Enzymology class 11

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Fernando Segato 
Lorena - 2014 
Enzimologia – LOT2017 
Enzimologia – LOT2017 – aula 11 
Enzimas	
  imobilizadas:	
  formas	
  de	
  imobilização	
  e	
  aplicações	
  
de	
  sistemas	
  imobilizados.	
   
Enzimologia – LOT2017 – aula 11 
•  O que é imobilização enzimática 
•  O que é uma enzima imobilizada 
•  Porque imobilizar uma enzima 
•  Propriedades e tipos de matrizes 
•  Tipos de imobilização 
•  Vantagens e desvantagens 
•  Comparação entre métodos 
•  Aplicações 
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O que é imobilização enzimática? 
 Imobilização enzimática deve ser definido como o 
PROCESSO DE CONFINAR UMA MOLÉCULA 
(ENZIMA) em um suporte sólido por onde o 
substrato é passado e convertido em produto. 
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O que é uma enzima imobilizada? 
Uma enzima imobilizada é aquela a qual teve os 
seus movimentos restringidos em um determinado 
espaço, o qual pode ser completo ou apenas uma 
uma pequena região limitada. 
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Porque imobilizar uma enzima? 
- Proteção contra degradação e desativação 
- Re-utilização em vários ciclos de reação, diminuindo os custos da produção 
- Permitir para a reação rapidamente através da remoção do catalizador da reação 
- Aumento na estabilidade da enzima 
- Facilidade em separa enzima e produto 
- Permitir para a reação rapidamente através da remoção do catalizador da reação 
- Evita a contaminação do produto pela enzima 
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Matriz 
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Como deve ser uma matriz transportadora ideal? 
- Inerte 
- Ser fisicamente estável e forte 
- Econômicamente viável 
- Regenerável 
- Redução na inibição pelo produto 
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Classificação 
Inorgânico 
 
Ÿ Estabilidade em 
altas pressões 
Ÿ Deve ser submetida 
a abrasão 
 
Exemplos: 
SiO2 – comercial 
-  Vidro poroso 
-  Sílica 
Materiais minerais 
(clays) 
-  Celite 
-  Centonita 
Orgânico/natural 
 
Ÿ  Compatibil idade 
enzimática 
 
Exemplos: 
Derivados de celulose 
-  DEAE celulose 
-  CMC 
Dextranas 
Polissacarídeos 
-  Agarose 
-  Amido 
-  Pectina 
-  Quitosana 
Organo-sintéticos 
 
Ÿ  E s t a b i l i d a d e 
m e c â n i c a e 
química 
Exemplos: 
Poliestireno 
Acetato de polivinila 
Polímeros de acrílico 
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Métodos de Imobilização 
Físicos Químicos 
Ligação covalente 
Adsorção 
Aprisionamento 
Encapsulamento 
Suporte Ligação 
cruzada 
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Métodos Físicos de Imobilização 
Adsorção 
- Envolve a ligação física da enzima na superfície da matriz 
 
- Orgânica ou inorgânica 
 
- Interações fracas como forças de van der Waals ou pontes de hidrogênio 
Matrizes: silica, bentonita, celulose 
 
Enzimas: catalase, invertase 
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Vantagens 
 
 
 
Simples e econômica 
 
Perda de atividade limitada 
 
Pode ser reciclada, regenerada ou reutilizada 
Métodos Físicos de Imobilização 
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Desvantagens 
 
 
 
Pequena área de ligação 
 
Exposição da enzima a ataque microbiano 
 
Rendimento geralmente é baixo devido a inativação 
ou a dessorção 
Métodos Físicos de Imobilização 
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Aprisionamento 
Métodos Físicos de Imobilização 
- No aprisionamento, geralmente as enzimas ou as células não estão diretamente 
ligadas a uma superfície de suporte. Estão simplesmente presas dentro de um polímero 
matriz; 
- As enzimas são detidas ou aprisionadas dentro de um gel ou uma fibra adequada. São 
calssificadas em tipo grade ou capsulas; 
- Função é fazer com que as enzimas sejam retidas até o local onde se encontra o 
substrato; 
Inclusão em géis: poli-acrilamida, polivinil 
alcool gel; 
Inclusão em fibras: cellulose; 
Inclusão em capsulas: poliamina. 
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Métodos Físicos de Imobilização 
Aprisionamento em grade 
 
-  Envolve o aprisionamento da enzima(s) dentro de um espaço intersticial produzido a 
partir de ligações cruzadas de um polímero insolúvel. 
Polímeros sintéticos como poliacrilamida, alcool polivinílico, assim como polímeros 
naturais como amido tem sido utilizados para imobilizar enzimas por esta técnica 
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Métodos Físicos de Imobilização 
-  Envolve o aprisionamento da enzima(s) dentro de uma membrana, pode ser um 
polímero semi-permeável (coloide, nylon); 
-  Esferas 
 
