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UTILIZAÇÃO DE ENZIMAS: DO COTIDIANO À INDÚSTRIA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ – UFPR

SETOR DE CIÊNCIAS EXATAS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA – PPGQ

Orientadora: Prof.ª Dr.ª Nadia Krieger

Doutorando: Glêydison Amarante Soares

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Trajetória

UESB

Licenciatura em Química

(2010-2015)

• Iniciação científica (2010-2013);

UESC

Mestrado

(2016-2018)

• Estágio UFPR (out/2017 – jan/2018).

Doutorado

(2019)

• Estágio (2011);

• Professor/Monitor – cursinho (2012);

• Iniciação à docência (PIBID, 2013-2014).

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Fonte: https://www.compraunilever.com.br/cuidados-com-a-roupa-e-casa/cuidados-com-a-roupa/sabao/detergente-em-po-omo-multiacao-1kg_1799120

Produtos comerciais

Tensoativo aniônico

Tamponantes

Corantes

Enzimas

Branqueador óptico

Água

Produtos de limpeza: + de 40% da produção de enzimas

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Fonte: https://www.compraunilever.com.br/cuidados-com-a-roupa-e-casa/cuidados-com-a-roupa/sabao/detergente-em-po-omo-multiacao-1kg_1799120

Produtos comerciais

Proteases

Celulases

Amilases

Lipases

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RESEARCHANDMARKETS. Disponível em: <https://www.researchandmarkets.com/research/gzfxr2/global_industrial?w=5>. 2019.

JAEGER, K. E et al. FEMS Microbiology Reviews, v. 15, p. 29– 63, 1994.

Enzimas: mercado mundial

USD 19,09 bi – 2025

Fontes: plantas, animais e micro-organismos;

Estruturas proteicas;

Lipases

Sítio ativo: serina, histidina e aspartato/glutamato.

Lipases – 3º grupo

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Substrato

Sítio ativo

Mudança sutil na

conformação enquanto

substrato se liga

Produtos

Entrada do substrato

no sítio ativo da

enzima

Complexo

enzima/substrato

Complexo

enzima/produtosProdutos saindo do

sítio ativo da enzima

Especificidade de substrato

OpenStax. Disponível em: <https://pt.khanacademy.org/science/biology/energy-and-enzymes/introduction-to-enzymes/a/enzymes-and-the-active-site>. 2019.

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Triglicerol acil-hidrolases (EC 3.1.1.3)

JAEGER, K. E et al. FEMS Microbiology Reviews, v. 15, p. 29– 63, 1994.

Lipases

Hidrólise

Síntese

Imobilização de enzimas

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Biocatalisador = Enzima

Célula

Complexo enzimático

Biocatalisador

Imobilização

Por que imobilizar enzimas?

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✓ Ligação ou aprisionamento de enzimas em suportes inertes por meios físicos ou

químicos, o que as tornam insolúveis no meio reacional

• Reutilização;

• Facilidade de recuperação dos

produtos;

• Aumento da atividade e

estabilidade do biocatalisador.

Principais vantagens

O principal interesse em imobilizar uma

enzima é obter um biocatalisador com

atividade e estabilidade que não sejam

afetadas durante o processo.

MALCATA, F. V.; HILL-JUNIOR, C. G.; AMUNDSON, C. H. Biotechnology and Bioengineering, v. 39, p. 984-1001, 1992.

Imobilização de enzimas

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Desenvolvimento de

um processo de

imobilização

Enzima: atividade,

estabilidade e

seletividade

Condições:

pH, força iônica,

temperatura,

carga de proteína,

tipo de interação

Suporte: forma,

porosidade, tamanho de

partícula, hidrofobicidade

etc.

Aplicação:

meio aquoso ou

orgânico

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Modelo molecular – enzima

Resíduos positivos Resíduos negativos Região hidrofóbica

Aminoácidos que compõem o sítio ativo

Resíduo de

aspartato

Resíduo de

histidina

Resíduo

de serina

Imobilização de enzimas

GLOGAUER, A. et al. Microbial Cell Factories, v. 10, n. 1, p. 54, 2011.

MATEO, C. et al. Enzyme and Microbial Technology, v. 39, p. 274–280, 2006.

REIS, P. et al. Advances in Colloid and Interface Science, v. 147–148, p. 237–250, 2009.

