imobilização de enzimas

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Sistemas enzimáticos - algumas limitações 
Elevado custo das enzimas 
Baixa estabilidade nas condições de operação (solventes, 
abrasão…) 
Estratégia para minimizar 
estas limitações 
Tornar estas enzimas insolúveis no 
meio reacional (imobilizar) 
Elevado custo para separação do substrato e dos produtos. 
Presença da enzima solúvel eleva ainda mais os custos para 
separação do produto 
Sistemas de enzimas imobilizadas 
Restrição da mobilidade das enzimas em um espaço 
restrito. 
Métodos diversos que permitem a recuperação ou, 
geralmente, a retenção das enzimas no reator. 
São enzimas ou sistemas enzimáticos fisicamente 
confinados ou localizados em uma certa região definida do 
espaço com retenção de suas atividades catalíticas e que 
pode ser usada repetida e continuamente 
Apesar de ser uma metodologia relativamente antiga, o 
interesse em sua utilização tem crescido significativamente 
nos últimos anos. 
Aspectos da imobilização 
das enzimas 
- Fácil separação das enzimas do meio de reação, 
minimizando a perda de enzimas com os produtos. 
 
- Reúso das enzimas por muitos ciclos, reduzindo o custo 
total de produção em reações mediadas por enzimas. 
 
- Produção de produtos mais puros. 
 
- Possibilidade de prover um ambiente melhor para a 
atividade enzimática 
 
- Limitações difusionais 
 
- Inviável para enzimas com tempo de meia-vida 
curtos 
Métodos físicos: imersas em uma matriz polimérica ou 
aprisionadas em microcápsulas. Nestes casos a enzima 
não interage com quimicamente com o suporte. 
Métodos de imobilização de enzimas 
Métodos químicos: prende-se ao suporte por adsorção, 
forças de Van der Waals e ligações covalentes entre 
alguns resíduos de aminoácidos e o suporte. 
Imobilização por encapsulamento é baseada na imersão 
da enzima em uma matriz ou no encapsulamento da 
enzima em microcápsulas membranosas. 
Sistemas de imobilização enzimática 
• Matriz/membrana deve permitir a penetração do substrato 
Imersão em matriz 
polimérica Microencapsulamento 
 
 
 
Materiais utilizados como matriz 
 
 
 Orgânicos: polissacarídeos, proteínas, polímeros vinílicos 
e outros, poliamidas, etc. Ex: Ca-alginato de cálcio, agar, 
colágeno… 
 
 Procedimento para imobilização: 
 Enzima + polímero em solução (monômeros) → 
polimerização → Extrusão, moldagem das partículas 
 
 
 Inorgânicos: carvão ativado, cerâmica porosa. 
 
 
 
Materiais utilizados como matriz 
 
 
 Em laboratório (escala de bancada) matrizes orgânicas são 
frequentemente utilizadas, contudo, na escala industrial os 
suportes inorgânicos costumam se mais adequados: 
 
• Elevada resistência mecânica 
• Boa estabilidade térmica 
• Resistência a solventes orgânicos 
• Resistência à biodegradação 
• Resistência física e química de um modo geral (pH, T, 
pressão…). 
Encapsulamento 
 
 Desafios: 
 
 - Perda de enzimas na solução 
 
 - Limitações difusionais 
 
 - Redução da atividade enzimática 
 
 - Difuculdade de controle das condições no micro-ambiente 
da enzima 
 
Estratégias para melhoria apoiam-se essencialmente no 
desenvolvimento de novas matrizes e membranas. 
Sistemas de imobilização enzimática 
Vantagens do confinamento e do encapsulamento 
 
- Proteção da enzima do contato direto com o meio 
reacional, minimizando efeitos de desnaturação 
por solventes orgânicos 
 
- Fácil de executar e pode ser utilizado para uma 
grande gama de proteínas 
 
- Podem ser utilizados matrizes hidrofílicas ou 
hidrofóbicas para otimizar o acesso do substrato à 
enzima e/ou para melhor estabilizar a enzima 
Imobilização superficial: de acordo com o 
modo de ligação da enzima ao suporte, este 
modo pode ser subclassificado em: 
 
- Adsorção física: Ligações por forças de Van der 
Waals. 
 Suportes: sílica, nanotubos de carbono, celulose, etc. 
 Dessorção fácil, simples e barato. Atividade enzimática 
não é afetada. 
 
- Adsorção iônica (troca iônica) 
Forma ligações iônicas com o suporte. 
 Similar à adsorção física. 
 Suportes: polissacarídeos e polímeros sintéticos com 
estruturas moleculares que permitam a troca iônica. 
Sistemas de imobilização enzimática 
Imobilização superficial 
 
- Adsorção química: enzima liga-se 
covalentemente ao suporte 
 
Suporte: polímeros contendo grupos amino, 
carboxil, sulfidrilas, hidroxilas ou grupos 
fenólicos. 
 
 - Redução da atividade enzimática 
 - Ligação forte da enzima ao suporte 
Sistemas de imobilização enzimática 
Os métodos de imobilização superficial apresentam, em 
maior ou menor grau, as desvantagens de oferecer uma 
menor proteção e estabilização da enzima, além de 
promover uma perda mais acentuada das enzimas para o 
meio reacional (dessorção). 
Ligação cruzada ou reticulação é a 
ligação cruzada entre várias moléculas de 
enzima usando agentes como o glutaraldeído 
 
Aspectos similares à ligação covalente. 
 
 
Síntese dos métodos de imobilização de 
enzimas 
 
 - Encapsulamento 
 - Confinamento em matriz 
 - Membrana (microencapsulamento) 
 
 - Imobilização em superfícies 
 - Adsorção física 
 - Ligação iônica 
 - Ligação covalente 
 
 - Ligação cruzada (reticulação) 
 
Recycle packed column reactor: 
- allow the reactor to operate at high fluid velocities. 
- a substrate that cannot be completely processed on a single pass 
Immobilized Enzyme Reactors 
Fluidized Bed Reactor: 
- a high viscosity substrate solution 
- a gaseous substrate or product in a continuous reaction system 
- care must be taken to avoid the destruction and 
 decomposition of immobilized enzymes 
- An immobilized enzyme tends to decompose 
 upon physical stirring. 
 
- The batch system is generally suitable for the production 
of rather small amounts of chemicals.