Imobilização da lipase de Pseudomonas cepacia em compostos lamelares para utilização em biocatálise

Abstract

Resumo: Este trabalho teve como objetivo geral estudar o uso dos compostos lamelares sintéticos, hidróxidos duplos lamelares (HDLs) e hidróxidos sais lamelares (HSLs), como suportes para imobilização de lipases para aplicação em meios orgânicos, utilizando a lipase de Pseudomonas cepacia. Inicialmente, foram utilizados como suportes HDLs de Zn/Al-Cl com diferentes razões molares Zn:Al. Os melhores valores de retenção de atividade (R) e eficiência de imobilização (EI) (188 e 96%, respectivamente) e a maior atividade de hidrólise em meio orgânico (279 U g 1 ) foram obtidos para o HDL com a maior razão molar (4:1 Zn:Al), carga de proteína de 162 mg g-1 e tampão Tris-HCl (10 mmol L-1, pH 7,5) como solvente de preparo da solução enzimática. A lipase imobilizada apresentou 50% de conversão na resolução do álcool (rac)-1 feniletanol, com excessos enantioméricos de substratos e produtos (ee > 99%) e enantiosseletividade (E > 200). Em estudos de reutilização, foi possível usar o derivado imobilizado em 30 ciclos sucessivos de síntese, com 1 h de duração cada ciclo. Dois HSLs diferentes também foram utilizados como suportes para LipPS. Hidroxinitrato de zinco (HNZ) e hidroxicloreto de zinco (HCZ) foram testados para diferentes cargas de proteína sendo a melhor de 162,5 mg g-1 para ambos suportes, que gerou derivados imobilizados com altos valores de atividade de hidrólise contra trioleína em meio orgânico (103 e 105 U g-1, respectivamente), com alta EI (acima de 90%) e R (acima de 170%). Esses derivados imobilizados foram avaliados quanto à estabilidade em diferentes solventes orgânicos e armazenamento em diferentes temperaturas e também foram avaliados quanto à dessorção das lipases quando incubados em soluções com diferentes forças iônicas. A performance de LipPS imobilizada em HNZ e HCZ foi avaliada também quanto à resolução cinética do álcool (rac) 1-feniletanol, onde obteve-se conversões de 50 e 40% em 2 horas e ees de 99 e 73%, respectivamente. Para ambos preparados imobilizados, o eep foi superior a 99% e E superior a 200. No estudo de reutilização, foram realizados 5 ciclos consecutivos de síntese, de 2 h cada, onde os valores de conversão e ees foram mantidos para ambos preparados enzimáticos. Os resultados obtidos neste trabalho servem de base para o desenvolvimento de aplicações em biocatálise usando compostos lamelares tipo HDLs e HSLs como suporte para lipases.

Abstract: This work aimed to study the use of synthetic layered double hydroxides (LDHs) and layered hydroxide salts (LHSs), as supports for lipases immobilization with application in organic media, using the Pseudomonas cepacia lipase. Initially, LDHs of Zn/Al-Cl were used with different molar ratios Zn:Al. The best values of activity retention (R) and immobilization efficiency (IE) (188 and 96%, respectively) and the highest hydrolysis activity in organic medium (279 U g-1) were obtained for LDH with the highest ratio molar (4:1 Zn:Al), 162.5 mg g-1 of protein loading and Tris-HCl buffer (10 mmol L-1, pH 7.5) as solvent for preparing the enzyme solution. The immobilized lipase showed 50% of conversion in the resolution of alcohol (rac)-1-phenylethanol, with enantiomeric excesses of substrates and products (ee> 99%) and enantioselectivity (E> 200). In reuse studies, it was possible to use the immobilized derivative in 30 successive synthesis cycles, each of 1 h. Two different LHSs were also used as supports for LipPS. Zinc hydroxide nitrate (ZHN) and zinc hydroxide chloride (ZHC) were tested for different protein loading, the best being 162.5 mg g-1 for both supports, which produced immobilized derivatives with high values of triolein-hydrolyzing activity in medium organic (103 and 105 U g-1, respectively), with high IE (above 90%) and R (above 170%). These immobilized derivatives were evaluated for stability in different organic solvents and storage at different temperatures and were also evaluated for lipase desorption when incubated in solutions with different ionic forces. The performance of LipPS immobilized on HNZ and HCZ was also evaluated for the kinetic resolution of alcohol (rac)-1-phenylethanol, where 50 and 40% conversions were obtained in 2 hours and 99 and 73% ees, respectively. For both immobilized preparations, the eep was greater than 99% and E greater than 200. In the reuse study, 5 consecutive cycles of synthesis were carried out, of 2 h each, where the conversion and ees values were maintained for both enzymatic preparations. The results obtained in this work serve as a basis for the development of applications in biocatalysis using layer compounds as LDHs and LHSs as support for lipases.