Imobilização da papaína em hidrogel de tamarindo: avaliação experimental e in silico da eficência catalítica e do potencial de libveração controlada

Abstract

A pesquisa em imobilização enzimática busca produzir biocatalisadores robustos, reutilizáveis e economicamente atrativos. Nesse sentido, foi desenvolvido um sistema para imobilização covalente da enzima papaína em uma matriz de hidrogel de tamarindo. O estudo iniciou-se com uma análise bibliométrica que destacou o crescimento exponencial das publicações no tema e o papel estratégico do Brasil em redes internacionais de colaboração. Posteriormente, procedeu-se à ativação e reticulação do hidrogel com glutaraldeído, visando à imobilização da papaína. Foram utilizados parâmetros otimizados de pH (7), temperatura ambiente e tempo de reação controlado, a fim de preservar a atividade enzimática e minimizar a desnaturação induzida pelo agente reticulante. A caracterização por espectroscopia no infravermelho evidenciou o aparecimento de bandas associadas à formação de acetais, confirmando a ocorrência de ligações covalentes estáveis entre a papaína e a matriz polimérica, o que demonstra a eficiência do glutaraldeído como agente de acoplamento químico. Ensaios de atividade enzimática mostraram que a papaína imobilizada manteve sua atividade ao longo do tempo, com redução significativa dos processos de autólise quando comparada à enzima livre. Enquanto a papaína livre apresentou intensa autoproteólise, com perda expressiva de atividade catalítica em curto período, o sistema imobilizado preservou sua integridade funcional, evidenciando o efeito protetor do microambiente fornecido pelo hidrogel. Para fundamentar a avaliação experimental, empregaram-se ferramentas de modelagem computacional. Simulações de dinâmica molecular permitiram analisar a estabilidade conformacional da papaína, nas quais simulações de longa duração indicaram equilíbrio termodinâmico do sistema, com baixos desvios estruturais e manutenção da área de superfície acessível ao solvente, sugerindo ausência de desnaturação ao longo do tempo. Além disso, as abordagens computacionais contribuíram para a compreensão do potencial terapêutico da papaína na modulação de processos inflamatórios. Estudos de docking proteína–proteína identificaram orientações energeticamente favoráveis entre a papaína e a ciclooxigenase-2 (COX-2), enquanto análises das interações não covalentes, como ligações de hidrogênio e contatos hidrofóbicos, demonstraram a estabilidade do complexo formado. Ensaios adicionais indicaram perfis de liberação controlada da enzima, com elevados percentuais de eficiência, reforçando o potencial do sistema para aplicações biotecnológicas e biomédicas. De forma integrada, os resultados evidenciam que hidrogéis de tamarindo constituem matrizes sustentáveis, de baixo custo e alto desempenho para a imobilização enzimática, proporcionando microambiente controlado e possibilitando o reuso eficiente da papaína. O estudo reforça a importância da integração de metodologias bibliométricas, experimentais e computacionais no desenvolvimento de biocatalisadores inovadores obtidos a partir de biomassa do semiárido nordestino, contribuindo para a economia circular regional e evidenciando o papel de biomateriais vegetais na promoção de processos biotecnológicos mais sustentáveis