Aprisionamento em cápsulas/ encapsulamento/ confinamento em mebrana 
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Vantagens 
 
 
 
Sem modificão química 
 
Relativamente estável 
 
Fácil manuseio e utilização 
Métodos Físicos de Imobilização 
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Desvantagens 
 
 
A enzima pode escapar ou vazar pelos poros 
 
 
Métodos Físicos de Imobilização 
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Métodos Químicos de Imobilização 
Ligação covalente 
-  Baseados na ligação da enzima em suportes hidrofóbicos 
-  Grupos: 
 - Carboxilicos; 
 - Sulfidrílicos; 
 - Hidroxilicos; 
 - Imidazol; 
 - Fenol; 
 - Tiol. 
 
 
 
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- Carboxilicos 
Métodos Químicos de Imobilização 
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Sulfidrílicos; 
Métodos Químicos de Imobilização 
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Hidroxilicos 
Métodos Químicos de Imobilização 
Métodos Químicos de Imobilização 
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Hidroxilicos 
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Imidazol 
Métodos Químicos de Imobilização 
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Imidazol 
Métodos Químicos de Imobilização 
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Métodos Químicos de Imobilização 
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Métodos Químicos de Imobilização 
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Vantagens 
 
 
 Força de ligação entre a enzima e o suporte é 
tão forte que não ocorre diminuição na atividade 
enzimática mesmo na presença de substratos ou 
soluções com alto grau ionização 
Métodos Químicos de Imobilização 
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Desvantagens 
 
 
 A ligação covalente pode alterar a estrutura 
conformacional e o centro ativo da enzima, 
resultando em perda na atividade ou alteração no 
substrato. 
 
Métodos Químicos de Imobilização 
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Métodos Químicos de Imobilização 
Ligação cruzada 
- Envolve a ligação intermolecular cruzada entre as moléculas da enzima na presença 
ou na ausencia de um suporte 
 
 
- O método produz um agregado enzimático tri-dimensional pela ligação de um agente 
hidróbico que se liga covalentemente as enzimas. 
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Métodos Químicos de Imobilização 
Enzima-enzima 
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Métodos Químicos de Imobilização 
Enzima-enzima-suporte 
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Vantagens 
 
 
 Pouca desorção (enzima fortemente ligada) 
 
Alta estabilidade (i.e. pH, Concentração iônica e do 
substrato 
 
Métodos Químicos de Imobilização 
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Desvantagens 
 
 
 Pode causar mudanças significantes no sítio 
ativo da enzima 
 
Alto custo 
Métodos Químicos de Imobilização 
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Comparação entre os métodos 
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Limitações da Imobilização Enzimática 
-  Custo das matrizes e a imobilização 
-  Mudanças na propriedade da enzima 
-  Problemas com cofatores e regeneração-  Problemas com sistemas multi-enzimáticos 
-  Perda da atividade durante a imobilização 
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Utilização de enzimas imobilizadas 
•  Biotransformação 
•  Produção de metabólitos secundários 
•  Biosensores 
•  Ensaios imunológicos 
•  Sabão em pó 
•  Indústria de alimentos 
•  Germinação de sementes 
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Glicose oxidase Glicose Peroxido de hidrogênio 
peroxidase 
Cor: Azul---Verde---Marrom 
Mudança na coloração de 
acordo com a concentração 
de glicose 
Enzyme-linked immunosorbent assays (ELISAs) 
detect antibodies to infections. 
Enzymes in Medicine 
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•  Proteases break degradam proteínas que apresentam 
coloração, insolúveis que coram pequenos polipeptídeos 
•  Utilizados em baixas temperaturas 
Enzimas em sabões em pó 
S 
•  Pectinase quebra a polissacarídeos 
presentes na na parede celular da 
maça, permitindo uma maior extração 
do suco. 
 
¡  Lactase quebra a lactose do leite 
em glicose e galactose 
Enzimas na industria de alimentos 
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starch 
embryo plant 
amylase 
secreted 
maltose 
Enzimas em germinação de sementes 
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Sementes sintéticas 
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Biosensor de glicose 
–  Contém uma camada da enzima glicose oxidase 
imobilizada 
–  Enzima se liga a glicose do sangue e oxida, gerando 
oxigênio na solução, formando peróxido de 
hidrogênio e ácido glucônico 
–  Um eletrôdo (platina) mede a concentração de 
oxigênio na gota, o qual é utilizado para formação de 
H2O2 - gera um sinal elétrico 
–  O tamanho do sinal elétrico é proporcional a 
concentração de glicose no sangue 
–  Um leitor digital fornece uma figura com a 
concentração de glicose 
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Biosensor de glicose 
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Biosensor de glicose 
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Biosensor de glicose 
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Two beer or not two beer, this is the question 
 
Convite para análise sensorial: Carolina S. C. Martin