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Polimerización enzimática

La polimerización enzimática es un área potencial en la investigación de polímeros , ya que proporciona una alternativa sostenible y adaptable a los procesos de polimerización convencionales . Su capacidad para fabricar polímeros con estructuras exactas en circunstancias suaves abre nuevas posibilidades para el diseño y aplicación de materiales, ayudando al progreso tanto de la investigación como de la industria. Es un método novedoso y sostenible para sintetizar polímeros que utiliza las propiedades catalíticas de las enzimas para iniciar y regular el proceso de polimerización . Funciona en circunstancias moderadas, normalmente a temperatura y presión ambiente, así como en entornos acuosos, a diferencia de las técnicas de polimerización química convencionales que frecuentemente requieren condiciones duras y reactivos nocivos. Este enfoque permite un control preciso sobre la estructura y funcionalidad de los polímeros y, al mismo tiempo, consume menos energía y tiene un menor impacto ambiental. [1] [2]

Esta técnica de polimerización tiene la considerable ventaja de ser compatible con recursos renovables . Muchos de los monómeros utilizados en estos procedimientos provienen de fuentes naturales, lo que se alinea con las ideas de química verde y sostenibilidad. [3] Esta alineación es especialmente crucial dadas las crecientes preocupaciones ambientales y la búsqueda de operaciones industriales más sostenibles. Las aplicaciones potenciales de los polímeros producidos mediante polimerización enzimática son enormes y abarcan los campos de la biomedicina , la ciencia de los materiales y la ingeniería ambiental . Por ejemplo, los polímeros biodegradables producidos mediante este método son muy útiles para aplicaciones médicas como sistemas de administración de fármacos , biosensores y estructuras de ingeniería de tejidos . Además, la polimerización enzimática abre posibilidades fascinantes para la producción de biomateriales innovadores con características adaptadas a aplicaciones industriales específicas. [4] [5] [6] [7]

Mecanismo de polimerización enzimática.

Mecanismo de reacción catalizada por enzimas.

La polimerización enzimática puede ocurrir de diversas formas, que incluyen:

Polimerización por condensación : enzimas como lipasas y proteasas catalizan la polimerización de monómeros en crecimiento escalonado mediante el establecimiento de enlaces éster, amida o peptídico, liberando moléculas diminutas como agua o alcohol como desechos. [8] [9]

Polimerización por adición : este método incluye procesos mediados por radicales, en los que enzimas como las peroxidasas inician la polimerización produciendo especies radicales que propagan la cadena polimérica. [10]

Polimerización por apertura de anillo : las enzimas ayudan a abrir los monómeros cíclicos para producir polímeros lineales, que es un proceso típico para sintetizar poliésteres y poliamidas. [11]

Tipos de enzimas utilizadas en la polimerización.

Las polimerasas, o enzimas polimerasas, pueden catalizar la síntesis de diferentes tipos de polímeros. Las enzimas clave involucradas incluyen: Las lipasas se utilizan en la síntesis de poliésteres y poliamidas; las lipasas aceleran los procesos de esterificación y transesterificación, que son necesarios para la formación de cadenas poliméricas. [12] [13] En la polimerización oxidativa, las peroxidasas ayudan en la polimerización de derivados fenólicos y anilina, lo que resulta en la producción de polímeros conductores. [14] Las glicosiltransferasas son necesarias para la formación de polisacáridos porque catalizan la transferencia de restos de azúcar para crear enlaces glicosídicos. [15] Las proteasas son enzimas que ayudan a crear enlaces peptídicos, lo que permite que los monómeros de aminoácidos se polimericen en poliamidas o proteínas. [dieciséis]

