Teses e Dissertações (BDTD USP - IFSC)
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Item Clonagem molecular, expressão, purificação e caracterização estrutural da endoglucanase de Trichoderma harzianum visando o desenvolvimento de coquetéis enzimáticos para a produção de etanol lignocelulósico(2016-05-12) Pellegrini, Vanessa de Oliveira ArnoldiO aumento na demanda mundial por energia, a perspectiva de encolhimento dos recursos energéticos e a preocupação global com a questão ambiental, despertaram o interesse por fontes alternativas de energia. A biomassa lignocelulósica é abundante e de baixo custo, com potencial para complementar a produção em larga escala de combustíveis. A degradação das moléculas constituintes da parede celular à açúcares fermentescíveis e então à etanol, ocorre através da hidrólise enzimática da biomassa. Contudo, a utilização de enzimas para esse fim encontra-se em estágio exploratório e representa um gargalo na implementação de tecnologias de etanol 2G em escala industrial, desencadeando a busca de celulases bioquimicamente mais ativas, estáveis e economicamente viáveis. O presente trabalho visou a caracterização da endoglucanase I do fungo Trichoderma harzianum, e para isso foi realizada expressão, ensaios bioquímicos e biofísicos do domínio catalítico (ThCel7B-CCD) e da proteína inteira (ThCel7B-full). A enzima exibiu um perfil acidofílico, com atividade ótima em pH 3,0 a 55°C. A proteína também se mostrou capaz de hidrolisar uma variedade de substratos, sendo a maior atividade hidrolítica em β-glucano (75 U mg-1). Ao analisar a estabilidade térmica medida a 55°C em pH 5, a atividade residual manteve-se intacta por mais de 2 meses. Outra característica relevante foi o elevado grau de sinergismo entre ThCel7B e ThCel7A. Análises de microscopia eletrônica de flocos de aveia submetidas à hidrólise com ThCel7B evidenciaram os efeitos de degradação do substrato em relação às amostras controle. O conjunto desses resultados, além de importante para a compreensão do mecanismo molecular de ThCel7B e de outras endoglucanases da família GH7, também revelou uma enzima de interesse biotecnológicos uma vez que o comportamento ácido e sua estabilidade térmica são características relevantes para aplicações industriais sob condições extremamente ácidas.Item Estudos funcionais e estruturais de uma endoglucanase de Phanerochaete chrysosporium da família 45 das hidrolases de glicosídeos(2016-03-14) Ramia, Marina PaglioneA importância do estudo das celulases não se limita à aquisição de conhecimento científico, mas também ao grande potencial biotecnológico que elas representam. Isso se deve ao fato da celulose ser a molécula mais abundante presente na natureza e prover uma vasta gama de produtos e processos sustentáveis. Muitas famílias de celulases já foram bem caracterizadas, enquanto outras permanecem ainda desconhecidas. Dentre estas últimas, a família 45 das hidrolases de glicosídeos é a família de celulases fúngicas menos caracterizada tanto estruturalmente quanto funcionalmente. Recentemente foi proposta a divisão dessa família em três subfamílias e, até agora, apenas membros da subfamília A tiveram enzimas estruturalmente elucidadas. Nesse trabalho reportamos a estrutura cristalográfica da proteína recombinante endoglucanase de Phanerochaete chrysosporium (PcCel45A), a primeira das hidrolases de glicosídeos da subfamília C, e seu complexo com celobiose a 1,4 Å e 1,7 Å de resolução, respectivamente. A PcCel45A é uma enzima de domínio único, com uma estrutura em β-barril e seu empacotamento geral remete ao formato de âncora. O sítio ativo da enzima forma um longo sulco na superfície da estrutura, sendo que o seu centro catalítico é diferente das outras enzimas publicadas dessa família e o aspartato catalítico, que atua como aceptor de próton na reação de inversão, (Asp10) não é conservado. Adicionalmente, a estrutura cristalográfica dessa enzima apresenta mais similaridades com as β-expansinas (proteínas de plantas) e transglicosilases líticas (proteínas que clivam o peptidoglicano de bactérias) do que com as outras representantes da família 45, o que a torna ainda mais singular. Para entendermos melhor seu funcionamento foram realizadas mutações sítio-dirigidas nos principais resíduos do sítio ativo. O Asp121, conhecido por participar da reação de inversão das outras enzimas da família como doador de próton, mostrou-se essencial para a atividade da enzima, enquanto que outros resíduos conservados como a Tyr25, o Trp161 e o Asp92 afetaram, mas não aniquilaram a atividade da enzima, apresentando aproximadamente 20%, 50% e 10% da atividade da enzima nativa, respectivamente.Item Expressão heteróloga em Aspergillus nidulans e caracterização bioquímica e estrutural de uma endoglucanase de Aspergillus terreus(2015-05-16) Mulinari, Evandro JoséA degradação enzimática rápida, eficiente e robusta de polissacarídeos derivados de biomassa lignocelulósica é atualmente um grande desafio na produção de biocombustíveis e considerada uma alternativa viável e promissora para se