier reacción bioqumica es muy difcil. En consecuencia$ las enzimas inmovilizadascon eficacia funcional y una mayor reproducibilidad se utilizan como alternativas a pesar de su elevado coste)iocatalizadores inmovilizados pueden ser enzimas o células completas. La inmovilización de la enzima es econfinamiento de la enzima a una fase ,matriz - soporte diferente de la de sustratos y productos. %olmeros inertes y

materiales inorg*nicos se utilizan por lo general como matrices portadoras. /parte de ser asequible$ una matriz ideadebe incluir caractersticas como la inercia$ la fuerza fsica$ estabilidad$ capacidad de regeneración$ capacidad deaumentar la especificidad de la enzima - actividad y reducir la in"ibición del producto$ la adsorción no especfica y lacontaminación microbiana. La inmovilización genera continuas operaciones económicas$ automatización$ alta relación deinversión - capacidad y recuperación de producto con mayor pureza. +e utilizan varios métodos para la inmovilización yvarios factores influyen en el rendimiento de las enzimas inmovilizadas ,tabla 0. /dsorción - método de unión portadorautiliza portadores insolubles en agua$ tales como derivados de polisac*ridos$ polmeros sintéticos y vidrio. En el métodode reticulación covalente$ reactivos multifuncionales - bi$ tales como glutaralde"do$ bisdiazobenzidine y "exametiendiisocianato se utilizan. Los polmeros como el col*geno$ celulosa y 12carragenina se emplean por el método deatrapamiento$ mientras que el método de confinamiento de membrana incluye formulación de liposomas y microc*psulas.3abla 0. 4actores que influyen en el rendimiento de las enzimas inmovilizadas.Este artculo revisa las técnicas existentes que se utilizan para la inmovilización adem*s de proporcionar una visión delos últimos desarrollos para cada uno de ellos. #emos tratado de arrojar luz sobre las modificaciones importantes con

respecto a las técnicas y los materiales de apoyo innovadores utilizan para la inmovilización de biocatalizadores quetienen implicación potencial en el mercado de enzimas futuro.

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/dsorciónLos resultados de adsorción de la enzima a partir de las interacciones "idrofóbicas y los enlaces de sal$ donde ya sea elsoporte est* ba?ado por la enzima para la adsorción fsica o la enzima se seca sobre superficies de los electrodos.Enzimas adsorbidas est*n protegidos de la agregación$ la proteólisis y la interacción con interfaces "idrófobos ,spa"n yminteer @AAB . Los investigadores "an utilizado soportes ecológicos como fibras de coco que tiene buena capacidad deretención de agua y la propiedad intercambio catiónicoC celulosa microcristalina con capacidad de unión irreversiblecaoln con alta capacidad de retención de la enzima por acetilación qumicaC y - materiales mesoporosos micro "aber tiolfuncionalizado$ gran superficie ideal para las reacciones de reducción y oxidación ,dey et al. @AA@ C "ern*ndez et al.@AAD C aragulyan et al. @AAB C brgida et al. @A0A C mitc"ell y ramrez @A00 C "uang et al. @A00 . 3amices molecularessilanizada también se "an utilizado con éxito como soportes para la adsorción de la enzima debido a la presencia desilanoles en paredes de los poros que facilitan la inmovilización de enzimas por enlace de "idrógeno ,daz y balus0FFG . 5iversas modificaciones qumicas de los soportes utilizados en la actualidad sin duda contribuir* a una mejorinmovilización. Los perfiles de actividad de agua de la lipasa adsorbidos utilizando gr*nulos "idrófobos a base depolipropileno - "a informado accurel ep20AA ,persson et al. @AAA . +era importante se?alar que accurel con tama?os departcula m*s peque?os aumenta las velocidades de reacción y las proporciones enantioméricas durante biocatalyzation,sabbani et al. @AAG .%ara un mejor control del proceso y la producción económica$ yarroHia lipolytica lipasa se inmoviliza sobre octil2agarosay octadecil2sepabeads apoya por adsorción fsica que resultó en rendimientos m*s altos y mayor estabilidad ,diez vecesque la de la lipasa libre. Esto se explica por la "idrofobicidad de octadecil2sepabeads que mejora la afinidad entre la

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enzima y el apoyo ,cun"a et al. @AAB . 9andida rugosa lipasa adsorbida en poli biodegradable ,2"idroxibutirato2co2"idroxivalerato mostró FJK de actividad residual después de J " a A M c y la reutilización "asta 0@ ciclos ,cabrera2padilla et al. @A00 . Estos soportes se prefieren porque son menos dura y cristalina de poli"idroxibutirato. 0$ J2butenodio"ilos de biso éter de diglicidilo activado "an sido sótano adecuado para la ureasa que el aumento de la estabilidad de p"y retuvo AK de actividad enzim*tica en condiciones secas ,mis"ra et al. @A00 . +oportes ecológicos de origen biológicono sólo evitar un recorte de las cuestiones éticas$ sino que también retardan los costes de producción. En los últimostiempos$ biocompatibles nanopartculas de slice mesoporosos ,msn soportes se "an utilizado para la biocat*lisis enaplicaciones de energa debido a su durabilidad a largo plazo y la eficiencia ,popat et al. @A00 .

