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Reactores Enzimáticos
Concepto de velocidad inicial
t
s
p[ ]
d[ ]
dtv =
, t � 0
Actividad enzimática
velocidad a la que cursa la reacción enzimática
• La velocidad es directamente proporcional de la concentración 
de enzima.
• la velocidad es una medida de la concentración de enzima en 
una preparación.
Medición actividad enzimática
katal: moles/s
U.I.: µmoles/min
Actividad enzimática específica:
UI/ gramo enzima
UI/ ml de enzima
Variables que influyen en la velocidad de una
reacción enzimática
1. Concentración de enzima
2. Concentración de sustrato
3. pH
4. Temperatura
5. Efectores (Activadores e Inhibidores)
Efecto de la concentración de enzima: relación lineal
v
[E]
. .
.
.
. .
.
.
.
. .
v
[s]
Efecto de la concentración de substrato
.
.
.
.
.
. . .
Una cinética hiperbólica implica un proceso saturante
Hay un número limitado de sitios en la enzima para fijar sustrato; una vez que
están ocupados todos, por mucho que aumente la concentración de sustrato, la
velocidad permanecerá constante tendiendo a un valor asintótico
E + S ES E + P
k1
k2
kcat
Según hipótesis de 
rápido equilibrio 
propuesta por 
Michaelis - Menten
[ ] 0≈
dt
ESd
[ ] [ ] [ ] [ ]
[ ] [ ] [ ]
[ ] [ ]
[ ] eqKES
SE
k
k
ESkSEk
ESkSEk
dt
ESd
=
⋅
=
=⋅
=−⋅=
1
2
21
21 0
Descripción dinámica de la catálisis enzimática
[ ] cES =[ ] 0sS =[ ] 0eE =
cee += 0
E + S ES E + P
k1
k2
kcat
Balance a la enzima
Balance al sustrato css += 0
[ ] [ ]
[ ]
( ) ( )
c
csce
c
se
ES
SEKeq
−⋅−
=
⋅
=
⋅
=
00
Si [S] se encuentra en exceso
s >>>> e > c
( )
c
sceKeq
⋅−
=
0ss =
sK
se
c
eq +
⋅
= 1
[ ] [ ] vckESk
dt
Pd
catcat ===
catk
v
c = 2
Igualando las ecuaciones 1 y 2 …
sK
sek
v
eq
cat
+
⋅⋅
=
Si toda la enzima se encuentra 
formando parte del complejo [ES]
ec =
ekV cat ⋅=max
por lo que 
ckv cat ⋅=
sK
sV
v
eq +
⋅
=
max
Keq también se denomina Km
s
0 20 40 60 80 100
v
0
20
40
60
80
100
Km
Vmax
sK
sV
v
m +
⋅
=
max
Representación recíproca doble
(Lineweaver - Burk)
1/s
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
1/v
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
1 1 1
v
K
V s V
m
mx mx
= ⋅ +
-1/Km
1/Vmax
Modelos de reacción con más de 
un sustrato
Modelo Secuencial - Ordenado
- Aleatorio
Modelo Pin-pong
Modelo Secuencial - Ordenado
Modelo Secuencial - Aleatorio
Modelos de reacción con más de un sustrato
Modelo Pin-pong
Modalidades de 
Reacción Enzimática
A: Lotes D: Tanque 
agitado continuo
B: Lotes con recirculación E: 
�Más del 80% del valor comercial de las enzimas está
relacionado con su proceso de aplicación como catalizadores.
�Reacciones de tipo hidrolíticas, principalmente con enzimas en
forma soluble en el medio acuoso, ha sido la forma tradicional
de utilización. Esta tecnología todavía representa una parte
importante de los procesos enzimáticos. Sin embargo, en las
últimas décadas el uso de enzimas en procesos de síntesis ha
ampliado su ámbito de aplicación a otros niveles.
�Las enzimas pueden ser utilizadas como catalizadores en
reactores por lotes (batch), reactores continuos, reactores por
lotes alimentados, entre otros.
� Funcionamiento es discontinuo: 
- el reactor se llena con el medio de reacción y el 
sustrato (s)
- se fijan las condiciones de funcionamiento
- se añade la enzima
- la reacción se deja a proceder hasta que la 
conversión deseada se haya obtenido. 
