Diseño asistido por computadora de la inmovilización covalente de bromelina y papaína / Computer-aided design of bromelain and papain covalent immobilization

Enzymes as immobilized derivatives have been widely used in Food, Agrochemical, Pharmaceutical and Biotechnological industries. Protein immobilization is probably the most used technology to improve the operational stability of these molecules. Bromelain (Ananas comosus) and papain (Carica papaya) are cystein proteases extensively used as immobilized biocatalyst with several applications in therapeutics, racemic mixtures resolution, affinity chromatography and others industrial scenarios. The aim of this work was to optimize the covalent immobilization of bromelain and papain via rational design of immobilized derivatives strategy (RDID) and RDID1.0 program. Were determined the maximum protein quantity to immobilize, the optimum immobilization pH (in terms of functional activity retention), was predicted the most probable configuration of the immobilized derivative and the probabilities of multipoint covalent attachment. As support material was used Glyoxyl-Sepharose CL 4B. The accuracy of RDID1.0 program´s prediction was demonstrated comparing with experimental results. Bromelain and papain immobilized derivatives showed desired characteristics for industrial biocatalysis, such as: elevate pH stability retaining 95% and 100% residual activity at pH 7.0 and 8.0, for bromelain and papain, respectively; high thermal stability at 30 °C retaining 90% residual activity for both immobilized enzymes; a catalytic configuration bonded by immobilization at optimal pH; and the ligand load achieve ensure the minimization of diffusional restrictions.

Las enzimas inmovilizadas han sido ampliamente utilizadas en las industrias Alimentaria, Agroquímica, Farmacéutica y Biotecnológica. La inmovilización de proteínas es, probablemente, la tecnología más empleada para elevar la estabilidad operacional de estas moléculas. La bromelina (Ananas comosus) y la papaína (Carica papaya) son cisteín proteasas extensamente usadas como biocatalizadores inmovilizados con disímiles aplicaciones en la terapéutica, resolución de mezclas racémicas, cromatografía de afinidad, entre otros escenarios industriales. El objetivo del presente trabajo fue optimizar la inmovilización covalente de las enzimas bromelina y papaína a través de la estrategia de diseño racional de derivados inmovilizados (RDID) y el programa RDID1.0. Se predijo la cantidad máxima de proteína a inmovilizar, el pH óptimo de inmovilización (en términos de retención de la actividad funcional), la configuración más probable del derivado inmovilizado y la probabilidad de enlazamiento covalente multipuntual. Como soporte de inmovilización de empleó Glioxil-Sepharose CL 4B. La precisión de las predicciones llevadas a cabo con el programa RDID1.0 fue validada comparando con los resultados experimentales obtenidos. Los derivados inmovilizados de bromelina y papaína mostraron características deseadas para la biocatálisis a nivel industrial, tales como: elevada estabilidad al pH reteniendo el 95% y 100% de actividad residual a pH 7.0 y 8.0, para la bromelina y la papaína, respectivamente; una elevada estabilidad térmica con la retención del 90% de actividad residual a 30 °C para ambas enzimas; al pH de inmovilización óptimo la configuración obtenida es catalíticamente competente; y la carga de ligando alcanzada asegura la disminución de las restricciones difusionales.

Extraction systems for isolating esterases having interfacial adsorption / Sistemas de extracción para el aislamiento de esterasas con adsorción interfacial

En el presente trabajo se optimizaron las condiciones de extracción de esterasas con actividad en interfaces, a partir de la anémona marina Stichodactyla helianthus y del camarón peneido Litopenaeus vannamei Las esterasas interfaciales, cuya presencia en estas especies había sido informada previamente, presentan características funcionales que las hacen muy atractivas para su empleo industrial. Los homogenados de los animales se trataron con los detergentes Tritón X-100, Tween 20 y Tween 80 en dos concentraciones cada uno: la Concentración Micelar Crítica (CMC) y la mitad de ésta. Además se empleó NaCl 0,5 mol/L y n-butanol a las proporciones 5, 10 y 20%. Cada variante fue comparada con el método tradicional de extracción con agua destilada, que fue tomado como control. Los mejores resultados se obtuvieron empleando n-butanol al 20%, para recuperar las actividades esterasa y fosfolipasa, y al 10%, en el aislamiento de la actividad lipasa. La efectividad de este solvente en el aislamiento de estas enzimas con afinidad por las interfaces lípido/agua, pudiera estar dada por su capacidad para romper los agregados entre estas moléculas y causar la desorción de las mismas a los restos de membrana y tejidos presentes en la preparación.

Interfacial esterases present great functional versatility, making them very attractive molecules for industrial applications. The conditions for extracting interfacial esterases previously detected in the sea anemone Stichodactyla helianthus and the shrimp Litopenaeus vannamei were optimised in this work. Animal homogenates were treated with Triton X-100, Tween 20 and Tween 80 detergents at two different concentrations: critical micellar concentration (CMC) and half of that concentration; 0.5 mol/L NaCl and n-butanol at 5%, 10% and 20% v/v ratios were also tested. Each procedure was compared to the control extraction method using distilled water. The best results were obtained with 20% n-butanol for recovering esterase and phospholipase activity whilst 10% n-butanol extraction was the most effective for lipase activity isolation. This solvent’s suitability for isolating interface-activated enzymes could be explained by its ability to dissociate biomolecule aggregates and cause enzyme desorption from the membranes and tissues remaining in the preparation.