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Titel: Estudo da redução de acetofenonas utilizando biocatalizadores da região amazônica para obtenção de substâncias com elevada pureza enantiomérica de interesse farmacológico
Autor(en): Santiago, Paulo Alexandre Lima
metadata.dc.contributor.advisor1: Albuquerque, Patrícia Melchionna
Stichwörter: Biocatálise;Aspergillus;Vegetais;Biorredução;Enantiosseltividade
Erscheinungsdatum: 24-Mär-2017
Herausgeber: Universidade do Estado do Amazonas
metadata.dc.description.resumo: A busca por novos biocatalisadores é de grande interesse para a indústria biotecnológica e farmacêutica. As enzimas são substâncias encontradas em vegetais e microrganismos e se apresentam como excelentes catalisadores devido à sua capacidade de sintetizar substâncias químicas biologicamente ativas. Algumas destas substâncias são bastante difundidas na produção de fármacos, como os álcoois enantiomericamente puros. Sua síntese pode ser realizada utilizando células integras de vegetais ou de microrganismos em reações de biorredução assimétrica de cetonas. Diante da vasta biodiversidade presente na região amazônica e a necessidade de investigações nesta área, este trabalho teve como objetivo realizar a bioprospecção de novos biocatalisadores, a fim de avaliar seu potencial em reações de biorredução enantiosseletiva de acetofenonas substituídas. Foram testados os vegetais Daucus carota (cenoura), Zingiber officinale (gengibre), Manihot esculenta (mandioca), Ipomoea batatas (batata doce), Solanum melongena (berinjela), e as diferentes partes das plantas amazônicas Cissus gongylodes (cipó kupá), Solanum sessiliflorum (cubiu) e Xanthosoma violaceum (taioba roxa), além de diferentes cepas de fungos do gênero Aspergillus. Os fungos foram avaliados quanto à produção de álcool desidrogenase (ADH), enzima envolvida nas reações de biorredução. As reações de redução da paminoacetofenona, p-hidroxiacetofenona, p-nitroacetofenona e p-metoxi-m-nitroacetofenona foram avaliadas em três sistemas reacionais: orgânico (hexano), bifásico (hexano e tampão) e aquoso (tampão). Os fungos foram cultivados por um período de cinco dias, foram filtrados e os micélios postos para secar. Para os vegetais foi realizada uma etapa de asepssia e em seguida estes foram cortados em pequenos pedaços. Após isto 50 mg dos micélios secos ou 10 g dos vegetais cortados foram adicionados ao meio reacional (40 mL) contendo o substrato carbonílico previamente solubilizado. Após 24 horas, a reação foi analisada por cromatografia em fase gasosa equipada com coluna quiral. Todos os fungos produziram ADH, sendo 5 cepas selecionadas para as reações biocatalíticas. O fungo Aspergillus brasiliensis foi o que apresentou os melhores percentuais de conversão para as reações de redução da pnitroacetofenona (c = 53,7%), p-metoxi-m-nitroacetofenona (c = 32,2%) ambas em sistema bifásico, e em meio orgânico a cepa foi capaz de reduzir a p-aminoacetofenona (c = 11%), sendo que todas estas reações apresentaram valores de excesso enantiomérico >99%. Dentre os vegetais, destacou-se a reação de redução da p-aminoacetofenona mediada pelo tubérculo da taioba roxa que promoveu a maior conversão ao produto enantiomericamente puro (93,6%) em meio orgânico. Na redução da p-hidroxiacetofenona, a cenoura foi o melhor biocatalisador, formando apenas um enantiômero, com 45,5% de conversão em meio bifásico. Para a p-nitroacetofenona, o cipó-kupá promoveu a formação de apenas um produto com 13,9% de conversão em meio bifásico. Para a p-metoxi-m-nitroacetofenona, a mandioca e o tubérculo da taioba roxa forneceram 34,6% de conversão ao álcool quiral em meio aquoso. A fim de avaliar a influência do tempo de reação, da concentração do substrato e do pH sobre as conversões a produto, foi realizado um planejamento experimental para alguns sistemas biocatalíticos. Para o A. brasiliensis o tempo e o pH foram as variáveis que influenciaram significativamente a obtenção do álcool quiral (p > 0,05), sendo que o menor tempo e o maior pH levaram às maiores percentagens de conversão. Dos ensaios realizados com os vegetais, a batata doce foi influenciada diretamente pelo pH durante a reação de redução da pnitroacetofenona. Neste trabalho foram obtidos resultados que demonstram o potencial biocatalítico dos fungos do gênero Aspergillus e de vegetais encontrados da região amazônica, com destaque para a taioba roxa. Espera-se com estes resultados que mais pesquisas sejam realizadas a fim de se explorar o potencial biotecnológico destes organismos com ênfase na biocatálise. Palavras-chave: Biocatálise, Aspergillus, Vegetais, Biorredução, Enantiosseltividade.
