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Síntesis de fármacos mediante enzimas unidas a
matrices
José Alejandro MolinaProteínas recombinantes y
biotecnología
• Fármaco: Sustancia química purificada utilizada en la prevención, diagnóstico, tratamiento y cura de una enfermedad; para evitar o promover la aparición de un proceso fisiológico específicos.
73%
13%
12% 2%
Modo obtención del Fármaco
Sint. OrgánicaBiotecnológicoSemisíntesisNatural
“To Market, to Market” Ann. Rep. Medicinal Chem. 1990-2007
• Retos de la Industria Farmacéutica hoy:1. Reducir la producción de residuos por kilogramo de
producto. 2. Desarrollar fármacos donde las dosis sean menores
(dosis actuales de mg al nivel de μg)
Desarrollo de procesos de síntesis más eficaces y selectivos, utilizando mejores catalizadores. Por ello la Biocatálisis y las
Biotransformaciones están adquiriendo un papel importante en el diseño de las nuevas síntesis de fármacos
Biocatálisis v/s catálisis Biotransformaciones Biotecnología blanca => Procesos Limpios
ESTABILIZACIÓN DE ENZIMAS
• Enzimas aisladas son capaces de discriminar de un modo específico y selectivo únicamente uno de los isómeros posibles de una mezcla racémica, logrando el producto deseado de forma enantiopura (eutómero y distómero)
• La reutilización de enzimas implica como paso previo la estabilización del biocatalizador, existiendo diversas técnicas
a) Inmovilización de enzimas. b) Modificación química. c) Ingeniería proteica por mutagénesis dirigida. d) Ingeniería del medio de reacción
Métodos de inmovilizaciónConsiste en mantener la biomolécula unida o atrapada en un soporte físico, conservando su actividad catalítica y permitiendo el flujo de sustratos y productos
Irreversibles
Enlaces covalentes
Entrecruzamiento
Atrapamiento (inclusión y micro-encapsulación)
Reversibles
Adsorción
Quelación
Formación de enlaces disulfuro
Enlaces covalentes• Enlace entre un grupo funcional
reactivo de la enzima (amino, tiol, hidroxil,imidazol, -COOH) y el soporte (Monocapas tiol , oro, CNBr-Sepharosa)
Entrecruzamiento• Enlace directo entre enzimas.
Se añade un agente de bajo MW: dialdehídos, diiminoésteres, diisocianatos,diaminas, sales de bisdiazonio
Por inclusión
Matriz de gel: Silica gel, poliacrilamida, agarosa, carragenatos.
micro-encapsulaciónUn agente encapsulador (nano partículas de sílice, polihidrocloruro de alilamina o poliestirensulfonato)
Soportes porosos y Micelas
Atrapamiento
Adsorción
Soportes: celulosa, gel de sílica, colágeno, hidroxiapatita, AcetatoInteracciones iónicas o fuerzas débiles
Quelación Sales de metales de transición o hidroxidos depositados en la superficie de soportes orgánicos (celulosa, quitina, acido algínico y bases de sílice)
Formación de enlaces disulfuro.
Ventajas
• Gran aumento de la estabilidad de la enzima o célula inmovilizada.
• Evita formación de agregados
• Reutilización aumenta la productividad enzimática
• Aumenta la facilidad de recuperación y purificación de losproductos.
• Se aumenta la facilidad de operación y control del proceso, altrabajar en condiciones más suaves.
Desventajas
• Generalmente se disminuye la actividad enzimática.
• La alteración de la conformación de la enzima respecto de su estado nativo.
• El biocatalizador es más caro que la enzima nativa.
• La gran heterogeneidad del sistema enzima-soporte
Aplicación de Enzimas en la obtención de fármacos
• Omapatrilato: antihipertensivo. Es un inhibidor de la enzima convertidora de la angiotensina
Pichia pastorisPDHFDH
D-AminoxidasaT. variabilis
Antagonistas del tromboxano A2 (TxA2): Vasoconstrictor con actividad antiagregatoria de plaquetas,
• Acilación de Purina: compuesto obtenido es más soluble por lo que aumenta la biodisponibilidad. Esta transformación es prácticamente imposible de realizar por una acetilación química
• Befloxaton (37): Antidepresor
GDH
Producción de antibióticos β-lactámicos• Penicilina G es transformada en ácido 6-aminopenicilánico (6-
APA), el cual se utiliza para síntesis de penicilinas semisintéticas
• 6-APA puede expandirse para la síntesis de cefalosporinas, como el ácido 7-aminodesacetoxicefalosporánico (7-ADCA)
Expandasa
1 Kg de 6-APA20 Kg de reactivos por método Qco.
1 Kg de 6-APA0,02 Kg de NH3 y 2 L de agua por Biotransformación
• Inserción de cadenas laterales. o D-aminoácido oxidasa y glutaril-acilasa
El uso de enzimas permite a la industria farmacéutica generar nuevos métodos de síntesis más eficientes, selectivos y limpios
Inmovilizar una enzima uniéndola a una matriz le confiere gran Estabilidad y facilita que al final de la reacción la enzima sea fácilmente recuperada y Reutilizada
Con el uso de enzimas, los fármacos producidos son cada vez más puros, permitiendo mejorar su actividad terapéutica, dosis y riesgo de toxicidad
El desafío en lo futuro es mejorar cada vez más las técnicas de inmovilización, y ampliar la gama de enzimas utilizables, creando incluso Reactores Enzimáticos
Conclusiones
GraciasPreguntas???