Trabalho de engenharia bioquimica

AntibiticosUniversidade de So Joo del ReiEngenharia Bioqumica Junho/20151Professora: Marilia Gonalves MagalhesAna Paula Resende Eduardo BonettiRaissa Fernanda Soares CostaRicardo da Silva CoelhoRichard Santiago1SumarioIntroduoGrupos microbianos que produzem antibiticosClassificaoAplicaoAntibiticos -LactmicosEstrutura qumicaProduoMeio de cultivoCondies de fermentaoCintica de produoProcesso de separao/purificaoConclusoReferncias bibliogrficas

2IntroduoSo substncias produzidas pelos microrganismo, com capacidade de inibir o crescimento e at de destruir outros microrganismos mediante a ao de quantidades muito pequenasSo produtos do metabolismo secundrio de microrganismoExemplos de antibitico: penicilina, estreptocina e seus derivados, diidroestreptomicina, Ilotycin (eritromicina) e outros3

Figura 1: Ilustrao de Antibiticos3IntroduoPenicilina, Alexander Fleming1929Importncia na Segunda Guerra Mundial4

Figura 2: Alexander Fleming e a PenicilinaGrupos microbianos que produzem antibiticosBactriasActinomicetosFungos5Grupo taxonmicoNmero de AntibiticosBactrias diferentes de actinomicetos950Actinomicetos4600Fungos1600Tabela 1 : Nmero de Antibiticos produzidos pelo seus principais gruposClassificaoPode ser classificados de acordo com:Mecanismo de aoCepa produtoraForma de biossntesesEstrutura qumica Espectro antimicrobiano6Aplicaes

Agentes teraputicos/QuimioterapiaAntibiticos de amplo espectroAntibiticos de espectro reduzidoAntibiticos antitumoraisContra doenas de plantasPreservantes dos alimentosEstimuladores de crescimento animal e na medicina veterinriaFerramenta na bioqumica e na biologia molecular7Antibiticos -LactmicosOs antibiticos -lactmicos podem se dividir em cinco classes 8Figura 3: Classe de antibiticos -lactmicos Antibiticos -LactmicosAs penicilinas e cefalosporinas pertencem aos mais eficazes de todos os agentes teraputicos para controle das enfermidades;Desenvolvimento de substncias -Lactmicas semi-sintticas baseadas nos anis -Lactmicos;Nos ltimos anos tm sido desenvolvidos sistemas de anis -Lactmicos novos utilizando mtodos modernos;9

Figura 4: Exemplos de anis -lactmicos Antibiticos -Lactmicos

10Figura 5: Estruturas bsicas dos antibiticos -lactmicos Produo de PenicilinaAs penicilinas naturais so eficazes contra numerosas bactrias gram-positivas;Devido a sua baixa toxicidade, podem ser utilizadas grandes doses de penicilina,somente (0,5-2%) de pacientes desenvolvem alergia;Os antibiticos -lactmicos so inibidores especficos da sntese da parede celular bacteriana (peptidoglicano);

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Figura 6: Stios de ao -lactmicos Figura 7: Lise da clula por ao de antibiticosEstrutura QumicaA estrutura bsica da penicilina o cido 6-aminopenicilmico (6-APA);

Anel -lactmico fundido a um anel tiazolidnico.;Grupo carboxlico na posio 3;Parte varivel acilada na posio 6;

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Figura 8: Estrutura Bsica da PenicilinaEstrutura QumicaSe a fermentao da penicilina conduzida sem adio de precursores da cadeia lateral, produzem-se as penicilinas naturais;Somente a Benzil penicilina til terapeuticamente;13

Figura 9: Estrutura das Penicilinas NaturasEstrutura QumicaA fermentao pode ser melhor controlada , adicionando um precursor de cadeia lateral, de forma que produza somente uma penicilina desejada;Penicilinas biossintticas;Nos processos comerciais, somente a penicilina G e a penicilina V tm sido produzidas;14

Figura 9: Estrutura das Penicilinas BiossintticasEstrutura QumicaPara produzir penicilinas semi-sintticas a penicilina G hidrolisada qumica ou enzimaticamente para formar a 6-APA, que reciclado quimicamente para produzir outro derivado da penicilina.15

Figura 10: Mecanismos de formao da PenicilinaEstrutura Qumica

16Figura 11: Estruturas de Penicilinas semi-sintticasEstrutura Qumica38% das penicilinas produzidas comercialmente so utilizadas na medicina humana;12% medicina veterinria;43% como matria prima para produo de penicilinas semi-sintticas;17

Figura 12: Penicilina ComercialFluxograma da Produo da Penicilina

18Figura 13: Fluxograma da Produo da PenicilinaPreparao do Inculo19

Figura 14: Fungo PeniciliniumMeio de CultivoFontes de nitrognio : gua de milho, melao, gorduras animais.Fonte de nitrognio adicional: farinha de soja, extrato de levedura ou soro de leiteFontes de carbono: Lactose, glicose; Vrios Tampes; Esterilizao: aquecimento mido a alta presso