Zusammenfassung: The search for new biocatalysts is of great interest to the biotechnology and pharmaceutical industries. Enzymes are substances found in plants and in microorganisms, and present themselves as excellent catalysts due to their ability to synthesize chemical substances that are biologically active. Some of these compounds are widespread in drug production, such as enantiomerically pure alcohols. Its synthesis can be carried out using whole cells of vegetables or microorganisms in the asymmetric bioreduction reactions of ketones. Considering the vast biodiversity present in the Amazon region and the need for research in this area, this work aimed to bioprospect new biocatalysts, in order to evaluate its potential on the enantioselective bioreduction reactions of acetophenones. The vegetables Daucus carota (carrot), Zingiber officinale (ginger), Manihot esculenta (cassava), Ipomoea potatoes (sweet potato), Solanum melongena (eggplant), and different parts of Amazon plants Cissus gongylodes (Cipó kupá), Solanum sessiliflorum (cubiu) and Xanthosoma violaceum were tested. Different fungi strains of the genus Aspergillus were also tested. The fungi were evaluated regarding its production of alcohol dehydrogenase (ADH), enzyme envolved in the bioreduction reactions. The reactios of p-aminoacetophenone, p-hydroxyacetophenone, p-nitroacetophenone and p-methoxy-mnitroacetophenone were evaluated in three reaction systems: organic (hexane), biphasic (hexane and buffer), and aqueous (buffer). The fungi were cultivated for a period of five days, then were filtered and set to dry. For the vegetables, an assepsia step was performed and then they were cut into small pieces. Thereafter, 50 mg of the dried mycelia or 10 g of the sliced vegetables were added to the reaction medium (40 mL) containing the previously solubilized carbonyl substrates. After 24 hours, the reaction was analyzed by gas chromatography equipped with a chiral column. All tested fungi produced ADH, and 5 strains were selected for the biocatalytic reactions. Fungus A. brasiliensis presented the best convertion percentages for the reduction of p-nitroacetophenone (c = 53.7%), and p-methoxy-m-nitroacetophenone (c = 32.2%), both in a biphasic system. In organic medium, the strain was able to reduce the paminoacetophenone (c = 11%). All these reactions presented enantiomeric excess > 99%. Among the tested vegetables, the reduction of p-aminoacetophenone mediated by the tuber of purple taioba presented an outstanding result (c = 93.6%) of only one chiral alcohol, in organic medium. For the reduction of p-hydroxyacetophenone, the carrot was the best biocatalyst, forming only one enantiomer, with 45.5% conversion in biphasic medium. For pnitroacetophenone, the cipó-kupá promoted the formation of only one product with 13.9% conversion in the two-phase medium. For p-methoxy-m-nitroacetophenone, cassava and purple taioba tuber provided 34.6% conversion to the chiral alcohol in aqueous medium. To evaluate the influence of reaction time, substrate concentration and pH over the conversion values, it was performed an experimental design for some of the biocatalytic systems. For A. brasiliensis, time and pH were the variables that significantly influenced chiral alcohol production (p > 0.5), with the shortest time and the highest pH leading to the highest conversion rates. For the tests performed with the vegetables, sweet potato was directly influenced by pH during the reduction reaction of p-nitroacetophenone (p > 00.5). In this work were obtained results that demonstrate the biocatalytic potential of fungi of the genus Aspergillus and of several plants found in the Amazon region, especially purple taioba. It is expected that researchs on this area can be carried out to explore the biotechnological potential of these organisms with an emphasis on biocatalysis. Key words: Biocatalysis, Aspergillus, Vegetables, Biorreduction, Enantioselectivity.
URI: http://repositorioinstitucional.uea.edu.br//handle/riuea/2354
Enthalten in den Sammlungen:DISSERTAÇÃO - MBT Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia e Recursos Naturais da Amazônia



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