Lipaze

Lipaze

Lipolitički enzimi, kojima pripadaju lipaze su vrlo važnaskupina enzima nađenim u gotovo svim organizmima.

Glavna uloga triacilglicerol lipaza u metabolizmu je razgradnjai sinteza triacilglicerola.

Lipaze hidroliziraju triacilglicerole, pri čemu nastaje smjesa di-i monoacilglicerola, te masne kiseline i glicerol.

Lipaze kataliziraju sintezu mono-di- i triacilglicerola iz masnihkiselina i glicerola.

Katalitičko djelovanje lipaza i triacilglicerola netopljivih u vodiodvija se preko međugranične površine. U vodi su lipazeneaktivne, ali su zato aktivne u prisutnosti druge faze (lipidne).

Takvo svojstvo je zasnovano na strukturnom obliku lipaza.

Struktura lipaza

Svaka lipaza podjednako srodnih organizama pokazuje izraziturazličitost sekvenci.

Unutar sekvenci ostaje ista opća osobina, kao pentapeptidGXSXG (gdje je G je glicin, S je serin, X je bilo kojaaminokiselina). Ova je sekvenca pronađena kod svih lipaza.

U ovoj trijadi, serin je jedini pronađen u pentapeptidu.

Druga osobina je prisutnost serina, asparginske kiseline i histidina, odnosno u svakom žljebu ostatka proteina (aktivnomsredištu) nalaze se serin, asparginska kiselina i histidin i označavaju katalitičku trijadu.

Sekvencije aminokiselina različitih lipaza

Enzimi Sekvencija Opaska Porodica gena humanih lipaza

Pankreasna lipaza

Lipoproteinska lipaza

Lipaza iz jetre

NVHVIGHSLGAHAA

NVHLLGYSLGAHAA

HVHLIGYSLGAHVS

Smatra se da ova tri enzima imaju istu tercijarnu strukturu. Do sada je dostupna samo X-ray od pankreasne lipaze.

Porodica lipaza dobivenih iz gljiva

Rhizopus delamar

Mucor miehei (RmL)

KVIVTGHSLGGAQA

KVAVTGHSLGGATA

Ovi enzimi imaju istu strukturu nabiranja i dostupan je njihov X-ray.

Bakterijske lipaze

Pseudomonas fragi

Moraxella TA144 (Lip3)

RVNLIGHSQGALTA

NTHVGGNSMGGAIS

Imaju promjenjivu sekvencu aminokiselina i sastav, do sada nije dostupna X-ray struktura.

Ostali

Geotricum candidum lipaze Pseudomonas sp.

KVMIFGESAGAMSV

KVGLVGYCLGGALA

Ove lipaze nemaju sličnosti u genskoj mapi, aktivno središte serina (Ser) u Pseudomonas sp. je zamijenjeno sa cisteinom (Cys)

Aktivno središte RmL

Ser 144OH

NN

His 257

H

Asp 203

O O

Stereo- i regiospecifičnost lipazaPrema regiospecifičnosti, lipaze se mogu podijeliti u tri skupine:

u prvu grupu se svrstavaju nespecifične lipaze (npr. Candida cylindracae, Corynebacterium acnes, Staphylococcus aureus), odnosno ove lipaze nespecifično napadaju acilglicerol dajućismjesu masnih kiselina i glicerola koji odmah reagiraju dajućimonogliceride i digliceride

drugoj grupi pripadaju one lipaze koje napadaju masnekiseline na poziciji 1- i 3- triacilglicerola (npr. Aspergillus niger, Mucor javanicus i Rhizopus arrbizus)

trećoj grupi pripadaju one lipaze koje su specifične za pojedinu masnu kiselinu (npr. Geotrichum candidium specifičanza oleinsku kiselinu).

