3. Sistemas inmovilizados Flashcards
Concepto inmovilización
Fijación permanente de enzimas, mo u otras cels a un sustrato sólido o dentro de una matriz estable usando métodos físico químicos
Objetivo de la inmovilización
Posibilitar uso continuo o reutilización
¿Qué técnicas son más fiables? ¿Las físicas o químicas?
Las químicas
Concepto de inmovilización de enzimas
Enzimas físicamente confinadas o localizadas en una región o espacio definido – se retiene su capacidad catalítica y se pueden utilizar de manera repetitiva y continua
¿Qué elementos se necesitan para inmovilización de enzimas?
Enzima
Matriz
Método de fijación
Motivos para inmovilizar enzimas (3)
- Enzimas en solución: algunas moléculas abandonan el reactor con el producto final
- Conservan su actividad por más tiempo
- Se puede fijar en una posición cercana a otras enzimas, por lo que se facilita la eficiencia catalítica en una conversión de varias etapas
Desventajas
- Costo alto
- Se debe evaluar caso a caso las ventajas y costos, dependiendo del grado de pureza y rendimiento que se desee
- Enzimas inestables en cultivo
¿Cuál es una alternativa a la inmovilización de enzimas?
Inmovilizar una célula completa
Concepto de inmovilización de células
Fijación de cels enteras con retención de sus funciones en una matriz o soporte
¿Qué tipo de polímeros se utilizan en inmovilización de células? (6)
Alginato de sodio, alginato de calcio, colágeno, poliestireno, derivados de agar o celulosa
Objetivo de la inmovilización de células
Cels no pueden dividirse, pero permanecen viables
Problemas de cultivos celulares tradicionales
- Alto costo por crecimiento lento
- Producción baja
- Inestabilidad genética
- Acumulación intracelular de producto
Ventajas de cultivo celular inmovilizado (7)
- Uso prolongado de biomasa
- Densidad celular puede incrementarse de 2-4 veces – menos espacio y biorreactores más pequeños
- Cels más protegidas
- Separa a las cels de medio, por lo que si es un producto extracelular es más fácil de obtener
- Menos propensas a cambios genéticos porque no se dividen
- Minimiza viscosidad (+ fácil de mezclar y airear)
- Reduce costos
Métodos de inmovilización
Unidas (Adsorción y Unión covalente) y atrapadas (atrapamiento en matriz y microencapsulación)
Métodos de unión
Enzimas o cels se fijan mediante interacciones que incluyen adsorción física y enlaces iónicos covalentes
Métodos de unión - Adsorción
Enzima o cel se adhiere a materiales con actividad de superficie como carbón activo, arcilla, vidrio, etc etc
Adsorción - Ventajas
- Simple, rápido y barato
- No requiere rxnes químicas complejas
- Reversible
Adsorción - Desventajas
- Enlaces débiles
- Contaminación del producto con enzima o cel
- Unión no específica de otros compuestos
- Lavado de biocatalizador
Métodos de unión - Enlaces covalentes
- Unión del biocatalizador entre grupo funcional de la matriz y de la superficie del biocatalizador
- Técnica más utilizada para enzimas
- Matriz orgánica o inorgánica que ha sido tratada para introducir un grupo funcional
- Grupo funcional debe estar lejos del sitio activo del biocatalizador
Ejemplos de matrices enlaces covalentes
- Polisacáridos con OH, celulosa, agarosa, acrilamida
- Silica
- Vidrio
Aplicaciones comerciales
Leche deslactosada
Azucar invertida (inmovilización de enzima invertasa)
Enlaces covalentes - Ventajas
- Estable
- Durable
- Nulo reducido lavado de biocatalizador
- Uso de enzimas puras
Enlaces covalentes - Desventajas
- Costoso
- Difícil de preparar
- Reactivos pueden ser tóxicos
- Riesgo de daño de sitio activo
- No se recomienda para cels completas
Métodos atrapadas - Atrapamiento en matriz
Localización de un biocatalizador dentro de una matriz de polímero o membrana permeable
Se prefiere para cels
Tipos de biorreactores por atrapamiento
- Embebida en polímero
- Cel o enzima se retiene por una membrana permeable a sustratos y productos
Materiales atrapamiento
Polímeros (alginato, agar, agarosa), almidón, pectinas, espuma de poliuretano
¿Cuál es el material más utiilizado?
Alginato porque polimeriza a temp ambiente usando calcio
Ventajas atrapamiento
- No hay cambios físicos o químicos
- Permite inmovilizar biocatalizadores simultáneamente
- Biocompatible
- Fácil, rápido, estable
Desventajas atrapamiento de matriz
- Sustratos de alto peso molecular pueden tener problemas para atravesar
- Se puede perder estabilidad
- Soporte no se regenera fácilmente
Métodos atrapadas – Microencapsulación
- Cápsulas 5-300 um
- Enzima o cel no sale por los poros, pero el sustrato y producto sí
- Reacciones con multienzimas o coenzimas
Materiales microencapsulación
Nitrato de celulosa
Nylon
Aplicaciones de inmovilización en la industria de alimentos
- Procesamiento de alimentos
- Conservación de alimentos
- Biorremediación
- Biocatálisis
- Tratamiento de residuos
