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Procesos de Química Sostenible utilizando enzimas como catalizadores
Curso PosgradoCiencias y Tecnologías Químicas
Curso Posgrado 2012
Martes 17Tema 1. Enzimas como catalizadores industriales 10.00-11.00 CHARLA INTRODUCTORIATema 2. Aplicación de enzimas en diferentes áreas de la Química.11.00-12.00 Profesor: Jose Miguel Palomo2.1 Aplicación de enzimas en Química orgánica. - Resolución cinética de mezclas racemicas-Procesos asimétricos: desimetrización, condensación aldolica, reducciones, oxidaciones, -epoxidaciones,etc.- Enzimas en la producción de fármacos enatiomericamente puros- Enzimas en química de carbohidratosMiercoles 1810.00-11.00 Profesor: Gloria Fernandez (CIAL,CSIC)2.2 Aplicación de enzimas en Química de alimentos. - Modificación enzimática de alimentos- Síntesis de aditivos alimentarios: Alimentos funcionales11.00-12.00 Profesor: Cesar Mateo2.3 Aplicación de enzimas en Química analítica. - Enzimas como biosensores- Trasformación de residuos en compuestos de alto valor añadido- Tratamiento de residuos altamente tóxicosJueves 1910.00-11.00 Profesor: Cesar Mateo2.4 Aplicación en Energía - Síntesis enzimática de Biodiesel.- Producción de carburantes
Parte Teórica (10 h)
PROGRAMA
Tema 3.- Mejora de las propiedades de las enzimas como catalizadores11.00-12.00 Profesor: Jose Miguel Palomo3.1.- Purificación de enzimas - Purificación de lipasas por adsorción interfacial- Purificación de enzimas por mecanismos de afinidad.Viernes 2010.00-11.00 Profesor: Cesar Mateo3.2.- Inmovilización de enzimas- Métodos de inmovilización por adsorción(Adsorción iónica, hidrofóbica, coordinación con metales)- Métodos de inmovilización covalente de enzimas- Métodos de inmovilización sin la utilización de soportes11.00-12.00 Profesor: Jose Miguel Palomo3.3.- Modificación de enzimas- Modificación fisica- Modificación química al azar- Modificación dirigidaLunes 2310.00-11.00 Profesor: Cesar Mateo3.4.- Estabilización de enzimas mediante métodos de inmovilización.11.00-12.00 Profesor: Jose Miguel Palomo3.5.- Mejora de la selectividad de enzimas de interés industrial- Hidrólisis enantioselectiva de esteres racemicos precursores de fármacos- Desprotección regioselectiva de carbohidratos peracetilados- Síntesis enantioselectiva de antibióticos
Curso Posgrado 2012
PROGRAMA
Profesores: Jose Miguel Palomo, Cesar Mateo y Marco Filice
P1.- Purificación de lipasas utilizando soportes hidrofóbicosP2.- Purificación de proteínas con dominios de fusiónP3.- Inmovilización covalente de enzimasP4.-Estudio de estabilidad de enzimasP5.- Hidrólisis regioselectiva de esteres quirales catalizadas por lipasas inmovilizadas
Lunes 2315.00-18.00 P1,P2Martes 24 10.00-13.00 P1,P215.00-18.00 P3Miercoles 25 10.00-18.00 P4Jueves 26 10.00-18.00 P5Viernes 2710.00-12.00 Dudas y examen
PROGRAMA
Curso Posgrado 2012 Parte práctica (20 h)
Economíaatómica
Eficiencia
Productos químicosmenos tóxicos
Selectividad
Especificidad
Materialesrenovables
Enzimas
ENZIMAS (PROTEINAS) = POLIMEROS DE AMINO-ACIDOS
OH NH3+ COOH 5H
OH
NH2 CH C NH CH C NH
O O
R1 R2
O
CNH
NH CH
Rn
COOH
C COOH
NH2
H
R1
SH
ENZIMAS : POLIMEROS COMPACTOS
H
COO-
NH3+
OHO
NH3+
CATALISIS ENZIMATICA Y CAMBIOS CONFORMACIONALES
l variar la actividad catalítical variar la orientación del sustrato
m regioselectividadm estereoespecificidad
l nuevos sustratos ???