Lipaza

Kotlasti ili cijevni reaktor

Djelovanje lipazena ulja i masti

Cijele stanice Slobodna lipaza

Transesterificirane masti - Strukturirani lipidi

Posebne mastiArome

Oleokemikalije

Lijekovi

Lipazom katalizirane reakcije

Transesterifikacija

Hidroliza Esterifikacija

Konstanta ravnoteže

Sustav sa reverznim micelama

Emulzijski sustav (micele)

E

E

E

E

R

A

A,R

Lipazom katalizirana hidroliza (esterifikacija)

Hidroliza masti i ulja

• hidroliza maslinova ulja

(Yamane, T., et al., Ann.N.Y.Acad.Sci. 501 (1987) 224-228)

• hidroliza palmina ulja

(Knežević, Z.D., et al., Appl. Microbial. Biotechnol. 49 (1998)

267-271)

• hidroliza ulja iz srdele i ulja iz tune

(Shimada, Y., et al., JAOCS 72 (11)(1995) 1323-1327)

• hidroliza repičina ulja

(McNeill, G.P. i Sonnet, P.E. JAOCS, 72(2)(1995) 213-218)

Esterifikacija

• esterifikacija etanola oleinskom kiselinom(Colombié, S.C., et al., Biotechnol. Bioeng. 60(3) (1998) 362-368)

• esterifikacija metanola oleinskom kiselinom(Ramamurthi, S. i McCurdy, A.R., JAOCS 71 (9) (1994) 927-930)

• esterifikacija glicerola oleinskom kiselinom(Castillo, E., et al., JAOCS 74(2) (1997) 77-85)

• esterifikacija glicerola linoleinskom kiselinom(Arcos, J.A., et al., Biotechnol.Lett. 20(6) (1998) 617-621)• esterifikacija glicerola kaprinskom kiselinom(Kwon, D.Y., et.al., JAOCS 74(10)(1997) 1287-1289)• esterifikacija propilenglikola PUFA-ma(Liu, K.J. i Shaw, J.F., JAOCS 72(11)(1995) 1271-1274)

Lipazom katalizirana transesterifikacija

a. transesterifikacija triglicerida

CH2OX CH2OZ

CHOY

CH2OX

+ CH2OY

CH2OZ

CH2OY+ +

CH2OX

CHOY

CH2OZCH2OX

CH2OX CH2OZ

CH2OY

CH2OZ

b. transesterifikacija triglicerida + masna kiselina

CH2OX

CHOY

CH2OX

+ HOZ CH2OY+ + + HOZ + HOX

CH2OX

CHOY

CH2OZCH2OX

CH2OX CH2OZ

CH2OY

CH2OZ

Transesterifikacija ulja i masti

• transesterifikacija palmina ulja stearinskom kiselinom (Macrae, A.R., Phil.Trans.R.Soc.Lond.B 310 (1985) 227-233)• transesterifikacija maslinova ulja stearinskom kiselinom(Macrae, A.R., JAOCS 60(2)(1983) 291-294)

• transesterifikacija palmina ulja tristearinom(Castillo, E., et al., JAOCS 74(2) (1997) 77-85)

• transesterifikacija tripalmitina tristearinom(Basheer, S., et al., JAOCS 72(2) (1995) 231-237)• transesterifikacija ulja bakalara PUFA-om(Akoh, C.C., et al., JAOCS 72(11) (1995) 1317- 1321)• transesterifikacija trioleina maslačnom i kapronskomkiselinom(Fomuso, L.B. i Akoh, C.C., JAOCS 74(3) (1997) 269-272)• transesterifikacija trioleina kaprilnom kiselinom(Akoh, C.C. i Huang, K.H., J.Food Lipids 2(1995) 219-230)

Transesterifikacija

• transesterifikacija trioleina etilkaprilatom(Huang, K.S. i Akoh, C.C., JAOCS 72(2) (1996) 245-250)• transesterifikacija ribljeg ulja i trikaprilina(Lee, K.T. i Akoh, C.C., JAOCS 75(4)(1998) 495-499)• transesterifikacija trikaproina trilinoleinom(Fomuso, L.B. i Akoh, C.C., JAOCS 75(3) (1998) 405-410)• transesterifikacija svinjske masti i suncokretova ulja(Seriburi, V. i Akoh, C.C., JAOCS 75(10) (1998) 1339-1345)• transesterifikacija trioleina stearinskom kiselinom(Seriburi, V. i Akoh, C.C., JAOCS 75(4) (1998) 511-516)