La unión covalente /sociación covalente de enzimas a soportes se produce debido a sus laterales amino*cidos de cadena como arginina*cido asp*rtico$ "istidina y el grado de reactividad con base en diferentes grupos funcionales tales como imidazol$indolilo$ "idroxilo fenólico$ etc. ,dNsouza 0FFB C sing" @AAF . +uperficies de péptidos modificados cuando se utilizan pararesultados de la vinculación de la enzima en la actividad y la estabilidad especfica m*s alta con la orientación deprotena controlada ,fu et al. @A00 . )romuro de cianógeno ,cnbr 2agarosa y cnbr2sep"arose activada con resto quecontiene carbo"idrato y glutaralde"do como un brazo espaciador "an impartido estabilidad térmica a las enzimas unidoscovalentemente ,"sie" et al. @AAA C cun"a et al. @AAB . )iocatalizadores altamente estable y "iperactivos "an sidoreportados por unión de enzimas a los portadores de gel de slice modificados por silanización con la eliminación degrupos alde"do sin reaccionar y para sba20 soportes que contienen poros de jaula revestidos por si2f restos ,lee et acovalente. @AAG C szymaOsa et al.$ @AAF . /umento de la vida media y la estabilidad térmica de las enzimas se "aconseguido mediante el acoplamiento covalente con diferentes soportes como slice mesoporosa$ quitosano$ etc. ,"sie"et al. @AAA C ispas et al. @AAF . La reticulación de las enzimas para electrospun nanofibras "a demostrado una mayoractividad residual debido a la mayor *rea superficial y porosidad. El uso de tales soportes nanodiametric "an trado un

punto de inflexión en el campo de la inmovilización biocatalizadores ,Hu et al.$ @AA C im et al.$ @AAG C ren et al. @AAG C let al.$ @AAD C "uang et al.$ @AAB C saai et al . @A0A . :nión de la alco"ol des"idrogenasa de nanofibras de atapulgita,silicato de magnesio "idratado covalente se "a optado por su resistencia térmica y tama?os variables nano ,z"ao et al.@A0A . )iocatalPticas membranas "an sido útiles para desentra?ar las interacciones covalentes eficaces con las enzimasde silicio recubierto de ,"ilal et al. @AAG . 9ross2ligado agregados enzima producida por la precipitación de la enzima dela solución acuosa mediante la adición de disolventes org*nicos o polmeros iónicos "an sido reportados ,s"eldon @A00 5iferentes orientaciones de enzima inmovilizada sobre nanoacumulaciones magnéticos obtenidos mediante la unióncovalente "an encontrado sus aplicaciones en las industrias farmacéutica$ debido a su mayor longevidad$ estabilidadoperacional y reutilización ,yusdy et al. @AAF . El mantenimiento de la propiedad estructural y funcional de las enzimasdurante la inmovilización es una de las principales funciones desempe?adas por un agente de reticulación. :no de talesagentes es glutaralde"do$ utilizado popularmente como reticulante bifuncional$ ya que son solubles en disolventesacuosos y pueden formar enlaces covalentes inter2 e intra2subunidad estables.

Inmovilización de afinidadInmovilización afinidad explota la especificidad de la enzima para su apoyo en diferentes condiciones fisiológicas. Esto selogra mediante dos maneras& o bien la matriz se preacopladas a un ligando de afinidad para la enzima diana o la enzimase conjuga a una entidad que desarrolla afinidad "acia la matriz ,sardar et al. @AAA . /dsorbentes de afinidad también se"an utilizado para la purificación simult*nea de enzimas ,"o et al. @AAJ . /finidad complejo apoya como cuentas dequitosano alcalinos estables recubiertas de slice porosa y mayores cantidades de agarosa ligada multicapaconcanavalina un puerto de enzimas que conducen a una mayor estabilidad y eficiencia ,s"i et al. @AA C sardar y gupta@AA . Estratificación de bioafinidad es una improvisación de esta técnica que aumenta exponencialmente la capacidadde unión a enzima y la reutilización$ debido a la presencia de fuerzas no covalentes$ tales como culómbica$ enlace de"idrógeno$ fuerzas de van der Haals$ etc. ,sardar y gupta @AA C "aider y "usain @AAB .

