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Stability of hydrolase enzymes in ionic liquids

Authors

  • F. J. Hernández-Fernández,

    1. Department of Chemical and Environmental Engineering, Technical University of Cartagena, Campus La Muralla, C/Doctor Fleming S/N, Cartagena, E-30202 Murcia, Spain
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  • A. P. de los Ríos,

    Corresponding author
    1. Department of Chemical and Environmental Engineering, Technical University of Cartagena, Campus La Muralla, C/Doctor Fleming S/N, Cartagena, E-30202 Murcia, Spain
    • Department of Chemical and Environmental Engineering, Technical University of Cartagena, Campus La Muralla, C/Doctor Fleming S/N, Cartagena, E-30202 Murcia, Spain.
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  • F. Tomás-Alonso,

    1. Faculty of Chemistry, Department of Chemical Engineering, University of Murcia, P.O. Box 4021, Campus de Espinardo, E-30100 Murcia, Spain
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  • D. Gómez,

    1. Faculty of Chemistry, Department of Chemical Engineering, University of Murcia, P.O. Box 4021, Campus de Espinardo, E-30100 Murcia, Spain
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  • G. Víllora

    1. Faculty of Chemistry, Department of Chemical Engineering, University of Murcia, P.O. Box 4021, Campus de Espinardo, E-30100 Murcia, Spain
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Abstract

In this work we attempted to evaluate the stability of penicillin G acylase (PGA) from Escherichia coli in their native form and free Candida antarctica lipase B (CaLB) in ionic liquids (ILs) at low water content. The hydrolysis of penicillin G to 6-aminopenicillanic acid (6-APA), and phenyl acetic acid (PAA) catalysed by PGA and the synthesis of butyl butyrate from vinyl butyrate and 1-butanol catalysed by CaLB were chosen as activity tests. The influence of these new solvents on enzyme stability was studied by incubating the enzyme (PGA or CaLB) in ILs based on dialkylimidazolium cations associated with perfluorinated and dicyanamide anions at a given temperature. Stability studies indicate that CaLB and PGA exhibited greater stability in water-immiscible ILs than in water-miscible ILs. Specifically, native PGA shows greater stability in IL media than in organic solvents. For example, a half-life time of 23 h was obtained in 1-ethyl-3-methylimidazolium bis{(trifluoromethyl)sulfonyl}imide, equation image, which was about 2000-fold higher than that in 2-propanol. The higher half-life time of CaLB was observed in equation image (t1/2 = 84 h).

Abstract

Les présents travaux visent à évaluer la stabilité de l'acylase de pénicilline G (APG) d'Escherichia coli dans sa forme native et de la lipase B de Candida antarctica (LBCa) dans des liquides ioniques à faible teneur en eau. L'hydrolyse de la pénicilline G menant à l'apparition d'acide aminopénicillanique 6 (AAP-6) et d'acide phénylacétique (APA) catalysée par APG et la synthèse de butyrate de butyle à partir de butyrate de vinyle et d'alcool butylique en utilisant la LBCa comme catalyseur sont les essais qui ont été choisis. L'effet de ces nouveaux solvants sur la stabilité de l'enzyme a été étudié en incubant l'enzyme en question (APG ou LBCa) dans des liquides ioniques contenant des cations de dialkylimidazolium associés à des anions perfluorés et du dicyanamide, à une température donnée. Les études portant sur la stabilité indiquent que la LBCa et l'APG possèdent une stabilité dans les liquides ioniques immiscibles avec l'eau supérieure à leur stabilité dans les liquides ionique miscibles avec l'eau. Plus précisément, l'acylase de pénicilline G native possède une stabilité dans les milieux LI supérieure à sa stabilité dans les solvants organiques. Par exemple, on a obtenu une demi-vie de 23 dans le 1-éthyl-3-méthylimidazolium bis{(trifluoromethyl)sulfonyl}imide, [emim+][NTf2−], ce qui est approximativement 2000 fois plus élevé que sa stabilité dans l'isopropanol. La demi-vie la plus longue de la LBCa a été observée dans le [omim+][PF6−] (t 1/2 = 84 h).

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