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Figura 14: Componentes do MostoCondies de FermentaoO precursor adicionado continuamente cido fenil cetico (Penicilina G) cido fenoxiactico (Penicilina V)Faixa de Temperatura: 25 a 27CpH mantido constante a 6,5; Processo aerbioFermentao SubmersaProcesso descontnuo alimentado ou batelada alimentada

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Figura 15: Exemplo de Fermentadores Condies de Fermentao22

Figura 16: Fermentadores Industriais para a produo da PeniculinaCintica de Produo3 principais etapas: CondensaoConverso por oxidao ( formao de um anel bicclico) Remoo

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Figura 17: Biossntese da PenicilinaCintica de Produo24

Primeira etapa

Condensao de 3 aminocidos

Figura 18: Biossntese24Cintica de Produo25

Segunda Etapa:Converso oxidao

Figura 18: Biossntese da penicilina GCintica de ProduoTerceira Etapa:Remoo

Figura 18: biossntese da penicilina G26Cintica de Produo

Produo de penicilina aps a estabilizao do crescimento celularOxignio dissolvido (fator crtico)27Figura 19: Fermentao da Penicilina por Penicillium ChysogeniumProcesso de separao/purificao28OBS.: A penicilina excretada no meio de cultivo e menos de 1% permanece unida ao miclio. A purificao envolve as etapas:

FILTRAO ou CENTRIFUGAO: separao do miclio (clulas);SISTEMA DE EXTRAO: separao do antibitico em fase aquosa;CRISTALIZAO: concentrao do antibitico.Processo de separao/purificaoBiomolcula pequena que pode ser extradas diretamente do mosto fermentativo em uma fase orgnica lquida imiscvel.29VANTAGENS DA EXTRAO EM BIOPROCESSOS i. Extrao por solvente geralmente mais barata que separao por membrana ou por cromatografia; ii. Permite operao contnua; iii. reprodutvel em larga escala.Extrao da penicilinaA penicilina um antibitico extrado via metil-isobutil-cetona (MIBK)Extrao contnua em contracorrente do caldo de fermentao com MIBK.T.: 0 C 30 CpH: 2,5 3,0. Rendimento prximo de 90%. 302 Clarificao1 Extrao

Figura 20: Extrator contnuo de PodebielniakConcentrao da penicilinaCRISTALIZAO: concentra o antibitico e reduz o volume do processo sem fazer uso de solvents caros e/ou membranas;

Facilita a separao;

Cristais de alta pureza (99,9%);

Em larga escala a etapa de polimento para antibiticos, inibidores enzimticos e algumas protenas.31

Figura 21: Cristalizador evaporativo tipo OsloConcentrao da penicilinaMECANISMOS:

Ajuste do pH: ponto isoeltrico (reduz a solubilidade);Reduo da temperature;Adio de sais, polmeros no inicos ou solvents orgnicos.

32CRISTALIZAO DA PENICILINA G:

+ Adio de 4 volumes de n-butanol; - Azetropo (gua+butanol) destilado a baixas temperatura e presso;= Humidade inferior a 1%;

SEPARAO DOS CRISTAIS:

Filtrao;Lavagem com butanol;Secagem (microondas);Estocados.

ConclusesProduto de elevada importncia econmica e social;Para aumento da eficincia do processo, deve-se atentar para o: TEOR DE OXIGNIO DISPONVEL (agitao), pH TEMPERATURA controlados, durante todas as etapas de produo.

33BibliografiaLIMA, U. A. Biotecnologia Industrial.V. 3. So Paulo, 2001.Produo e purificao de penicilina G acilase. Disponvel em : http://www.bv.fapesp.br/pt/publicacao/1109/producao-e-purificacao-de-penicilina-g-acilase/ . Acesso em 13/06/2015.GODOY, D. Processos Bioqumicos. Disponvel em: http://www.fat.uerj.br/intranet/disciplinas/Processos%20Bioquimicos/P3/Antibi%F3ticos.pdf. Acesso em 14/06/2015.Produo de Antibiticos. https://erikalizfarma.files.wordpress.com/2011/02/aula-10-produc3a7c3a3o-deantibic3b3ticos.pdf . Acesso em 14/06/2015.SEADER, J.D.; HENLEY, E.J.; ROPER, D. K. Separation Process Principles: Chemical and Biochemical Operations. 3rd. ed.Menezes, J.C.; Alves, T.P.; Cardoso, J.P. Biotecnologia Microbiana: A Produo de Penicilina, cap. 12, 15 pp. in Biotecnologia: Fundamentos e Aplicaes, N. Lima e M. Mota (eds.), DIFEL, 2000.

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