Publicação: Desenvolvimento de algoritmos de simulação e modelagem computacional de reações enzimáticas em batelada em linguagem Python
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Data
2023-05-19
Autores
Orientador
Cerri, Marcel Otávio 
Coorientador
Pós-graduação
Curso de graduação
Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia - FCF
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Trabalho de conclusão de curso
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Com o surgimento de novas tecnologias computacionais, a modelagem e
simulação de sistemas tem se apresentado como alternativa economicamente
vantajosa para a otimização, automação e controle de diferentes processos
industriais. Capazes de compreender o comportamento de bioprocessos e determinar
as melhores condições de operação, as simulações são definidas como
representações de sistemas reais por meio de modelos matemáticos. Entre os
modelos matemáticos, obtidos através da análise de balanço de massa dos
componentes reacionais, destacam-se os modelos cinéticos, dentre os quais
sobressai-se o modelo de Michaelis-Menten, que representa as taxas de catálises
enzimáticas, relacionando proporcionalmente a velocidade reacional catalisada com
a concentração, em mol/L, de substrato no meio, em duas etapas de reação. As
enzimas, catalisadores biológicos, configuram-se como alternativas vantajosas aos
catalisadores químicos em diversas áreas industriais, visto sua alta eficiência,
velocidade e sustentabilidade. Desse modo, o presente trabalho teve como objetivo o
desenvolvimento de algoritmos de computação científica para simulação e
modelagem de reações enzimáticas realizadas em batelada. O software Enzinetics foi
desenvolvido em linguagem Python, com cinéticas enzimáticas já estabelecidas na
literatura – Cinética de Michaelis-Menten e os modelos adaptados com Inibição
Competitiva, Inibição Não Competitiva e Inibição Incompetitiva, além da linearização
de Lineweaver-Burk. A Interface Gráfica de Usuário do software foi desenvolvida
através da biblioteca Tkinter, de modo user-friendly, permitindo sua fácil utilização sem
prévios conhecimentos. As documentações dos modelos utilizados, assim como
referências bibliográficas, também compõem a aplicação, facilitando ainda mais o
estudo das cinéticas enzimáticas.
Resumo (inglês)
With the development of new computational technologies, the modeling and
simulation of systems has been presented as an advantageous economic alternative
for the optimization, automation and control of industrial processes. Capable of
understanding the behavior of bioprocesses and determining the best operating
conditions, the simulations are defined as representations of real systems through
mathematical models, obtained from the mass and energy balances of the reaction
components. Among the mathematical models, kinetic models stand out, among which
the Michaelis-Menten model stands out, which represent the enzymatic catalysis rates,
proportionally relating the reaction speed with the substrate concentration, in two
reaction stages. Enzymes, biological catalysts, are advantageous alternatives to
chemical catalysts in several industrial areas, given their high efficiency, speed and
sustainability. Thus, the present work aimed to develop scientific computing algorithms
for simulation and modeling of enzymatic reactions in batch operation. The Enzinetics
software was developed in Python language, with enzymatic kinetics models already
established in the literature – Michaelis-Menten Kinetics and adapted models with
Competitive Inhibition, Non-Competitive Inhibition and Uncompetitive Inhibition, in
addition to Lineweaver-Burk linearization. The software's Graphic User Interface was
developed using the Tkinter library, in a user-friendly way, allowing its easy use without
prior knowledge. The documentation of the models used, as well as bibliographical
references, also make up the application, further facilitating the study of enzymatic
kinetics.
Descrição
Idioma
Português
