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ESTABILIZACION, REACTIVACION Y MODULACION DE PROPIEDADES CATALITICAS Jose Manuel Guisan Laboratorio de Tecnologia Enzimatica. Instituto de Catalisis. CSIC. Madrid, Espana
Las enzimas son capaces de catalizar procesos extraordinariamente selectivos en condiciones experimentales muy suaves. De hecho en los ultimos anos se han publicado miles de trabajos sobre procesos de quimica fina y quimica farmaceutica catalizados por enzimas: oxidaciones e hidroxilaciones selectivas, protecciones y desprotecciones regioselectivas, sintesis asimetricas, resolucion de mezclas racemicas, etc. Sin embargo, tanto la mejora de estos procesos a escala de laboratorio como su posible escalado a nivel industrial requieren una buena integracion de tecnicas de quimica organica (para disenar los bioprocesos) y tecnicas de bioquimica y biofisica (para disenar los biocatalizadores adecuados). En esta comunicacion se discute la aplicabilidad de diferentes tecnicas bioquimico-fisicas para el diseno de nuevos y mejores biocatalizadores de lipasas y penicilina acilasas, dos familias de enzimas de maximo interes en quimica fina.
Inmovilizacion orientada sobre la superficie del soporte La eleccion de diferentes areas de la superficie de la enzima para su inmovilizacion provoca diferentes alteraciones en los cambios conformacionales que sufre la enzima durante los procesos cataliticos y consecuentemente los derivados inmovilizados con distintas orientacion presentan diferentes propiedades cataliticas.
Inmovilizacion por union covalente multipuntual El hecho de que varios residuos enzimaticos se involucren en el proceso de inmovilizacion provoca un aumento de rigidez de la enzima inmovilizada y con ello un extraordinario aumento de su estabilidad asociada, sobre todo en el caso de las lipasas, a interesantes alteraciones de las propiedades cataliticas.
Modificacion quimica adicional La modificacion quimica de moleculas de enzimas inmovilizadas (utilizando fundamentalmente sus grupos amino y carboxilo) nos permite alterar la hidrofobicidad de su superficie asi como realizar modificaciones con macromoleculas polifuncionales (p.e. glicosilaciones artificiales). De este modo podemos lograr modificaciones muy dificiles o imposibles de obtener por rutas geneticas (ya que promoverian plegamientos incorrectos) o por modificacion quimica de las enzimas solubles (ya que podrian promover agregaciones).
Estrategias de reactivacion mediante tecnicas de desplegamiento y replegamiento. La inactivacion de derivados de enzimas inmovilizadas covalentemente cuando se utilizan a pH y temperatura moderadas y en presencia de disolventes organicos inertes no debe provocar ningun proceso de inactivacion irreversible (modificacion quimica, agregacion, etc.). Sin embargo a pesar del caracter reversible de estas inactivaciones, en muchos casos es necesario desplegar completamente las estructuras enzimaticas incorrectas provocadas por la inactivacion (p.e. por incubacion en urea o guanidina) para que posteriormente la enzima se repliegue muy rapida y completamente a su estructura inicial activa. La combinacion de las diferentes estrategias y herramientas comentadas anteriormente nos ha permitido disenar: a) Procesos de resolucion de mezclas racemicas de alfa-hidroxi acidos por hidrolisis enantioselectiva de sus esteres utilizando derivados de lipasa de Pseudomonas fluorescens logrando excesos enatiomericos superiores al 99 % con catalizadores cientos de veces mas estables que la enzima nativa y al mismo tiempo completamente reactivables despues de inactivaciones parciales en disolventes a temperatura moderada y pH neutro. b) Procesos de sintesis de antibioticos beta-lactamicos (p.e. cefazolina y cefalexina) catalizados por derivados de penicilina G acilasa de Escherichia coli miles de veces mas estables que la enzima nativa, completamente reactivables y con propiedades sinteticas mucho mejores que la enzima nativa. De este modo hemos logrado rendimientos de sintesis superiores al 95 % con mezclas de reaccion muy sencillas. Copyright 1996 Elfos Scientiae |
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