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+++

+

- -- -

+++

+

- -- -

+++

+

- -- - Região hidrofóbica

Zona rica em histidinas

Suporte

Enzima

Imobilização de enzimas: regiões de interação

ALNOCH, R. C. Tese (Doutorado em Ciências – Bioquímica). UFPR, 2017.

MATEO, C. et al. Enzyme and Microbial Technology, v. 40, p. 1451–1463, 2007.

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Imobilização de enzimas: regiões de interação

• pH;

• Força iônica;

• Temperatura e agitação;

• Presença de aditivos (detergentes).

ALNOCH, R. C. Tese (Doutorado em Ciências – Bioquímica). UFPR, 2017.

MATEO, C. et al. Enzyme and Microbial Technology, v. 40, p. 1451–1463, 2007.

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Região rica em histidinas

Alta atividade

Região perto do sítio ativo

Baixa atividade Sem atividade

Imobilização de enzimas: regiões de interação

ALNOCH, R. C. Tese (Doutorado em Ciências – Bioquímica). UFPR, 2017.

MATEO, C. et al. Enzyme and Microbial Technology, v. 39, p. 274–280, 2006.

pH...pKa = 7,5

Lisinas

pKa = 10,0

NH2¨

Reatividade a

pH neutro

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Enzima livre

Reticulação

Encapsulação

Adsorção

Ligação

covalente

CLEAs

Cross-linked enzyme aggregates

Imobilização de enzimas: métodos

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CLEAsAgente

intercruzante

Glutaraldeído

Precipitação

Enzima solúvel

Imobilização de enzimas: métodos

Reticulação

ALNOCH, R. C. Tese (Doutorado em Ciências – Bioquímica). UFPR, 2017.

MATEO, C. et al. Enzyme and Microbial Technology, v. 39, p. 274–280, 2006.

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Introdução de enzimas: métodos

Alta atividade

Coagregação

enzima-polímero Estabilização

CLEAs

Não é necessário

suporte

Reticulação

ALNOCH, R. C. Tese (Doutorado em Ciências – Bioquímica). UFPR, 2017.

MATEO, C. et al. Enzyme and Microbial Technology, v. 39, p. 274–280, 2006.

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Imobilização de enzimas: métodos

+ + + +

- ---

-

---

- -

---

Adsorção

Enzima

✓ Método simples e barato(suportes de baixo custo);

✓ Permite valores elevados de carga de proteína;

✓ As interações podem serresultantes de forças de Van derWaals, hidrofóbicas ou iônicas.

Adsorção

ALNOCH, R. C. Tese (Doutorado em Ciências – Bioquímica). UFPR, 2017.

MATEO, C. et al. Enzyme and Microbial Technology, v. 39, p. 274–280, 2006.

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Imobilização de enzimas: métodos

Lipases em solução

fechada aberta

Adsorção

ALNOCH, R. C. Tese (Doutorado em Ciências – Bioquímica). UFPR, 2017.

BRADY, L. et al. Nature v. 343, p. 767–70, 1990.

MATEO, C. et al. Enzyme and Microbial Technology, v. 40, p. 1451–1463, 2007.

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Imobilização de enzimas: métodos

Unipontual Multipontual

Ligações covalentes

Enzima solúvel

Suporte contendo grupos funcionais

Envolve vários resíduos da enzima,

proporcionando uma grande rigidez

na sua estrutura

ALNOCH, R. C. Tese (Doutorado em Ciências – Bioquímica). UFPR, 2017.

MATEO, C. et al. Enzyme and Microbial Technology, v. 39, p. 274–280, 2006.

MOZHAEV, V. V. et al. Biocatalysis, v. 3, p. 179–87, 1990.

Ligação covalente

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Aplicações industriais com lipases

DETERGENTES

Agente desengordurante

INDÚSTRIA

ALIMENTÍCIA

Maturação de queijos,

fermentação de vinhos e

modificação de aromas

COMBUSTÍVEIS

Síntese de biodiesel

INDÚSTRIA

FARMACÊUTICA

Glicolipídios

INDÚSTRIA TÊXTIL

Processo de lavagem do tecido

COSMÉTICOS

Emulsificantes e umidificantes

PAPEL

Branqueamento

INDÚSTRIA DE COURO

Agente desengordurante

HASAN, F.; SHAH, A. A.; HAMEED, Enzyme and Microbial Technology, v. 39, p. 235–251, 2006.

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Obrigado!

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