� Si la enzima es utilizada en su forma soluble:
- al finalizar la reacción ésta debe ser inactivada
- luego el reactor se vacía
-el producto se somete a operaciones de separación
� Si la enzima está inmovilizada:
- el derivado se mantiene en el reactor
- se somete a un lavado
Reactor Enzimático por Lotes (Batch-BSTR)
dt
dX
 s 
s(x)K
s(x)*V
 ),( 0=+=Xev
( ) dt dX 
 x)- 1(
)1( t
0 
 
0 
0
00 ∫∫ =
−+ V
s
xsKsX
txx
K
s
⋅=−−
Vr*K
as*Mcat
 )1ln(*0
Reactor Enzimático por Lotes (Batch- BSTR)
t
e
xx
K
s
⋅=−−
K
*k
 )1ln(* cat0
Reactor Enzimático Continuo Agitado (CSTR)
� Su funcionamiento es continuo
� un caudal constante de medio de reacción que se
alimenta al reactor
� el derivado se encuentra suspendido en el interior
� tanque agitado, se asume mezcla perfecta:
� cualquier elemento de fluido en el reactor tiene la
misma composición incluida la salida del reactor
� todas las partículas de enzima están en contacto con la
misma concentración de sustrato (distinto a CPBR)
� la fracción ε puede ser tan alta como 90-95%,
� la fracción del volumen ocupado por el derivado
generalmente no es superior al 10%
F, s0
F, s
* * * * * * * * *
* * * * * * * * *
* * * * *
* * * * * * * * *
* * * * * * * * * *
* * * *
* * * * * * * * * *
* * * * * * * * *
s
εεεε⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ Rsalidaingreso V v sF - sF
0s
 ),(
τ
=
Xev
X
KF
a*M
 
K
ek 
 )1(
x
x* scat0
⋅
=⋅
⋅
=
−
+ τ
xK
s
F, s0
F, s
* * * * * * * * *
* * * * * * * * *
* * * * *
* * * * * * * * *
* * * * * * * * * *
* * * *
* * * * * * * * * *
* * * * * * * * *
sε⋅⋅=⋅⋅ R00 V v X)-(1 s - FsF
Reactor Enzimático Continuo Agitado (CSTR)
F
VR ετ *=
� Su funcionamiento es continuo
�El reactor se alimenta con un caudal constante de
medio de reacción
�El derivado se encuentra en el interior formando un
lecho sumergido
� Se puede alimentar desde el fondo o desde el tope
�A escala de laboratorio es preferida la alimentación
desde el fondo, ya que es más fácil mantener el nivel de
líquido por encima de la cama de derivado y también
evita la compactación del lecho.
�A gran escala la alimentación por tope es mayormente
utilizada pues se reducen las necesidades de energía
para el bombeo.
Reactor Enzimático Continuo de Lecho Empacado (CPBR)
F, s0
F, s
ε⋅∆⋅=⋅⋅ ∆+ Rzz V v - s zsFF
KF
*
 
K
e k
 )1ln(*0
⋅
=⋅
⋅
=−−
scat aMxx
K
s
τ
F, s0
F, s
z
z+∆∆∆∆z
x
x+∆∆∆∆x
∆∆∆∆V’Rε⋅∆⋅=∆+⋅⋅ R00 V v X])[X-(1 - X)-(1s sFF
∫ =
0s
 ),(
τ
Xev
dX
Reactor Enzimático Continuo de Lecho Empacado (CPBR)
F
VR ετ *=
�Si no existe ningún tipo de inactivación
enzimática, el reactor llegará a un estado de
equilibrio después de tres a cinco tiempos de
residencia hidráulica (τ) .
�La fracción de hueco (ε) corresponde a la
fracción del lecho ocupada por el medio de
reacción, puede ser el 40-50% del volumen de
reactor.
Reactor Enzimático Continuo de Lecho Empacado (CPBR)
F, s0
F, s
�Las ecuaciones que describen al reactor CPBR y al
BSTR son formalmente iguales, si se considera que
el tiempo de residencia (τ) en el reactor continuo
corresponde a la operación de tiempo (t) del reactor
discontinuo.
