O objetivo da disciplina é que os alunos aprendam os conceitos e fundamentos da produção e utilização de enzimas (biocatalisadores) em processos industriais e em reações de biotransformações e de biocatálise com base nos conteúdos fundamentais de bioquímica e de química orgânica.
O programa cobre aspectos de produção e aplicação de enzimas industrialmente importantes sejam de origem vegetal, animal, microbiana ou recombinante. Também abrange a utilização de enzimas em bateladas ou imobilizadas nos vários processos industriais que as empregam, tais como, biodiesel e outros produtos químicos. Também serão apresentados exemplos de engenharia de proteínas para a modificação de especificidade, estabilidade e rendimento. Será abordada uma introdução à biotransformação e biocatálise. Definição de biotecnologia. Fundamentos e aplicações das biotransformações. Uso de enzimas como catalisadores em química orgânica. Vantagens e desvantagens das reações enzimáticas. Uso de enzimas e microrganismos como reagentes biocatalíticos em transformações orgânicas. Aplicações em reações catalisadas por enzimas diversas como resolução cinética, redução, oxidação em escala industrial. Programa:
1. História da tecnologia de enzimas. Produção e extração de enzimas de origem vegetal (malte-amilase, papaína, bromelina e ficina), de origem animal (pepsina, tripsina, quimotripsina, renina ou quimosina e catalase) e de origem microbiana. 2. Seleção de microrganismo produtor de enzimas, produção de enzimas por fermentação submersa e por fermentação em estado sólido. Produção de enzimas de interesse industrial por expressão recombinante. Recuperação, isolamento e purificação de enzimas para uso industrial. Características das enzimas de interesse comercial. 3. Imobilização de enzimas e células. Métodos de inclusão (em gel e microencapsulação), ligação (a suporte e reticulação). Vantagens e desvantagens de cada método. Propriedades e aplicações das enzimas e células imobilizadas. Engenharia de proteínas aplicada ao melhoramento de enzimas de aplicação industrial: Especificidade e termoestabilidade. 4. Utilização de enzimas em processos industriais na Química Verde e Fina: Considerações para escolha de uma enzima. Aplicação das aminas, glicose isomerase e invertase: Indústria do amido, xarope com alto teor de frutose. Aplicação de pectinases: Indústria de sucos e têxtil. Aplicação de celulases: reaproveitamento de resíduos celulósicos, detergentes e indústria têxtil. Aplicação da ß-galactosidase e catalase: Laticínios e produtos do leite. Aplicação das proteases: Detergentes, indústria do couro (purga, remolho e depilação), panificação, rações animais e medicamentos. Aplicação da aminoacilase: Produção de aminoácidos. Aplicação de penicilina amidase: Antibióticos semissintéticos. Aplicação de enzimas em medicamentos e em diagnósticos clínicos e biossensores. 5. Uso de enzimas como catalisadores na síntese orgânica: Aspectos gerais e introdutórios. Enzimas, classes de enzimas, coenzimas e cofatores. Fatores que afetam as reações enzimáticas. Vantagens e desvantagens das reações enzimáticas. 6. Uso de microrganismos selvagens em reações biocatalíticas com células livres e imobilizadas. Tipos de processos biocatalíticos: Resolução cinética e resolução cinética dinâmica com enzimas comerciais. Processos enantio-convergentes. Compostos proquirais ou meso. Aplicações: Redução de cetonas, oxidação de produtos naturais, síntese de biodiesel, reações aldólicas por métodos enzimáticos em escala industrial.
Enzyme Catalysis in Organic Synthesis. Edited by Karlheinz Drauz, Harald Groger, and Oliver May. Vol. 1, 2012 Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA, Boschstr. 12, 69469 Weinheim, Germany. Biotransformations in Organic Chemistry A Textbook. Edited by Faber, Kurt. Springer, 2011. Biocatálise e biotransformação: Fundamentos e Aplicações. Biocatálise na redução assimétrica de grupos carbonílicos: aspectos gerais e aplicação industrial. In: Marsaioli, A. J.; Porto, A. L. P.. (Org.). 1aed.Salto - SP: Editora Schoba, 2010, v. 1, p. 250-274. Biocatálise e Biotransformação: Fundamentos e Aplicações. In: Gonçalves, R. A.C.; Oliveira, A. J. B.; Gonçalves, J. E.. (Org.). 1ed.Salto - SP: Schba, 2012, v. 2, p. 149-214. Biocatálise e Biotransformação: Fundamentos e aplicações. In: Marcos Carlos de Mattos; Angélica Maria Lucchese; Thiago de Sousa Fonseca; Telma Leda Gomes de Lemos; Ana Caroline Lustosa de Melo Carvalho; Maria da Conceição Ferreira de Oliveira. (Org.). 1ªed.Salto, SP: Schoba, 2014, v. 3, p. 161-210. Biocatálise e Biotransformação. In: Arlene G. Corrêa e Vânia G. Zuín. (Org.). Química Verde: Fundamentos e Aplicações. 1ed.São Carlos - SP: EDUFSCAR, 2009, v. V, p. 107-133. ALAN WISEMAN (1986) - Handbook of Enzyme and Biotechnology. Editora Ellis Horwood Limited, Ed. John Wiley & Sons.- G. M. FROST and D. A. MOSS (1987) - Production of Enzymes by Fermentation, chapter 3, pp. 654, in Biotechnology, vol. 7A, Editora H. J. Rehm & G. Reed VCH, Ed. John F. Kennedy. URGEL DE ALMEIDA LIMA, WALTER BORZANI e EUGENIO AQUARONE - 1975 Tecnologia das Fermentações, vol. 1, Editora Edgard Bhucher Ltda e Editora da Universidade de São Paulo. HERBERT RICHARD, 1985 - Enzimologia e Biocatálise, Parte III, Cap. 1, pp. 179 em Biotecnologia, Editora Manole Ltda, Ed. René Scriban. YUSUF CHISTI, (1993) - Production of Enzymes, Section A Biotechnology Advances, vol. 11, n 3, pp. 385-465.