Una enzima inmovilizada es una enzima unida a un material inerte e insoluble, como el alginato de calcio (que se produce al hacer reaccionar una mezcla de solución de alginato de sodio y solución de enzima con cloruro de calcio ). Esto puede proporcionar una mayor resistencia a cambios en condiciones como el pH o la temperatura . También permite que las enzimas se mantengan en su lugar durante toda la reacción, después de lo cual se separan fácilmente de los productos y se pueden usar nuevamente, un proceso mucho más eficiente y, por lo tanto, se usa ampliamente en la industria para reacciones catalizadas por enzimas . Una alternativa a la inmovilización enzimática es inmovilización de células completas . [1] [2]
Uso comercial
Las enzimas inmovilizadas son muy importantes para usos comerciales ya que poseen muchos beneficios para los gastos y procesos de reacción de los cuales se incluyen:
- Conveniencia : Cantidades minúsculas de proteína se disuelven en la reacción, por lo que el tratamiento puede ser mucho más fácil. Una vez completadas, las mezclas de reacción normalmente contienen solo disolventes y productos de reacción.
- Economía : la enzima inmovilizada se elimina fácilmente de la reacción, lo que facilita el reciclaje del biocatalizador . Esto es particularmente útil en procesos como la producción de leche sin lactosa, ya que la leche se puede drenar de un recipiente dejando la enzima ( lactasa ) en el interior lista para el siguiente lote.
- Estabilidad : las enzimas inmovilizadas suelen tener una mayor estabilidad térmica y operativa que la forma soluble de la enzima. [3]
En el pasado, los detergentes y polvos de lavado biológicos contenían muchas proteasas y lipasas que descomponían la suciedad. Sin embargo, cuando los productos de limpieza entraron en contacto con la piel humana, crearon reacciones alérgicas. Es por eso que la inmovilización de enzimas es importante, no solo económicamente.
Inmovilización de una enzima
Hay varias formas de inmovilizar una enzima :
- Unión de etiquetas de afinidad : las enzimas pueden inmovilizarse en una superficie, por ejemplo, en un material poroso, usando etiquetas de proteína no covalentes o covalentes . Esta tecnología se ha establecido con fines de purificación de proteínas. Esta técnica es la de aplicación general y se puede realizar sin una purificación enzimática previa con una preparación pura como resultado. Se utiliza vidrio poroso y sus derivados, donde la superficie porosa se puede adaptar en términos de hidrofobicidad para adaptarse a la enzima en cuestión. [4]
- Adsorción en vidrio, perlas de alginato o matriz: la enzima se adhiere al exterior de un material inerte. En general, este método es el más lento de los enumerados aquí. Como la adsorción no es una reacción química , el sitio activo de la enzima inmovilizada puede ser bloqueado por la matriz o la perla, reduciendo en gran medida la actividad de la enzima.
- Atrapamiento: la enzima queda atrapada en perlas o microesferas insolubles , como perlas de alginato de calcio . Sin embargo, estas sustancias insolubles dificultan la llegada del sustrato y la salida de productos.
- Reticulación : las moléculas enzimáticas se unen covalentemente entre sí para crear una matriz que consta casi exclusivamente de enzimas. La reacción asegura que el sitio de unión no cubra el sitio activo de la enzima , la actividad de la enzima solo se ve afectada por la inmovilidad. Sin embargo, la inflexibilidad de los enlaces covalentes excluye las propiedades de autocuración exhibidas por las monocapas autoensambladas quimioadsorbidas. El uso de una molécula espaciadora como el poli ( etilenglicol ) ayuda a reducir el impedimento estérico del sustrato en este caso.
- Enlace covalente : la enzima se une covalentemente a un soporte insoluble (como gel de sílice o perlas de polímero macroporoso con grupos epóxido). Este enfoque proporciona la interacción enzima / soporte más fuerte y, por lo tanto, la pérdida de proteína más baja durante la catálisis. [5]
Inmovilización enzimática aleatoria versus dirigida al sitio
Se han inmovilizado numerosas enzimas de importancia biotecnológica sobre diversos soportes (inorgánicos, orgánicos, compuestos y nanomateriales) mediante fijación multipunto aleatoria. Sin embargo, la inmovilización mediante modificación química aleatoria da como resultado una población de proteínas heterogénea en la que más de una cadena lateral (amino, carboxilo, tiol, etc.) presentes en las proteínas están vinculadas con el soporte con una posible reducción de la actividad debido a la restricción del acceso del sustrato al sitio activo. . [6]
Por el contrario, en la inmovilización enzimática dirigida al sitio, el soporte se puede unir a un único aminoácido específico (generalmente los extremos N o C) en una molécula de proteína alejada del sitio activo. De esta manera, se retiene la máxima actividad enzimática debido al libre acceso del sustrato al sitio activo. Estas estrategias son principalmente químicas, pero además pueden requerir métodos genéticos y enzimáticos para generar grupos funcionales (que están ausentes en la proteína) sobre el soporte y la enzima.
