Biotransformação é o nome que se dá ao processo de conversão de um substrato por um agente biológico envolvendo um número limitado de etapas21. Neste tipo de reação as enzimas têm o papel principal na bioconversão, podendo ser utilizadas na forma isolada ou em uma cultura de células que conterá uma diversificada quantidade de enzimas. A utilização da enzima na sua forma isolada permite um maior rendimento de reação e maior facilidade de purificação do produto final; em contrapartida sua utilização dependente de cofatores, temperatura e pH ideais, o que muitas vezes pode deixar o processo mais caro, comparado à utilização de células em crescimento. A TABELA 1.1 resume as principais vantagens ao utilizar cultura de células, enzimas isoladas ou “pool” de enzimas para reações de biotransformações.
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TABELA 1.1 Principais vantagens na utilização de cultura de células, enzimas na forma isolada ou “pool” de enzimas para reações de biotransformação22.
Cultura de células Enzima isolada “Pool” de enzimas
Sistema multi1enzimático de fácil formação.
Maior rendimento para um produto específico.
Bom rendimento para uma maior variedade de substratos.
Rápido crescimento Produto mais facilmente
isolado.
Produto mais facilmente isolado
Não necessita cofatores
adicionais, já que estão todos contidos na própria célula.
Meio reacional mais limpo ao comparar com cultura de células.
Meio reacional mais limpo ao comparar com cultura de células
Baixo custo de obtenção, manutenção e utilização.
Alta especificidade
Cada tipo de enzima irá catalisar reações diferentes, sendo que esta característica as coloca em diferentes grupos de classificação. A TABELA 1.2 relaciona as diferentes classes de enzimas com o tipo de reação que catalisam.
TABELA 1.2 Classificação das enzimas de acordo com o tipo de reação realisado22.
Classes de enzimas Reação catalisada
Oxidoredutases Transferência de elétrons
Transferases Transferência de grupos funcionais
Hidrolases Hidrólise
Liases Adição de grupos a ligação dupla e vice versa
Isomerases Isomerização
Ligases Formação de ligação com clivagem de ATP
Os processos biológicos são definidos de acordo com a complexidade do substrato e número de etapas biológicas realizadas. A definição mais simples é a fermentação, que implica na transformação de fontes de carbono, como açúcares e metanol em produtos alvos mais complexos utilizando cultura de células em crescimento. Ao utilizar este mesmo processo, porém com substratos de partida definidos, tem se a fermentação precursora. Exemplo desta é a produção de pães, queijos e cerveja, que antigamente já era muito explorada, porém sem conhecimento científico do processo. Uma definição mais precisa é a biotransformação, em que
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são feitas transformações de precursores conhecidos em uma série de etapas definidas, não sendo todas necessariamente conhecidas, para um produto alvo, podendo ser utilizadas enzimas isoladas ou cultura de células. De modo geral todas essas definições se resumem ao termo biocatálise.
Usando a síntese orgânica clássica como comparação, o uso da biotransformação se justifica em termos práticos, ecológicos e financeiros. Como o próprio nome já diz, faz uso de processos biológicos, mais especificadamente de enzimas, as quais proporcionam enorme enantio, régio e estereosseletividade. Tais propriedades podem ser obtidas através de síntese orgânica. Porém, requerem muitas vezes diversas etapas, que envolvem proteção e desproteção de grupos funcionais, consumindo quantidade apreciável de solventes, reagentes e tempo, muitas vezes resultando em altos custos e baixo rendimento. A enzima possui um sítio ativo que guia sua ação a um determinado grupo, região ou conformação da molécula.
Frente à necessidade de diversas etapas em síntese clássica e a alta quantidade de solvente utilizada, a biotransformação é também uma forma ecologicamente correta de se realizar reações, visto que o meio de cultivo é geralmente aquoso e o resíduo de micro organismos gerado é totalmente biodegradável. Além disso, a temperatura e pH de reação são em geral amenas, pois a maioria dos micro organismos não se desenvolve em condições extremas de cultivo.
Na biotransformação utilizando cultura de células de micro organismos, o procedimento envolve a obtenção e manutenção do micro organismo para posterior cultivo em presença do substrato de interesse. O micro organismo pode ser selecionado através de busca na literatura por estudos semelhantes ou pelo processo de screening, ou seja, testar diversas cepas frente a substratos de interesse, buscando resultados específicos que indiquem a presença das enzimas chave, de acordo com o interesse do pesquisador. Este processo de isolamento pode ser guiado pelas próprias fontes de obtenção dos substratos utilizados. Devemos considerar que uma planta possui micro organismos mutualistas que convivem com os metabólitos ali presentes, assim deve se esperar dos organismos invasores uma tolerância a esses metabólitos ou a capacidade de metabolizá los e modifica los de modo a não prejudicar nenhum dos organismos.
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Como mencionado anteriormente, além dos interesses acadêmicos, há ainda interesses para a indústria, como por exemplo, a farmacêutica e de biotecnologia. Os fungos endofíticos compreendem um grupo pouco estudado e apresentam grande potencial para produção de fármacos ou pró fármacos, como antibióticos, estatinas (agentes redutores de colesterol sanguíneo) e imunossupressores. Além disso, são potenciais produtores de enzimas e metabólitos secundários de alto valor comercial, tornando se extremamente atrativos ao considerarmos o baixo custo de manutenção e cultivo das cepas para realizar as reações. Finalmente, não demandam solventes nem reagentes específicos resultando em menor custo e praticidade quando comparados à síntese orgânica clássica.