Las enzimas, catalizadores para nuestra vida cotidiana

“Las enzimas, catalizadores para nuestra vida cotidiana”
“Las enzimas,
catalizadores para
nuestra vida cotidiana”
Francisco J. Plou
Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, CSIC (Madrid)
Empleo de catalizadores
Química
Sostenible
Procesos
clásicos
No subproductos
Procesos de muy bajo
impacto medioambiental
Materias primas renovables
Bajo consumo de energí
energía
Reducir el nú
número de etapas
Reto actual de la
Industria Química
Francisco J. Plou
Ciclo de Seminarios “Química, la promesa de algo mejor”
“Las enzimas, catalizadores para nuestra vida cotidiana”
CATALIZADORES
Catalizadores
de origen “mineral”
HIERRO
Níquel soportado
en alúmina
Catalizadores
de origen biológico
Sales de Mn ó Cu
Zeolita ZSM-5
Metalocenos de
zirconio
Enzimas
Alta eficiencia
catalítica (108-1012 veces)
Especificidad
ENZIMAS
Condiciones suaves
de reacción (T, pH,
medio acuoso)
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Biodegradables
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ENZIMAS
Fabricación, transformación o degradación
de materias primas renovables
Obtención de bioproductos, biomateriales y
biocombustibles
Biocatálisis (Biotecnología
industrial):
La UE es líder en este sector.
Produce el 60% de las enzimas
mundiales y contribuye con cerca
del 45% del total de los productos
manufacturados
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EL ALMIDÓN
OBTENCIÓN DE JARABES DE FRUCTOSA
ALMIDÓN
α-amilasas,
amiloglucosidasas
CH2OH
CH2OH
O
HO
HO
H(OH)
OH
OH(H)
Glucosa
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HO
Glucosa
isomerasa
O
OH
CH2OH
HO
Fructosa
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APLICACIONES DE JARABES DE FRUCTOSA
Edulcorante de
bebidas para
deportistas
Edulcorante de refrescos,
zumos, caramelos, salsas
Productos para
diabéticos
Edulcorante bajo en
calorías
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• La leche contiene 4.3-4.5 % lactosa
• Algunas personas son deficientes en lactasa intestinal (Asia)
• La hidrólisis de lactosa se hace actualmente por vía enzimática
OH
OH
Lactosa
OH
O
O
O
HO
HO
OH
OH
OH
+ H2O
OH
Lactasa (β-galactosidasa)
OH
OH
Galactosa
Glucosa
O
OH
HO
O
HO
HO
OH
OH
OH
• Otra aplicación: Helados. La lactosa tiende a cristalizar a bajas
temperaturas, lo que puede prevenirse con tratamiento previo
con β-galactosidasa
PRODUCTOS DE BAJO CONTENIDO EN
LACTOSA
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Grasa
de cacao
Esteárico
Oleico
Esteárico
Punto de fusión: 37°C
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PREPARACIÓN ENZIMÁTICA DE GRASA
(MANTECA) DE CACAO
Oleico
Esteárico
Oleico
Oleico
Oleico
Esteárico
Aceite de girasol de alto contenido en ácido oleico
Manteca de cacao
Lipasa
10.000 Tm/año
+
+
O
O
C 18:0
HO
Ácido esteárico
Curiosidad
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HO
Ácido oleico
C 18:1
supositorios
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Ácidos grasos
poliinsaturados
(omega-3)
Acido docosahexaenoico (DHA) (22:6 )
Desarrollo cognitivo (en un cerebro adulto hay más de 20 g de DHA)
Acido eicosapentaenoico (EPA) (20:5 )
Previene arteriosclerosis y trombosis
La estructura y composición del
triglicérido afecta a su absorción
Situación ideal:
Triglicéridos con ácidos grasos
poliinsaturados en posición 2
Obtención enzimática
(empleo de lipasas,
interesterificación)
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Enzimas en detergentes
• Reducción de las temperaturas de
lavado
• Reducción de los ciclos de lavado
• Eficacia del lavado
• Reducción del consumo energético y de
agua
• Reducción de la cantidad de
ingredientes químicos
ENZIMAS EN DETERGENTES
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SUPERABSORBENTES
Poliacrilato de Sodio: También conocido como Super
Absorbente o SAP (super absorbent polymer). Aporta
retención de los líquidos en el pañal desechable, esto permite
que los pañales puedan ser mas delgados sin sacrificar su
absorbencia.
