“Las enzimas, catalizadores para nuestra vida cotidiana” PL… · Reto actual de la Industria...
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“Las enzimas, catalizadores para nuestra vida cotidiana” Francisco J. Plou Ciclo de Seminarios “Química, la promesa de algo mejor” “ Las enzimas, Las enzimas, catalizadores para catalizadores para nuestra vida cotidiana nuestra vida cotidiana” Francisco J. Plou Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, CSIC (Madrid) No subproductos No subproductos Materias primas renovables Materias primas renovables Bajo consumo de energ Bajo consumo de energía Reducir el n Reducir el número de etapas mero de etapas Procesos de muy bajo impacto medioambiental Procesos clásicos Reto actual de la Industria Química Química Sostenible Empleo de catalizadores
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“Las enzimas, catalizadores para nuestra vida cotidiana”
Francisco J. Plou Ciclo de Seminarios “Química, la promesa de algo mejor”
““Las enzimas, Las enzimas, catalizadores para catalizadores para
nuestra vida cotidiananuestra vida cotidiana””
Francisco J. PlouInstituto de Catálisis y Petroleoquímica, CSIC (Madrid)
No subproductosNo subproductos
Materias primas renovablesMaterias primas renovables
Bajo consumo de energBajo consumo de energííaa
Reducir el nReducir el núúmero de etapasmero de etapas
Procesos de muy bajoimpacto medioambiental
Procesosclásicos
Reto actual de laIndustria Química
Química Sostenible
Empleo de catalizadores
“Las enzimas, catalizadores para nuestra vida cotidiana”
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CATALIZADORES
Catalizadores de origen “mineral”
Catalizadores de origen biológico
Enzimas
HIERROHIERRO
Zeolita ZSM-5Zeolita ZSM-5Níquel soportado
en alúmina Metalocenos de zirconio
Sales de Mn ó Cu
ENZIMAS
Condiciones suavesde reacción (T, pH,
medio acuoso)
Especificidad
Biodegradables
Alta eficiencia catalítica (108-1012 veces)
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Fabricación, transformación o degradación de materias primas renovables
ENZIMAS
Obtención de bioproductos, biomateriales y biocombustibles
Biocatálisis (Biotecnología industrial):
La UE es líder en este sector. Produce el 60% de las enzimas mundiales y contribuye con cerca del 45% del total de los productos manufacturados
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EL ALMIDÓN
OH(H)
H(OH)OH
O
OHOH
O
OH OH CH2OH
OH
CH2OHCH2OH
Glucosaisomerasa
OBTENCIÓN DE JARABES DE FRUCTOSA
ALMIDÓN
Glucosa Fructosa
α-amilasas, amiloglucosidasas
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APLICACIONES DE JARABES DE FRUCTOSA
Edulcorante de refrescos, zumos, caramelos, salsas
Edulcorante de bebidas para deportistas
Edulcorante bajo en calorías
Productos para diabéticos
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• La leche contiene 4.3-4.5 % lactosa• Algunas personas son deficientes en lactasa intestinal (Asia)• La hidrólisis de lactosa se hace actualmente por vía enzimática
• Otra aplicación: Helados. La lactosa tiende a cristalizar a bajas temperaturas, lo que puede prevenirse con tratamiento previo con β-galactosidasa
OH
O
HO
OH
O
OH
OH
O
HO
OH
OH
O
HO
OH
HO
OH
OH
O
HO
OH
OH OH
OH
Lactasa (β-galactosidasa)
Lactosa
Galactosa Glucosa
+ H2O
PRODUCTOS DE BAJO CONTENIDO EN LACTOSA
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Grasa de cacaoGrasa de cacao
Punto de fusión: 37°C
Esteárico
Oleico
Esteárico
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PREPARACIÓN ENZIMÁTICA DE GRASA (MANTECA) DE CACAO
Aceite de girasol de alto contenido en ácido oleico
OH
O
Lipasa
C18:0
+
Ácido esteáricoÁcido oleico
OH
O
C18:1
Oleico
Oleico
Oleico
Manteca de cacao
+
Esteárico
Oleico
Esteárico
10.000 Tm/año
Curiosidad supositorios
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Ácidos grasospoliinsaturados
(omega-3)
Acido docosahexaenoico (DHA) (22:6 )
Acido eicosapentaenoico (EPA) (20:5 )
Desarrollo cognitivo (en un cerebro adulto hay más de 20 g de DHA)
Previene arteriosclerosis y trombosis
Obtención enzimática (empleo de lipasas,
interesterificación)
La estructura y composición del triglicérido afecta a su absorción
Situación ideal: Triglicéridos con ácidos grasos poliinsaturados en posición 2
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Enzimas en detergentes
• Reducción de las temperaturas de lavado
• Reducción de los ciclos de lavado• Eficacia del lavado• Reducción del consumo energético y de
agua• Reducción de la cantidad de
ingredientes químicos
ENZIMAS EN DETERGENTES
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SUPERABSORBENTES
Poliacrilato de Sodio: También conocido como SuperAbsorbente o SAP (super absorbent polymer). Aporta retención de los líquidos en el pañal desechable, esto permite que los pañales puedan ser mas delgados sin sacrificar su absorbencia.
