Enzyme stability in systems of different molecular mobility. Impact of interactions with sugars and biopolymers and encapsulation

Autor: Santagapita, Patricio Román
Přispěvatelé: Buera, María del Pilar
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2010
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital (UBA-FCEN)
Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
instacron:UBA-FCEN
Popis: El objetivo del presente trabajo fue analizar la estabilidad enzimática en medios de distinta movilidad molecular y las interacciones intermoleculares específicas que la favorecen. Se estudió el efecto de azúcares (trehalosa), sales y biopolímeros modificados con β-ciclodextrinas (CD) sobre las propiedades fisicoquímicas de la matriz y sobre la actividad enzimática. Se analizó también el uso de un dendrímero basado en polietilenglicol funcionalizado con CD como excipiente de matrices continuas, y se estudió la influencia de la confinación en cápsulas de polielectrolitos sobre la estabilidad enzimática y su liberación. Las enzimas utilizadas como sistemas modelo (lactasa, catalasa e invertasa) son de importancia biotecnológica. La estabilidad enzimática se analizó en distintas condiciones de humedad y temperatura de almacenamiento, en relación con la temperatura de transición vítrea y el estado físicoquímico de la matriz. La presencia de electrolitos afectó la cinética de varios fenómenos de relajación en los sistemas de trehalosa. El retraso de la cristalización de trehalosa con sales debe realizarse con mucha precaución ya que una vez que ésta cristaliza, la enzima permanece en un medio amorfo enriquecido en sales, lo que lleva a la pérdida de su actividad. Los estudios realizados mostraron cómo combinaciones covalentes relativamente simples de biopolímeros con CD pueden afectar significativamente sus propiedades y permitieron profundizar acerca del papel que juegan interacciones específicas biopolímero-enzima sobre la estabilidad enzimática en modelos deshidratados. Estas interacciones involucrarían uniones tanto de tipo electrostáticas como hidrofóbicas, siendo el efecto sobre la estabilización influenciado también por el estado físico de la matriz. Las cápsulas de polielectrolitos representaron una alternativa interesante para la conservación enzimática, especialmente mediante su deshidratación con la adición de trehalosa. Además, mediante cambios en el pH, en la composición, y el grado de hidratación es posible controlar la liberación de la enzima. Los resultados de esta tesis pueden contribuir a la selección de excipientes para la formulación de medios de preservación, que son valiosos para varias aplicaciones tecnológicas, y además para recomendar condiciones propicias para obtener comportamientos óptimos en sistemas complejos. The objective of present work was to analyze the stability of enzymes as a function of the molecular mobility and specific intermolecular interaction. The effect of sugars (trehalose), salts and biopolymers modified with β-cyclodextrins (CD) was analyzed over the enzymatic activity and over the physico-chemical properties of the medium in which they are immersed. A dendrimer based on polyethylenglycol and later functionalized with CD was tested as excipient in continuos matrices. The influence of the enzyme encapsulation in polyelectrolyte capsules was studied over the enzyme stability and its release. Enzymes of biotechnological interest were used as model systems (lactase, catalase and invertase). Enzyme stability was analyzed under different conditions of humidity and temperature of storage, in relation to the glass transition temperature and the physico-chemical state of the matrix. The kinetics of relaxation phenomena of trehalose systems were affected by the presence of electrolytes. The delay of trehalose crystallization must be carefully conducted, since when trehalose crystallizes, a concentration of the salt in the amorphous matrix unstabilized the enzyme. The results showed how a relatively simple covalent combination of biopolymers with CD can significantly affect their properties and provide further insights about the role played by specific interactions biopolymer-enzyme on enzyme stability in dehydrated models. These interactions would involve both electrostatic and hydrophobic bonds, being the effect on the stabilization also influenced by the physical state of the matrix. Polyelectrolyte capsules also represented an interesting alternative to enzyme conservation, especially through its dehydration with trehalose. Besides, it is possible to control enzyme release changing pH of the release medium, capsule composition and its hydration degree. The results of the present thesis contribute to select adequate materials to generate preservation media, which are valuable for many technological applications and for recommending adequate conditions to obtain optimum behaviour in complex systems. Fil: Santagapita, Patricio Román. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.
Databáze: OpenAIRE
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