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INFLUENCIA DE LA LIMITACIÓN EXTERNA DE LA TRANSFERENCIA DE MASA


Enviado por   •  25 de Abril de 2017  •  Reseñas  •  2.681 Palabras (11 Páginas)  •  398 Visitas

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INFLUENCIA DE LA LIMITACIÓN EXTERNA DE LA TRANSFERENCIA DE MASA SOBRE LOS PARÁMETROS CINÉTICOS APARENTES DE LA PENICILINA G ACYLASE INMOVILIZADA SOBRE PARTÍCULAS DE SÍLICE ULTRAFINA NO PEROROSAS

La inmovilización de enzimas en soportes no porosos proporciona un modelo adecuado para investigar el efecto de la limitación de transferencia de masa externa sobre la velocidad de reacción en ausencia de resistencia difusional interna. En este estudio, la desacilación de penicilina G se investigó utilizando penicilina-acilasa inmovilizada sobre partículas de sílice ultra fina. Los estudios cinéticos se realizaron dentro de la región de baja concentración de sustrato, donde la limitación de transferencia de masa externa se hace significativa. Para predecir los parámetros cinéticos aparentes y el factor de eficacia global, es necesario conocer el coeficiente de transferencia de masa externa, kLu. Aunque existen varias correlaciones para la estimación de & Q, en este estudio se utilizó un esquema de optimización para obtener este coeficiente. Usando los valores óptimos de k, a, se pronosticaron las velocidades de reacción iniciales y se encontró que estaban en buen acuerdo con los datos experimentales.

Las enzimas inmovilizadas son de gran importancia tecnológica y científica. Para desarrollar el diseño del reactor para los sistemas catalíticos enzimáticos inmovilizados, es importante examinar con cierto detalle las propiedades cinéticas de las enzimas inmovilizadas. En general, la velocidad de reacción máxima y la constante de Michaelis determinada para una enzima inmovilizada son diferentes de los parámetros cinéticos evaluados desde su estado libre. Estos parámetros cinéticos pueden verse afectados por una serie de factores que incluyen la interacción entre la enzima y el soporte, el impedimento estérico y los fenómenos difusivos y electrostáticos, que sirven para alterar las concentraciones de sustratos y otras especies en el sitio de acción enzimática de los valores de la solución a granel -6). Los parámetros cinéticos definidos para los sistemas enzimáticos inmovilizados se denominan parámetros intrínsecos en ausencia de limitación de la transferencia de masa. Los parámetros cinéticos aparentes son los observados en presencia de limitaciones de transferencia de masa. Desafortunadamente, se ha llevado a cabo mucho menos trabajo en la obtención de parámetros cinéticos intrínsecos para sistemas enzimáticos inmovilizados. Por otra parte, debido a la desnaturalización de la proteína enzimática ya la interacción entre la enzima y el soporte, es muy difícil comparar los parámetros cinéticos de un sistema enzimático inmovilizado con los de su estado libre (1,2, 5-7 ). Los efectos combinados de la resistencia difusiva, el campo electrostático y la dependencia del sustrato sobre la velocidad de la reacción catalizada por una enzima inmovilizada sobre soportes porosos y no porosos han sido reportados (8). Además, se han obtenido también ecuaciones para parámetros cinéticos aparentes para una enzima inmovilizada sobre un soporte cerámico poroso (9). En el presente trabajo se investigó la aplicabilidad de las ecuaciones propuestas para los parámetros cinéticos aparentes utilizando los datos experimentales obtenidos para la penicilina G acilasa inmovilizada sobre partículas de sílice ultratina no porosas. Para este propósito, se midieron las velocidades de reacción iniciales para una amplia gama de concentraciones iniciales de sustrato. La veriticación de las ecuaciones propuestas se realizó utilizando los datos experimentales a concentraciones de sustrato suficientemente bajas, donde se puede usar la ecuación de Michaelis-Menten (1 O-13).

ANTECEDENTES TEÓRICOS

Se reconoce generalmente que la penicilina G acilasa es inhibida por una alta concentración de sustrato y puesto que la formación del producto es despreciable en la etapa inicial de la reacción, se ha sugerido el siguiente modelo para su comportamiento cinético (14):

[pic 1]

Donde S, es la concentración en masa del sustrato, V ,,, es la velocidad de reacción máxima, K, es la constante de Michaelis y K, es la constante de inhibición del sustrato. Cuando la enzima se inmoviliza sobre una superficie fija, la concentración del sustrato en la superficie puede ser diferente de la de la fase fluida a granel debido a la resistencia a la transferencia de masa externa e interna ya los efectos electrostáticos. En ausencia de estas limitaciones, la velocidad de reacción se puede expresar mediante la Ec. 1. Sin embargo, en presencia de efectos difusionales y electrostáticos, la introducción de un factor de efectividad puede modificar la velocidad de reacción real como sigue:

[pic 2]

Aquí, las constantes cinéticas V ,, y Km se llaman parámetros cinéticos intrínsecos. La ecuación anterior puede reordenarse de la forma siguiente:

[pic 3]

Se ha demostrado que una alta concentración de penicilina G es un ligero inhibidor de la penicilina G acilasa y el valor de la constante de inhibición del sustrato es dos órdenes de magnitud mayor que S ,, de modo que el término $ en la ecuación anterior puede ser descuidado A una concentración de sustrato suficientemente baja (1 O - 13). Al descuidar el término de inhibición del sustrato, la ecuación anterior se reduce a:

[pic 4]

Que se conoce generalmente como la ecuación de Michaelis-Menten. Se han investigado los efectos combinados de la resistencia difusiva externa y del campo electrostático sobre la velocidad de reacción catalizada por una enzima inmovilizada sobre una superficie no porosa, que sigue una cinética irreversible de Michaelis-Menten y se derivó la siguiente expresión para el cálculo del factor de efectividad 5,6, 8, 15):

[pic 5]

Donde

[pic 6]

La ecuación 5 muestra que para una enzima inmovilizada en superficie, el factor de efectividad es una función de la concentración adimensional sb del sustrato y, = K, superficie adimensional x y el módulo Thiele (pE = Kl Mk K, donde Mis La m la electrostática Modificador y kLa es el coeficiente de transferencia de masa externa La diferenciación de la ecuación 5 con respecto a p ,, conduce a la siguiente ecuación:

[pic 7]

Ef yf se emplean para calcular los parámetros cinéticos aparentes b. En presencia de resistencias difusionales y efecto de Sb electrostático, la relación entre v y S ,, se convierte en no lineal (l-3). Por simplicidad, Vim y K? Se definen como los parámetros cinéticos aparentes y la Ec. 4 puede ser reescrito como Eq. 9.

[pic 8]

Estos parámetros cinéticos aparentes se pueden calcular a partir de líneas tangentes a la gráfica no lineal de $ -Sb (8, 9, 15).

[pic 9]

Aquí, yyy2 son parámetros adimensionales que representan las desviaciones de los valores aparentes de la velocidad de reacción máxima y la constante de Michaelis de sus valores intrínsecos. Las sustituciones de la ecuación 5 y 8 en las ecuaciones 10 y 11 resultan en las ecuaciones 12 y 13, respectivamente.

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