SUPERABSORBENTES
Petróleo Propileno
Ácido acrílico3.1 millones de Tm(la mitad para superabsorbentes)
Glucosa
Ácido 3-hidroxipropiónico (3-HPA)
Proceso desarrollado por Cargill en colaboración con Novozymes
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Producción de biomasa
CO2
Convertir la biomasa en materia prima para
fermentación
Fermentación a etanol
Recuperar etanol y subproductos
BIOETANOL
AlmidónCelulosaetc.
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El bioetanol en la UE se utiliza habitualmente en mezclas con gasolina hasta el 5% según la norma europea EN228 o formando un compuesto llamado ETBE (etilterbutiléter) utilizado como oxigenante y mejorador del octanaje de la gasolina
TEMA 9 BIOCOMBUSTIBLES
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TEMA 9 BIOCOMBUSTIBLES
PRODUCCIÓN DE BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN A PARTIR DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS
Enzimas para degradación de lignocelulosa:
EndoglucanasasExoglucanasasβ-GlucosidasasXilanasasβ-XilosidasasArabinofuranosidasasα-Glucuronidasasα-GalactosidasasAcetil-xilan-esterasas
2006: Primera planta de producción de bioetanol a partir de lignocelulosaen España (Salamanca): existen aprox. 60 fábricas de este tipo en el mundo
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MEZCLAS RACÉMICAS(formadas por dos enantiómeros o isómeros ópticos)
Un átomo de carbono conectado a cuatro grupos diferentes es un carbono quiral o asimétrico
R‐ y S‐(D‐ y L‐)
COMPUESTOS QUIRALES
PREPARACIÓN DE FÁRMACOS QUIRALES
UNO DE LOS COMPUESTOS ES LA IMAGEN ESPECULAR DEL OTRO
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INTERMEDIOS QUIRALES DE MUCHOS FÁRMACOS
OBTENIDOS POR REACCIONES ENZIMÁTICAS
Tipo de fármaco Nombre Biocatalizadores utilizados
Datos de interés
PACLITAXEL (TAXOL) Taxolasa, Desacetilasa, Lipasa
Cancer de ovario y pecho (microtubulina)
TAXANO Lipasa Administración oral DESOXIESPERGUALINA Lipasa Acción antibiótica
Anticáncer
INHIBIDORES DE LA FARNESIL TRANSFERASA
Lipasa Implicada en la unión de la proteína Ras
BMS‐186318 Streptomyces nodosus ATZANAVIR Rhodococcus
erythropolis CRIXIVAN Monooxigenasa,
Deshidrogenasa
VIH (inhibidor de proteasa)
ABACAVIR (ZIAZEN) Lactamasa VIH, Hepatitis B (inhibidor de transcriptasa inversa)
Antivirales
LOBUCAVIR Lipasa Hepatitis B CAPTOPRIL Lipasa MONOPRIL Lipasa CERANOPRIL Providencia
alcalifaciens
Inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina
TIAZEPINA (OMAPATRILAT) Glutamato oxidasa Inhibidores de la endopeptidasa neutra
Antihipertensivos
DILTIAZEM Nocardia salmonicolor Bloqueadores de los canales de calcio
PRAVASTATINA Reductores del colesterol MEVASTATINA
Penicillium citrinum, Streptomyces carbophilus
Inhibidores de la HMG CoA reductasa
Anti‐Alzheimer Varios Lipasa Obtención de (S)‐2‐pentanol
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10.000 kg de corteza de tejo
1 kg de taxol
ANTICANCERÍGENOS: Síntesis de Paclitaxel (Taxol®)
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+
Taxol
CONCLUSIONES
• Las enzimas son catalizadores únicos en cuanto a su actividad, especificidad y condiciones suaves de operación
• Las enzimas tienen numerosas aplicaciones en la industria química, alimentaria, farmacéutica, cosmética, etc.
• No obstante, para algunas aplicaciones es necesario mejorar su eficiencia catalítica o su estabilidad
