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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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