Tesis Doctorado
Efecto de las restricciónes difusiónales internas sobre reacciónes de hidrólisis y síntesis de antibióticos beta-lactamicos con penicilina acilasa inmovilizada
Autor
Illanes-Frontaura, Andrés
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
Institución
Resumen
Se estudió el impacto de las restricciones difusionales internas (RDI) sobre las reacciones de hidrólisis de penicilina G y síntesis de cefalexina utilizando la enzima penicilina G acilasa inmovilizada mediante unión covalente multipuntual en partículas de glioxilagarosa.La hipótesis de trabajo postula que estos catalizadores presentarán mayor incidencia de las RDI en la reacción de hidrólisis de penicilina G comparado con la reacción de síntesis de cefalexina. Esto basado en que las reacciones de hidrólisis de antibióticos ?-lactámicos son más rápidas que las de síntesis. El objetivo consistió en caracterizar cinética ydifusionalmente ambas reacciones para posteriormente comparar la incidencia de las RDI en cada una de estas reacciones. Para ello se prepararon catalizadores de penicilina acilasa con diferentes cargas enzimáticas y tamaños de partícula que presentaran diferentes grados de limitación por transferencia de masa. La evidencia obtenida mostró que en un reactor por lotes, la reacción de hidrólisis de penicilina G presenta mayor dependencia respecto de lacarga enzimática y el tamaño de partícula del catalizador, comparado con la reacción desíntesis de cefalexina. Valores de KM determinados en cada uno de los catalizadores de penicilina acilasa mostraron mayor variación en función de la carga enzimática y tamaño de partícula cuando fueron utilizados en la hidrólisis de penicilina G. Los parámetros cinéticos y difusionales determinados en función de modelos de reacción-difusión para cada una de las reacciones se utilizaron para calcular los respectivos módulos de Thiele. La reacción dehidrólisis de penicilina G presentó módulos de Thiele al menos quince veces mayores que los de la síntesis de cefalexina con el mismo catalizador. Se constató que el factor determinante de esta gran diferencia corresponde a la disímil eficiencia catalítica de penicilina acilasa en una y otra reacción. Además de esto se utilizaron los modelos de reacción-difusión pararealizar un análisis mediante simulación del efecto de las RDI sobre los perfiles de operaciónde un reactor por lotes. Se determinó que un incremento de las RDI genera un detrimento dela productividad específica, tanto en la reacción de hidrólisis como en la de síntesis, y una disminución del rendimiento máximo en cefalexina en la reacción de síntesis. Se concluyó que un mismo catalizador de penicilina acilasa manifiesta una incidencia de las RDI mucho mayor en la reacción hidrólisis de penicilina G que en la síntesis de cefalexina. Los resultados de esta investigación resaltan la importancia del diseño de biocatalizadores de acuerdo a lareacción en la cual serán utilizados, siendo particularmente importante en el caso de loscatalizadores de penicilina acilasa que es frecuentemente utilizada en reacciones de hidrólisis y síntesis de antibióticos ?-lactámicos.