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Enzimi redox: ossidasi ed ossigenasi
Lezione 4: Enzimi redox: ossidasi ed ossigenasi BIOCATALISI Dr. Davide Tessaro A.
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Enzimi redox
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Le flavine Sono un gruppo prostetico che conferisce all’enzima un colore giallo. Le flavine sono solitamente strettamente legate (anche covalentemente) all’enzima. Possono effettuare redox monoelettroniche (il radicale semichinonico è stabile). Questo permette loro di reagire con l’ossigeno (che è un diradicale). Hanno bisogno di essere rigenerate dopo la reazione.
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Rigenerazione con O2 Per esempio: D-ammino acido ossidasi (D-AAO)
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D-AAO Enzima per detossificazione D-AA sia endogeni che esogeni
Utile per deracemizzazione AAs:
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Ancora 7-ACA Enzima: D-AAO da Trigonopsis variabilis, pH 7.3, 25°C
200 t/anno Tempo di residenza: 1.5 h Il prodotto, in presenza del perossido di idrogeno prodotto, decarbossila spontaneamente dando glutaril-7-ACA
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Ancora 7-ACA Ad altra fase del processo
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Ancora 7-ACA Glutaril amidasi (o acilasi) da E. coli, pH 8.3, 30°C, immobilizzato su carrier sferico 200 t annue Tempo di residenza 1.5 ore Downstream: cristallizzazione
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Ancora 7-ACA Vantaggi biocatalisi: no metalli pesanti (Zn)
no solv. clorurati no composti infiammabili condizioni blande emissione gas 7.5 kg 1.0 kg smaltimento acque madri: 29 t 0.3 t Costo ambientale ridotto del 90%
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Le monoossigenasi Sub + DonH2 + O2 SubO + Don + H2O
Catalizzano reazioni del tipo: Sub + DonH2 + O2 SubO + Don + H2O È come se stabilizzassero e facessero reagire l’ossigeno monoatomico
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MO: ossidazione eteroatomi
Prendiamo, ad esempio, i solfossidi chirali modafinil
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MO tipo Baeyer-Villiger
Catalizzano reazioni tipo Baeyer-Villiger su composti carbonilici, ne esistono di più tipi. Tipo 1: cofattore NADPH e gruppo prostetico FADH2 Intermedio tipo Criegee
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BV-MOs: il processo Due enzimi consecutivi con riciclo cofattori:
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BV-MOs: prodotti Lattoni “normali” Lattoni “anormali”
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BV-MOs: un esempio 25% e.e. 74% 30% e.e. 95%
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MO per idrossilazione fenoli
Esempio: processo Fluka Whole cells in ambiente acquoso Substrato e prodotto sono molto tossici per le cellule: vanno mantenute basse conc. (processo fed-batch). Inoltre, il prodotto polimerizza spontaneamente. Si utilizza una resina adsorbente (XAD-4, polistirenica) in un “letto flluidizzato”. Il prodotto viene liberato dalla resina tramite lavaggio con etanolo acidificato per venire poi cristallizzato da n-esano. Altri prodotti:
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MO per idrossilazione fenoli
Capacità: 300 L Tempo di residenza: 10 h Loop: 10 (Vreatt/h) Conv. 97%, resa 83%, selettività 85%, purezza 77% (98% dopo XX) STY: 8 g/(L*d) Catecoli 3-sostituiti: intermedi per farmaceutici e chimica supramolecolare
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MO CytP450 dipendenti Catalizzano C-H C-O-H
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CytP450-MO: esempi
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MO per epossidazione alcheni
Di solito non si usano enzimi isolati: sono delicati e richiedono NAD(P)H come cofattore (necessità riciclo) I prodotti sono altamente reattivi, e quindi tossici per la cellula La cellula, facilmente, esprime anche attività di epossido idrolasi È necessaria, quindi, molta accortezza nel design del sistema: si utilizza un’altra fase (solvente apolare) per mantenere basse le conc. delle sostanze e per controllare il decorso della reazione
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MO per epox: esempi Processo Nippon mining
Catalizzatore: whole cells di Nocardia corallina B276, T = 30°C Range substrati:
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MO per epox: esempi Processo Nippon mining Conv: fino al 98%
Resa: fino al 92% Selettività: fino al 94% e.e.: 80-97% STY: > 0.2 mol / (L*d)
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MO per epox: esempi Processo Nippon mining Uso dei prodotti:
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MO per epox: esempi Processo Shell-Brocades
Whole cells di Pseudomonas oleovorans T = 37°C Conc = 7 g/L e.e.P > 99.9% Precursori di beta bloccanti
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Diossigenasi È come se stabilizzassero e facessero reagire la molecola di O2 in stato di singoletto
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Diossigenasi su aromatici
Pathway di degradazione aromatici nei procarioti. Gli eucarioti hanno monossigenasi seguita da epossido idrolasi (già visto). Per sfruttare il potenziale sintetico bisogna bloccare la deidrogenazione del diolo.
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Diossigenasi: esempio
Esempio: produzione indaco Isatis tinctoria Murex trunculus Indigofera tinctoria
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Diossigenasi: esempio
Indaco: sintesi chimica
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Diossigenasi: esempio
Indaco: sintesi biocatalitica (Genencor) Enzima da P. putida Alternativa: enzima da P. mendocina
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