SUPERABSORBENTES
Petróleo
Propileno
Ácido acrílico
3.1 millones de Tm
(la mitad para superabsorbentes)
Ácido 3-hidroxipropiónico (3-HPA)
Glucosa
Proceso desarrollado por Cargill
en colaboración con Novozymes
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CO2
Producción
de biomasa
BIOETANOL
Convertir la biomasa
en materia prima para
fermentación
Almidón
Celulosa
etc.
Recuperar etanol y
subproductos
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Fermentación a
etanol
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El bioetanol en la UE se utiliza
habitualmente en mezclas con
gasolina hasta el 5% según la norma
europea EN228 o formando un
compuesto llamado ETBE (etil
terbutiléter) utilizado como
oxigenante y mejorador del octanaje
de la gasolina
TEMA 9
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BIOCOMBUSTIBLES
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TEMA 9
BIOCOMBUSTIBLES
PRODUCCIÓN DE BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN
A PARTIR DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS
Enzimas para degradación de
lignocelulosa:
Endoglucanasas
Exoglucanasas
β-Glucosidasas
Xilanasas
β-Xilosidasas
Arabinofuranosidasas
α-Glucuronidasas
α-Galactosidasas
Acetil-xilan-esterasas
2006: Primera planta de producción
de bioetanol a partir de lignocelulosa
en España (Salamanca): existen aprox.
60 fábricas de este tipo en el mundo
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PREPARACIÓN DE FÁRMACOS QUIRALES
MEZCLAS RACÉMICAS
(formadas por dos enantiómeros o isómeros ópticos)
Un átomo de carbono conectado a cuatro grupos diferentes es un carbono quiral o asimétrico
COMPUESTOS R‐ y S‐
(D‐ y L‐)
QUIRALES
UNO DE LOS COMPUESTOS ES LA IMAGEN ESPECULAR DEL OTRO
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INTERMEDIOS QUIRALES
DE MUCHOS FÁRMACOS
OBTENIDOS POR
REACCIONES
ENZIMÁTICAS
Tipo de fármaco Nombre Anticáncer PACLITAXEL (TAXOL) Antivirales TAXANO DESOXIESPERGUALINA INHIBIDORES DE LA FARNESIL TRANSFERASA BMS‐186318 ATZANAVIR CRIXIVAN ABACAVIR (ZIAZEN) Francisco J. Plou
Streptomyces nodosus Rhodococcus erythropolis Monooxigenasa, Deshidrogenasa Lactamasa TIAZEPINA (OMAPATRILAT) Lipasa Lipasa Lipasa Providencia alcalifaciens Glutamato oxidasa DILTIAZEM Nocardia salmonicolor Reductores del colesterol PRAVASTATINA MEVASTATINA Anti‐Alzheimer Varios Penicillium citrinum, Streptomyces carbophilus Lipasa Antihipertensivos LOBUCAVIR CAPTOPRIL MONOPRIL CERANOPRIL Biocatalizadores utilizados Taxolasa, Desacetilasa, Lipasa Lipasa Lipasa Lipasa Datos de interés Cancer de ovario y pecho (microtubulina) Administración oral Acción antibiótica Implicada en la unión de la proteína Ras VIH (inhibidor de proteasa) VIH, Hepatitis B (inhibidor de transcriptasa inversa) Hepatitis B Inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina Inhibidores de la endopeptidasa neutra Bloqueadores de los canales de calcio Inhibidores de la HMG CoA reductasa Obtención de (S)‐2‐pentanol Ciclo de Seminarios “Química, la promesa de algo mejor”
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10.000 kg de
corteza de tejo
1 kg de taxol
ANTICANCERÍGENOS: Síntesis de Paclitaxel (Taxol®)
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Taxol
+
CONCLUSIONES
• Las enzimas son catalizadores únicos en cuanto
a su actividad, especificidad y condiciones
suaves de operación
• Las enzimas tienen numerosas aplicaciones en la
industria química, alimentaria, farmacéutica,
cosmética, etc.
• No obstante, para algunas aplicaciones es
necesario mejorar su eficiencia catalítica o su
estabilidad
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