Inmovilización de enzimas

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Instituto Politécnico Nacional

Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología

INMOVILIZACION DE ENZIMAS

Alumno:

Islas Quintana Andrés Manuel

Profesor:

Héctor Molina Jiménez

Unidad de Aprendizaje:

Ingeniería Enzimática

Grupo:

4BM1

2018 – 05 – 08

 INMOVILIZACIÓN DE ENZIMAS

Las enzimas son proteínas especializadas capaces de acelerar la velocidad de una reacción química, promoviendo así la transformación de diferentes moléculas en productos específicos. La alta especificidad con la que se llevan a cabo dichas transformaciones, el volumen reducido de desechos que generan dichos procesos y las condiciones poco agresivas en las que se operan, han permitido que estos biocatalizadores se posicionen como elementos preponderantes en diversos sectores industriales.

Las enzimas en solución generalmente son utilizadas una sola vez debido a la dificultad que representa su recuperación al término de una reacción. Esta limitante, junto con su costo de producción, las convierte a las enzimas en un gasto fijo e impacta directamente el costo total del proceso.

En este sentido, un gran avance en el uso de enzimas a escala industrial se debe en gran medida al desarrollo de métodos eficientes de inmovilización de enzimas, es decir, enzimas unidas física- o químicamente a un soporte inerte lo cual permite su fácil recuperación y reutilización, además que algunos tipos de inmovilización otorgan mayor estabilidad a la enzima.

Inmovilización y sus ventajas

La inmovilización de enzimas es un proceso en el que se confina o localiza a la enzima en una región definida del espacio, para dar lugar a formas insolubles que retienen su actividad catalítica y que pueden ser reutilizadas repetidamente.

Se tiene que tomar en cuenta que las enzimas inmovilizadas son de mayor costo que las enzimas libres, pero al poder reutilizarlas se vuelven rentables.

Las preparaciones inmovilizadas presentan diversas ventajas como:

• Fácil remoción de la mezcla de reacción.
• Uso repetitivo del catalizador.
• Permite el uso de mayor cantidad de enzima por lote (menor tiempo de proceso).
• Incrementa la vida útil de la enzima.
• Alta estabilidad y resistencia al esfuerzo cortante y a la contaminación.
• Permite el uso de enzimas en sistemas de lotes continuos.

Métodos de inmovilización

Métodos de Fijación

1. Adsorción

Se basa en enlaces débiles, aunque tiene cierta eficiencia en los procesos. Intervienen fuerzas de Van der Waals, interacciones iónicas e hidrofóbicas y puentes de hidrógeno. Aunque esta técnica es de fácil preparación, bajo costo, el soporte se puede recargar, aún que hay inconvenientes en este método, uno de ellos es que el enlace es reversible y sólo se puede monitorear la reacción en periodos cortos. Hay una alta tasa de fuga del biocatalizador, enlace inestable, no es posible controlar lo anterior y por lo tanto tiene un índice de reproducibilidad bajo. Además, es muy susceptible a los cambios que se producen en el ambiente como las modificaciones en el pH, temperatura y fuerza iónica. [pic 3]

2. Unión covalente[pic 4]

Se basa en el entrecruzamiento de la enzima y el material del soporte produciendo un enlace fuerte y estable. El enlace covalente es formado entre el grupo funcional de la matriz del soporte y la superficie de la enzima que contiene residuos de aminoácidos. En estos residuos se encuentran grupos como los amino (NH2) de la lisina o la arginina, el grupo carboxilo (COOH) del ácido aspártico o ácido glutámico, los grupos sulfhidrilo de cisteína, los grupos hidroxilo de (OH) de la serina o treonina.

3. Reticulado

Este tipo de inmovilización consiste en la formación de una gran estructura tridimensional compleja entre las mismas moléculas de la enzima por medios físicos o químicos. Por lo general en los métodos químicos se forman enlaces de unión covalente empleando ciertos agentes como el glutaraldehído, ácido dicarboxílico o tolueno disocianato.

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Atrapamiento

Consiste en la inclusión de la enzima por unión covalente o no, dentro de geles o fibras, Además, minimiza la lixiviación de la enzima y mejora su estabilidad, pero con frecuencia resulta en limitaciones de transporte de sustrato / analito al sitio activo de la enzima ya que la enzima queda tanto en la superficie como en el interior del soporte.

La polimerización del soporte debe llevarse en condiciones tolerables por la enzima.[pic 6]

Encapsulación

Consiste en restringir a la enzima en macro o micromembranas semipermeables  

1. Inclusión en membranas[pic 7]

Se emplean membranas permeables al producto final, permeables o no al sustrato y no permeables a la enzima. Mediante una bomba se establece un flujo líquido de sustrato que atraviesa al reactor. La enzima se adsorbe previamente sobre la membrana. 

2. Microencapsulación

Las enzimas están rodeadas de membranas semipermeables que permiten el paso de sustratos y productos. Las microcápsulas tienen diámetros de 1 a 100 μm permitiendo encapsular enzimas. Si la membrana esta formada por una monocapa de fosfolípidos se le conoce como micelio, en caso de ser una bicapa, se denominan liposoma.

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