Aplicaciones de enzimas inmovilizadas.
Universidad de Guadalajara.
Escuela Politecnica Ing. Jorge Matute Remus.
Martin Arroyo Ana MarínMora Jimenez Sofia Elizabeth Sanchez Iñiguez Regina Esmeralda
Angeles Zaragoza Cynthia Valeria Curiel Razón Allen Hari Jimenez García Alexia Guadalupe
Objetivos y Propositos
-Conocer los métodos de inmovilización. -Por que ocurre la inmovilización. -Para que se usa y como se aplica la inmovilización.
Metodología
Explicaremos que son las enzimas inmovilizadas, a qué se debe su inmovilización, los usos, aplicaciones y los cinco metodos de inmovilización así como la elección del método de inmovilización.
¿Qué son las enzimas inmovilizadas?
Una enzima inmovilizada es aquella que se encuentra en un espacio definido en el que se retiene su actividad catalitica, esto hace que pueda ser reutiliza de forma continua, la inmovilización permite que el biocatalizador sea fácilmente separado de la reacción.
¿Por qué se inmovilizan?
Existen varias razones para la preparación y utilización de enzimas inmovilizadas, una de ellas es su fácil separación de la enzima del producto y una de las principales ventajas, la reutilización de la enzima, su utilización durante varios ciclos en los procesos a gran escala genera con el paso del tiempo, una reducción de costos
Reactor de flujo continuo empleando un biocatalizador inmovilizado que ejemplifica la fácil recuperación de la enzima por medio de ultrafiltración y la salida del producto.
Metodos de imvovilización de enzimas.
Adsorción.
Este metodo de inmovilización es relativamentesimple y barato. No implica una modificacion químicade la enzima inmovilizada, por lo que mantiene demanera aceptable su actividad. Su principal desventaja es que en algunos casos puedeocurrir un desprendimiento de la enzima del soportedebido a las condiciones de proceso.
Las interacciones que se llevan a cabo entre laenzima y el material utilizado como soporte son,la mayoría de las veces, de caracter reversible. Las fuerzas de atraccion que predominan en la inmovilizacion por adsorción son diversas, entre lasque se encuentran las de, interaccionesionicas, puentes de hidrógeno y enlaces hidrofóbicos.
La técnica de atrapamiento, consiste en la inclusión de la enzima por unión covalente o no, dentro de geles o fibras
Inmovilización del atrapa miento enzimático.
La técnica de 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.
Atrapamiento.
Sin embargo, esta técnica permite la posibilidad de adaptar el material de encapsulación para proporcionar el microambiente óptimo para la enzima, es decir, que coincida con el entorno físico-químico de la enzima y el material de inmovilización.
Encapsulamiento.
En esta técnica, las enzimas están rodeadas de membranas semipermeables
que permiten el paso de moléculas de sustrato y producto, pero no de enzima. Estas membranas
semipermeables pueden ser permanentes (originadas por polimerización interfacial) o no permanentes
(generadas por surfactantes, también llamadas “micelas reversas”).La aplicación de esta técnica es acelerar los procesos de maduración de quesos ya que estos anteriormente su aceleración era cara y en la industria cosmética este método se utiliza para la fabricación de cremas depiladoras
El reticulado también conocido como entrecruzamiento o cross-linking es una técnica que ha sido ampliamente
utilizada en la estabilización de muchas enzimas. El método del reticulado consiste en uso de
reactivos bifuncionales que originan uniones intermoleculares entre las moléculas de enzima.
ENTRECRUZAMIENTO.
Unión covalente
Este método consiste en la inmovilización enzimática a través de enlaces covalentes. Generalmente tiene dos etapas: una primera etapa de activación de la superficie para proporcionar grupos reactivos con los aminoácidos de la enzima,y una segunda etapa de acoplamiento covalente de la enzima al soporte activado.