�Ambos tipos de reactores presentan similares perfiles
de concentración de sustrato en el tiempo
�El reactor CPBR puede ser considerado como un
número infinito de BSTR conectados en serie.
Reactor Enzimático Continuo de Lecho Empacado (CPBR)
F, s0
F, s
Comportamiento de reactores CPBR y CSTR bajo cinética de 
Michaelis–Menten 
0 5 10 15 20 25 30 35
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
si / K = 5
K/K1 = 0.5 
RTARLF
G
r
a
d
o
 
d
e
 
C
o
n
v
e
s
r
s
i
ó
n
,
 
X
M
cat·ae / F·K
Inhibición Competitiva por Producto
CPBR CSTR
�El desempeño del reactor CPBR es mejor queel CSTR para 
una cinética de M-M y más aún en el caso de la inhibición del 
producto
�De hecho CSTR opera en las peores condiciones (con un 
mínimo de s y p máximo, correspondiente a las condiciones de 
salida), mientras que CPBR opera en un rango que va desde 
las mejores condiciones a la entrada (máximo s y cero p) a la 
peor condición a la salida (mínimo s y máximo p). 
�Esto significa que para un X dado, se requiere una mayor 
Mcat o un menor F 
Aplicaciones de enzimas como 
biocatalizadores 
Aplicaciones de Enzimas
Aplicaciones Analíticas
Biosensores, kits analíticos
Aplicaciones Industriales
Industria alimentaria 
Industria química
Industria farmacéutica
Industria nutracéutica 
Tratamiento ambiental
Aplicaciones
Terapéutica
catalizadores biológicos
reacciones químicas del metabolismo celular (velocidad significativa)
condiciones ambientales suaves compatibles con la viabilidad celular
ENZIMAS
catalizadores de proceso
capaces de transformar materias primas en 
productos con valor agregado
condiciones artificiales labilidad de las enzimas
DESAFIO TECNOLÓGICO
Producción comercial
1890
Christian Hansen
renina
aplicación 
industrial fuerte 
incremento 
segunda guerra 
mundial
década del 60 
producción de 
enzimas por 
fermentación con 
microorganismos
década del 60
primer proceso industrial 
enzimático: obtención de 
jarabe de glucosa a partir 
de almidón con alfa 
amilasa microbiana
Década de los 90
70% del mercado mundial
enzimas extraídas de plantas y órganos
http://www.novozymes.com/en
http://www.biocatalysts.com/
Actualmente
75 % del mercado
enzimas de origen microbiano
50% de las enzimas
comercializadas en la actualidad
algún tipo de modificación genética
Aplicaciones de Enzimas como Catalizadores en Procesos Industriales
aditivo para modificar 
alguna propiedad 
funcional de un 
producto
catalizador para fabricar un 
producto derivado de cierta 
materia prima
las condiciones en que actúa la 
enzima no están controladas o al 
menos no están especificadas 
para optimizar su actividad 
catalítica
las condiciones de 
proceso están 
establecidas de modo 
de maximizar la 
actividad catalítica de 
la enzima
uso de proteasas fúngicas en 
panificación
uso de amilasa y 
glucoamilasa en la 
producción de jarabes de 
glucosa a partir de almidón de 
papa o maíz
ENZIMA
P
a
n
i
f
i
c
a
c
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n
A
l
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m
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a
m
b
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e
n
t
a
l
Amilasas ���� ���� ���� ���� ����
Proteasas ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ����
Lipasas ���� ���� ���� ���� ����
Esterasas ���� ����
Celulasas ���� ���� ���� ���� ����
Glucanasa ���� ����
Xilanasas ���� ���� ���� ���� ����
Gluc isomerasas ����
Pectinasas ���� ���� ����
Lactasas ���� ���� ����
Acilasas ���� ����
Fitasas ����
Invertasa ���� ����
Aminoacilas ����
Gluc oxidadasas ���� ���� ����
Catalasas ����
Oxidorreductasas ���� ���� ���� ���� ���� ����
Luciferasa ����
PROCESO DE PRODUCCIÓN DE JARABES DE 
ALTO CONTENIDO DE FRUCTOSA A PARTIR DE 
ALMIDÓN 
Proceso de producción de jarabes de alto contenido de fructosa 
a partir de almidón
Licuación
Sacarificación
Isomerización
Proceso de producción de jarabes de alto contenido de fructosa 
a partir de almidón
Licuación
dos tipos de α amilasa utilizada:
amilasa de Bacillus amyloliquefaciens
amilasa de Bacillus licheniformis
Espectro de productos:
con α amilasa de B.
