Enzimas en disolventes orgánicos

 

Figura 1. Estructura de la subtilisina Carlsberg en acetonitrilo anhidro (2). Las esferas naranjas representan las moléculas de agua que han quedado adheridas a la enzima tras la deshidratación. Las esferas verdes son moléculas de acetonitrilo que también se adhieren a la enzima, en azul.

Como es bien sabido, en los organismos vivos,  las enzimas llevan a cabo su función catalítica en un medio acuoso. Principalmente por esta razón, los estudios enzimáticos se han desarrollado utilizando el agua como disolvente en medios de reacción. El agua participa directa o indirectamente en todas las interacciones no covalentes manteniendo la conformación catalíticamente activa, por lo que la eliminación gradual de la misma produce la inactivación de la enzima debido a la alteración de su estructura [1]. Sin embargo, el enzimólogo Alexander Klibanov demostró en 1984 que las enzimas mantenían su actividad cuando eran deshidratadas y se redisolvían en medio orgánico [4]. Esto se debe a que hay determinadas moléculas de agua que son fundamentales para el mantenimiento de la estructura tridimensional de la enzima y que no se eliminan durante la deshidratación (figura 1). Cuando se introduce esta enzima deshidratada en un disolvente orgánico, su estructura será igual a la que tiene en disoluciones acuosas, pero sin la flexibilidad que le confiere el agua como “lubricante” enzimático. Por ello, sus características se ven ligeramente alteradas [2].

Al encontrarse en este nuevo tipo de medio, algunas enzimas varían su especificidad, selectividad, estabilidad o incluso favorecen la reacción en sentido contrario al que se produce en agua. Además, los productos formados son fácilmente extraíbles de disolventes orgánicos, al contario que en agua (debido a su gran punto de ebullición). Este hecho permitió que determinadas enzimas, como quimotripsina, peroxidasa, polifenol oxidasa o algunas lipasas, hayan sido utilizadas para catalizar reacciones en disolventes orgánicos con sus consiguientes ventajas y aplicaciones [1]. Algunas de estas ventajas son:

-La gran solubilidad de diversos compuestos orgánicos en medio no acuoso, algunos de los cuales no se podrían utilizar como sustratos en medio acuoso.

-Se ve favorecida la síntesis frente a la degradación al ser desplazado el equilibrio de la reacción cuando actúa el agua como reactivo, como en las hidrólisis.

-La recuperación del producto en disolvente orgánico es más fácil y menos costosa que en medio acuoso.

-La deshidratación de determinadas lipasas hace que sean más termoestables y selectivas.

Las enzimas en disolventes orgánicos se comenzaron a emplear para la síntesis de productos cuyos sustratos eran insolubles en agua y por tanto habían de obtenerse por síntesis química. Estos métodos se utilizaron para la síntesis de compuestos tales como ésteres a partir de ácidos grasos utilizando lipasas o intermedios de la producción de antibióticos. Después apareció la inmovilización de células de levadura que expresaban enzimas (normalmente lipasas) en su superficie y que llevaban a cabo la reacción antes mencionada en medios orgánicos. Así, se dio paso al uso de estas enzimas en disolventes orgánicos en el ámbito de la industria alimentaria. Algunas de las aplicaciones que actualmente se explotan en este sector de la industria son las siguientes [3,5]:

-Producción de ésteres para la formación de aromas y surfactantes. Estos últimos se utilizan en mayonesas y aderezos de ensalada. En medio acuoso se obtienen bajos rendimientos debido a la hidrólisis espontánea, mientras que en disolventes orgánicos, el producto generado es estable.

- Revalorización de aceites de baja calidad comercial: utilizando lipasas en disolventes orgánicos se pueden obtener grasas similares a las del cacao a partir de aceites baratos como el de palma.

- Isomerización de glucosa a fructosa: empleando la enzima glucosa isomerasa en etanol (disolvente orgánico), se consigue un mayor rendimiento al modificarse el equilibrio a favor de la fructosa.

Aída Menéndez y Clara Oeste

REFERENCIAS:

[1] García Garibay, M; R. Quintero Ramírez; A. López Munguía Canales. (1993) Biotecnología Alimentaria. Limusa Noriega Editores. México, España, Venezuela, Argentina, Colombia, Puerto Rico. Pp. 636. ISBN 968-18-4522-6.

[2] Fitzpatrick, P.A. et al. Enzyme crystal structure in a neat organic solvent. PNAS (1993) 90, 8653-8657.

[3] Gotor, V. Enzymes in organic solvents: the use of lipases and (R)-oxynitrilase for the preparation of products of biological interest. Molecules (2000) 5, 290-292.

[4] Zaks, A. y Klibanov, A.M. Enzyme-catalyzed processes in organic solvents. PNAS (1985) 82, 3192-3196.

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Comentarios

Un comentario to “Enzimas en disolventes orgánicos”

  1. kii on 2010-05-17 6.41 pm

    Interesante y bien explicado