enfrentar a crise energética mundial e diminuir a dependência das fontes fósseis de energia. O bagaço de cana-de-açúcar no Brasil é a principal matéria lignocelulósica sustentável de grande potencial para a produção do etanol de 2ª geração. O principal requisito para a consolidação dessa abordagem é a disponibilidade de enzimas que hidrolisam a celulose, hemicelulose e outros polissacarídeos em açúcares fermentescíveis e em condições adequadas para a utilização industrial. O presente estudo visou à caracterização molecular, estrutural e funcional da endoglucanase GH12 do fungo Aspergillus terreus (AtGH12) por diferentes técnicas. O gene que codifica para essa enzima foi clonado e expressado no fungo filamentoso A. nidulans linhagem A773. A cepa com maior secreção foi selecionada e a sequência da enzima confirmada por espectrometria de massas MALDI TOF MS. Posteriormente, através de estudos funcionais de parametrização enzimática como pH e temperatura ótimos, estabilidade térmica, efeitos supressores e potencializadores de aditivos, a enzima AtGH12 foi caracterizada bioquímica e fisicamente. A espectrometria de massas do substrato hidrolisado pela catálise enzimática foi tomada como uma forma de investigar o padrão de clivagem da hidrólise e estudo do reconhecimento enzima/substrato para a AtGH12. As caracterizações estruturais das enzimas recombinantes obtidas utilizando as técnicas de espalhamento dinâmico de luz, dicroísmo circular, espalhamento de raios X a baixo ângulo e gel nativo serviram para determinação do enovelamento e estado oligomérico em solução da AtGH12. Com o intuito de fornecer subsídios para o desenvolvimento de coquetéis enzimáticos mais eficazes para hidrólise da biomassa lignocelulósica, a atividade da AtGH12 foi avaliada frente ao bagaço de cana-de-açúcar pré-tratados pelos processos hidrotérmicos e organossolve. Posteriormente, o seu grau de sinergismo nesse tipo de substrato foi determinado com o coquetel enzimático comercial Acellerase®.Item Caracterização estrutural de endoglucanases da família GH5 e beta-glicosidases da família GH1: interação enzima-substrato(2014-01-30) Liberato, Marcelo VizonáA celulose é o biopolímero de maior abundância no mundo e tem potencial para se tornar fonte de energia renovável através de sua transformação em açúcares fermentáveis, que por sua vez serão transformados em etanol. A recalcitrância da celulose, principal dificuldade encontrada no processo, pode ser superada com o auxílio de enzimas (celulases). Ao menos três enzimas celulolíticas são necessárias para a degradação total da celulose, incluindo as celobioidrolases, que hidrolisam as ligações glicosídicas das extremidades redutoras e não redutoras da cadeia, as endoglucanases, que clivam a cadeia de celulose amorfa randomicamente, e as beta-glicosidases, que produzem glicose através dos celo-oligômeros. Mas para que esse processo se torne financeiramente viável é necessário conhecer o funcionamento, otimizar a atividade e aumentar a produção dessas celulases. Com o intuito de avançar na compreensão da função e estrutura dessas enzimas, o presente trabalho teve como objetivo o estudo estrutural de beta-glicosidases da família GH1 e endoglucanases da família GH5. Na primeira parte do trabalho, a expressão da endoglucanase II de Trichoderma reesei não foi alcançada, mesmo utilizando diferentes organismos e condições de expressão. Porém, na segunda etapa, foi obtida a expressão, purificação e os primeiros ensaios de cristalização de 11 beta-glicosidases bacterianas da família GH1 e 8 endoglucanases bacterianas da família GH5. Dentre elas, três beta-glicosidases e uma endoglucanase de Bacillus licheniformis foram cristalizadas e tiveram sua estrutura resolvida. As beta-glicosidases, apesar de possuírem o enovelamente similar, apresentaram variações no tamanho e posição das alças formadoras da fenda catalítica e divergem em relação a um dos aminoácidos importantes para a estabilização do substrato. Essas diferenças podem ajudar a explicar o mecanismo dessas enzimas para reconhecer substratos distintos. A endoglucanase da família GH5, possuindo dois módulos acessórios, foi cristalizada tanto na forma apo quanto complexada ao substrato celotetraose. O segundo módulo acessório possivelmente é um domínio de ligação à celulose (CBM) e seus resíduos aromáticos, que são responsáveis pela interação com o substrato, parecem complementar o sítio catalítico, sendo assim um novo mecanismo de auxílio enzimático de um CBM. O primeiro módulo acessório não possui um aparente sítio de interação com carboidratos e provavelmente funciona como um conector entre domínio catalítico e o CBM. O posicionamento do substrato no sítio de ligação é parecido com outras estruturas já determinadas, porém, suscita algumas dúvidas sobre a função dos resíduos catalíticos que é conservada na família. O carbono anomérico do substrato possui uma densidade eletrônica contínua com o glutamato da fita β4 (que deveria ser o ácido/base) e está mais próximo dele que do glutamato da fita β7 (que deveria ser o nucleófilo).