licheniformis
maltosa
maltotriosa
maltopentosa
con α amilasa de B.
amyloliquefaciens
maltohexosa
Proceso de producción de jarabes de alto contenido de fructosa 
a partir de almidón
Licuación
►Ambas enzimas requieren del ion Ca++ 
para su actividad y estabilidad
►El requerimiento de la amilasa de B. 
licheniformis es sustancialmente menor.
►Las α amilasas actúan sobre el almidón gelatinizado (temp 75 a 90°C)
►enzimas termoestables a las condiciones del proceso
► La amilasa de B. licheniformis (más termorresistente) tiene una 
temperatura óptima de 90°C
► La amilasa de B. amyloliquefaciens tiene una T óptima de 70°C
Proceso de producción de jarabes de alto contenido de fructosa 
a partir de almidón
Licuación ►Sistema de reacción actualmente utilizado:
Reactor Tubular Continuo (jet cooker)
► Se inyecta vapor a 100 - 110 °C.
►Se utiliza la amilasa de Bacillus licheniformis
frecuentemente 
se adiciona 
enzima fresca
Proceso de producción de jarabes de alto contenido de fructosa 
a partir de almidón
Licuación
►El uso de αααα amilasa inmovilizada es dificultoso dadas las 
características del sustrato, lo que ocasiona severas restricciones 
difusionales y problemas hidrodinámicos al sistema. 
►Previo a la segunda etapa de proceso, el almidón parcialmente 
hidrolizado (dextrina) se enfría y el pH de la solución se ajusta a un 
valor de 4,5.
►Los requerimientos de enzima no son muy 
elevados y el costo de la αααα amilasa es bajo
por lo que no incide fuertemente en el 
costo global del proceso. 
Proceso de producción de jarabes de alto contenido de fructosa 
a partir de almidón
Sacarificación ►Se lleva a cabo mediante la enzima 
glucoamilasa (amiloglucosidasa). 
►Enzimas obtenidas de Aspergillus 
niger y Rhizopus sp.
►Objetivo de la etapa: transformar la dextrina en glucosa
►La enzima actúa hidrolizando en forma exo los enlaces a 1-4 de la 
dextrina, liberando una molécula de glucosa
►Operación convencional en un reactor por lotes tipo tanque agitado
►Las condiciones de operación
pH: 4 a 4.5
Temperatura: 50 - 55 °C
Tiempos de reacción: entre 48 y 60 horas
Proceso de producción de jarabes de alto contenido de fructosa 
a partir de almidón
►glucoamilasa presenta baja actividad sobre enlaces a 1-6 de dextrina 
ramificada
►requiere de altas cargas enzimáticas o tiempos prolongados de 
incubación para lograr el grado de hidrólisis requerido.
►uso de la enzima pululanasa (enlaces α 1-6), acción a pH más alto, no 
óptimo para la acción de la glucoamilasa. 
►El preparado enzimático debe estar libre 
de transglucosilasa
(purificación de la enzima cruda / obtención 
de cepas transglucosilasa negativas)
Sacarificación
Proceso de producción de jarabes de alto contenido de fructosa 
a partir de almidón
►Tate & Lyle (www.tateandlyle.com) ha puesto en operación un proceso 
comercial con glucoamilasa inmovilizada en un gel de su propia proteína 
precipitada y entrecruzada con glutaraldehido. 
►Sistema continuo con glucoamilasa inmovilizada no ha logrado obtener 
los elevados grados de DE (97 a 98) deseables y obtenidos en el 
proceso convencional por lotes. 
DE (dextrosa equivalente)
grado de conversión de almidón en 
D- glucosa (dextrosa)
Sacarificación
Proceso de producción de jarabes de alto contenido de fructosa 
a partir de almidón
►Luego se lleva a una etapa de decoloración y desalación
►El pH se ajusta a los requerimientos de la tercera etapa. 
