Enzimas En Solventes Orgánicos

Introducción
Las enzimas son macromoléculas de origen biológico que catalizan las reacciones químicas con exquisita fidelidad y selectividad en el solvente de la vida, el agua. Sin embargo las soluciones acuosas son pobres para muchas reacciones orgánicas de gran interés. La sustitución de agua por solventes orgánicos como medio para reacciones enzimáticas proporciona numerosas ventajas entrelas que se encuentran:
- El aumento de la solubilidad de los sustratos no polares.
- El equilibrio termodinámico favorece la síntesis en lugar de la hidrólisis.
- Se suprimen reacciones secundarias dependientes del agua.
- Se puede alterar la especificidad de sustrato.
- Algunas enzimas catalizan reacciones distintas de las que catalizaban en el agua. Por ejemplo la tripsina puede llevar acabo reacciones de transpeptidación.
- Se facilita la recuperación de la enzima por filtración o centrifugación.
- La inmovilización puede lograrse mediante una simple adsorción sobre las superficies no porosas y la desorción es menor.
- A menudo se mejora la termoestabilidad.
- Se elimina la posibilidad de contaminación microbiana.

Desafortunadamente, casi la totalidad de las enzimasnativas muestran una baja actividad en solventes orgánicos, a menudo cuatro o cinco órdenes de magnitud inferior que en soluciones acuosas aunque en muchos casos, las enzimas muestran suficiente actividad catalítica y selectividad para ser explotadas en el medio no acuoso (Serdakowski et Dordick; 2008).
Klibanov a principios de los años 80 dejó claro que las enzimas se pueden utilizar en disolventesorgánicos hidrófobos, aunque la velocidad de reacción se ve reducida. Posteriormente se hizo evidente que muchas lipasas, así como algunas proteasas y acilasas, son tan estables que mantienen su actividad en disolventes orgánicos anhidros. Esta característica es la base de la aplicación exitosa de hidrolasas en reacciones no hidrolíticas, como la acilación de alcoholes y aminas, que hoy sonimportantes aplicaciones industriales. La aplicación de las lipasas en biotransformaciones sintéticas abarca una amplia gama de reacciones como esterificación, transesterificación, perhidrólisis y síntesis de amidas (Rantwijk et al.; 2003).
Influencia de los solventes orgánicos en la estructura y función enzimática
Alteración de la estructura de la enzima
La estructura de una proteína nativa semantiene gracias a un intrincado equilibrio de interacciones en las que el agua está implicada. La falta de agua y la presencia de un disolvente orgánico pueden interrumpir las fuerzas, conduciendo al despliegue de la misma.
Sin embargo no es necesario que el agua sea el solvente mayoritario, en algunos casos, con decenas de moléculas de agua la función catalítica se conserva. En el caso específico delos disolventes orgánicos, la penetración en el centro activo de una enzima conlleva efectos devastadores en la catálisis, en particular, en aquellas enzimas con estados de transición altamente polares, la penetración de disolventes orgánicos reduce la polaridad local del centro activo, desestabilizando con ello el estado de transición polar. Los disolventes polares son capaces de penetrarprofundamente en el interior de la proteína, mientras que los no polares no tienen la capacidad para atravesar la superficie polar. No es necesario que el disolvente penetre para que se produzca una alteración drástica en la estructura y catálisis, por ejemplo los disolventes no miscibles en agua y no polares como el cloroformo, provocan la precipitación de la enzima en la interfase disolventeorgánico-agua.
Disminución de la dinámica conformacional
La conformación dinámica de la proteína determina la función enzimática. Algunos estudios han sugerido que existe una correlación entre el incremento de la dinámica de proteínas y su contenido en agua mayor.
Alteración termodinámica del medio de reacción
Las enzimas no alteran la termodinámica de ninguna reacción. Sin embargo, el disolvente...