Apresentar aos alunos as diferentes técnicas de imobilização de enzimas a suportes cromatográficos e suas aplicações em diferentes áreas da ciência.
Enzimas são excelentes biocatalisadores com propriedades interessantes como elevada seletividade e especificidade que lhes permite realizar uma grande variedade de processos químicos sob diversas condições reacionais. As enzimas são utilizadas em diversas aplicações nas indústrias alimentícias, têxtil, de papel e na agricultura e farmacêutica, com grande interesse nas áreas de saúde, energia e meio ambiente. No entanto, quando utilizadas em solução para as mais variadas aplicações as enzimas apresentam como desvantagens: baixa estabilidade frente a variações de temperatura e pH, encontram-se em mistura com os produtos da reação, o que exige etapas de separação, não são reutilizáveis, o que aumenta os custos. Imobilização é um termo genérico empregado para descrever a retenção de uma biomolécula no interior de um reator ou de um sistema analítico. A imobilização tem se mostrado uma ferramenta útil para melhorar as propriedades das enzimas como o aumento do tempo de vida e da estabilidade da enzima em relação à temperatura, aos solventes orgânicos e a variação de pH sem perda considerável da atividade catalítica; reutilização; pequeno manuseio da amostra, evitando contaminações; fácil separação da enzima dos produtos da reação. As duas principais classes de aplicações analíticas de enzimas imobilizadas são: as aplicações biocatalíticas, que utilizam as reações enzimáticas para obter um produto de interesse, ou ainda transformar um analito em uma espécie mais facilmente detectável; e para triagem de substratos e estudos das características cinéticas das enzimas.
Tópicos gerais: Introdução e Revisão histórica, métodos de imobilização, (interações físicas e químicas envolvidas), tipos de suportes, (orgânicos e inorgânicos), efeitos do suporte sobre atividade catalítica, efeitos da imobilização: 1) na estrutura da enzima, 2) sobre o pH, 3) sobre a estabilidade térmica, e 4) sobre as constantes cinéticas (Km e Vmax). Estudos das constantes cinéticas de enzimas imobilizadas, Cromatografia de afinidade de alta eficiência: tópicos teóricos gerais e instrumentação, cromatografia multidimensional, modos de eluição zonal e frontal, biocromatografia, configurações cromatográficas aplicadas a estudos on line. Aplicações: Análise e síntese enantiosseletiva, Estudos de metabolismo de fármacos, Separação e identificação de metabólitos ativos, Controle biotecnológico de fármacos, Análise de contaminantes em águas residuais.
Livros:
1. Cao, L.; Carrier-bound Immobilized Enzymes: principles, applications, and Design, Willey-VCH: Weinheim, 2006.
2. Guisán, J. M. (Ed) Immobilization of Enzymes and Cells Third Edition, In: Methods in Molecular Biology, Springer, New York, 2013
3. Hage D.S. (Ed) Handbook of Affinity Chromatography Second Edition, Taylor & Francis Group, 2006
4. Reichelt S (Ed) Affinity Chromatography Methods and Protocols Third Edition. In Methods in Molecular Biology, Springer, New York, 2015.
5. Dwevedi, A., Enzyme Immobilization Advances in Industry, Agriculture, Medicine, and the Environment, Springer International Publishing Switzerland 2016.
6. Copeland, R. A.; Evaluation of enzyme inhibitors in drug discovery: a guide for medicinal Chemists and Pharmacologists, Second Edition, Wiley: New Jersey, 2013.Marangoni, A. G., Enzyme Kinetics: a modern approach; Wiley: New Jersey, 2003.
7. Pasquarelli. A. Biosensors and Biochips, In. Learning Materials in Biosciences Book series, Springer, 2021. DOI:10.1007/978-3-030-76469-2
10) Chaplin, M. F.; Bucke, C.; Enzyme technology. Cambridge: Cambridge University Press, 1990.
Análise de artigos atuais das revistas Journal Chromatography A, Enzyme Microbiological Technology, Analytical Chimica Acta, Analytical Chemistry, Molecular Catalysis, etc.