Para reducir los problemas de accesibilidad del sustrato al centro activo de la enzimainmovilizada se pueden emplear moléculas que se comportan como brazos alargadores entre la superficie y la enzima. Si los aminoácidos del centro activo de la enzima participan en la unión covalente con el soporte se puede producir una desactivación total o parcial de la enzima.
Para evitar este problema, el proceso de inmovilización se puede llevar a cabo en presencia de un sustrato o un inhibidor de la enzima. De esta forma se ocupa el centro activo de la enzima durante la inmovilización por estas moléculas. Los principales grupos expuestos son la lisina, a través de su grupo ε-amino, la tirosina e histidina, los grupos cisteína y, en menormedida, también la metionina, triptófano, arginina, ácido aspártico y ácido glutámico.
La manipulación de las enzimas es sencilla. - La carga de la enzima permanece constante después de la inmovilización. - Los enlaces formados entre las enzimas y el soporte son muy estables. - La enzima posee una mayor estabilidad frente a la desactivación por el efecto
de la temperatura, de disolventes orgánicos o efectos de pH. En cambio, este tipo de inmovilización también presenta ciertos inconvenientes: - Puede existir pérdida de la actividad enzimática. - Los buenos soportes suelen ser bastantes caros, por lo que el proceso puede
tener un alto coste. - Se requiere la protección del centro activo para evitar una posible alteración.
Estos aminoácidos son los que mayoritariamente participaránen el proceso de inmovilización covalente con el soporte. Este método ampliamente utilizado en la industria alimentaria presenta las siguientesventajas:
Aunque se han desarrollado y aplicado muchas técnicas de inmovilización a numerosos enzimas,
se reconoce que no existe un método universal válido para todos los enzimas en todos los casos. No
obstante, gracias a toda la información disponible en la actualidad, se pueden hacer generalizaciones
sobre cada método de inmovilización y así, podremos seleccionar el más adecuado para cada
aplicación específica.
Elección del método de inmovilización.
La elección ha de tener en cuenta las condiciones de la reacción biocatalizada,
el tipo de reactor que se vaya a utilizar, el tipo de sustrato que tenga que ser procesado y otros factores.
Comparación de los diferentes métodos de inmovilización
En general, los métodos de preparación difícil y de mayor coste proporcionan biocatalizadores más
estables y duraderos; en cambio aquellos métodos más sencillos como el atrapamiento o la adsorción,
donde la unión de la enzima con el soporte es débil, originan derivados inmovilizados que presentan
pérdidas de actividad y que deben ser repuestos continuamente
La inmovilización de enzimas permite una mejora significativa de su estabilidad, lo que hace posible su empleo en la producción industrial.Las aplicaciones más importantes de las enzimas inmovilizadas se pueden clasificar en tres partes: como sensor analítico, en el campo de la medicina y en el sector industrial.
Usos y Aplicaciones.
Usos
Aplicaciones analíticas: como biosensores.
Un biosensor es un dispositivo analítico autónomo que incorpora un material biológicamente activo en contacto íntimo con un elemento de transducción apropiado para el propósito de detectar (reversible y selectivamente) la concentración o actividad de las especies químicas en cualquier tipo de muestra.
El empleo de los biosensores presenta las siguientes ventajas:
- La instrumentación requerida es barata y sencilla.
- El análisis es muy sensible.
- Permite el uso de muestras con color o turbias que no se podrían medir con métodos espectroscópicos.
Aplicaciones de los biosensores.
Biosensores utilizan medidores sensibles de fluorescencia, lo cuales monitorean los cambios en la fluorescencia intrínseca de FAD de la glucosa oxidasa.
Sensor basado en la glucosa oxidasa, utilizado por individuos que sufren diabetes para controlar los niveles de glucosa en la sangre.
Los biosensores pueden ser utilizados en la industria de los alimentos, agricultura y diagnóstico biomédico.
