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Type: Dissertação
Title: O uso do glicerol para a obtenção de produtos de alto valor agregado via biocatálise
Title in English: The utilization of glycerol for the production of high-value-added products through biocatalysis
Authors: Sousa Junior, Paulo Gonçalves de
Advisor: Santos, José Cleiton Sousa dos
Keywords in Brazilian Portuguese : Glicerol;Enzima Eversa;Método Taguchi;Docking molecular
Keywords in English : Glycerol;Eversa Enzyme;Taguchi Method;Molecular docking
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Issue Date: 2023
Citation: SOUSA JUNIOR, Paulo Gonçalves de. O uso do glicerol para a obtenção de produtos de alto valor agregado via biocatálise. 2023. 61 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: Eversa® Transform 2.0 é uma lipase derivada de Thermomyces lanuginosus produzida por um gene geneticamente modificado. Possui baixo custo de produção, alta especificidade de substrato e alta atividade catalítica em síntese orgânica. O glicerol é um subproduto da indústria de biodiesel, neste trabalho é usado como substrato para a obtenção dos glicerídeos. O método Taguchi foi utilizado para avaliar as melhores condições para a esterificação enzimática do glicerol com o ácido acético como agente esterificante. Obteve-se um rendimento de 84,8%, nas condições ótimas (temperatura = 40 ◦C; razão molar glicerol/ácido = 1:1; biocatalisador = 15% l/l; tempo = 12,5 horas). Após a análise estatística, a temperatura foi considerada o parâmetro mais significativo que influenciou a conversão. A técnica de modelagem molecular foi utilizada para gerar um modelo de homologia da enzima, baseado em outras lipases naturais. O Docking molecular, dinâmica molecular e simulações QM/MM foram aplicados para entender o mecanismo de esterificação e os dados termodinâmicos e cinéticos da reação. A etapa de ataque nucleofílico foi identificada como a etapa limitadora dos mecanismos de reação de acilação (13,1 kcal/mol) e desacilação (13,8 e 12,9 kcal/mol). Embora a enzima seja capaz de esterificar todas as hidroxilas do glicerol, os resultados teóricos mostraram que a esterificação dos álcoois primários é termodinamicamente mais favorável (5 kcal/mol), especialmente em temperaturas mais elevadas.
Abstract: Eversa® Transform 2.0 is a lipase derived from Thermomyces lanuginosus produced by a genetically modified microorganism. It has a low production cost, high substrate specificity, and high catalytic activity in organic synthesis. Glycerol is a subproduct of the biodiesel industry, and in this research, glycerol is used to produce glycerides. The Taguchi method was used to evaluate the best conditions for the enzymatic esterification of glycerol with acetic acid. A yield of 84.8% was obtained, under the optimal conditions (temperature = 40 ◦C; molar ratio glycerol/acid = 1:1; biocatalyst = 15% w/w; time = 12.5 h). After the statistical analysis, the temperature was found to be the most significant parameter influencing the reaction conversion. A theoretical study was carried out to generate a homology model of the enzyme, based on other natural lipases. Molecular docking, molecular dynamics, and QM/MM simulations were applied to understand the mechanism of esterification and to derive thermodynamic and kinetic data. The nucleophilic attack step was identified as the rate-limiting step for both acylation (13.1 kcal/mol) and deacylation (13.8 and 12.9 kcal/mol) reaction mechanisms. Although the enzyme is capable of esterifying all three alcohol groups of glycerol, the esterification of the primary alcohols is thermodynamically more favorable (5 kcal/mol), especially at higher temperatures.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/76346
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/9916247254960857
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/3096685020723658
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DQAFQ - Dissertações defendidas na UFC

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