Trabalho Enzimas Sistema Aquoso Bifásico

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TECNOLOGIA DE PROCESSOS ENZIMÁTICOS
PÓS-GRADUAÇÃO MESTRADO/DOUTORADO
PROF: Jamile Zeni
ALUNAS: Anne Luize Lupatini e Raíza de Almeida Mesquita DATA: 12/04/2016
	
SISTEMAS AQUOSOS BIFÁSICOS (SAB)
Sistemas Aquosos Bifásicos (SAB) são sistema que contém duas ou mais fases líquidas em equilíbrio, estes sistemas são comumente utilizados em processos de extração e/ou purificação de compostos, a citar enzimas. Neste sistema a extração é realizada a partir de duas fases líquidas imiscíveis em que o solvente principal é a água. Existem dois tipos de SAB: um que envolve mistura de um polímero sintético e um sal, e outro que envolve a mistura de dois polímeros, geralmente um sintético e um carboidrato natural. Para ambos os sistemas ocorre a dissolução em matriz aquosa. 
A fim de caracterizar a distribuição do composto de interesse entre as fases aquosas do SAB avalia-se o coeficiente de partição (Kp), que é um parâmetro termodinâmico determinado pela razão da concentração do composto de interesse na fase superior e na fase inferior, respectivamente. 
Alguns fatores podem ser destacados em relação à influência da composição das fases sobre a partição, entre eles o aumento da diferença de composição entre as fases, que resultará numa diferença das propriedades termodinâmicas e, consequentemente, um aumento do Kp, sendo que, quanto mais próximo a 1, menor a seletividade da extração. 
A formação das fases do SAB é resultante das interações intermoleculares dos materiais os quais formam o sistema. Assim, cada sistema poderá ser composto por pares que possuirão interações termodinâmicas favoráveis ou pares com interações desfavoráveis, não aumentando a energia livre do sistema. A composição química das duas fases do SAB, que se encontra em equilíbrio termodinâmico pode ser representada em diagramas de fases, retangulares ou triangulares (Figura 1). Estas representações gráficas possuem importância para avaliação dos estudos de partição, sendo utilizadas como uma ferramenta básica para o desenvolvimento de um processo de extração.
Figura 1: Diagrama de fase em coordenadas triangulares e retangulares para SAB. 
A partir dos diagramas de fases podem-se obter inúmeras informações do sistema, todas relacionadas à redução da energia livre; é possível verificar em quais composições o sistema é monofásico ou bifásico, sendo estas regiões separadas por uma curva binodal. A posição da linha binodal varia conforme o tipo e a massa molar dos componentes das fases aquosos (polímeros e sais), temperatura e pH do meio. 
Além disso, no diagrama de fases são apresentadas as linhas de amarração, nestas linhas é possível encontrar as concentrações dos solutos para cada fase do SAB em equilíbrio. A cada conjunto de pontos presentes na região bifásica e posicionados na mesma linha de amarração serão representados por fases superiores com propriedades termodinâmicas intensivas iguais. No entanto, as propriedades termodinâmicas extensivas serão representadas de forma diferente; sendo que isto ocorre, pois estão relacionadas com a massa da amostra. Estas definições devem ser utilizadas, também, para as fases inferiores que estão representadas na região bifásica sobre a mesma linha de amarração. 
O comprimento da linha de amarração (CLA) é um dos parâmetros aplicados para estudar os processos de partição. Quanto maior for CLA maior será a diferença entre as duas fases do SAB, superior e inferior. O CLA é determinado pela seguinte equação:
Onde:
 – concentração do componente 1 do SAB na fase superior;
 – concentração do componente 1 do SAB na fase inferior;
 – concentração do componente 2 do SAB na fase superior;
 – concentração do componente 2 do SAB na fase inferior.
Um SAB é afetado pela influência das variáveis envolvidas no seu processo. A redução do pH pode aumentar a concentração do polímero e sais necessários para a formação de fases. Sendo que o pH, indiretamente, pode afetar a partição de uma proteína e modificar a composição das fases dos SABs, seja a posição da linha binodal, seja o comprimento da linha de amarração.
Existe uma temperatura, chamada temperatura de ponto de névoa (cloud point temperature) abaixo da qual o sistema água/polímero apresenta miscibilidade total, ou seja, são completamente miscíveis em qualquer proporção e o sistema será, consequentemente, monofásico. Entretanto, acima desta temperatura, ocorre a formação de uma fase rica em polímero e outra rica em água. À medida que se eleva a temperatura, a separação intensifica-se, chegando a um ponto em que coexistirão uma fase de polímero e outra de água praticamente puros. 
Quanto menor a massa molar do polímero, maior será a concentração necessária para a formação de fases. Inúmeras propriedades físico-químicas do sistema e do biopolímero determinam o valor de Kp. Exemplos de fatores associados à proteína que influenciam sua distribuição entre as fases são o tamanho, a conformação (estruturas secundária, terciária e quaternária) e a composição (estrutura primária), presença de carga elétrica e hidrofobicidade. Além disto, propriedades importantes das fases também contribuem nesta distribuição, como por exemplo, a natureza química dos componentes formadores dos SABs, a massa molar e a concentração dos polímeros, a presença de ligantes ao longo da cadeia polimérica que possam interagir especificamente com sítios da proteína, pH e temperatura. Além do mais, a adição de diferentes sais inorgânicos a estes sistemas bifásicos produz uma diferença de potencial elétrico na interface, que influencia marcantemente a partição de proteínas carregadas eletricamente. Este potencial eletrostático ocorre devido à distribuição desigual dos cátions e dos ânions entre as fases enriquecidas pelos diferentes polímeros.
É bem conhecido que mesmo em situações de baixíssima concentração as proteínas podem se associar sob certas condições, particularmente perto do seu ponto isoelétrico e/ou na presença de outros polímeros.
Quando moléculas de um soluto são adicionadas a um solvente, há a reorganização das espécies químicas presentes na mistura. As ligações fracas, do tipo ponte de Van der Waals ou pontes de hidrogênio, são rompidas e refeitas por cada molécula de soluto adicionada. A hidrofobicidade vai variar de molécula para molécula, caso seja hidrofóbica ocorrerá uma separação de fases. 
Atualmente, centenas de SAB são usados com diferentes propósitos. Como mencionado anteriormente, há dois tipos de SAB: os formados por polímero sintético e sal que são menos viscosos, e os de mistura de dois polímeros. Os sistemas contendo polietileno glicol (PEG) são bastante usados, pois este polímero é de baixo custo e tem propriedades físicas e químicas favoráveis. Geralmente os sistemas com PEG são completados com dextrana, embora esta tenha uma purificação cara. Para aplicação industrial, devido aos custos, são usados sistemas PEG/fosfato ou PEG com outros sais que formam duas fases com o PEG. Os sais proporcionam uma rápida separação de fases, baixo custo e elevada seletividade.