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BIOCATALISIBIOCATALISI A. 2008 -2009 Dr. Davide Tessaro Lezione 4: Enzimi idrolitici, seconda parte.

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1 BIOCATALISIBIOCATALISI A Dr. Davide Tessaro Lezione 4: Enzimi idrolitici, seconda parte

2 Gli antibiotici beta-lattamici penicilline cefalosporine Sono dei battericidi (soprattutto Gram+) Sono analoghi del dipeptide D-Ala-D-Ala, e si legano irreversibilmente (acilazione di una Ser) allenzima che presiede al crosslinking dei peptidoglicani della parete cellulare. Il principale meccanismo di resistenza a tali antibiotici è la produzione di beta- lattamasi (penicillasi)

3 La penicillina Penicillina G Scoperta del 1929 da Fleming Viene prodotta da un particolare ceppo di Penicillum chrisogenum Per limitarne la vulnerabilità ai ceppi resistenti si può agire sulla catena laterale, sostituendola con opportuni analoghi. È allora necessario trovare un metodo selettivo per la rimozione di tale catena e lottenimento dellacido 6-amminopenicillanico (6-APA).

4 6-APA: sintesi chimica (1970)

5 6-APA: biocatalisi (1973) Esempio: processo Unifar Enzima: penicillina amidasi da E. coli immobilizzato su Eupergit-C Dopo 800 cicli, lenzima è attivo al 50% (60 120) Conversione 98%, resa 86% (estrazione acido e cristallizzazione) Selettività >99%, purezza 99% Produzione 300 t/y, STY = 445 g/(L*d)

6 La cefalosporina Cefalosporina C Isolato dal fungo Cephalosporium acremonium, scoperto da Giovanni Brotzu (Cagliari) Ora il fungo si chiama Acremonium chysogenum, e viene tuttora utilizzato (ceppi mutati) per la produzione di cefalosporina C. La rimozione della catena laterale dà luogo al 7-ACA (acido 7- amminocefalosporanico) Non esiste un enzima adatto a tale scopo: si può usare la procedura di deacilazione chimica

7 Prime evoluzioni Il 7-ACA può essere ridotto a dare il corrispondente derivato senza il gruppo acetossi: lacido 7- amminodesacetossicefalosporanico, detto più semplicemente 7-ADCA. I suoi derivati risultarono adatti allamministrazione orale. Lottenimento di 7-ACA per fermentazione continuò però ad essere costoso rispetto alla produzione di 6-APA: si cercò allora di individuare la relazione chimica tra i due composti.

8 Ring expansion Si trovò il modo di effettuare la conversione a partire dallossido della Pen-G E essenziale luso di un gruppo protettore al carbossile. Anche la cefalosporina finale può essere deacilata usando la procedura enzimatica.

9 Acilazione chimica Lacilazione chimica viene condotta a seguito di uno step di protezione e prima di uno step di deprotezione. Vengono usati agenti aggressivi, solventi clorurati e condizioni anidre La reazione è linverso dellidrolisi enzimatica: non sarebbe possibile effettuare anche questa con una procedura biocatalitica?

10 Acilazione enzimatica 1.Lenzima deve avere selettività adatta; 2.Bisogna operare sotto controllo cinetico; 3.Lacilante deve essere attivato (estere, ammide) 4.Si opera a pH debolmente acido e T bassa per sopprimere le reazioni di idrolisi

11 Selettività PGA

12 Processi a confronto chimicochemo-enzimatico 10 passaggi; 40 kg di effluenti per kg di prodotto; solventi clorurati, agenti sililanti, sottoprodotti da protezione e deprotezione

13 Coupling enzimatico Processo Chemferm (Gist- Brocades + DSM) Enzima da E. coli immobilizzato covalentemente su un carrier a base di gelatina; Si usa un eccesso di acilante, che viene riciclato Resa >90%, selettività > 95%, e.e.> 99% 200 t/y

14 Alcuni antibiotici prodotti


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