Esta enzima que permite la obtención de 12.000-15.000 kg de jarabe de maíz de alta fructosa al emplear un kilogramo de la misma, durante toda la vida operativa del biocatalizador
Glucosa isomerasa inmovilizada
Las enzimas de uso industrial
En general se exponen a condiciones extremas, tales como altas concentraciones de sustrato, un pH y temperatura elevados, por consiguiente, para la mayoría de aplicaciones industriales deben ser inmovilizadas con el objetivo de mejorar su selectividad, actividad y durabilidad
Aplicaciones Medicas
Aplicaciones Alimentarias
Aplicaciones De La Enzima Inmovilizadas
Aplicaciones Farmaceutica
Tratamientos de aguas residuales
Conclusion
En conclusión, las enzimas inmovilizadas son una herramienta valiosa en diversas aplicaciones industriales y médicas debido a su estabilidad, reutilización y eficiencia, además las enzimas inmovilizadas tienen una mayor resistencia a las condiciones adversas, lo que las hace más estables y duraderas.En conclusión, las enzimas inmovilizadas son una herramienta valiosa en diversas aplicaciones industriales y médicas debido a su estabilidad, reutilización y eficiencia, además las enzimas inmovilizadas tienen una mayor resistencia a las condiciones adversas, lo que las hace más estables y duraderas.
Bibliografia
Lixiviación: separación de una o varias sustancias contenidas en una matriz-sólida, mediante el uso de disolventes líquidos. Micelas: partícula muy pequeña compuesta de sustancias solubles en agua. Uniones intermoleculares: interacciones que existen entre moléculas, es decir, como se atraen o rechazan las moléculas cuando están juntas. Métodos espectrométricos: métodos instrumentales basados en la interacción de la radiación electromagnética u otras partículas, con un analito para identificarlo o determinar su concentración. Analito: componente/elemento/compuesto o ion. Fluorescencia intrínseca: se debe a los aminoácidos aromáticos (triptófano, tirosina y fenilalanina). FAD: coenzima (Flavín adenín dinucleótidos.
Glosario
Aplicaciones de enzimas inmovilizadas
Allen Curiel
Created on March 19, 2023
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Aplicaciones de enzimas inmovilizadas.
Universidad de Guadalajara.
Escuela Politecnica Ing. Jorge Matute Remus.
Martin Arroyo Ana MarínMora Jimenez Sofia Elizabeth Sanchez Iñiguez Regina Esmeralda
Angeles Zaragoza Cynthia Valeria Curiel Razón Allen Hari Jimenez García Alexia Guadalupe
Objetivos y Propositos
-Conocer los métodos de inmovilización. -Por que ocurre la inmovilización. -Para que se usa y como se aplica la inmovilización.
Metodología
Explicaremos que son las enzimas inmovilizadas, a qué se debe su inmovilización, los usos, aplicaciones y los cinco metodos de inmovilización así como la elección del método de inmovilización.
¿Qué son las enzimas inmovilizadas?
Una enzima inmovilizada es aquella que se encuentra en un espacio definido en el que se retiene su actividad catalitica, esto hace que pueda ser reutiliza de forma continua, la inmovilización permite que el biocatalizador sea fácilmente separado de la reacción.
¿Por qué se inmovilizan?
Existen varias razones para la preparación y utilización de enzimas inmovilizadas, una de ellas es su fácil separación de la enzima del producto y una de las principales ventajas, la reutilización de la enzima, su utilización durante varios ciclos en los procesos a gran escala genera con el paso del tiempo, una reducción de costos
Reactor de flujo continuo empleando un biocatalizador inmovilizado que ejemplifica la fácil recuperación de la enzima por medio de ultrafiltración y la salida del producto.
Metodos de imvovilización de enzimas.
Adsorción.
Este metodo de inmovilización es relativamentesimple y barato. No implica una modificacion químicade la enzima inmovilizada, por lo que mantiene demanera aceptable su actividad. Su principal desventaja es que en algunos casos puedeocurrir un desprendimiento de la enzima del soportedebido a las condiciones de proceso.
