Biocatálise em meios não convencionais

Realizou-se um estudo comparativo da actividade da enzima cutinase de Fusarium solani pisi imobilizada nos zéolitos NaA e NaY, em n-hexano, acetonitrilo, etano supercrítico (etano-sc) e dióxido de carbono supercrítico (CO2-sc), a duas actividades da água diferentes (aW) fixadas com pares de sais hidratados in situ, e em condições ácido-base fixadas com tampões sólidos possuindo valores de pKa em meio aquoso entre 4,3 e 10. A reacção estudada foi a transesterificação do butirato de vinilo pelo (R,S)-2-fenil-1- propanol.

Biocatálise em meios aquo-restritos: fundamentos e aplicações em química analítica

The ability of enzymes to function in aquo-restricted media (commonly reported as non-aqueous media) has greatly enlarged the applications in numerous fields. The development of biosensors was also benefited with this area, expanding their applications toward many previously inaccessible analytes, enlarging significantly the scope of applications. In this review, some basic factors that influence biocatalytical reactions in aquo-restricted media is discussed. Attention is focused on the development, advantages and analytical applications of biosensors in non-aqueous media. Recent examples and relevant applications of their use are presented.

Biocatálise: avanços recentes

The work here presented was based on 4th International Symposium on Biocatalysis and Biotransformations "BIOTRANS '99" held in Giardini - Naxos, Italy, from september 26 to October 1, 1999. Some of the lectures presented during the congress will be comented which exemplifies the technological inovations and the actual tendencies in the area of biocatalysis.

Potencial de biocatálise enantiosseletiva de lipases microbianas

Microbial lipases have a great potential for commercial applications due to their stability, selectivity and broad substrate specificity because many non-natural acids, alcohols or amines can be used as the substrate. Three microbial lipases isolated from Brazilian soil samples (Aspergillus niger; Geotrichum candidum; Penicillium solitum) were compared in terms of their stability and as biocatalysts in the enantioselective esterification using racemic substrates in organic medium. The lipase from Aspergillus niger showed the highest activity (18.2 U/mL) and was highly thermostable, retaining 90% and 60% activity at 50 ºC and 60 ºC after 1 hour, respectively. In organic medium, this lipase provided the best results in terms of enantiomeric excess of the (S)-active acid (ee = 6.1%) and conversion value (c = 20%) in the esterification of (R,S)-ibuprofen with 1-propanol in isooctane. The esterification reaction of the racemic mixture of (R,S)-2-octanol with decanoic acid proceeded with high enantioselectivity when lipase from Aspergillus niger (E = 13.2) and commercial lipase from Candida antarctica (E = 20) were employed.

Redução enzimática do 4-(dimetilamino)benzaldeído com pedaços de cenoura (Daucus carota): um experimento simples na compreensão da biocatálise

The present paper describes a simple, low-costly and environmentally friendly procedure for reduction of 4-(dimethylamino)benzaldehyde using carrot bits in water. This interdisciplinary experiment can be used to introduce the concepts of biocatalysis and green chemistry to undergraduate students.

Fatos e tendências da biocatálise

Brazil is renowned for its biodiversity; however, its economy is based on exotic plants, extraction and unsustainable use of natural resources. This issue was addressed in a recent QN review entitled "Chemistry without Borders." In order to explore the potential of Brazilian biodiversity fully, sustainable development is required in key technological areas, such as biotechnology. This research field is consistent with the green chemistry and white technology principles. Therefore, biotechnology is a sustainable alternative to conventional technologies and is expected to account for 20% of global chemicals by 2020. Brazil is the second largest grower of biotech crops and biodiesel, but its main activities rely on the fermentative process. In order to stimulate the national biotechnology development, the Brazilian Federal Government launched a national policy for biotechnology in 2007 and the National Committee of Biotechnology was created. Among the outstanding biotechnological processes, biocatalysis is one of the most important alternatives to conventional processing, and this field has changed dramatically with the advent of recombinant DNA technology in the 1970s, when large quantities of enzymes were accessible. The direct evolution methodology in the 1990s was a breakthrough and allowed tailoring of enzymes possessing high stability and stereoselectivity. However, about 60 years after the first industrial enzymatic biotransformation of steroids, the full potential of biocatalysis is far from being achieved. Future challenges in this field concern the multienzyme cascade reactions associated with optimized chemoenzymatic processes, and some recent industrial application of biocatalysts are also highlighted in this perspective.