►El jarabe de glucosa tiene como tal un importante mercado en la 
industria alimentaria.► El jarabe de glucosa se concentra 
hasta aproximadamente 60° Brix
Sacarificación
Proceso de producción de jarabes de alto contenido de fructosa 
a partir de almidón
Isomerización
►El poder edulcorante de la fructosa es de 1.2 y 1.6 veces el de la 
sacarosa
►El poder edulcorante de la glucosa es de 0.6 a 0.7 veces el de la 
sacarosa. 
►La tercera etapa: 
isomerización enzimática del 
jarabe de glucosa a fructosa
Se lleva a cabo mediante la enzima glucosa isomerasa (xilosa isomerasa)
Proceso de producción de jarabes de alto contenido de fructosa 
a partir de almidón
Isomerización
►Proceso de relevancia comercial a partir de 1974
►glucosa isomerasa inmovilizada en DEAE-celulosa 
►Operación en modalidad por lotes 
►Actualmente todos los procesos desarrollados son continuos con 
enzima inmovilizada: amplia gama de catalizadores disponibles
► Aplicación industrial de la 
tecnología de inmovilización 
enzimática. 
Proceso de producción de jarabes de alto contenido de fructosa 
a partir de almidón
CATALIZADORES COMERCIALES DE GLUCOSA ISOMERASA
Fabricante Sistemas de Inmovilización
NOVO Células de Bacillus coagularía entrecruzada con glutaraldehido
ICI Células de Arthorobacter sp. floculadas y fijadas térmicamente
Gist-Brocades Células de Actinoplanes missouriensis atrapadas en gelatina y 
entrecruzada con glutaraldehido
Clinton Corn Enzima de Streptomycés sp. adsorbida en resinas de intercambio 
iónico
Miles Células de Flavobacterium sp, entrecruzadas y fijadas térmicamente
CPC Enzima de Streptomycés sp. en soportes cerámicos
Reynolds Tobaco Células de .Art/irobacfersp. fijadas térmicamente.
Baxter Labs Enzima de Streptomycés sp. en resinas de intercambio iónico
Sanmatsu Enzima adsorbida en resinas de intercambio iónico
Snam Progetti Células atrapadas en fibras de acetato de celulosa
Proceso de producción de jarabes de alto contenido de fructosa 
a partir de almidón
Isomerización
►Primeros catalizadores 
comerciales fabricados con 
enzimas extraídas de 
Streptomyces sp.
►Reactores continuos, de preferencia de lecho fijo
►Condiciones de operación:
Temperatura de 55 a 60°C
pH de 7.5 a 8 (acondicionamiento previo del jarabe de glucosa)
►La enzima es fuertemente inhibida por Ca++, lo que hace imprescindible 
una etapa de desionización del jarabe de glucosa previo a su 
isomerización
Proceso de producción de jarabes de alto contenido de fructosa 
a partir de almidón
Isomerización
►El punto de operación está desplazado del equilibrio
►jarabe con 42% de fructosa que posee igual poder edulcorante que un jarabe de 
igual peso de sacarosa
►utilizado como edulcorante en la industria de alimentos, principalmente bebidas 
de fantasía. 
►Algunas aplicaciones requieren jarabes de mayor contenido de fructosa como 
los empleados en bebidas de fantasía tipo "Cola“ con 55% de fructosa
►La reacción catalizada por glucosa 
isomerasa es completamente reversible
►En equilibrio se obtiene una mezcla 
equimolar de fructosa y glucosa
OXIDOREDUCTASAS:
PRODUCCIÓN QUIRALES A PARTIR DE 
PROQUIRALES 
Reacciones de oxido-reducción: transferencia de electrones
Dehidrogenasas
Oxidasas
Deaminasas
Catalasas
SH2 + ½ O2���� S +H2O
SH2 + NAD+ ���� S + NADH + H+
H2O2���� H2O + ½ O2
R-NH2 ���� NH3 (amonificación)
Ejemplo de aplicación : OXIDOREDUCTASAS 
OXIDOREDUCTASAS 
¿Por qué usarlas?
