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Líquidos iónicos
y su toxicidad en la actividad enzimática
ACXEL
ANRES AVILA HERRERA
209115004
TERORIAS
FISICAS II
Docente
encargado
Carlos
Hernán valencia guzmán
Correo
institucional
Universidad
pedagógica nacional
Bogotá
D.C
Correo
personal
Correo
institucional
Hasta
hace unos años, la industria química no incluía en sus planes el uso de
sistemas biológicos, sin embargo, los graves problemas ambientales que
comenzaron a aparecer promovieron la búsqueda de alternativas limpias a las
metodologías clásicas. Así, los procesos que involucran biocatálisis comenzaron
a jugar un importante rol no sólo por la biodegradabilidad de los
biocatalizadores, sino porque se gasta menos energía, se producen pocos
productos secundarios y residuos de menor toxicidad. No siempre es simple
explicar qué es la biocatálisis desde ese punto: qué cosa es. Quizás sea más
fácil comprender el alcance e implicancias que tiene al tener en cuenta que sin
biocatálisis -el uso de catalizadores naturales en procesos químicos– cosas tan
básicas como la cerveza y el queso no existirían. Pero la biocatálisis cobra
vital importancia y acrecienta su valor en la investigación, desarrollo y
producción de principios activos farmacéuticos, productos químicos, soluciones
ambientales e inclusive en la industria cosmética. Los biocatalizadores son
parte integrante de muchas aplicaciones biotecnológicas, aunque no parezca que
lo son.
Desde
los tiempos en que los antiguos chinos y japoneses fabricaban bebidas
alcohólicas y alimentos derivados de la soja hasta llegar al siglo XIX, no hubo
grandes avances. En el año 400 a.c. se describe en la Ilíada de Homero la
producción de queso agitando la leche con un palo proveniente de una higuera
(mediante esta acción se libera una proteasa, Ficina, que coagula la leche). La
leche se almacenaba en bolsas hechas con estómagos de terneras recién
sacrificadas, y se convertía en una sustancia semisólida, cuya compresión
originaba un material más seco y más conveniente de almacenar: el queso. En
1814 se demostró que una infusión de avena era capaz de producir un azúcar
fermentable a partir de la leche. Gay-Loussac postuló para ese entonces una de
las teorías más aceptadas, que incluía la formación espontánea de organismos:
la "GeneratioSpontanea". Pero su reinado fue bastante corto, ya que
en 1862, Pasteur dio por tierra con todas las hipótesis demostrando que las
fermentaciones siempre dependían de una inoculación de microorganismos.
Paralelamente, Wagner describió en 1857 dos tipos de fermentos distintos, uno
formado por cuerpos organizados (claramente vivos) y otro no organizado de
composición proteica, "tal como en un cuerpo en descomposición". Y
fue Kühneen 1878 quien denominó a este segundo grupo de fermentos: enzimas.
Aunque
no parezca del todo creíble este proceso de estudio respecto a la oxidación o reducción
de iones y aniones en reacción. Son fundamentales entenderlas ya que podríamos comprender
por ejemplo: Como una bebida cambia su composición, si se hace referencia a algún
tipo de vino entenderíamos que este una
vez reacciona con el oxígeno tiende a oxidar por reducción un ion que va a
permitir que su fermentación siga siendo duradera y su estado no cambie a ácido
acético. En este caso el ion que se oxida y nos permite mantener por más tiempo
el proceso de fermentación del vino es el ion sulfito SO3 con 2 cargas negativas el cual se
oxida por medio de un proceso reductor a ion sulfato. So4 con 2 cargas
negativas. Este proceso asegura la durabilidad del producto.
El
86 % de la energía y el 96% de los químicos orgánicos que se consumen derivan
de los recursos fósiles: carbón, petróleo y gas natural. El objetivo
fundamental de este trabajo es realizar una revisión del uso de los líquidos iónicos
en los procesos llevados a cabo en las biorrefinerias.
Para
comenzar se ha procedido a revisar la literatura disponible concerniente a los recursos
biomasicos y las biorrefinerias.