Biocatálise heterogênea em fase sólido/gás: princípios e aplicações

Enzymatic conversion of gaseous substrates into products in aquo-restricted media, using enzymes or whole cells (free and immobilized) as biocatalysts, constitutes a promising technology for the development of clearer processes. Solid-gas systems offer high production rates for minimal plant sizes, allow important reduction of treated volumes, and permit simplified downstream processes. In this review article, principles and applications of solid-gas biocatalysis are discussed. Comparisons of its advantages and disadvantages with those of the organic- and aqueous-phase reactions are also presented herein.

Imobilização de lipases por adsorção e ligação covalente em derivados de agarose e quitosana e sua aplicação em biocatálise

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Imobilização do fungo Penicillium citrinum CBMAI 1186 e lipase de Pseudomonas fluorescens em biopolímeros para aplicações em biocatálise

Diversos biomateriais podem ser aplicados como suportes na imobilização de células totais de fungos filamentosos ou enzimas isoladas, visando a manutenção e o prolongamento da atividade enzimática em processos biocatalíticos. Exemplos promissores de biomateriais são a fibroína da seda e o alginato de sódio. A fibroína é um material protéico com alta estabilidade térmica, elasticidade, resistência à tensão, não sofre ataque microbiano, baixo custo de purificação e alta tenacidade, o alginato é um biopolímero versátil, devido a suas propriedades gelificantes em soluções aquosas. Assim, neste trabalho empregou-se micélios do fungo derivado de ambiente marinho, Penicillium citrinum CBMAI 1186, livres e imobilizados em biopolímeros (fibra de algodão, fibra de fibroína da seda e fibra de paina) na biorredução quimiosseletiva, regiosseletiva e enantiosseletiva da ligação α,β-C=C de enonas α,β-, α,β,γ,δ- e di-α,β-insaturadas previamente sintetizados pela a reação de condensação aldólica. Foi possível a utilização do fungo P. citrinum CBMAI 1186 na redução quimiosseletiva, regiosseletiva e enantiosseletiva da ligação dupla carbono-carbono de sistemas α,β-insaturados. A imobilização do fungo P. citrinum CBMAI 1186 em biopolímeros (algodão, fibroína da seda, paina e quitosana) permitiu a prolongamento da atividade celular do fungo. O protocolo desenvolvido foi capaz de obter compostos até então descritos apenas por síntese clássica. Também foi realizado reações de resolução enzimática de derivados de haloidrinas por diferentes lipases microbianas de: Pseudomonas fluorescens, Candida cylindracea, Rhizopus niveus e Aspergillus niger. A lipase de P. fluorescens foi imobilizada em esferas de fibroína do bicho da seda (método 1, via adsorção) e em blenda com alginato de cálcio (método 2, via encapsulação) em diferentes condições, tais como, variação de solvente, variação da quantidade de enzima imobilizada e tempo de reação. As condições otimizadas foram empregadas em diferentes haloidrinas, rendendo elevados excessos enantioméricos (ee > 99%) e alta razão enanantiomérica (E > 200) para os produtos acetilados. Foi possível desenvolver um protocolo simples, barato e prático para a síntese enantiosseletiva de haloidrina reforçando a versatilidade da fibroína e do alginato como suportes de imobilização para catalisadores heterogêneos. Também foi possível utilizar a lipase imobilizada (método 2) na reação de transesterificação para obtenção do biodiesel etílico. As melhores condições para o bom funcionamento do biocatalisador foram: 30% do biocatalisador, 20% de n-hexano, relação óleo e etanol de 1:4 a 32 ºC por 48 h em agitação magnética (400 rpm). Essas condições permitiram a formação de 42% de rendimento do biodiesel etílico. O biocatalisador apresentou algumas limitações reacionais, tais como, fragilidade frente a elevadas temperaturas (> 32 ºC) e prolongado tempo de agitação magnética. Porém, permaneceu apto no meio por 4 ciclos consecutivas. Conclui-se que os biomateriais (fibroína, alginato e quitosana) podem ser utilizados como alternativas versáteis na imobilização de micélios de fungos filamentoso e de enzimas isoladas para aplicações em biocatalíticas.

