Ciencias y Tecnologías Químicas

Presentación del tema: "Ciencias y Tecnologías Químicas"— Transcripción de la presentación:

1 Ciencias y Tecnologías Químicas
Curso Posgrado Ciencias y Tecnologías Químicas Procesos de Química Sostenible utilizando enzimas como catalizadores

2 PROGRAMA Parte Teórica (10 h) Martes 17
Curso Posgrado 2012 PROGRAMA Parte Teórica (10 h) Martes 17 Tema 1. Enzimas como catalizadores industriales CHARLA INTRODUCTORIA Tema 2. Aplicación de enzimas en diferentes áreas de la Química. Profesor: Jose Miguel Palomo 2.1 Aplicación de enzimas en Química orgánica. - Resolución cinética de mezclas racemicas Procesos asimétricos: desimetrización, condensación aldolica, reducciones, oxidaciones, epoxidaciones,etc. - Enzimas en la producción de fármacos enatiomericamente puros - Enzimas en química de carbohidratos Miercoles 18 Profesor: Gloria Fernandez (CIAL,CSIC) 2.2 Aplicación de enzimas en Química de alimentos. - Modificación enzimática de alimentos - Síntesis de aditivos alimentarios: Alimentos funcionales Profesor: Cesar Mateo 2.3 Aplicación de enzimas en Química analítica. - Enzimas como biosensores - Trasformación de residuos en compuestos de alto valor añadido - Tratamiento de residuos altamente tóxicos Jueves 19 Profesor: Cesar Mateo 2.4 Aplicación en Energía - Síntesis enzimática de Biodiesel. - Producción de carburantes

3 Curso Posgrado 2012 PROGRAMA Tema 3.- Mejora de las propiedades de las enzimas como catalizadores Profesor: Jose Miguel Palomo 3.1.- Purificación de enzimas - Purificación de lipasas por adsorción interfacial - Purificación de enzimas por mecanismos de afinidad. Viernes 20 Profesor: Cesar Mateo 3.2.- Inmovilización de enzimas - Métodos de inmovilización por adsorción (Adsorción iónica, hidrofóbica, coordinación con metales) - Métodos de inmovilización covalente de enzimas - Métodos de inmovilización sin la utilización de soportes 3.3.- Modificación de enzimas - Modificación fisica - Modificación química al azar - Modificación dirigida Lunes 23 Profesor: Cesar Mateo 3.4.- Estabilización de enzimas mediante métodos de inmovilización. 3.5.- Mejora de la selectividad de enzimas de interés industrial - Hidrólisis enantioselectiva de esteres racemicos precursores de fármacos - Desprotección regioselectiva de carbohidratos peracetilados - Síntesis enantioselectiva de antibióticos

4 PROGRAMA Parte práctica (20 h)
Curso Posgrado 2012 PROGRAMA Parte práctica (20 h) Profesores: Jose Miguel Palomo, Cesar Mateo y Marco Filice P1.- Purificación de lipasas utilizando soportes hidrofóbicos P2.- Purificación de proteínas con dominios de fusión P3.- Inmovilización covalente de enzimas P4.-Estudio de estabilidad de enzimas P5.- Hidrólisis regioselectiva de esteres quirales catalizadas por lipasas inmovilizadas Lunes 23 P1,P2 Martes 24 P1,P2 P3 Miercoles 25 P4 Jueves 26 P5 Viernes 27 Dudas y examen

5 Quimica Sostenible Catalizador Disolventes benignos Materiales
renovables Economía atómica Disolventes benignos Eficiencia Quimica Sostenible Selectividad Catalizador Especificidad Productos químicos menos tóxicos

6 Enzimas

7 ENZIMAS (PROTEINAS) = POLIMEROS DE AMINO-ACIDOS
H 2 C O R 1 Rn SH

8 ENZIMAS : POLIMEROS COMPACTOS

9 CATALISIS ENZIMATICA Y CAMBIOS CONFORMACIONALES
COO- OH O H  NH3 + H COO- NH3 + OH O  variar la actividad catalítica variar la orientación del sustrato regioselectividad estereoespecificidad nuevos sustratos ???