Las interacciones que se llevan a cabo entre laenzima y el material utilizado como soporte son,la mayoría de las veces, de caracter reversible. Las fuerzas de atraccion que predominan en la inmovilizacion por adsorción son diversas, entre lasque se encuentran las de, interaccionesionicas, puentes de hidrógeno y enlaces hidrofóbicos.
La técnica de atrapamiento, consiste en la inclusión de la enzima por unión covalente o no, dentro de geles o fibras Inmovilización del atrapa miento enzimático. La técnica de 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.
Atrapamiento.
Sin embargo, esta técnica permite la posibilidad de adaptar el material de encapsulación para proporcionar el microambiente óptimo para la enzima, es decir, que coincida con el entorno físico-químico de la enzima y el material de inmovilización.
Encapsulamiento.
En esta técnica, las enzimas están rodeadas de membranas semipermeables que permiten el paso de moléculas de sustrato y producto, pero no de enzima. Estas membranas semipermeables pueden ser permanentes (originadas por polimerización interfacial) o no permanentes (generadas por surfactantes, también llamadas “micelas reversas”).La aplicación de esta técnica es acelerar los procesos de maduración de quesos ya que estos anteriormente su aceleración era cara y en la industria cosmética este método se utiliza para la fabricación de cremas depiladoras
El reticulado también conocido como entrecruzamiento o cross-linking es una técnica que ha sido ampliamente utilizada en la estabilización de muchas enzimas. El método del reticulado consiste en uso de reactivos bifuncionales que originan uniones intermoleculares entre las moléculas de enzima.
ENTRECRUZAMIENTO.
Unión covalente
Este método consiste en la inmovilización enzimática a través de enlaces covalentes. Generalmente tiene dos etapas: una primera etapa de activación de la superficie para proporcionar grupos reactivos con los aminoácidos de la enzima,y una segunda etapa de acoplamiento covalente de la enzima al soporte activado.
Para reducir los problemas de accesibilidad del sustrato al centro activo de la enzimainmovilizada se pueden emplear moléculas que se comportan como brazos alargadores entre la superficie y la enzima. Si los aminoácidos del centro activo de la enzima participan en la unión covalente con el soporte se puede producir una desactivación total o parcial de la enzima.
Para evitar este problema, el proceso de inmovilización se puede llevar a cabo en presencia de un sustrato o un inhibidor de la enzima. De esta forma se ocupa el centro activo de la enzima durante la inmovilización por estas moléculas. Los principales grupos expuestos son la lisina, a través de su grupo ε-amino, la tirosina e histidina, los grupos cisteína y, en menormedida, también la metionina, triptófano, arginina, ácido aspártico y ácido glutámico.
La manipulación de las enzimas es sencilla. - La carga de la enzima permanece constante después de la inmovilización. - Los enlaces formados entre las enzimas y el soporte son muy estables. - La enzima posee una mayor estabilidad frente a la desactivación por el efecto de la temperatura, de disolventes orgánicos o efectos de pH. En cambio, este tipo de inmovilización también presenta ciertos inconvenientes: - Puede existir pérdida de la actividad enzimática. - Los buenos soportes suelen ser bastantes caros, por lo que el proceso puede tener un alto coste. - Se requiere la protección del centro activo para evitar una posible alteración.
Estos aminoácidos son los que mayoritariamente participaránen el proceso de inmovilización covalente con el soporte. Este método ampliamente utilizado en la industria alimentaria presenta las siguientesventajas:
Aunque se han desarrollado y aplicado muchas técnicas de inmovilización a numerosos enzimas, se reconoce que no existe un método universal válido para todos los enzimas en todos los casos. No obstante, gracias a toda la información disponible en la actualidad, se pueden hacer generalizaciones sobre cada método de inmovilización y así, podremos seleccionar el más adecuado para cada aplicación específica.