Desafío Tecnológico
Reacciones Redox
Proquiral ���� Quiral
Resolución química de mezclas racémicas (L-D)
50% rendimiento
¿por qué no partir de un proquiral?
Molécula orgánica que carece de centros quirales, pero tiene uno o más átomos de 
carbono unidos a dos sustituyentes idénticos y a dos sustituyentes diferentes. 
OXIDOREDUCTASAS 
Reacciones redox
Quiral
R-C-R´ + NAD(P)H + H+ ���� R-CH-R´ + NAD(P)+
O
= =
XH
Cetona Proquiral
O
Alcohol
Acido Hidrodroxílico
NH
Aminoácido
A B
CoEred CoEox
E1
A
C
B
CoEred
E2
D
CoEox
E1
Cofactores 
Retención del cofactor 
NADH2, NADPH2, FADH
derivatización
A
C
B
CoEred
E2
D
CoEox
E1
A
C
B
CoEred
E2
D
CoEox
E1
Regeneración del cofactor 
A
C
B
CoEred
E2
D
CoEox
E1
Regeneración del cofactor 
A
C
B
CoEred
E2
D
CoEox
E1
Ejemplo de Aplicación
Ejemplo Nº 1
(Wichmann and Wandrey, 2000; Wandrey, 
2004)
FDH: Formate dehydrogenase, 
LEUDH: Leucine dehydrogenase
Desafíos Tecnológicos
A
C
B
CoEred
E2
D
CoEox
E1
Producto de reacción asociada 
�
✔
✔
� Acetona
� [S] Acido 5-Oxohexanoico Etil Ester
� [P] Acido 5-Hidroxyhexanoico Etil Ester
Batch sin remoción de acetona
(Wandrey, 2004)
���� [S] Acido 5-Oxohexanoico Etil Ester ���� [P] Acido 5-Hidroxyhexanoico Etil Ester
���� [S] Acido 5-Oxohexanoico Etil Ester ���� [P] Acido 5-Hidroxyhexanoico Etil Ester
���� [S] ���� [P]
� Acetona
� [S] Acido 5-Oxohexanoico Etil Ester
� [P] Acido 5-Hidroxyhexanoico Etil Ester
(Wandrey, 2004)
���� [S] Acido 5-Oxohexanoico Etil Ester ���� [P] Acido 5-Hidroxyhexanoico Etil Ester
Batch con remoción de acetona
Desafíos Tecnológicos
A
C
B
CoEred
E2
D
CoEox
E1
• Condiciones de Operación
Compromiso
Óptimos pH y Tº
• Relación de eficiencias catalíticas de ambas
reacciones
(rxn limitante � dependencia cinética)
Enzimas Utilizadas 
E2E1 = E2E1 ≠ 
• Eficiencia catalítica dada por Vm/Km
• Igual concentración de enzima para la
reacción principal y de regeneración
de cofactor
Enzimas Utilizadas 
E2E1 = E2E1 ≠ 
Ejemplo de Aplicación (Bastos et al., 1999)
SULCATONA SULCATOL
ACETONA PROPANOL
NADPH NADP
TBADH
TBADH
SULCATONA SULCATOL
GLUCOLACTONA GLUCOSA
NADPH NADP
TBADH
GDH
SULCATONA SULCATOL
6PGLUCOLACTONA GLUCOSA 6-P
NADPH NADP
TBADH
G6PDH
Conversión 
100%
Conversión 
84%
Enzimas recombinantes
(Wandrey, 2004)
Perspectivas y Potencial
Reduction of methyl acetoacetate (MAA) with the recombinant Lactobaccillus alcohol
dehydrogenase highly overexpressed in Escherichia coli (recLbADH) to (R)-Methyl-3-
hydroxybutanoate (MHB). Cofactor regeneration is achieved with the same enzyme using
isopropanol as hydrogen source.