10 Tiempo de la reacción E + S E + P

11 Enzimas Alta eficienca catalítica 108-1012 veces
Condiciones suaves de reaccion (T,pH, medio acuoso) Catalizan gran variedad de reacciones Alta especificidad Biodegradables

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13 Fermentaciones tradicionales (queso, vino….)
Algunos hitos de la biocatálisis aplicada Fermentaciones tradicionales (queso, vino….) Producción de acrilamida (nitrilhidratasa) Resolución de mezclas racémicas (lipasas, acilasas) Almidón …. Fructosa (amilasa, glucoamilasa, etc) Síntesis de antibióticos -lactámicos (penicilina G acilasa, D amino oxidasa) Sensores de glucosa (glucosa oxidasa) Detergentes (proteasas, lipasas) Enzimas Tratamiento aguas residuales (lodos activos) Fermentaciones industriales: producción de Penicilina (hongos, bacterias) Células

14 Proceso de produccion de polimeros superadsorbentes

15 Polimeros superadsorbentes

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17 Producción de edulcorantes: Jarabes de fructosa
ALMIDON alfa-amilasa amiloglucosidasas

18 Produccion de productos deslactosados

19 Producción de biocombustibles: Biodiesel
Biodiesel: la eterna promesa X 3 Ácidos, Bases + + 3 MeOH /EtOH Lipasas ? muy estables activas baratas Aceites/Grasas vegetales Biodiesel Glicerol + Proteínas desnaturalizadas Células Proteasas muy selectivas inmovilizadas y estabilizadas Compuestos alto valor añadido Oligopéptidos bioactivos 1,3 propanodiol Karayannidou A. Food Chem ,104 , Cheng K.K. et al. Process Biochem. 2007,42 , Ranganathan, S.V.et al.Bioresour. Technol,2008 ,99 ,

20 Producción de biocombustibles: Bioetanol

21 Obtención de glucosa por hidrólisis de polímeros naturales
Almidón Celulosa Amilasas Celulasas Glucosa - estables - baratas - activas hacia substratos insolubles Bioetanol Kumar R. et al.J. Indus Microb Biotechnol. 2008, 35,

22

23 Enfermedad de la mañana
Producción de fármacos quirales Farmacos de origen natural: mayoria son quirales Farmacos sintetizados: 80% mezcla racemica (50:50) (S)-talidomida teratogenico (R)-talidomida Enfermedad de la mañana

24 Obtención de intermedios quirales de fármacos

25 Síntesis Química 9000 Kg (300 arboles) 1 kg taxol (Taclitaxel® )
Corteza d tejo 1 kg taxol (Taclitaxel® ) Problema: Recurso Natural Escaso Síntesis Química

26 Síntesis Total del Taxol
Holton (-)-borneol J.Am.Chem.Soc. 1994, 116, 1597 y 1599. Nicolaou Danishefsky J.Am.Chem.Soc. 1995 117, 624,634,645 y 653 Angew Chem In Ed. 1995 34,1723

27 Síntesis Quimioenzimatica del Taxol
+ Fuente natural (hojas)

28 Posibles desventajas para su implantación a nivel industrial
Disponibilidad de enzimas Estabilidad operacional Efecto inhibicion sustrato/producto Rango de sustratos Actividad y selectividad hacia sustratos no naturales

29 Optimización del Biocatalizador
Biodiversidad: disponibilidad mejores enzimas Evolución dirigida Ingeniería proteínas: 1. Mutagénesis dirigida 2. Modificación química 3. Medio de reacción Diseño de enzimas semisintéticas Inmovilización

30 Herramientas Bioinformaticas: Estructura 3D de proteínas
Curso Posgrado 2012 Herramientas Bioinformaticas: Estructura 3D de proteínas Banco de datos de estructuras de proteínas:

31 Lipase from candida antarctica
Curso Posgrado 2012 Lipase from candida antarctica

32 2VEO: lipasa de candida antarctica A (conformacion cerrada)
Curso Posgrado 2012 PYMOL 0.99 2VEO: lipasa de candida antarctica A (conformacion cerrada)

33 Curso Posgrado 2012