/trapamiento /trapamiento es introducir en la jaula de las enzimas mediante enlaces covalentes o no covalentes dentro de geles ofibras ,sing" @AAF. Encapsulación eficiente se "a logrado con ve"culos "bridos alginato2gelatina2calcio que impidieronla fuga de enzima y proporcionan una mayor estabilidad mec*nica ,s"en et al. @A00. /trapamiento por nanoestructuradoapoya como nanofibras electrospun y materiales vrgenes "an revolucionado el mundo de la inmovilización de enzimascon sus aplicaciones de amplio alcance en el campo de la qumica fina$ biosensores biomedicina y biocombustibles ,dai yxia @AAGC. Qim et al @AAGC Hang et al. @AAFC Hen et al. @A00. %revención de la friabilidad y la lixiviación y el aumento de laeficacia de captura y la actividad enzim*tica por candida rugosa se "a informado de lipasa atrapado en quitosano. Esteapoyo también se "a informado de que no es tóxico$ biocompatible y susceptibles de modificación qumica y altamenteafn a la protena debido a su naturaleza "idrófila ,betigeri y neau @AA@. /trapamiento por slice mesoporosa se atribuyea su gran *rea superficial$ distribución de poros uniforme$ tama?o de poro sintonizable y alta capacidad de adsorción,ispas et al. @AAF. /trapamiento simult*neo de lipasa y de magnetita nanopartculas con slice biomimético mejoró suactividad en diversos aditivos de silano ,c"en et al. @A00a. ;atrices sol2gel con polmeros supramoleculares calixareno

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se "an utilizado para el atrapamiento de c. 6ugosa mantenimiento de la lipasa en vista de sus capacidades de unión yque llevan selectivos ,erdemir y yilmaz @A00. Las lipasas atrapado 12carragenina se "a informado para ser altamentetermoestable y org*nica tolerante disolvente ,tRmtRr et al. @AADC jegannat"an et al. @A0A.

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9"itosan y quitina%olmeros naturales como la quitina y el quitosano "an sido utilizados como soportes para la inmovilización ,vaillant et al@AAA C apoor y u"ad @AAD . Las protenas o carbo"idratos restos de las enzimas se utilizan para ellos de unión alquitosano ,"sie" et al. @AAA . 9"itosan se "a utilizado en combinación con alginato donde las enzimas de quitosanorecubierto tenan efecto menos lixiviación en comparación con alginato debido a las interacciones fsicas y iónicas entrela enzima y el apoyo ,betigeri y neau @AA@ . 5el mismo modo$ un material compuesto "úmedo de quitosano y arcillademostró ser m*s fiable para la captura de la enzima$ debido a que tiene grupos "idroxilo y amino$ que enlazanf*cilmente con enzimas$ junto con una buena "idrofilia y de alta porosidad. 9"itosan en forma de perlas puede atrapar el

doble de las enzimas ,c"ang y juang @AAD . +egún c"ern y c"ao , @AA $ el dominio de unión a quitina de quitinasa a0de bacillus circulans tiene una alta afinidad para la quitinaC por lo tanto$ esta propiedad se "a explotado para retener d2"idantoinasa.

El col*geno /l ser un polmero natural$ el col*geno se "a utilizado para la inmovilización de tanasa glutaralde"do empleando comoagente de reticulación ,atHa et al. 0FB0 . 4e S fibras& el col*geno demostraron ser excelente matriz de soporte para lacatalasa inmovilización mediante la retención de la actividad significativa incluso después de @G reutilizaciones ,c"en etal. @A00b .

9arragenina9arragenano$ un polisac*rido sulfatado lineal$ se "a usado consistentemente para la inmovilización de una variedad deenzimas$ como la lipasa para mejorar la estabilidad ,tRmtRr et al. @AAD . Este apoyo es pseudopl*stico en la naturaleza$

que le ayuda a adelgazar bajo una tensión cortante y recuperar su viscosidad una vez que se elimina la tensión.Uegannat"an et al. , @A0A podra lograr una eficiencia de encapsulación de J@$GK por el método de co2extrusión usandoel mismo soporte para la producción de biodiesel. 9arragenina "a sido reportado como un soporte barato y duradero conuna mejor atrapamiento de la enzima *cido V2galactosidasa y l*ctico ,rao et al.$ @AAB C girigoHda y mulimani @AAG .

