Bioconversioni: le differenze

1. Bioconversioni: le differenze • produzionedi 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 • transformazionedi 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.

2. 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

3. Enzimi purificati • concentrazioneenzimatica • 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 • variabilidi reazione : • T, pH,velocita’ di agitazione • requisiti specifici : • classedel substrato • classedel prodotto

4. Enzimi purificati • 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 • Sistemi possibili • Solventi immiscibili in acqua: due fasi • Solventi immiscibili in acqua in presenza di surfattanti: micelle • Solventi puri

5. • • • • • • Enzimi purificati: utilizzo di solventi organici • • • • • • • • • • • • • • • 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

6. 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!

7. 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