INFLUÊNCIA DAS ABORDAGENS DE IMOBILIZAÇÃO NA EFICIÊNCIA CATALÍTICA DE CELULASES EM SUPORTES NANOMAGNÉTICOS

Abstract

As celulases são enzimas que hidrolisam a celulose em açúcares redutores, elas são utilizadas em diversas indústrias e na produção de biocombustíveis. No entanto, sua baixa estabilidade limita sua aplicação em larga escala. A imobilização das celulases em suportes sólidos, orgânicos e inorgânicos, oferece uma solução para aumentar sua estabilidade e possibilitar sua reutilização. Dentre estes materiais, os suportes magnéticos despertam grande interesse, já que esses suportes permitem a recuperação rápida das enzimas por meio de um campo magnético externo. No entanto, ainda são necessários estudos adicionais para otimizar a imobilização da celulase e identificar os melhores ligantes para manter sua atividade catalítica. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar diferentes estratégias de imobilização com celulases em suportes magnéticos. Para isso utilizamos nanopartículas magnéticas (NPMs), reduzidas por coprecipitação química, para imobilizar as enzimas através de ligações covalente com o revestimento de Tetraetil Ortosilicato (TEOS) (OH) e com os ligantes (3-Aminopropil)trietoxisilano (APTS) (NH-2), e (3- Mercaptopropil)Trimetoxissilano (MPTS) (SH). O material foi caracterizado por Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Difratometria de Raio-X (DRX), Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FT-IR), de UV-Visível e Raman. A dosagem de proteína total foi determinada pelo método Bradford e sua atividade enzimática foi determinada pela condensação dos açúcares hidrolisados com os grupos nitro do reagente Ácido Dinitrosalicílico (DNS). Os resultados mostram que a estratégia utilizando o ligante APTS apresentou maior eficiência (99,9%), menor tempo de reação (1 hora) e atividade catalítica (61,5 U.g-1) nas condições ótimas da enzima livre, porém, em pH elevado (pH 9) sua atividade decai em quase 40% se aproximando da estratégia de imobilização diretamente com TEOS. Esses resultados evidenciam a influência das condições do meio onde ocorre a reação enzimática e como afeta cada estratégia de imobilização.

Cellulases are enzymes that hydrolyze cellulose into reducing sugars and are used in various industries, including the production of biofuels. However, their low stability limits their application on a large scale. Immobilizing cellulases on solid supports, both organic and inorganic, offers a solution to increase their stability and enable their reuse. Among these materials, magnetic supports have gained significant interest as they allow for rapid recovery of enzymes using an external magnetic field. However, further studies are needed to optimize cellulase immobilization and identify the best ligands to maintain their catalytic activity. In this study, we evaluated different immobilization strategies using cellulases on magnetic supports. We used chemically co-precipitated magnetic nanoparticles (MNPs) coated with Tetraethyl Orthosilicate (TEOS) (OH) and covalently bonded with ligands (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTS) (NH2) and (3- Mercaptopropyl)trimethoxysilane (MPTS) (SH). The material was characterized using Transmission Electron Microscopy (TEM), X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), UV-Visible Spectroscopy, and Raman Spectroscopy. Total protein content was determined using the Bradford method, and enzymatic activity was measured by condensing the hydrolyzed sugars with the nitro groups of the reagent Dinitrosalicylic Acid (DNS). The results showed that the strategy using APTS ligand exhibited higher efficiency (99.9%), shorter reaction time (1 hour), and catalytic activity (61.5 U.g-1) under optimal conditions compared to free enzymes. However, at high pH (pH 9), its activity decreased by almost 40% and approached the strategy of direct immobilization with TEOS. These findings highlight the influence of the reaction medium conditions on enzymatic activity and how they affect each immobilization strategy.