Melhorar a taxa de fermentação da xilose em etanol em Saccharomyces cerevisiae através da incorporação de informações estruturais de proteínas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nóvoa, Cláudio Filipe Ferreira
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/66519
Resumo: Dissertação de mestrado em Bioinformática
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spelling Melhorar a taxa de fermentação da xilose em etanol em Saccharomyces cerevisiae através da incorporação de informações estruturais de proteínasXilose redutaseXilitol desidrogenaseD-xiloseXilitolDockingVolumeXylitolXylose reductaseXylitol dehydrogenaseD-xyloseCiências Naturais::Ciências da Computação e da InformaçãoDissertação de mestrado em BioinformáticaO consumo crescente do petróleo constitui um grave problema ambiental e económico para a sociedade atual. Para solucionar este problema, o uso de biocombustíveis apresenta-se como uma viável alternativa. Através do aproveitamento da cana-de-açúcar e do milho, utilizando microrganismos, é possível obter etanol, o biocombustível mais utilizado atualmente. Porém, nem todos os açúcares provenientes destas matérias-primas são fermentados de forma economicamente eficiente, sendo que a D-xilose, o segundo açúcar mais abundante, continua a ter um aproveitamento ineficiente por parte de microrganismos como a Saccharomyce cerevisiae, apesar das alternativas já exploradas. A via de fermentação da xilose é constituída por diversas enzimas, sendo que o problema da fraca taxa de conversão de xilose em etanol se deva essencialmente às primeiras duas: a xilose redutase e a xilitol desidrogenase. Muitas das abordagens para solucionar o ineficiente consumo da D-xilose têm por base a engenharia metabólica, ou como tornar a xilose redutase ou a xilitol desidrogenase específica para o mesmo cofator. Este trabalho tem o objetivo de descobrir caraterísticas estruturais, na xilose redutase e na xilitol desidrogenase, que possam ter influência na afinidade da D-xilose e no seu modo de ligação. Para tal foram usadas e testadas abordagens in silico tendo em consideração a estrutura das proteínas e os açúcares que estas utilizam como substrato, deixando para segundo plano os cofatores e o metabolismo. Foram recolhidas diversas sequências de xilose redutases e xilitol desidrogenases de diversos organismos e as suas estruturas tridimensionais modeladas. Para esses modelos foi medido o volume dos seus centros ativos e realizado o docking molecular da D-xilose, xilitol e outros substratos. Os resultados do docking e dos volumes foram comparados com os KM dos diferentes substratos. Praticamente todos os volumes da xilose redutase foram corretamente medidos, o que não se verificou no caso da xilitol desidrogenase. Relativamente ao docking molecular, foram analisados os resíduos envolvidos nos processos catalíticos destas duas enzimas bem como os scores resultantes. A Candida tenuis e Candida boidiini foram as que apresentaram uma maior afinidade no docking da xilose com um valor de 5,1. No docking do xilitol nas xilitol desidrogenases a Rhizomucor pusillu foi a que teve melhor score com 5,1. Este trabalho evidenciou que os volumes do centro ativo e o KM aparentam não estar diretamente relacionados. Os resíduos N e H do centro catalítico da xilose redutase estão conservados em todas as xilose redutases e estão envolvidos nas interações polares com a xilose e outros açúcares.The growing consumption of oil is a serious environmental and economic problem for today's society. To solve this problem, the use of biofuels presents itself as a viable alternative. Through the use of sugar cane and corn, using microorganisms, it is possible to obtain ethanol, the most commonly used biofuel. However, not all sugars from these raw materials are fermented in an economically efficient manner, and D-xylose, the second most abundant sugar, continues to be inefficiently utilized by microorganisms such as Saccharomyces cerevisiae, despite of the alternatives already available and explored. The xylose fermentation path consists of several enzymes, and the problem of the low conversion rate of xylose into ethanol is due to the first two: xylose reductase and xylitol dehydrogenase. The approaches to solving the inefficient consumption of D-xylose are mainly based on metabolic engineering, such asturning xylose reductase or xylitol dehydrogenase specific for the same cofactor. In this work , in order to discover structural features in xylose reductase and xylitol dehydrogenase that may influence the affinity of D-xylose and its mode of binding, in silico approaches were used and tested taking into account the structure of proteins and sugars which they use as a substrate, leaving the cofactors and the metabolism behind. Several xylose reductase and xylitol dehydrogenase sequences from various organisms were collected and their tridimensional structure modelled. For these models the volume of its active centers was measured and the molecular docking of D-xylose, xylitol and other substrates was performed. The results of the docking and the volumes were compared with the KM of the different substrates. Almost all volumes of xylose reductase were correctly measured, which was not observed in the case of xylitol dehydrogenase. Regarding molecular docking, the residues involved in the catalytic processes of these two enzymes as well as the resulting scores were analyzed. Candida tenuis and Candida boidiini had the highest affinity for xylose docking with a value of 5.1. In the docking of xylitol in xylitol dehydrogenases Rhizomucor pusillus was the one that had the best score with. This work evidenced that the volumes of the active center and the KM are not directly related. The N and H residues of the catalytic center of xylose reductase are conserved in all xylose reductases and are involved in polar interactions with xylose and other sugars.Rocha, I.Soares, CláudioUniversidade do MinhoNóvoa, Cláudio Filipe Ferreira20192019-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/66519por202503100info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:43:17Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/66519Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:40:41.992545Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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