La
biomasa constituye una materia prima barata y renovable que se encuentra
disponible a escala global. Este incluye cualquier materia orgánica disponible
de forma recurrente, como cultivos y arboles energéticos, cultivos alimenticios
y los residuos de los mismos, plantas acuáticas, desperdicios de animales, y
otros materiales residuales. Los principales componentes de la biomasa
comprenden 5 categorías principales: almidón, celulosa, hemicelulosa, lignina y
aceites. Igualmente, existen otros componentes que se encuentran en menor
cantidad, denominados metabolitos secundarios.
Imagen
tomada de: 2.1.
Concepto de biocatálisis (juntadeandalucia.es)
Imagen tomada de: 2.1.
Concepto de biocatálisis (juntadeandalucia.es)
La
solución acuosa como entorno tradicional de proteínas y enzimas El agua se
considera a menudo como el mejor disolvente para las reacciones enzimáticas. Las
interacciones entre una molécula de enzima y el agua circundante (hidratación)
son de importancia crucial para la catálisis enzimática. El agua actúa
como lubricante o plastificante que permite que las enzimas exhiban la
movilidad conformacional requerida para una catálisis óptima. Por ejemplo, Las
interacciones hidrofóbicas que resultan de la estructura peculiar del agua
cerca de los aminoácidos hidrofóbicos brindan estabilidad termodinámica para
cumplir con sus usos extensivos en las industrias de detergentes y lácteos
(Sawant y Nagendran, 2014). El segundo grupo más grande de enzimas
industriales son varias carbohidrasas, principalmente amilasas y celulasas
aplicadas en las industrias del almidón, textiles, detergentes y panificación
(Contesini et al., 2013; Sundarram y Murthy, 2014). Durante las últimas décadas,
el empleo de biocatalizadores para síntesis orgánica se ha convertido en una
alternativa cada vez más atractiva a los enfoques químicos convencionales. Los
biocatalizadores funcionan en condiciones suaves y minimizan las reacciones
secundarias no deseadas, como la descomposición, la isomerización, la
racemización y el reordenamiento. Aunque el agua se conoce como el medio
convencional para las reacciones enzimáticas y las enzimas requieren un cierto
nivel de agua en sus estructuras para mantener la conformación natural, las
aplicaciones de las enzimas en la síntesis orgánica están restringidas por
algunas desventajas, como la limitada solubilidad en agua de los sustratos
orgánicos (Carrea y Riva, 2002; Stepankova et al., 2013). Se establecieron
varios métodos para aumentar la solubilidad de compuestos orgánicos en
reacciones orgánicas catalizadas por enzimas, como el uso de tensioactivos,
sustitución y derivatización. Algunos enfoques basados en disolventes
orgánicos se adoptaron ampliamente para aumentar la solubilidad de sustratos
lipofílicos, incluido el uso de una mezcla de agua y disolventes orgánicos
miscibles en agua, y los sistemas bifásicos consisten en agua y disolventes
orgánicos inmiscibles en agua. Sin emabargo, La mayor parte del
mercado de solventes en la industria genera preocupaciones ambientales y de
salud debido a su toxicidad relacionada con la hidrofobicidad, expresada por el
logaritmo del coeficiente de partición del solvente en octanol y agua (Tabla 1)
(Leo et al., 1975; Laane et al. al., 1987; Quijano et al., 2011). Por
tanto, el desarrollo de tecnologías verdes dedicadas al diseño de líquidos
iónicos como una alternativa prometedora.
Pensar
en cuidar y desarrollar energías naturales que remplacen la función de
combustibles fósiles y reduzcan la cantidad de contaminación, ayudara a futuras
generaciones a vivir mucho más tiempo y además desarrollarse en un ambiente
seguro y libre de residuos tóxicos.
La
mejor forma de desarrollar este tipo de estudios y habilidades sin tener que contaminar
ni deteriorar nuestro medio natural se encuentra en la virtualidad. Aunque para
nuestro tiempo esta idea está muy desarrollada, es importante tenerla muy presente
ya que los laboratorios virtuales son los que permitirán realizar prácticas y
adquirir conocimientos sin gastar material innecesario y generar contaminación no
deseada.
Los
artículos consultados completaron la información necesaria para dar a entender
al lector lo riesgoso que puede ser para nuestro ambiente y especies no realizar
cambios en el modo de aprendizaje, ya que debe ser teórico, practica virtual, practica
real.
