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Nuevas tendencias y conceptos en el desarrollo de reacciones de cascadas de enzimas

Las cascadas de enzimas representan un nuevo y emocionante desarrollo en la biocatálisis; al evitar los pasos intermedios de aguas abajo y de purificación, las reacciones en cascada minimizan los costos de producción y disminuyen la demanda de energía y la producción de desechos. Por lo tanto, se espera que hagan una contribución importante para abordar uno de los principales desafíos para la industria europea, el desarrollo de procesos de producción sostenibles y eficientes bajo la filosofía de la “química verde”.

Las razones pueden ser múltiples en relación a las cascadas y su aplicación en biotecnología, como (i) la posibilidad de combinar diferentes tipos de reacciones, que no podrían combinarse en la química clásica, (ii) la posibilidad de preparar intermedios inestables o tóxicos, que se consumen directamente en una etapa posterior, o (iii) la opción de cambiar el equilibrio de una reacción eliminando el co (producto), o (iv) simplemente evitando el tedioso trabajo de los productos intermedios, ahorrando en reactivos, solventes, tiempo y dinero.

Además, la conexión de las cascadas de enzimas con el metabolismo permite explotar intermedios metabólicos o canalizarlos hacia nuevos productos. Además, la elegancia de crear nuevas herramientas eficientes para la síntesis podría ser una fuerza motriz. El tema abarca cascadas que involucran exclusivamente enzimas, así como cascadas de enzimas que combinan enzimas con metal u organocatálisis. Las enzimas se pueden usar, por ejemplo, como enzimas aisladas, como extracto crudo sin células, como enzima inmovilizada o como células microbianas (vivas) (ingeniería metabólica).

Aquí, definimos una cascada como la combinación de al menos dos pasos químicos en un solo sistema de reacción sin aislamiento del (los) intermedio (s). Por lo tanto, el tema incluye cascadas de enzimas donde todos los pasos se realizan simultáneamente en una olla, así como cascadas donde los pasos de reacción se realizan de manera secuencial, pero aún en una olla; además, las cascadas en el flujo también son de especial interés.

Utilizando el estireno dentro de la biotecnología

El estireno es uno de los productos químicos más producidos y procesados ​​en todo el mundo y se libera en el medio ambiente durante el procesamiento generalizado; pero, también se produce a partir de plantas y microorganismos. La aparición natural de estireno condujo a la formación de varias estrategias microbiológicas y también a la degradación del estireno; una vía designada como oxigenación de cadena lateral se ha informado como una vía específica para la degradación del estireno entre los microorganismos.

Comprende las siguientes enzimas: estireno monooxigenasa (SMO; sistema de dos componentes que consume NADH y dependiente de FAD), óxido de estireno isomerasa (SOI; proteína unida a la membrana, unida a la membrana) y fenilacetaldehído deshidrogenasa (PAD; NAD +, consumo) y permite una regeneración intrínseca del cofactor: esta forma específica alberga un alto potencial para el uso biotecnológico.

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Sobre la base de los pasos enzimáticos involucrados en esta vía de degradación mediante cascadas de enzimas, se pueden realizar reacciones importantes a partir de un gran número de sustratos que obtienen acceso a diferentes precursores interesantes para aplicaciones adicionales. Además, las transformaciones estereoquímicas son posibles, ofreciendo productos quirales con un alto exceso enantiomérico.

Los estudios hechos por científicos proporcionan una visión real de la degradación microbiológica del estireno con discusiones detalladas sobre las enzimas de la oxigenación de cadena lateral, pero que no forma parte de este resumen. Además, se está analizando el potencial de las reacciones enzimáticas individuales, así como las respectivas síntesis de varios pasos que utilizan la cascadas de enzimas completas, para obtener óxidos de estireno, fenilacetaldehídos o ácidos fenilacéticos (por ejemplo, ibuprofeno).

Los investigadores ya descubrieron vías alteradas que combinan estos biocatalizadores putativos con otras enzimas. Por lo tanto, el espectro de sustratos o compuesto para la suplementación o la alimentación se puede mejorar y se pueden alcanzar productos adicionales como feniletanoles o feniletilaminas; finalmente, se generarán enzimas adicionales con actividades similares hacia el estireno y sus intermediarios metabólicos para modificar las cascadas descrita anteriormente o para usar estas enzimas de forma independiente para la aplicación biotecnológica en la industria.

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Fuentes


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