• transesterifikacija maslinova ulja kaprilnom kiselinom(J.Giacometti, Č.Milin, Đ.Vasić-Rački, EFB Working Party on Applied Biocatalysis, 22-26 September 1998, Portorož, Slovenia)

Enzimska modifikacija u triacilglicerolnom za dobivanje zamjenskog produkta kakao maslaca

• transesterifikacija palmina ulja stearinskom kiselinom

POP

+ HSt + + + HP +HSt

POP

POSt

StOSt

Transesterifikacija je provođena u kotlastom reaktoru. Palmino ulje i stearinska kiselina, u omjeru 1,0:0,5 (w/w) suotopljeni u petroleteru i miješani 16 sati na 40oC uz lipazu izAspergillus nigera. Analiza dobivenih triacilglicerola pokazuje da jetransesterifikacija palmina ulja stearinskom kiselinom 1- i 3-regiospecifična sa većom proizvodnjom POSt (1(3)-palmitoil-3(1)-steroil-2-monoolein) i StOSt (1,3-disteroil-2-monoolein). POSt i StOSt su najvažniji triacilgliceroli u kakao maslacu, pa se ova reakcija može provoditi za dobivanje zamjenskogprodukta kakao maslaca.

Enzimska modifikacija ulja bakalara polinezasićenimdugolančanim masnim kiselinama (PUFA) ili etilnimesterima polinezasićenih dugolančanih masnih kiselina(PUFEE)

Transesterifikacija ulja bakalara polinezasićenim dugolančanimmasnim kiselinama ili etilnim esterima polinezasićenihdugolančanih masnih kiselina, provođena je u omjeru 1:3 (w/w) uz miješanje pri 60-65oC. Reakcije su provođene 48 sati, uz10% Lipozyma u inertnoj atmosferi dušika.

trigliceridi iz ulja bakalaraili triolinolein

OOO

RO RO RO

+ R'COOR''

PUFA iliPUFEE

R'O

R'O

R'O

OOO

+ R'COOR''

RCOOR''

Esterifikacija propilenglikola i PUFA (EPA – C20:5, DHA – C22:6)

OHOHH

+ EPA OHH

EPA

Enzimska esterifikacija propilen glikola i PUFA (EPA i DHA) provođena je pri molnom omjeru 4,5:1, pri 40oC, tijekom 24 sata uz smjesu otapala (n-heksan/t-butanol, 9:1). U esterifikaciji su testirane lipaze iz Aspergillus niger, Mucor sp., Pseudomonas fluorescens, Rhizopus sp., Candida cylindracea, Chromobacterium viscosum. Imobilizirana lipaza iz Mucor miehei je najbolji enzim za sintezu estera propilen glikola i PUFA. Produkt dobiven esterifikacijom primjenjuje se za sniženje hipertrigliceridemiju.

Hidroliza masti i ulja u cilju proizvodnjeslobodnih masnih kiselina kao sirovina

• lipazom katalizirana hidroliza maslinova ulja• lipazom katalizirana hidroliza palmina ulja• lipazom katalizirana hidroliza ulja iz srdela i ulja iz tune• lipazom katalizirana hidroliza repičinog ulja

Hidroliza repičinog ulja provođena je radi dobivanjaeručinske kiseline (C22:1, ∆13).

Rezolucija racemične smjese u organskoj sintezi

Produkt Međuprodukt ili produkt Optimalni uvjeti Izvori

(S)-β-bloker “C3 kiron”

PPL/BuOH:97%ee,konv. 49%

Wünsche,K.,et al.,1996.

(S,S)-fenvalerat (piretroidniinsekticid)

L/H2O:99,8% ee,49% konv.

Mitsuda, S., et al.,1989.

(S)-naproxen

esteraza NP:98% ee, 39% conv.

Sonawane, H.R.,et al., 1992.

(R) karnitin

PPL: 95% ee Bianchi, D., et.al., 1988.

ArO NHROH

Cl OTosOH

Cl

O

OH

O

CN CN

HHO

O

MeO

H MeCOOMe

MeO

H MeCOOMe

Me3N COOOH O

COOH