Biocatálise aplicada à valorização de óleos alimentares usados

O crescente consumo de energia, bem como a possibilidade de esgotamento dos recursos não renováveis, tem fomentado a busca de fontes de energia alternativas. O biodiesel é um biocombustível obtido a partir de fontes renováveis e a sua utilização permite reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. Nos últimos anos tem-se produzido biodiesel a partir de óleos alimentares usados (OAU), sendo que com esta aplicação valoriza-se um resíduo e simultaneamente produz-se um combustível “verde”. O biodiesel é produzido através das reações de transesterificação e/ou esterificação entre triglicerídeos e/ou ácidos gordos livres e um álcool, na presença de um catalisador. O rendimento do processo está estritamente relacionado com o tipo de catalisador e as condições que este opera. O principal objetivo do presente trabalho consistiu na avaliação do efeito de alguns parâmetros operacionais no desempenho de uma lípase imobilizada (Novozyme® 435), nomeadamente: (i) índice de acidez do óleo, (ii) razão mássica de enzima/óleo e (iii) método regeneração da enzima com vista à sua reutilização. Também foi objeto de estudo do presente trabalho a produção em contínuo, num (bior)reator tubular de leito fixo, de ésteres metílicos de ácidos gordos (FAME) usando a referida enzima. Registou-se um aumento rendimento em com o incremento do índice de acidez do óleo usado, o que indicia que a enzima catalisa simultaneamente as reações de esterificação e transesterificação. Relativamente à razão mássica de enzima/óleo, dentro da gama testada verificou-se um aumento do rendimento em FAME com a concentração da enzima em meio reacional. Dos vários solventes testados, a aplicação de solvente tert-butanol na regeneração (com incubação) da enzima foi o que melhores resultados teve. Finalmente, os resultados obtidos no ensaio de produção de FAME num biorreator contínuo são motivadores, criando expectativas de uma possível aplicação industrial no futuro.

Lipases microbianas na produção de ésteres formadores de aroma

Foram testadas cinco lipases microbianas produzidas no Laboratório de Bioquímica de Alimentos-FEA-UNICAMP, quanto à capacidade de catalisar a síntese de ésteres formadores de aroma por esterificação em meio isento de solvente orgânico. A natureza da enzima assim como o tamanho da cadeia dos ácidos afetaram as taxas de conversão obtidas.Os melhores resultados obtidos foram 88 % de conversão na síntese de laurato de isoamila e 72% para propionato de isoamila pela lipase de Rhizopus sp após 24 horas de incubação, seguido de 82% de conversão na síntese de acetato de isopropila por Alcaligenes sp após 24 horas de incubação.

