Bioconversioni: le differenze

Bioconversioni: le differenze
• produzione di proteine ricombinanti
Quando il prodotto atteso e’ una proteina ricombinante. E’
importante massimizzare la produzione e il rilascio della
proteina
• Produzione di composti metabolici
Quando il prodotto atteso e’ un composto del metabolismo
cellulare (sia primario che secondario). E’ importante
incentivare l’attivita’ metabolica di interesse
• transformazione di composti xenobiotici
Quando un composto subisce una trasformazione da parte di un
enzima, sia metabolico che ricombinante. E’ importante avere
un ospite efficiente e una quantita’ di enzima sufficiente. E’
molto sensibile alle condizioni.
Bioconversioni con enzimi isolati: problemi
• il biocatalizzatore
E’ il catalizzatore enzimatico che deriva da preparazioni ottimizzate di proteine, ha
caratteristiche di:
 Purezza
 Stabilita`
 Efficienza
 Semplicita’ d’uso
• la produzione di composti chimici da parte dell’enzima
– Resa totale
E’ la resa effettiva; dipende dalla bioconversione, ma anche dal volume e dal
tempo
– Resa relativa
E’ la resa percentuale rispetto al substrato; e’ spesso caratterizzante
dell’efficienza enzimatica
– Efficienza produttiva
E’ la misura dell’efficienza del processo; dipende dalle condizioni e dall’attivita’
specifica
• il recupero
– estrazione
– purificazione
– caratterizzazione
Enzimi purificati
• concentrazione enzimatica
La quantita’ di enzima nell’unita’ di volume. Non e’ un valore
particolarmente significativo confrontato con altri
• Mezzo di reazione
Influenza la reazione, ma soprattutto l’attivita’ enzimatica influenzando la
ripartizione del substrato fra enzima e solvente e lo stato fisico
dell’enzima
• Presenza di cofattori
Alcune attivita’ enzimatiche richiedono la presenza di cofattori per poter
operare. Quindi:
 Aggiunta stechiometrica
 Rigenerazione
 Interazione cofattore-enzima
• variabili di reazione :
– T, pH,velocita’ di agitazione
• requisiti specifici :
– classe del substrato
– classe del prodotto
Enzimi purificati
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Mezzo di reazione
• Acqua
• Attivita’ nativa
• Enzima solubile
• Substrato e/o prodotto insolubili
• Solvente organico
• Attivita’ anche inversa
• Enzima insolubile
• Substrato e/o prodotto solubili
Enzimi purificati: utilizzo di solventi organici
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Sistemi possibili
• Solventi immiscibili in acqua: due fasi
• Solventi immiscibili in acqua in presenza di surfattanti: micelle
• Solventi puri
Enzimi purificati: utilizzo di solventi organici
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In sistemi bifasici:
enzima e composti idrofili in fase acquosa
composti idrofobi in solvente
Problema: contatto
In sistemi micellari:
enzima e composti idrofili dentro le micelle
composti idrofobi in solvente
Problema: contatto e presenza surfattante
In sistemi organici:
enzima e composti idrofili non solvatati
composti idrofobi in solvente
Problema: trasferimento e denaturazione enzima
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Enzimi purificati: utilizzo di solventi organici
• Caratteristiche dell’uso di solventi:
– Sono possibili le reazioni che in acqua sono sfavorite (e.g.
esterificazione contro idrolisi)
– Le reazioni secondarie provocate dall’acqua sono
minimizzate
– I substrati idrofobici vengono solubilizzati
– Il recupero di alcuni prodotti e’ facilitato
– Il biocatalizzatore insolubile e’ facilmente recuperato
– La stabilita’ termica del biocatalizzatore aumenta
– Infine, la selettivita’ del bio- catalizzatore puo’ essere
cambiata!
Selettività dell’enzima
• Influenza sulla conformazione dell’enzima
• Influenza dell’energia di solvatazione del substrato
• Legami fra solvente e sito attivo
• Nessuna previsione possibile
– Più di un meccanismo influenza la selettività