Imobilização de Enzimas e Operação de Quimiostatos

Imobilização de Enzimas: Métodos, Vantagens e Desvantagens

Em que consiste a imobilização de uma enzima? Descreva os métodos existentes de imobilização, indicando as vantagens e desvantagens respetivas (compare também com a enzima não imobilizada).

Quando as enzimas são usadas em solução, retêm atividade que contamina o produto, e a remoção da contaminação envolve custos para purificar o produto. Se o processo de purificação não for suficiente para separar a enzima do produto, devem usar-se fases diferentes para a enzima e para o substrato, imobilizando a enzima. Existem quatro métodos de imobilização:

• Adsorção: as enzimas ligam-se a um sólido ou suporte poroso.
• Ligação covalente: as enzimas estabelecem ligações covalentes com o sólido ou suporte poroso.
• Aprisionamento: a enzima é imobilizada na matriz de um polímero.
• Confinamento membranar: inserção de enzimas numa membrana semipermeável.

Relativamente ao primeiro, a adsorção, é um método simples e barato, mas pode ser reversível. A ligação covalente é um método mais caro, mas mais eficaz, uma vez que é permanente, já que as ligações covalentes são mais fortes. Quanto ao aprisionamento, este é geralmente aplicável, mas há problemas de difusão. Por último, o confinamento membranar é um método flexível, mas caro.

A imobilização enzimática tem como vantagens proporcionar uma maior estabilidade enzimática e uma maior versatilidade na etapa de separação. Por outro lado, há efeitos menos positivos na imobilização de uma enzima. Pode ter efeitos na cinética enzimática, devido à criação de um microambiente à volta destas, já que a atividade de imobilização de uma enzima é controlada pelas condições físicas do microambiente, e não por aquelas que prevalecem em fase de massa (*bulk phase*). A imobilização afeta a dinâmica de difusão do substrato e do produto, afetando assim a cinética da reação enzimática. Todos estes fatores levam à perda de atividade, provocam impedimentos estereoquímicos e causam problemas de difusão.

Comparando as enzimas imobilizadas com as não imobilizadas, pode dizer-se que as primeiras têm maior estabilidade e uma maior facilidade de separação.

Efeito da Taxa de Diluição em Quimiostatos

Considere um quimiostato a operar a uma baixa diluição. Explique detalhadamente o que acontece às concentrações do substrato e de biomassa no interior do quimiostato se aumentar a taxa de diluição. O que acontece ao tempo de geração?

Aumentando a taxa de diluição, há um menor número de células no quimiostato, o que é igual a uma maior saída de biomassa. O tempo de geração torna-se menor: quanto menos células, menos tempo demora até que o número de células dobre. Ao mesmo tempo, a concentração de substrato aumenta. Como o volume é constante, com entrada de nutrientes, se saírem mais células, existirá mais substrato.

A uma dada altura, a taxa de saída da biomassa vai ser menor, pois há uma concentração de células muito baixa (as células não se conseguem reproduzir à velocidade de saída). Para taxas de diluição muito baixas, a concentração de biomassa é muito baixa, pois são situações extremas. O fenómeno de *washout* ocorre para caudais muito elevados e altas taxas de diluição, em que as células saem todas em grande escala antes de terem a possibilidade de crescer.