Reviews:
• Bolivar, J.M, Woodley, J.M., Fernandez-Lafuente, R. Is enzyme immobilization a mature discipline? Some critical considerations to capitalize on the benefits of immobilization, : Chem. Soc. Rev., 2022, 51, 6251, DOI: 10.1039/d2cs00083k
• Rodrigues, R.C., Berenguer-Murcia, A., Carballares, D., Morellon-Sterling, R., Fernandez-Lafuente, R., Stabilization of enzymes via immobilization: Multipoint covalent attachment and other stabilization strategies. Biotechnology Advances 52 2021, 107821. DOI:10.1016/j.biotechadv.2021.107821
• Zdarta, J., Meyer, A.S., Jesionowski, T. Pinelo, M. A General Overview of Support Materials for Enzyme Immobilization: Characteristics, Properties, Practical Utility. Catalysts 2018, 8, 92; DOI:10.3390/catal8020092
• Basso, A., Serban, S. Industrial applications of immobilized enzymes – A Review, Molecuar Catalysis, 479, (2029) 110607. DOI.10.1016j.mcat.2019.110607.
• Mohamad, N.R., Haziqah, N., Marzuki, C., Buang, N.A., Huyop, F., Wahab, R.A., (2015) An overview of technologies for immobilization of enzymes and surface analysis techniques for immobilized enzymes, Biotechnology & Biotechnological Equipment, 29:2, 205-220, DOI: 10.1080/13102818.2015.1008192.
• de Moraes, MC, Cardoso, CL., Cass, QB (2019) Solid-Supported Proteins in the Liquid Chromatography Domain to Probe Ligand-Target Interactions. Front. Chem. 7:752. doi: 10.3389/fchem.2019.00752
• Bilal, M., Iqbal, H.M.N., Chemical, physical, and biological coordination: An interplay between materials and enzymes as potential platforms for immobilization. Coordination Chemistry Reviews. 2019, 388, 1, 1-23. DOI:10.1016/j.ccr.2019.02.024
• Silva, C., Martins, M., Jingb, S. Fuc, J., Cavaco-Paulo, A., Practical insights on enzyme stabilization Critical reviews in biotechnology, 2018, 38, 3, 335–350 DOI: 10.1080/07388551.2017.1355294.
• Hartmann, M., Kostrov, X., Immobilization of enzymes on porous silicas – benefits and challenges, Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 6277, DOI: 10.1039/c3cs60021a
• Secondo, F., Conformational changes of enzymes upon immobilisation. Cite this: Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 6250. DOI: 10.1039/c3cs35495d.
A avaliação da aprendizagem será remota e semanal, com formulários (googleforms) e questionários. Serão avaliadas as respostas aos formulários fornecidos pela ministrante ao final de cada tópico com notas de 0-10. Essas atividades compõem 40% da nota.
Também serão avaliados seminários na forma de vídeos e trabalhos individuais e/ou em grupos pontuadas de 0-10. Essas atividades compõem 60% da nota.
Os conceitos serão atribuídos conforme a média das notas das avaliações, sendo que
Conceito A entre 9,0 e 10,
conceito B entre 7,0 e 8,9,
conceito C 6,9 a 6,0,
conceito R, abaixo de 6,0.
IDIOMA: Português
DETALHAMENTO DA METODOLOGIA:
As aulas teóricas serão 100% online, realizadas de forma síncrona.
O material teórico será disponibilizado em arquivos PDF na plataforma moddle. Para os alunos da USP será utilizado o google meeting ou zoom
Não será necessária a presença dos alunos ou da professora na Universidade
Durante as aulas os alunos poderão interagir com a professora com perguntas diretas, ou por chat nas plataformas disponibilizadas.
Fora do período das aulas também será disponibilizado e-mail da ministrante ou via moddle-USP para troca de informações e eventuais dúvidas.
Serão incentivadas metodologias ativas de ensino promovendo colaboração dos alunos e professora.
O controle de frequência será feito na forma de chamada durante as aulas online e controle pelo google meeting. O aluno necessita 75 % de presença para ser aprovado.
Não será obrigatória a disponibilidade de vídeo e áudio por parte dos alunos durante as aulas.
A avaliação da aprendizagem será remota e semanal, com formulários (googleforms) e questionários. Semanalmente, a professora responsável fará uma atividade na forma de questionário, seminário ou resumo que irá compor 20% da nota.
No início da disciplina, o(s) responsável(is) dialogarão com a turma, sobre a eventual necessidade de haver estrutura disponível na(s) unidade(s) para acesso dos alunos ao sistema remoto de ensino)
Tipo de oferecimento da disciplina: Não-Presencial