Caracterização funcional do gene da Glutationa-S-Transferase Epsilon 2 (GSTE2) em Aedes aegypti

As Glutationa-S-Transferases (GSTs) em insetos desempenham um papel fundamental na metabolização de inseticidas químicos, e provavelmente estão envolvidas na proteção contra o estresse oxidativo decorrente da exposição a xenobióticos. O objetivo do trabalho foi a caracterização funcional do gene GSTE2 em linhagens de Aedes aegypti com diferentes perfis de susceptibilidade ao temephos. Foram usadas uma colônia susceptível (RecLab) e outra resistente, (RecR). Larvas de ambas as linhagens foram divididas em dois grupos: exposto ao temephos com concentrações subletais e não exposto. Os indivíduos sobreviventes foram usados em ensaios enzimáticos para medir a atividade das GSTs totais contra os substratos CDNB (padrão) e o 4-HNE, um produto endógeno resultante da peroxidação de lipídeos. Adicionalmente, foi feito o sequenciamento do cDNA deste gene em amostras das duas linhagens e a sua expressão foi investigada. A GSTE2 das duas linhagens foi expressa em sistema heterólogo e purificada para avaliação da atividade metabólica contra o 4-HNE, através de testes de biocatálise. Os resultados revelaram que a atividade enzimática da GST usando o CDNB foi normal para RecLab, em ambas as condições estudadas, porém, para RecR houve alteração na atividade de GST, para os dois grugo estudados . Usando o 4-HNE como substrato, as duas linhagens apresentaram um perfil enzimático alterado para GST em relação à Rock, com uma resposta aumentada após a exposição ao temephos. Foram identificados polimorfismos que diferenciam as duas linhagens. Os resultados de expressão gênica indicaram que as larvas resistentes apresentam níveis de expressão significativamente maiores do que as susceptíveis, e em RecR a expressão caiu após a exposição, sugerindo o envolvimento dessa enzima nos processos de resistência metabólica na linhagem RecR. Esses dados abrem novas perspectivas de monitoramento da resistência metabólica em Ae. aegypti

Síntese enzimática de biosurfactante e sua aplicabilidade na indústria do petróleo

Enzymes have been widely used in biosynthesis/transformation of organic compounds in substitution the classic synthetic methods. This work is the first writing in literature of enzymatic synthesis for attainment the biossurfactants, the use glucose sucrose, ricinoleic acid e castor oil as substratum, and as biocatalyst, used immobilized lipase Thermomyces lanuginose, Rhizomucor miehei and the Candida antarctica lipase B; alkaline protease and neutral protease from Bacillus subtillis and yeast Saccharomyces cerevisiaeI. The analysis of HPLC (high performance liquid chromatography) showed that highest conversions were reached of used the alkaline protease from Bacillus subtillis. Laboratory tests, to evaluate the applicability, indicated that the produced biosurfactantes had good stability in presence of salts (NaCl) and temperature (55 e 25°C), they are effective in the reduction of the superficial tension and contac angle, but they have little foaming capacity, when compared with traditional detergents. These results suggest that the prepared surfactants have potential application as wetting agent and perforation fluid stabilizer

Mycelial growth and microscopic characteristics of Thermomyces lanuginosus Tsiklinskaya in YpSs medium with different carbon sources

Muitos fungos termofílicos são conhecidos como sendo produtores de lipases e o potencial dessas enzimas nas reações de esterificação (reação inversa à hidrólise), há muito tem sido reconhecida. O aspecto do micélio e diversas observações microscópicas foram efetuadas em Thermomyces lanuginosus cultivado em Placas de Petri com meios de culturas YpSs (extrato de levedura + amido + agar) e mais quatro variações na fonte de carbono neste meio. As matérias-primas usadas e avaliadas foram pentaeritritol, ácido oléico e dioleato de pentaeritritol como possíveis fontes de carbono disponíveis ao microrganismo são comumente encontradas na indústria química como intermediários clássicos na síntese de diversos ésteres. Com o crescimento de Thermomyces lanuginosus em todos os meios propostos e a manutenção da capacidade de reprodução mostramos ser esse fungo altamente promissor em futuros trabalhos de biocatálise com microrganismos vivos.

Caracterização bioquímica de uma serino-protease produzida pelo fungo termofílico Myceliophthora sp

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)