WelatinaLa gelatina es un material "idrocoloide$ alta en amino*cidos$ y puede absorber "asta diez veces su peso en agua. +uvida útil indefinida "a atrado la atención para la inmovilización de enzimas. La gelatina se "a utilizado en sistema desoporte mezclado con poliacrilamida donde reticulante con cromo de etilo ,iii resultó mejor que el cromo y potasio sulfatode cromo ,iii sulfato ,iii ,emregul et al. @AAG . /lginato de calcio con gelatina forma una buena plantilla para ladeposición de fosfato de calcio para la inmovilización de enzimas$ y la gelatina en combinación con l*minas de poliésterpromovió el DK la eficiencia de carga$ en comparación con estudios anteriores que tenan la eficiencia de carga del AK,s"en et al. @A00 C ateX y dogan @A0A .

9elulosaEste polmero natural m*s abundante "a sido ampliamente utilizado para inmovilizar lacasa "ongos$ penicilina g acilasa$glucoamilasa$ V2amilasa$ la tirosinasa$ la lipasa y la Y2galactosidasa ,al2ad"ami et al. @AA@ C mislovicov* et al. @AAJ Cbryja et al. @AAD C namdeo y bajpai @AAF C labus et al. @A00 C "uang et al.$ @A00 C. Qlein et al @A00 . 5ietilaminoetilo,deae modificada con soportes celulósicos tienen m*s capacidad de almacenamiento ,al2ad"ami et al. @AA@ 7anopartculas de magnetita de celulosa recubiertos se "an utilizado para la degradación del almidón en el que eacoplamiento de V2amilasa a la celulosa nanopartculas de magnetita dialde"do recubierto como resultado la formaciónde un nuevo sistema de degradación del almidón ,namdeo y bajpai @AAF . Inmovilización con pelcula lquida2celulosaiónico activado por glutaralde"do dio mejor conformabilidad y flexibilidad ,lein et al. @A00 .

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/lmidón#ec"o de amilasa lineal y unidades de amilopectina ramificada$ almidón "a sido utilizado como inmovilizador enzima9alcio soportes "bridos alginato de almidón se aplicaron para la inmovilización de la superficie y el atrapamiento de laperoxidasa calabaza amarga. Enzima atrapada fue m*s estable en presencia de agentes desnaturalizantes como la ureadebido a restos de "idratos de carbono internos$ mientras que la enzima inmovilizada en la superficie tena una actividadsuperior ,matto y "usain @AAF . Injerto por radiación de sustancias como la acrilamida y metacrilato de dimetilaminoetiloonto almidón son algunas de las técnicas industriales ampliamente utilizados para un alto rendimiento de producto,estiércol et al. 0FF C. 6aafat et al @A00 .

%ectinaEste "eteropolisac*rido estructural junto con A$@ a A$DK de glicerol actúa como plastificante para reducir la fragilidad delsoporte y se "a utilizado para inmovilizar la papana y para el desarrollo de nuevos materiales para el tratamiento delesiones en la piel ,ceniceros et al. @AA . La pectina2quitina y el apoyo alginato de pectina2calcio "an mejorado laresistencia térmica y desnaturalizante y las propiedades catalticas de las enzimas atrapados debido a la formación delos altos complejos de polielectrolitos estables entre la enzima y el apoyo pectina recubiertos ,gómez et al. @AAG C satar etal. @AAB .

+ep"arose /ctivada con cnbr sep"arose2Jb se "a utilizado para inmovilizar amilasa y glucoamilasa debido a su porosidad y f*cil deadsorción de macromoléculas.


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4igura 0. 5eterminantes de la inmovilización y la actividad enzim*tica.

CONCLUSIÓN9on la gran cantidad de investigación sobre la inmovilización de enzimas$ podemos concluir que es una de las técnicasm*s prometedoras para procesos biotecnológicos altamente eficientes y económicamente competentes en el *mbito delas vigilancias del medio ambiente$ la biotransformación$ diagnósticas$ farmacéuticas y de alimentos. las estrategiasbasadas en enzimas est*n reemplazando cada vez m*s métodos qumicos convencionales$ tanto en laboratorios eindustrias con atributos como la eficiencia$ el rendimiento m*s r*pido y el uso múltiple. +in embargo$ la comercializaciónde enzimas inmovilizadas se encuentra todava en un ritmo m*s lento debido a sus costos y problemas dealmacenamiento. La investigación debe centrarse para superar las limitaciones actuales relacionados con las técnicas deinmovilización$ con el fin de ampliar el "orizonte para la aplicación integral.

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