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

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

La penicillina Scoperta del 1929 da Fleming Viene prodotta da un particolare ceppo di Penicillum chrisogenum Penicillina G 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 l’ottenimento dell’acido 6-amminopenicillanico (6-APA).

6-APA: sintesi chimica (1970)

6-APA: biocatalisi (1973) Esempio: processo Unifar Enzima: penicillina amidasi da E. coli immobilizzato su Eupergit-C Dopo 800 cicli, l’enzima 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)

La cefalosporina 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. 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

Prime evoluzioni Il 7-ACA può essere ridotto a dare il corrispondente derivato senza il gruppo acetossi: l’acido 7-amminodesacetossicefalosporanico, detto più semplicemente 7-ADCA. I suoi derivati risultarono adatti all’amministrazione orale. L’ottenimento 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.

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

Acilazione chimica L’acilazione 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 l’inverso dell’idrolisi enzimatica: non sarebbe possibile effettuare anche questa con una procedura biocatalitica?

Acilazione enzimatica L’enzima deve avere selettività adatta; Bisogna operare sotto controllo cinetico; L’acilante deve essere attivato (estere, ammide) Si opera a pH debolmente acido e T bassa per sopprimere le reazioni di idrolisi

Selettività PGA

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

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

Alcuni antibiotici prodotti