agente antibiótico 
que contiene un 
anillo β-lactámico 
en su estructura 
molecular
amplia clase de 
antibióticos 
derivados de la 
penicilina, 
cefalosporinas
previenen 
inactivación de 
los antibióticos 
b-lactámicos, 
uniéndose 
irreversiblemente 
a b-lactamasas, 
enzimas 
bacterianas 
(resistencia 
antibióticos)
manufactura de 
tetrahidrofurano 
(THF), resinas 
de polibutilen 
tereftalato 
(PBT), gama-
butirolactona, 
poliuretanos, 
fabricación de 
fibra spandex y 
plásticos
precursor de ácido 
g-hidroxibutírico, 
GHB usos 
terapéuticos en 
narcolepsia, 
insomnio, 
neuroprotector, 
droga psicotrópica 
sedante: rápida 
pérdida de 
consciencia (droga 
de violación)
solución 
oftálmica 
tratamiento 
de la presión 
intraocular 
elevada en 
pacientes con 
hipertensión 
ocular, 
glaucoma 
PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
BiodieselMetanol
Etanol
Propanol
Butanol
Transesterificación Enzimática
Transesterificación Química
Álcalis: NaOH, KOH, carbonatos 
Ácidos: sulfúrico, clorhídrico
Triacilglicerol acilhidrolasas EC 
3.1.1.3 (LIPASAS)
Biodiesel
Transesterificación Enzimática
Transesterificación Química
� Alto requerimiento energético
� Difícil recuperación de glicerol
� El catalizador alcalino debeser removido 
� Catalizadores químicos no son específicos
� No debe haber agua ni ácidos grasos libres 
� Reacciones de saponificación
� Aguas residuales alcalinas
desventajas
� Relativo bajo costo
ventajas
� costo de los biocatalizadores 
el principal problema que 
evita el escalamiento 
industrial 
desventajas
� No se producen reacciones de 
saponificación
� Se pueden utilizar ácidos grasos 
libres y triglicéridos como 
sustratos en un solo paso sin la 
necesidad de pretratamientos
ventajas
Esquema del proceso productivo de biodiesel por vía química.
Esquema del proceso productivo de biodiesel por vía enzimática
Esquema de la reacción Ping-Pong con efecto inhibitorio del alcohol.
A = alcohol
T = triglicéridos
E = enzima
W = agua
S = ácidos grasos
G = glicerol
P = FAMEs
Transesterificación Enzimática
Expresión matemática 
simplificada obtenida a 
partir de este mecanismo, 
considerando sólo el efecto 
inhibitorio de alcohol sobre 
la enzima y sin considerar 
la reversibilidad de las 
reaccionesv: Velocidad de reacción 
Vm: Velocidad máxima de reacción 
A: Concentración de alcohol 
S: Concentración de ácidos grasos 
KS: Constante de afinidad entre los ácidos grasos y la enzima 
KA: Constante de afinidad entre el alcohol y la enzima 
KIA: Constante de inhibición del alcohol sobre la enzima. 
Transesterificación Enzimática
Transesterificación Enzimática
PRODUCCIÓN DE 
LÍPIDOS ESTRUCTURADOS
Lípidos estructurados
Triacilglicérido 
de origen natural
Triacilglicérido 
estructuradoSe eliminan por separación / 
cristalización 
medio 
acuoso
medio 
orgánico
Ácidos grasos de interés
LIPASA 
sn1 – sn3
ESTEREOPECÍFICA
LIPASA 
sn1 – sn3
ESTEREOPECÍFICA
Betapol (Loders & Croklaan, Dinamarca)
�Triacilglicérido estructurado cuya estereoquímica es 
OPO, la misma estructura del triacilglicérido 
mayoritario en la leche humana.
Catálisis en fase heterogénea:
Enzimas Inmovilizadas
En numerosos casos, la utilización a escala
industrial de enzimas en su forma soluble
resulta poco rentable por el constante
consumo del catalizador, que eleva los costos
del proceso.
Debido a esto es que nace la estrategia de
inmovilización enzimática.
De forma general se entiende por 
inmovilización enzimática al proceso en el 
que la enzima se confina a una región 
definida para dar lugar a formas insolubles 
que retienen su actividad catalítica. Esto 
permite su reutilización puesto que se logra 
una mejora de su estabilidad, haciendo 
posible su empleo para muchas 
aplicaciones de producción industrial. 
Sin embargo la inmovilización de 
enzimas presenta también 
inconvenientes que es necesario tomar 
en cuanta si quiere pensar en una real 
aplicación industrial. 
El principal factor en contra es el precio 
que supone el soporte y el proceso de 
inmovilización, sumado al costo de la 
enzima. 