COO-
OH
O H
Tiempo de la reacción
E + S
E + P
Alta eficienca catalítica 108-1012 veces
Condiciones suaves de reaccion (T,pH, medio
acuoso)
Catalizan gran variedad de reacciones
Alta especificidad
Biodegradables
Producción de acrilamida (nitrilhidratasa)
Resolución de mezclas racémicas (lipasas, acilasas)
Almidón …. Fructosa (amilasa, glucoamilasa, etc)
Síntesis de antibióticos -lactámicos (penicilina G acilasa, D amino oxidasa)
Sensores de glucosa (glucosa oxidasa)
Detergentes (proteasas, lipasas)
Algunos hitos de la biocatálisis aplicada
Fermentaciones tradicionales (queso, vino….)
Enzimas
Células Tratamiento aguas residuales (lodos activos)
Fermentaciones industriales: producción de Penicilina (hongos, bacterias)
Proceso de produccion de polimeros superadsorbentes
Polimeros superadsorbentes
Producción de edulcorantes: Jarabes de fructosa
ALMIDON
alfa-amilasaamiloglucosidasas
Produccion de productos deslactosados
Producción de biocombustibles: Biodiesel
Biodiesel: la eterna promesa
Lipasas ?
Aceites/Grasas vegetales Biodiesel
+
Glicerol
Proteínas desnaturalizadas
Proteasas
Ranganathan, S.V.et al.Bioresour. Technol,2008 ,99 ,3975-3981
+
muy establesactivasbaratas
X 3
+ 3 MeOH/EtOH
Ácidos, Bases
Oligopéptidos bioactivosKarayannidou A.Food Chem. 2007,104 ,1728-173 Cheng K.K. et al.
Process Biochem. 2007,42 ,740-744
Compuestos altovalor añadido
Células
1,3 propanodiol
muy selectivas inmovilizadas y estabilizadas
Producción de biocombustibles: Bioetanol
Obtención de glucosa por hidrólisis de polímeros naturales
Celulosa
Glucosa - estables- baratas - activas hacia
substratos insolubles
Almidón
O
CH2OH
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
O O
n
O
CH2OH
OH
OH
OO
CH2OH
OH
OH
OO
CH2OH
OH
OH
O O
n
O
CH2OH
OH
OH
OH
OH
Kumar R. et al.J. Indus Microb Biotechnol. 2008, 35, 377-391
Celulasas
Bioetanol
Amilasas
Producción de fármacos quirales
Farmacos de origen natural: mayoria son quirales
Farmacos sintetizados: 80% mezcla racemica (50:50)
(R)-talidomidaEnfermedad de la mañana
(S)-talidomidateratogenico
Obtención de intermedios quirales de fármacos
1 kg taxol (Taclitaxel® )9000 Kg (300 arboles)Corteza d tejo
Problema: Recurso Natural Escaso
Síntesis Química
J.Am.Chem.Soc. 1994,116, 1597 y 1599.
Síntesis Total del Taxol
NicolaouDanishefsky
Holton
OH
O
O
OTBS
NNHSO2Ar
(-)-borneol
J.Am.Chem.Soc. 1995 117, 624,634,645 y 653
Angew Chem In Ed. 199534,1723
NH
OOH
O
O O OH
OOH O O
O
O
O
O
Síntesis Quimioenzimatica del Taxol
+
Fuente natural (hojas)
Posibles desventajas para su implantación a nivel industrial
Disponibilidad de enzimas
Estabilidad operacional
Efecto inhibicion sustrato/producto
Rango de sustratos
Actividad y selectividad hacia sustratos no naturales
Optimización del Biocatalizador
Biodiversidad: disponibilidad mejores enzimas
Evolución dirigida
Diseño de enzimas semisintéticas
Ingeniería proteínas:
1. Mutagénesis dirigida2. Modificación química3. Medio de reacción
Inmovilización
Herramientas Bioinformaticas: Estructura 3D de proteínas
Curso Posgrado 2012
Banco de datos de estructuras de proteínas: www.pdb.org
Curso Posgrado 2012Lipase from candida antarctica
PYMOL 0.99 Curso Posgrado 2012
2VEO: lipasa de candida antarctica A (conformacion cerrada)
Curso Posgrado 2012