Referencias

  1. ^ Kobayashi, Shiro; Uyama, Hiroshi; Kimura, Shunsaku (1 de diciembre de 2001). "Polimerización enzimática". Reseñas químicas . 101 (12): 3793–3818. doi :10.1021/cr990121l. ISSN  0009-2665. PMID  11740921.
  2. ^ Kobayashi, Shiro; Shoda, Shin-ichiro; Uyama, Hiroshi (1995), "Pomerización y oligomerización enzimática", Polymer Synthesis/Polymer Engineering , vol. 121, Berlín/Heidelberg: Springer-Verlag, págs. 1–30, doi :10.1007/bfb0018577, ISBN 978-3-540-58733-0, recuperado el 6 de junio de 2024
  3. ^ Bruns, Nico; Loos, Katja (2019), "Prefacio", Polimerizaciones enzimáticas, Métodos en enzimología, vol. 627, Elsevier, págs. xv-xix, doi :10.1016/s0076-6879(19)30400-8, ISBN 978-0-12-817095-3, PMID  31630750 , consultado el 7 de junio de 2024
  4. ^ Orio, Saya; Yamamoto, Kazuya; Kadokawa, Jun-ichi (2017). "Preparación y aplicación de materiales de complejos de inclusión de polímero de amilosa mediante un enfoque de polimerización enzimática". Polímeros . 9 (12): 729. doi : 10.3390/polym9120729 . ISSN  2073-4360. PMC 6418592 . PMID  30966029. 
  5. ^ Miletić, Nemanja; Nastasović, Aleksandra; Loos, Katja (2012). "Inmovilización de biocatalizadores para polimerizaciones enzimáticas: posibilidades, ventajas, aplicaciones". Tecnología Bioambiental . 115 : 126-135. Código Bib : 2012BiTec.115..126M. doi :10.1016/j.biortech.2011.11.054. ISSN  0960-8524. PMID  22142507.
  6. ^ Figueiredo, Pedro; Almeida, Beatriz C.; Carvalho, Alexandra TP (17 de octubre de 2019). "Polimerización enzimática de copolímeros PCL-PEG para aplicaciones biomédicas". Fronteras en las biociencias moleculares . 6 : 109. doi : 10.3389/fmolb.2019.00109 . ISSN  2296-889X. PMC 6811512 . PMID  31681797. 
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  8. ^ Kobayashi, S. (2012), "Polimerización enzimática", Ciencia de los polímeros: una referencia completa , Elsevier, págs. 217-237, doi :10.1016/b978-0-444-53349-4.00137-0, ISBN 978-0-08-087862-1, recuperado el 6 de junio de 2024
  9. ^ Douka, Aliki; Vouyiouka, Stamatina; Papaspyridi, Lefki-Maria; Papaspiridas, Constantine D. (2018). "Una revisión sobre la polimerización enzimática para producir polímeros de policondensación: el caso de los poliésteres, poliamidas y poliesteramidas alifáticos". Progreso en la ciencia de los polímeros . 79 : 1–25. doi :10.1016/j.progpolymsci.2017.10.001. ISSN  0079-6700.
  10. ^ Romero-García, Jorge; Ledezma-Pérez, Antonio; Martínez-Cartagena, Manuel; Alvarado-Canché, Carmen; Jiménez-Cárdenas, Paola; De León, Arxel; Gallardo-Vega, Carlos (2019), "Pomerización por adición de radicales: síntesis enzimática sin plantilla de polímeros conjugados y su fabricación de nanoestructuras", Polimerizaciones enzimáticas, Methods in Enzymology, vol. 627, Elsevier, págs. 321–337, doi :10.1016/bs.mie.2019.08.009, ISBN 978-0-12-817095-3, PMID  31630746 , consultado el 6 de junio de 2024
  11. ^ Kobayashi, Shiro; Uyama, Hiroshi; Ohmae, Masashi (1 de abril de 2001). "Polimerización enzimática para síntesis de polímeros de precisión". Boletín de la Sociedad Química de Japón . 74 (4): 613–635. doi :10.1246/bcsj.74.613. ISSN  0009-2673.
  12. ^ Kobayashi, Shiro (15 de agosto de 1999). "Pomerización enzimática: un nuevo método de síntesis de polímeros". Journal of Polymer Science Parte A: Química de polímeros . 37 (16): 3041–3056. Código Bib : 1999JPoSA..37.3041K. doi :10.1002/(SICI)1099-0518(19990815)37:16<3041::AID-POLA1>3.0.CO;2-V. ISSN  0887-624X.
  13. ^ Maniar, Dina; Hohmann, Katharina F.; Jiang, Yi; Woortman, Albert JJ; van Dijken, Jur; Loos, Katja (28 de junio de 2018). "Polimerización enzimática de 2,5-furandicarboxilato de dimetilo y heteroátomos diaminas". ACS Omega . 3 (6): 7077–7085. doi :10.1021/acsomega.8b01106. ISSN  2470-1343. PMC 6150640 . PMID  30259005. 
  14. ^ Reihmann, Matías; Ritter, Helmut (2006), "Síntesis de polímeros de fenol utilizando peroxidasas", Síntesis de polímeros catalizada por enzimas , Avances en la ciencia de los polímeros, vol. 194, Berlín/Heidelberg: Springer-Verlag, págs. 1–49, doi :10.1007/12_034, ISBN 3-540-29212-8, recuperado el 7 de junio de 2024
  15. ^ Montilla, Antonia; Ruiz-Matute, Ana I.; Corzo, Nieves; Giacomini, Cecilia; Irazoqui, Gabriela (2013-10-16). "Generación enzimática de quitooligosacáridos a partir de quitosano utilizando glicosiltransferasa soluble e inmovilizada (Branchzyme)". Diario de la química agrícola y alimentaria . 61 (43): 10360–10367. doi :10.1021/jf403321r. hdl : 10261/99979 . ISSN  0021-8561. PMID  24090050.
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