Elección del método de inmovilización.
La elección ha de tener en cuenta las condiciones de la reacción biocatalizada, el tipo de reactor que se vaya a utilizar, el tipo de sustrato que tenga que ser procesado y otros factores.
Comparación de los diferentes métodos de inmovilización
En general, los métodos de preparación difícil y de mayor coste proporcionan biocatalizadores más estables y duraderos; en cambio aquellos métodos más sencillos como el atrapamiento o la adsorción, donde la unión de la enzima con el soporte es débil, originan derivados inmovilizados que presentan pérdidas de actividad y que deben ser repuestos continuamente
La inmovilización de enzimas permite una mejora significativa de su estabilidad, lo que hace posible su empleo en la producción industrial.Las aplicaciones más importantes de las enzimas inmovilizadas se pueden clasificar en tres partes: como sensor analítico, en el campo de la medicina y en el sector industrial.
Usos y Aplicaciones.
Usos
Aplicaciones analíticas: como biosensores.
Un biosensor es un dispositivo analítico autónomo que incorpora un material biológicamente activo en contacto íntimo con un elemento de transducción apropiado para el propósito de detectar (reversible y selectivamente) la concentración o actividad de las especies químicas en cualquier tipo de muestra.
El empleo de los biosensores presenta las siguientes ventajas:
Aplicaciones de los biosensores.
Biosensores utilizan medidores sensibles de fluorescencia, lo cuales monitorean los cambios en la fluorescencia intrínseca de FAD de la glucosa oxidasa.
Sensor basado en la glucosa oxidasa, utilizado por individuos que sufren diabetes para controlar los niveles de glucosa en la sangre.
Los biosensores pueden ser utilizados en la industria de los alimentos, agricultura y diagnóstico biomédico.
Esta enzima que permite la obtención de 12.000-15.000 kg de jarabe de maíz de alta fructosa al emplear un kilogramo de la misma, durante toda la vida operativa del biocatalizador
Glucosa isomerasa inmovilizada
Las enzimas de uso industrial
En general se exponen a condiciones extremas, tales como altas concentraciones de sustrato, un pH y temperatura elevados, por consiguiente, para la mayoría de aplicaciones industriales deben ser inmovilizadas con el objetivo de mejorar su selectividad, actividad y durabilidad
Aplicaciones Medicas
Aplicaciones Alimentarias
Aplicaciones De La Enzima Inmovilizadas
Aplicaciones Farmaceutica
Tratamientos de aguas residuales
Conclusion
En conclusión, las enzimas inmovilizadas son una herramienta valiosa en diversas aplicaciones industriales y médicas debido a su estabilidad, reutilización y eficiencia, además las enzimas inmovilizadas tienen una mayor resistencia a las condiciones adversas, lo que las hace más estables y duraderas.En conclusión, las enzimas inmovilizadas son una herramienta valiosa en diversas aplicaciones industriales y médicas debido a su estabilidad, reutilización y eficiencia, además las enzimas inmovilizadas tienen una mayor resistencia a las condiciones adversas, lo que las hace más estables y duraderas.
Bibliografia
Lixiviación: separación de una o varias sustancias contenidas en una matriz-sólida, mediante el uso de disolventes líquidos. Micelas: partícula muy pequeña compuesta de sustancias solubles en agua. Uniones intermoleculares: interacciones que existen entre moléculas, es decir, como se atraen o rechazan las moléculas cuando están juntas. Métodos espectrométricos: métodos instrumentales basados en la interacción de la radiación electromagnética u otras partículas, con un analito para identificarlo o determinar su concentración. Analito: componente/elemento/compuesto o ion. Fluorescencia intrínseca: se debe a los aminoácidos aromáticos (triptófano, tirosina y fenilalanina). FAD: coenzima (Flavín adenín dinucleótidos.
Glosario