Enzimas en disolución
Inmovilización de enzimas
���� Posibilidad de reutilizar la enzima
���� Aumento de la estabilidad del 
preparado
rrrr Las enzimas son solubles en 
medio acuoso y no pueden 
reutilizarse
rrrr Estabilidad limitada
Ventajas
•Estabilización conformacional de la enzima, dónde la estructura
terciaria de la enzima adquiere mayor rigidez haciéndose más resistente
a la desactivación térmica o química.
•Reutilización de la enzima inmovilizada lo que aumenta la
productividad por unidad de enzima con respecto al uso de enzima
soluble.
•Permite el diseño de reactores enzimáticos de elevadas cargas de
enzima, así como también su operación en continuo.
•Obtención de productos con mayor pureza dado que el producto se
puede separar fácilmente del biocatalizador, eliminándose la etapa
posterior de inactivación de la enzima necesaria para las enzimas
solubles.
Inmovilización de Enzimas
Limitaciones
•Alteración de la conformación de la enzima respecto de su estado
nativo
•Posible pérdida de actividad de la enzima durante la inmovilización.
•Costo adicional dado por el soporte y el proceso de inmovilización.
•Restricciones difusionales dadas por el impedimento de la difusión de
los sustratos hacia el centro activo de la enzima.
Inmovilización de Enzimas
 InmovilizaciInmovilizacióón n 
EnzimasEnzimas
UniUnióón Qun Quíímicamica
UniUnióón a Soportesn a Soportes
AdsorciAdsorcióónn
RetenciRetencióón Fn Fíísicasica
CovalenteCovalente NoNo--CovalenteCovalente
Entrecruzamiento Entrecruzamiento 
MolecularMolecular
CLEAsCLEAs
InclusiInclusióón en n en 
MatricesMatrices
RetenciRetencióón por n por 
membranasmembranas
InmovilizaciInmovilizacióón n 
EnzimasEnzimas
UniUnióón Qun Quíímicamica
UniUnióón a Soportesn a Soportes
AdsorciAdsorcióónn
RetenciRetencióón Fn Fíísicasica
CovalenteCovalente NoNo--CovalenteCovalente
Entrecruzamiento Entrecruzamiento 
MolecularMolecular
CLEAsCLEAs
InclusiInclusióón en n en 
MatricesMatrices
RetenciRetencióón por n por 
membranasmembranas
Propiedades de las Enzimas Inmovilizadas
Las propiedades de las enzimas inmovilizadas difieren
de las de las enzimas en disolución debido a efectos 
del material soporte y a cambios conformacionales de 
la enzima
Inmovilización Efectos sobre la estabilidad
Efectos en las propiedades cinéticas
Efectos en la Estabilidad
� Estabilización conformacional de la enzima por uniones 
multipuntuales enzima-soporte
Mayor resistencia a 
desactivación térmica o química
� Alteración del microentorno de la enzima
Por ejemplo mayor estabilidad en medios
orgánicos sobre soportes hidrofílicos
 
ENZIMAENZIMAENZIMA SUSTRATOSUSTRATOSUSTRATO
SOLVENTESOLVENTESOLVENTE
AGUAAGUAAGUA
SOPORTESOPORTESOPORTE
ENZIMAENZIMAENZIMA SUSTRATOSUSTRATOSUSTRATO
SOLVENTESOLVENTESOLVENTE
AGUAAGUAAGUA
SOPORTESOPORTESOPORTE
Efectos sobre las propiedades cinéticas
[ ]
[ ]SK
Sv
v
M
max
+′
′
=
Los valores de KM y vmax
para las enzimas 
inmovilizadas son 
aparentes (K’M y v’max)
K´M suele ser mayor que KM
[S1]
[S2]
0 Distancia a la 
Superficie del soporte
1
[S]
[S]dis.
Capa de difusión Disolución
[S]superficie < [S]disolución
[S1]
[S2]
0 Distancia a la 
Superficie del soporte
1
[S]
[S]dis.
Capa de difusión Disolución
[S]superficie < [S]disolución
Restricciones 
difusionales externas
Restricciones 
difusionales internas
s
L
S0
Ss
S