La elección del método SDCM depende de muchos factores, como el tipo de enzima (homólogo psicrófilo menos estable o termófilo más estable), la estabilidad del pH de la enzima, la disponibilidad de los terminales N o C para el reactivo, la no interferencia de el término enzimático con la actividad enzimática, el tipo de residuo de aminoácido catalítico, la disponibilidad, el precio y la facilidad de preparación de los reactivos. Por ejemplo, la generación de funcionalidades complementarias en las que se puede hacer clic (alquino
y azida) sobre el soporte y la enzima es una de las formas más convenientes para inmovilizar enzimas mediante modificación química dirigida al sitio. [7]
Inmovilización de un sustrato para reacciones enzimáticas
Otra aplicación ampliamente utilizada del método de inmovilización junto con enzimas han sido las reacciones enzimáticas sobre sustratos inmovilizados. Este enfoque facilita el análisis de las actividades enzimáticas e imita el rendimiento de las enzimas, por ejemplo, en las paredes celulares. [8]
Referencias
- ↑ Zaushitsyna, O .; Berillo, D .; Kirsebom, H .; Mattiasson, B. (2013). "Células viables crioestructuradas y reticuladas que forman monolitos adecuados para aplicaciones de biorreactores". Temas en Catálisis . 57 (5): 339. doi : 10.1007 / s11244-013-0189-9 .
- ^ Aragão Börner, R .; Zaushitsyna, O .; Berillo, D .; Scaccia, N .; Mattiasson, B .; Kirsebom, H. (2014). "Inmovilización de Clostridium acetobutylicum DSM 792 como agregados macroporosos mediante criogelación para la producción de butanol". Bioquímica de procesos . 49 : 10-18. doi : 10.1016 / j.procbio.2013.09.027 .
- ^ Wu, Hong; Liang, Yanpeng; Shi, Jiafu; Wang, Xiaoli; Yang, Dong; Jiang, Zhongyi (abril de 2013). "Estabilidad mejorada de catalasa inmovilizada covalentemente en submicrosferas de titania funcionalizadas". Ciencia de los Materiales e Ingeniería: C . 33 (3): 1438–1445. doi : 10.1016 / j.msec.2012.12.048 . PMID 23827593 .
- ^ Engelmark Cassimjee, K .; Kadow, M .; Wikmark, Y .; Svedendahl Humble, M .; Rothstein, ML; Rothstein, DM; Bäckvall, J. -E. (2014). "Un método general de purificación e inmovilización de proteínas sobre vidrio de porosidad controlada: aplicaciones biocatalíticas" . Comunicaciones químicas . 50 (65): 9134–7. doi : 10.1039 / C4CC02605E . PMID 24989793 .
- ^ Zucca, Paolo; Sanjust, Enrico (9 de septiembre de 2014). "Materiales inorgánicos como soportes para la inmovilización de enzimas covalentes: métodos y mecanismos" . Moléculas . 19 (9): 14139-14194. doi : 10,3390 / moléculas190914139 . PMC 6272024 . PMID 25207718 .
- ^ Psicrófilos: de la biodiversidad a la biotecnología . Margesin, Rosa, 1962- (Segunda ed.). Cham, Suiza. 2017-06-22. ISBN 978-3-319-57057-0. OCLC 991854426 .CS1 maint: otros ( enlace )
- ^ Shemsi, Ahsan Mushir; Khanday, Firdous Ahmad; Qurashi, Ahsanulhaq; Khalil, Amjad; Guerriero, Gea; Siddiqui, Khawar Sohail (mayo de 2019). "Enzimas magnéticas modificadas químicamente dirigidas al sitio: fabricación, mejoras, aplicaciones biotecnológicas y perspectivas de futuro". Avances en biotecnología . 37 (3): 357–381. doi : 10.1016 / j.biotechadv.2019.02.002 . ISSN 0734-9750 . PMID 30768953 .
- ^ Gray, CJ; Weissenborn, MJ; Eyers, CE; Flitsch, SL (2013). "Reacciones enzimáticas sobre sustratos inmovilizados". Reseñas de la Sociedad Química . 42 (15): 6378–405. doi : 10.1039 / C3CS60018A . PMID 23579870 .