REAZIONI STEREOSELETTIVE DEGLI ALCHENI

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1. Svantaggi dei biocatalizzatori gli enzimi sono forniti dalla Natura in una sola forma enantiomerica Non c’è un modo generale per creare enzimi speculari da D-amminoacidi: è perciò impossibile invertire l’induzione chirale di una data reazione enzimatica (a meno che non ci sia un enzima con esattamente la selettività stereochimica opposta). gli enzimi richiedono parametri operativi ristretti Il vantaggio di lavorare in condizioni di reazione blande ha delle controindicazioni: se ad un dato pH e ad una data temperatura la reazione procede lentamente, c’è poca possibilità di variarli. Temperature elevate e pH estremi portano a disattivazione delle proteine e altrettanto fa l’elevata concentrazione di sali. La tecnica comune di abbassare la temperatura per aumentare la selettività è di uso limitato con le reazioni enzimatiche. gli enzimi presentano la massima attività catalitica in acqua L’acqua (elevato punto di ebollizione ed elevato calore di vaporizzazione) è spesso il solvente meno adatto per la maggior parte delle reazioni organiche. La maggior parte dei composti organici non è solubile in acqua. gli enzimi sono vincolati ai loro coenzimi naturali Gli enzimi sono quasi esclusivamente vincolati ai loro cofattori naturali che servono da carriers di equivalenti redox (NADH) o di energia chimica (ATP). La maggior parte di questi “reagenti biologici” è costituita da molecole instabili e troppo costose per essere usate in quantità stechiometrica. Il riciclo dei cofattori è ancora lontano dall’essere realizzato. gli enzimi sono inclini a fenomeni di inibizione Molte reazioni enzimatiche sono soggette ad inibizione da substrato o da prodotto, che provoca la cessazione dell’attività dell’enzima a concentrazioni elevate di substrato e/o prodotto. All’inibizione da substrato si può ovviare tenendo bassa la sua concentrazione ed aggiungendolo in continuo. Per l’inibizione da prodotto è più difficile la rimozione del prodotto. gli enzimi possono causare allergie Questo inconveniente può essere minimizzato maneggiando gli enzimi con le stesse cautele con cui si maneggiano i composti chimici. ENZIMI ISOLATI O SISTEMI A CELLULA INTERA ? Lo stati fisico dei biocatalizzatori che si usano nelle biotrasformazioni può essere molto diverso. La decisione se usare enzimi isolati, più o meno purificati, o microorganismi interi, liberi o immobilizzati, dipende da molti fattori: - il tipo di reazione - se ci sono cofattori da riciclare - la scala in cui si deve effettuare la biotrasformazione. 51 52 26
Biocatalizzatore Forma Pro Contro enzimi isolati qualsiasi apparecchiatura semplice, lavorazione semplice, migliore produttività dovuta a maggiore tolleranza della concentrazione necessario riciclare il cofattore sciolto in elevata attività dell’enzima possibilità di reazioni laterali, acqua substrati lipofili insolubili, la lavorazione richiede estrazione sospesi in facile da eseguire, facile attività ridotta solventi lavorazione, facile recupero organici dell’enzima immobilizzati facile recupero dell’enzima perdita di attività durante l’immobilizzazione cellule intere qualsiasi non è necessario riciclare il cofattore attrezzatura costosa, laboriosa lavorazione a causa dei grandi volumi, bassa produttività dovuta a minore tolleranza della concentrazione, bassa tolleranza dei solventi organici, probabili reazioni laterali, dovute a metabolismo non controllato colture in attività più elevate grandi biomasse, più sottoprodotti, crescita difficile controllo del processo cellule non in lavorazione più facile, meno attività inferiori crescita sottoprodotti cellule possibilità di riusare le cellule attività inferiori immobilizzate 53 L’insieme di tecniche biochimiche, microbiologiche e di ingegneria biochimica (biotecnologia) ha portato allo sviluppo di metodi per preparare molti composti chimici (dagli amminoacidi alle penicilline) partendo da fonti di carbonio poco costose (carboidrati) e cocktails di sali usando cellule intere. Queste sintesi richiedono molti passaggi biochimici e si indicano come “fermentazione”. Biotrasformazioni microbiche che utilizzano un solo passaggio biochimico (o pochi) usando il potenziale enzimatico del microbo per convertire composti organici di sintesi nel prodotto desiderato si chiamano “enzimazioni”. Caratteristiche di fermentazione ed enzimazione Enzimazione Fermentazione microorganismo cellule non in crescita cellule in crescita tipo di reazione breve, catalitico lungo, processo vitale numero di passaggi pochi molti numero di enzimi attivi pochi molti materiale di partenza substrato fonte di C e N prodotto naturale o non naturale solo naturale tolleranza della concentrazione elevata bassa isolamento del prodotto facile laborioso sottoprodotti pochi molti 54 27
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