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  • The effect of thermodynamic properties of solvent mixtures explains the difference between methanol and ethanol in C.antarctica lipase B catalyzed alcoholysis.

The effect of thermodynamic properties of solvent mixtures explains the difference between methanol and ethanol in C.antarctica lipase B catalyzed alcoholysis.

Journal of biotechnology (2015-09-02)
Francesco Sasso, Tobias Kulschewski, Francesco Secundo, Marina Lotti, Jürgen Pleiss
RESUMEN

Kinetic modelling, molecular modelling, and experimental determination of the initial reaction velocity of lipase-catalyzed alcoholysis were combined to study the effect of the alcohol substrate to catalytic activity. The model system consisted of methanol or ethanol at varying concentrations, vinyl acetate as ester substrate 15.2% (v/v), toluene as organic solvent, water at a controlled thermodynamic activity of 0.09, and C. antarctica lipase B as enzyme. For both alcohol substrates, the initial reaction velocity increased sharply at low concentrations and reached a maximum at 0.7% (v/v) for methanol and 2% (v/v) for ethanol. For higher concentrations, the reaction rate decreased to a level of 74% and 60% of the peak value, respectively, due to substrate inhibition. The concentration dependency was described by a kinetic model, including a ping-pong bi-bi mechanism and competitive inhibition by the alcohol, and confirmed previous observations that methanol is more efficiently inhibiting the enzyme than ethanol. However, if the initial reaction velocity was expressed in terms of thermodynamic activity of the two alcohol substrates, the maximum of initial reaction velocity was similar for methanol (a MeOH(max)=0.19) and ethanol (a EtOH(max)=0.21). This was confirmed by molecular modelling which resulted in similar KM (0.22 and 0.19) and Ki values (0.44 and 0.49) for methanol and ethanol, respectively, if expressed in thermodynamic activities. Thus, the experimentally observed difference between methanol and ethanol is not due to differences in interaction with the enzyme but is a consequence of the thermodynamics of the substrate-solvent mixture. For low concentrations in toluene, the activity coefficient of methanol is 40% higher than the activity coefficient of ethanol (γ MeOH=8.5, γ EtOH=6.1).

MATERIALES
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Descripción del producto

Sigma-Aldrich
Alcohol etílico puro, 190 proof, for molecular biology
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Sigma-Aldrich
Metanol, ACS reagent, ≥99.8%
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Sigma-Aldrich
Alcohol etílico puro, 200 proof, ACS reagent, ≥99.5%
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Sigma-Aldrich
Acetato de etilo, ACS reagent, ≥99.5%
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Sigma-Aldrich
Alcohol etílico puro, 200 proof, HPLC/spectrophotometric grade
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Sigma-Aldrich
Tolueno, ACS reagent, ≥99.5%
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Sigma-Aldrich
Cloruro de litio, ACS reagent, ≥99%
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Sigma-Aldrich
Alcohol etílico puro, 200 proof, meets USP testing specifications
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Precio
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Sigma-Aldrich
Alcohol etílico puro, 190 proof, for molecular biology
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Sigma-Aldrich
Metanol, puriss. p.a., ACS reagent, reag. ISO, reag. Ph. Eur., ≥99.8% (GC)
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Sigma-Aldrich
Tolueno, puriss. p.a., ACS reagent, reag. ISO, reag. Ph. Eur., ≥99.7% (GC)
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Sigma-Aldrich
Metanol, Laboratory Reagent, ≥99.6%
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Sigma-Aldrich
Cloruro de litio, anhydrous, free-flowing, Redi-Dri, ReagentPlus®, 99%
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Sigma-Aldrich
Acetato de etilo, puriss. p.a., ACS reagent, reag. ISO, reag. Ph. Eur., ≥99.5% (GC)
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Sigma-Aldrich
Etanol, ACS reagent, prima fine spirit, without additive, F15 o1
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Sigma-Aldrich
Vinyl acetate, contains 3-20 ppm hydroquinone as inhibitor, ≥99%
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Sigma-Aldrich
Cloruro de litio, anhydrous, free-flowing, Redi-Dri, ACS reagent, ≥99%
Número de referencia del producto (SKU)
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Sigma-Aldrich
Cloruro de litio, for molecular biology, ≥99%
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Sigma-Aldrich
Cloruro de litio, ReagentPlus®, 99%
Número de referencia del producto (SKU)
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Sigma-Aldrich
Metanol, ACS spectrophotometric grade, ≥99.9%
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Sigma-Aldrich
Cloruro de litio, powder, ≥99.98% trace metals basis
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Sigma-Aldrich
Lithium chloride solution, 8 M, for molecular biology, ≥99%
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Sigma-Aldrich
Metanol, ACS reagent, ≥99.8%
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Sigma-Aldrich
Metanol, BioReagent, ≥99.93%
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Sigma-Aldrich
Metanol, Absolute - Acetone free
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Supelco
Vinyl acetate, analytical standard
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Sigma-Aldrich
Metanol, JIS special grade, ≥99.8%
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Cantidad
Sigma-Aldrich
Tolueno, ACS reagent, ≥99.5%
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Sigma-Aldrich
Tolueno, Laboratory Reagent, ≥99.3%
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Sigma-Aldrich
Alcohol etílico puro, 190 proof, ACS spectrophotometric grade, 95.0%
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Cantidad