Hidrólise controlada de proteínas do soro de queijo usando carboxipeptidase A e alcalase imobilizadas multipontualmente em agarose.

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2003

RESUMO

Hidrolisados protéicos de alto valor agregado podem ser obtidos através da hidrólise seqüencial de proteínas com tripsina, quimotripsina, carboxipeptidase A (CPA) e Alcalase (preparação comercial de subtilisina). A viabilidade econômica do processo requer a utilização de enzimas imobilizadas e estabilizadas e o conhecimento da cinética das reações catalisadas com esse tipo de biocatalisador. Visando contribuir para o desenvolvimento de tal processo, os objetivos deste trabalho foram preparar derivados estáveis de CPA e Alcalase e estudar a cinética da hidrólise de polipeptídios. Esses polipeptídios foram produzidos por hidrólise seqüencial de proteínas do soro de queijo com tripsina e quimotripsina. Utilizandose agarose entrecruzada (6% p/p para CPA e 10% p/p para Alcalase) como suporte de imobilização, foram estudados diferentes métodos de ativação e condições de imobilização. Suportes glioxil-agarose altamente ativados (75 e 210 eqv de grupos aldeídos por mililitro de suporte, respectivamente para CPA e Alcalase) 25oC, pH 10,05 e tempo prolongado de contato (48 horas para CPA e 96 horas para Alcalase) produziram os melhores derivados. Os derivados CPA-glioxil agarose-6% e Alcalase-glioxil agarose-10% eram aproximadamente 213 e 515 vezes mais estáveis que as respectivas enzimas na forma solúvel. Esses derivados estabilizados retiveram 42% (para CPA-glioxil agarose-6%) e 54% (para Alcalase-glioxil agarose-10%) da atividade imobilizada, medidas com substratos de menor massa molecular (hipuril-L-Phe para CPA, e Boc-Ala-ONp para Alcalase) e substratos de maior massa molecular (polipeptídios com Phe carboxi-terminal para CPA, e caseína para Alcalase). Esses resultados mostraram que toda a perda de atividade estava associada à distorção da molécula de enzima imobilizada, devido a multi-interação enzima-suporte. Derivados preparados em glutaraldeído-agarose-6% apresentaram impedimentos estéricos na hidrólise de substratos macromoleculares. A análise de aminoácidos de hidrolisados ácidos das enzimas solúveis e imobilizadas (para os derivados mais estáveis) mostrou que aproximadamente 30 e 40%, para CPA e Alcalase, dos resíduos de lisina ligaram-se no suporte, sugerindo a existência de uma intensa ligação covalente multipontual entre a enzima e o suporte. As temperaturas de máximas taxas de hidrólise, usando respectivamente os derivados estabilizados de CPA e Alcalase, foram 20oC e 10oC mais elevadas que aquelas obtidas para as respectivas enzimas solúveis. O derivado CPA-glioxil mais estável pôde ser eficientemente utilizado na hidrólise de polipeptídios (proteínas do soro de queijo hidrolisadas com tripsina e quimotripsina) a altas temperaturas (por exemplo, 60oC), liberando duas vezes mais aminoácidos aromáticos (Tyr, Phe e Trp) do que a enzima solúvel, sob as mesmas condições operacionais. O grau de hidrólise de caseína, a 80oC, obtido com o derivado Alcalase-glioxil mais estável, foi duas vezes maior que aquele obtido com a enzima solúvel. Assim, os derivados produzidos permitem o projeto de um processo contínuo para a produção de hidrolisados protéicos, compostos de pequenos peptídios e com uma baixa concentração de aminoácidos aromáticos. Esse processo pode ser conduzido a alta temperatura, evitando-se assim problemas de contaminação microbiana do meio reacional. A hidrólise de resíduos carboxi-terminais a 45oC (pH 7,0), catalisada pelo derivado CPA-glioxil, pôde ser adequadamente representada por cinética de Michaelis-Menten, com inibição pelo substrato e produto. O modelo cinético foi representado em termos de ligações peptídicas carboxiterminais hidrolisáveis pela CPA, sem considerar-se a natureza do resíduo a ser liberado. A concentração de cada aminoácido liberado em função do tempo de hidrólise pôde ser ajustada por modelos empíricos (hiperbólico e decaimento exponencial). Assim, a partir da cinética de hidrólise total, é possível estimar-se a concentração de cada aminoácido em função do tempo de hidrólise. A hidrólise catalisada pelo derivado CPA-glioxil agarose-6%, com alta carga enzimática imobilizada, não foi limitada pela resistência difusional intrapartícula. A hidrólise de peptídios (bateladas de longa duração) a 50oC (pH 9,5), catalisada pelo derivado Alcalase-glioxil agarose-10%, pôde ser adequadamente representada por cinética de Michaelis-Menten com inibição pelo produto, e os parâmetros cinéticos Vmax, KM e KI foram correlacionados com o grau de hidrólise inicial do substrato (grau de hidrólise total obtido pela prévia ação de tripsina e quimotripsina sobre as proteínas do soro de queijo). Hidrólises em batelada de longa duração, catalisadas por Alcalase-glioxil agarose-10% com alta carga enzimática imobilizada, apresentaram efeitos de difusão, com um fator de efetividade, ηI, de aproximadamente 0,5.

ASSUNTO(S)

tecnologia de enzimas carboxipeptidase a glioxil - agarose alcalase engenharia quimica cinética de hidrólise de polipeptidios

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