Teses e Dissertações (BDTD USP - IFSC)

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    Caracterização bioquímica e biofísica da Celobiohidrolase II do fungo Trichoderma harzianum IOC3844 produzida por expressão homóloga
    (2012-10-25) Voltatodio, Maria Luiza
    O esgotamento das reservas, especialmente do petróleo mais fino, aliado à crescente demanda energética e à necessidade inadiável de reduzir as emissões de carbono para a atmosfera, sinalizam para a necessidade da busca de novas fontes de energia renováveis e limpas. As preocupações com o aquecimento global têm feito crescer o interesse mundial pelos biocombustíveis. O novo conceito de biocombustíveis de segunda geração corresponde à produção de etanol combustível a partir de biomassa lignocelulósica como matéria-prima. No entanto, para tornar possível a utilização da biomassa é necessária a conversão das moléculas constituintes da parede celular em açúcares fermentáveis. A tecnologia mais promissora para a conversão dessa biomassa lignocelulósica à etanol combustível é com base na hidrólise enzimática da celulose usando celulases. Alguns microrganismos como o fungo Trichoderma SSP. secretam um eficiente complexo enzimático de celulases. Tendo as celobiohidrolases, elevada importância na hidrólise primária da celulose, o objetivo desse trabalho foi realizar a caracterização bioquímica e biofísica a celobiohidrolase II (CBHII) do complexo de celulases do fungo filamentoso Trichoderma harzianum IOC 3844. A enzima depois de purificada mostrou uma melhor atividade contra o substrato pNPC a 60°C em pH 4,8. Estudos de eletroforese capilar mostraram apenas moléculas com uma unidade de glicose para um substrato simples inicial contendo 5 glicoses. Análises de dicroísmo circular mostraram um padrão de estrutura secundária predominante em alfa hélice, e na análise da estrutura terciária, o espectro de emissão da CBHII mostrou um comprimento de onda de fluorescência máxima a 333nm em pH5,0, indicando que os triptofanos estão parcialmente expostos ao solvente. Ensaios utilizando a técnica de espalhamento de luz a baixo ângulo, permitiram a geração de um modelo tridimensional o qual mostrou-se domínios globulares unidos por um linker, e as posições relativas entre eles, demonstrando grande similaridade com enzimas CBHII já descritas na literatura, e sendo assim, de grande interesse biotecnológico para hidrólises de biomassas.
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    Produção e caracterização de proteínas do complexo celulolítico de Trichoderma harzianum, envolvidas na hidrólise enzimática da biomassa
    (2012-08-22) Serpa, Viviane Isabel
    Celulases têm atraído muito interesse nos últimos anos devido a sua habilidade na bioconversão de material lignocelulolítico em glucose, a qual pode, então, ser convertida a etanol por fermentação. O complexo celulolítico capaz de degradar a celulose consiste de várias enzimas (principalmente celulases e β-glucosidases) e proteínas auxiliadoras, que atuam em sinergismo para eficientemente hidrolizar a biomassa. Nesse estudo, investigou-se a hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado utilizando enzimas produzidas por T. harzianum e enzima comerial. O rendimento de hidrólise foi avaliado quanto a diferentes níveis de deslignificação de biomassa, graus de cristalinidade da celulose, composição dos coquetéis enzimáticos e adição de BSA. Estudos de difração de raios-X mostraram que a cristalinidade da lignocelulose não é um fator determinante na recalcitrância ao ataque enzimático. Além disso, a adição de BSA não teve qualquer efeito no rendimento da hidrólise. O mais eficiente coquetel enzimático foi obtido misturando o preparado comercial com o produzido pelo T. harzianum (rendimento acima de 97%). Esse desempenho está, provavelmente, relacionado com níveis adequados de β-glucosidases e xilanases no coquetel. Devido a essa eficiente atividade celulolítica, o fungo T. harzianum tem um grande potencial em aplicação para hidrólise de biomassa. A celobiohidrolase I, uma exoglucanase, é a principal enzima secretada por esse fungo (cerca de 60% do total) e nesse estudo ela foi expressa em bioreator, purificada por cromatografia de troca iônica seguida de gel filtração e caracterizada bioquímica, biofísica e estruturalmente. Conforme confirmado por SAXS, tanto a CBHI inteira quanto seu domínio catalítico, obtido por digestão parcial com papaína, são monoméricos em solução e apresentam distância máxima (DMax) de 110 e 60 Å, e raio de giro (Rg) de 20 e 27 Å, respectivamente. Os resultados indicam que o linker é flexível em solução e confirmam o formato de girino da enzima. A CBHI possui atividade máxima em pH 5.0 e temperatura de 50 °C, com atividade específica contra Avicel ® e pNPC de 0,28 and 1,53 U/mg, respectivamente. Outras celulases de interesse foram também expressas para caracterização, no entanto, para essas, foi utilizado o sistema de expressão heteróloga em Aspergillus Níger ou Pichia pastoris. O domínio catalítico da endoglucanase I de T. harzianum foi expresso em A. Níger. A proteína tem atividade específica contra CMC de 15,8 U/mg e pH e temperatura ótima de 3 e 50 °C, respectivamente. A proteína é estável nessas condições em até 3 dias de incubação (dados de ensaios de atividade residual). Estudos biofísicos de deslocamento térmico e dicroísmo circular apresentaram alguns parâmetros de estabilidade de estrutura terciária e secundária, respectivamente. A proteína perde estrutura terciária regular, em pH 5, em torno de 30 °C mas sua estrutura secundária é desordenada somente em pH 9 (quando a 25 °C). Experimentos de dicroísmo circular também indicaram a composição de estrutura secundária do domínio catalítico da EGLI de 6% de α-hélice e 42% de folhas- β.