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Jul 04, 2023

Avaliação do sistema híbrido MxOy/fucoidan e sua aplicação no processo de imobilização de lipases

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 7218 (2022) Citar este artigo 915 Acessos 4 Citações Métricas detalhes Uma correção do autor para este artigo foi publicada em 23 de novembro de 2022 Este artigo

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 7218 (2022) Citar este artigo

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Uma correção do autor a este artigo foi publicada em 23 de novembro de 2022

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Neste trabalho, novos sistemas híbridos MxOy/fucoidan foram fabricados e aplicados na imobilização de lipases. Óxidos de magnésio (MgO) e zircônio (ZrO2) foram utilizados como matrizes inorgânicas MxOy. Na primeira etapa, os óxidos propostos foram funcionalizados com fucoidan de Fucus vesiculosus (Fuc). Os híbridos MgO/Fuc e ZrO2/Fuc obtidos foram caracterizados por meio de análises espectroscópicas, incluindo espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, espectroscopia de fotoelétrons de raios X e ressonância magnética nuclear. Adicionalmente, foram realizadas análises termogravimétricas para determinar a estabilidade térmica dos híbridos. Com base nos resultados, também foi determinado o mecanismo de interação entre os suportes de óxido e o fucoidan. Além disso, os materiais híbridos MxOy/fucoidan fabricados foram utilizados como suportes para a imobilização da lipase de Aspergillus niger, e uma reação modelo (transformação de palmitato de p-nitrofenila em p-nitrofenol) foi realizada para determinar a atividade catalítica do sistema biocatalítico proposto. . Nessa reação, a lipase imobilizada exibiu alta atividade aparente e específica (145,5 U/gcatalisador e 1,58 U/menzima para lipase imobilizada em MgO/Fuc; 144,0 U/gcatalisador e 2,03 U/menzima para lipase imobilizada em ZrO2/Fuc). A eficiência da imobilização também foi confirmada por meio de análises espectroscópicas (FTIR e XPS) e microscopia confocal.

Nas últimas décadas, o desenvolvimento de materiais naturais baratos, biodegradáveis ​​e facilmente disponíveis em diferentes aplicações tem sido de maior interesse para um grande número de pesquisadores. É altamente preferível que a matriz transportadora que se liga à enzima possa ser produzida de forma reprodutível e não perturbe a atividade enzimática, pois tem grande importância para o desempenho tecnológico e sucesso comercial . No entanto, esses materiais também apresentam algumas desvantagens (baixa resistência mecânica e estabilidade térmica limitada) que podem ser melhoradas utilizando processos de modificação apropriados4,5.

Os biopolímeros, devido às suas propriedades versáteis, incluindo não toxicidade, biocompatibilidade, biodegradabilidade, flexibilidade e renovabilidade, são transportadores promissores para a imobilização de enzimas6,7,8. Além disso, numerosos grupos funcionais reativos, como grupos hidroxila, amino ou ácido carboxílico, estão presentes em sua estrutura química. Estes permitem que as enzimas se conectem a essa estrutura7,9. Até o momento, vários polissacarídeos naturais como celulose10,11, quitina12,13, quitosana14,15, alginato16,17, agarose18,19,20 e carragenina21,22 têm sido utilizados como suportes enzimáticos. Recentemente, mais atenção tem sido dada aos compósitos ou híbridos de biopolímero/matriz inorgânica, que também podem ser utilizados na imobilização de enzimas7. Alta resistência, estabilidade e disponibilidade são os parâmetros mais importantes dos materiais inorgânicos, especialmente óxidos selecionados (SiO2, ZnO, ZrO2, MgO, etc.)23. Além disso, podem ser sintetizados através de métodos simples e rápidos, o que os torna relativamente baratos. Deve-se notar também que biopolímeros podem ser introduzidos na superfície de óxidos metálicos para aumentar sua afinidade com enzimas7,24. Há muitas informações na literatura sobre materiais à base de quitosana/quitina/celulose e óxidos inorgânicos, e sua aplicação na imobilização de enzimas25,26,27,28.

Os polissacarídeos de origem natural desempenham um papel importante nas indústrias farmacêutica e cosmética. São amplamente obtidos a partir de algas, incluindo algas marrons29,30. As algas marrons (Phaeophyta) são um grupo de algas com altíssimo grau de especialização na estrutura do talo, que na maioria das vezes apresenta a forma de um fio ramificado31,32,33. As algas marinhas são uma fonte de polissacarídeos potencialmente bioativos, entre os quais o fucoidano extraído de algas marrons (especialmente de espécies de Fucus e tecidos de equinodermos) é atualmente o composto mais estudado extensivamente34,35. O fucoidan pode ser obtido de diversas fontes marinhas, incluindo pepinos do mar36 e algas marrons37. Um alto teor de fucoidano foi estabelecido em um grande número de algas e invertebrados, por exemplo, Fucus vesiculosus, Sargassum stenophyllum, Chorda filum, Ascophyllum nodosum, Dictyota menstrualis, Fucus evanescens, Fucus serratus, Fucus distichus, Caulerpa racemosa, Hizikia fusiforme, Padina Gymnospora, Kjellmaniella crassifolia, Analipus japonicus e Laminaria hyperborea. Diferentes tipos de fucoidan estão presentes nessas fontes e vários métodos de extração são utilizados para obtê-los38.