Tipos de reação que catalisam

Além da hidrólise, as lipases também são capazes de catalisar reações reversas, como esterificação, transesterificação (interesterificação, alcóolises e acidólises), aminólise (síntese de amidas) e lactonização, sendo que a atividade de água do meio reacional é um dos fatores determinantes para cada classe de reação (PAQUES e MACEDO, 2006). A Figura 35 apresenta um esquema geral das reações biocatalisadas por lipases.

3.6.2.1 - ACIDÓLISES: processos em que o reagente é um ácido ou um éster.

Acidólise entre trioleína e cadeias curtas de ácidos graxos em meio orgânico por lipases de

Aspergilus oryzae, Rhizomucos miehei e Candida cylindracea, foram relatadas por Tsuzuki em 2005. Nesses processos foi observado que as lipases atuaram como biocatalisador na

incorporação de cadeias curtas de ácidos graxos e a trioleína na produção de estruturas de lipídeos com calorias reduzidas.

3.6.2.2 - AMINÓLISES: conversões entre aminas e álcoois em amidas e ésteres

ou uma reação química em que uma molécula é dividida em duas partes pela reação com uma molécula de amônia ou amina. Essas reações têm sido extensivamente estudadas, e um exemplo básico seria a interação de um grupo carbonila com um nucleófilo, que podem ser um modelo para a formação de ligações peptídicas (GOTOR-FERNÁNDEZ e GOTOR, 2006c). Coutories e colaboradores em 2009 descreveram a catálise quimioseletiva de lipases em aminólises de vários aminoálcoois com ácidos graxos. Eles utilizaram a lipase de Candida antartica, e desenvolveram um processo enzimático para produção de amidas. A figura 36 (ADAPTADA, GOTOR-FERNÁNDEZ e GOTOR, 2006c) apresenta o mecanismo de reação de aminólise catalisada por lipase.

3.6.2.3 - HIDRÓLISES: Lipases hidrolisam triglicerídeos em suas partes

componentes e ainda formam glicerol. A figura 37 apresenta um esquema geral para este tipo de hidrólise. (ADAPTADA, FUREBY et al, 1997).

FIGURA 36 – Mecanismo de reação de aminólise catalisada por lipase

Enzima livre

Complexo de

Michaelis Intermediário tetraédrico

Intermediário acil-enzima

3.6.2.4 - TRANSESTERIFICAÇÃO: hidrólise de triglicerídeos na presença de

álcool para formar metil-ésteres e glicerol. Uma nova rota enzimática para produção de metil- ésteres a partir de óleo de soja foi sugerida por Xu e colaboradores (2003). Eles utilizaram uma lipase de Candida antartica (Novozyme 435) e obtiveram ésteres metílicos com 92% de rendimento.

Ésteres também podem ser sintetizados por transesterificação. As principais vantagens se comparado com a síntese direta são: moléculas de água não são formadas nem são consumidas na reação e estabilidade da enzima é geralmente alta sob essas condições (RAJENDRAN et al, 2009).

3.6.2.5 - INTERESTERIFICAÇÃO: esse é um dos processos mais importantes

para alteração das características físico-químicas de óleo e gorduras. Lipases são soluvéis em água, mas os triglicerídes de longa cadeia não são. Dessa forma, os estudos de interesterificação ocorrem na presença de pequenas quantidades de água ou em emulsão. Lipases catalisam interesterifacações e hidrólises como mostra a figura 38 (ADAPTADA GOTO et al, 1995).

FIGURA 37 – Esquema geral de reações de hidrólise catalisada por lipase

Transesterificações catalisadas por lipases tem ocupado um lugar proeminente na indústria de óleos para a modificação estrutural de lipídeos a partir de modificações enzimáticas que são específicas e que podem ocorrer em condições moderadas de reação (GUPTA et al, 2003).

Durante o processo, ácidos graxos são trocados entre triacilgliceróis até que equílibrio termodinâmico seja estabelecido. Alguns vegetais apresentam composição química não-específica, para serem utilizados esses óleos são modificados quimicamente por interesterificação. Usmani e colaboradores (2010) utilizaram interesterificações catalisadas por lipases na produção de óleos químicos a partir de óleos não tradicionais.

3.6.2.6 - ESTERIFICAÇÃO: reação entre um álcool e um ácido produzindo

éster e água. Reações de síntese de ésteres fazem uso da lei da ação das massas para

FIGURA 38 – Esquema geral de interesterificações e de hidrólises catalisadas por lipase Lipase Produtos mono- substituídos Produtos di-substituídos Produtos tri-substituídos Produtos hidrolizados

direcionar o equilíbrio na direção da síntese removendo a água gerada durante a reação. Rendimentos ótimos para as esterificações foram determinados a partir da concentração ótima do substrato e da enzima. Os efeitos de inibição dos ácidos são fortemente atenuados pela redução da quantidade de ácido e aumento na quantidade de enzima no meio reacional. A performance da esterificação é independente da estrutura do álcool, com atividade máxima ocorrendo para álcoois primários. Álcoois secundários e terciários têm uma diminuição na velocidade da reação por aproximadamente 40%. A síntese de ésteres pode ser maximizada para substratos que contenham excesso de doadores acila (BRUNO et al, 2004).

3.6.3 Substratos

Lipases são atualmente fundamentais em aplicações na indústria e laboratórios. Diferentes lipases aparentemente são específicas na divisão de vários ácidos graxos. A específicidade da lipase pode ser controlada pelas propriedades moleculares da enzima, estrutura do substrato e fatores que afetam a ligação entre enzima e substrato. Elas podem agir de maneira específica ou não-específica resultando na completa hidrólise de triacilglicerídeos em seus constituintes. A figura 39 (ADAPTADA, PAQUES e MACEDO, 2006), apresenta um esquema geral para a catálise de lipases específica e não-específica.

A especificidade da enzima é mostrada tanto em relação ao ácido graxo ou álcool. Elas também mostram regioespecificidade e estereoespecificidade com relação a quantidade de álcool e seu substrato. Lipases podem ser divididas em dois grupos com base na

FIGURA 39 – Esquema geral de catalises por lipases específicas e não- específicas

regioespecificidade exibida no substrato acil-glicerol. O primeiro grupo de lipases catalisa a completa quebra do triacilglicerol em glicerol e três ácido graxos livres, junto com diacil- e monoacilglicerol como intermediários na reação. O segundo tipo, forma os ácidos graxos especificamente a partir das posições 1 e 3 do acilglicerol (PATIL et al, 2011).

Estereoespecificidade é a habilidade que a lipase tem em discriminar os enântiomeros de um par racêmico. Esse é um processo muito difícil de se obter por métodos químicos. As lipases têm sido exensivamente utilizadas em reações estereoespecíficas para gerar compostos oticamente puros como ésteres alifáticos e aromáticos, álcoois, ácidos e lactonas (WELSH e WILLIAMS, 2002).