Desenvolvimento de complexos enzimáticos baseados em xilanases de Clostridium thermocellum

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Hamann, Pedro Ricardo Vieira
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48985
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2021.
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spelling Desenvolvimento de complexos enzimáticos baseados em xilanases de Clostridium thermocellumClostridium thermocellumXilanaseCelulossomaBiomassa lignocelulósicaTese (doutorado) — Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2021.Clostridium thermocellum é uma bactéria anaeróbica termófila, especializada na degradação de compostos celulósicos por meio da secreção de um complexo enzimático chamado de celulossomas. Dentre as principais característica que chamam a atenção para celulossomas como maquinaria enzimática para degradação da parede celular vegetal, tem-se a presença de diversas atividades além das celulases, como xilanases e pectinases. Apesar do grande número de estudos em relação ao efeito da formação de complexos enzimáticos formados por celulases, pouco se sabe da vantagem da organização de xilanases em complexos enzimáticos, assim como o efeito de tal complexação em aplicações biotecnológicas. No presente trabalho, foi realizada a expressão heteróloga das xilanases XynZ, e XynA, assim como a porção n-terminal da proteína estrutural CipA, contendo dois domínios cohesin e um domínio de associação a celulose. Para a enzima XynA, foi realizado um primeiro trabalho experimental para avaliar o efeito de compostos fenólicos derivados da biomassa lignocelulósica em sua atividade xilanolítica. Dentre os compostos avaliados, ácido tânico causou maior perda na atividade quando a enzima foi exposta a temperatura de 60ºC. Quando a enzima foi exposta aos compostos fenólicos a baixa temperatura (40ºC), a perda da atividade tornou-se reversível. Ainda em relação a xilanase XynA, a mesma foi utilizada para formulação de complexo enzimático usando a região n-terminal da proteína estrutural CipA. Quando o complexo enzimático formado foi utilizado para hidrólise do bagaço da cana de açúcar tratado, apresentou maior desempenho na liberação de açúcares redutores, em relação a mesma carga enzimática utilizando a enzima em sua forma não associada ao complexo. Também foi observado que a proteína estrutural, quando utilizada para suplementar misturas enzimáticas de origem fúngica para hidrólise de biomassa lignocelulósica, foi capaz de melhorar a produção de D-glicose. A enzima XynZ também foi utilizada para produção de mini xilanossomas utilizando a proteína estrutural CipA com dois domínios cohesin e um domínio de associação a carboidratos, o complexo formado apresentou efeito de pH e temperatura similares ao da enzima não complexada, entretendo observou-se ganho na estabilidade térmica quando a enzima estava associada a um complexo. Quando o mini xilanossoma foi utilizado para hidrolisar fibras de sisal, foi observado geração de açúcares redutores até três vezes superiores em comparação quando utilizado a enzima em sua forma não complexada. Os resultados demonstrados no presente trabalho atestam que a complexação de xilanases em mini-xilanosomas podem contribuir para uma maior desconstrução da biomassa lignocelulósica.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).Clostridum thermocellum is an anaerobic thermophilic bacterium that is specialized in degrading cellulosic materials through the secretion of enzymatic complexes, namely cellulosomes. The main feature that calls attention for cellulosomes as machinery for plant cell wall degradation is several hydrolytic activities along with cellulases, including xylanases and pectinases. Despite the great number of studies regarding the cellulosome assembly using cellulases, little is known about the advantage of organizing xylanases in enzymatic complexes and the effect of complexed xylanases in biotechnological applications. In the present study, the heterologous expression of xylanases XynZ and XynA was done, and the N-terminus portion of the scaffolding proteins CipA, containing two cohesin domains and a cellulose-binding module. For the enzyme XynA, a first study was conducted to evaluate the effect of phenolic compounds derived from lignocellulose on XynA’s xylanase activity. Among the evaluated compounds, tannic acid caused the highest activity decay when assays were conducted at 60°C. However, when XynA was exposed to phenolic compounds at a lower temperature (40ºC), activity loss could be reversible. Still, regarding XynA, this enzyme was used to assembly mini-xylanosomes with the N-terminus portion of scaffolding protein CipA. The formed enzymatic complex was used to hydrolyze chemically treated sugarcane bagasse and showed a better release of reducing sugar than the enzyme on its non-complexed state and same activity load. It was also observed that the scaffolding protein, when coupled with fungal enzymes in hydrolysis of lignocellulose, was capable of improving the D-glucose production. Regarding XynZ, this enzyme was also used to assemble mini-xylanosomes. The assembled complex displayed similar pH and temperature effect in xylanase activity compared to the free enzyme. However, was observed improvement in thermostability property for the mini-xylanosome. When applying the mini-xylansome to hydrolyze sisal fibers, was observed production of reducing sugar three times higher than those observed for non-complexed enzymes. Results shown in the present study attest that the assembly of xylanases into mini-xylanosomes can improve lignocellulose deconstruction.Instituto de Ciências Biológicas (IB)Programa de Pós-Graduação em Biologia MolecularNoronha, Eliane FerreiraHamann, Pedro Ricardo Vieira2024-07-17T21:00:39Z2024-07-17T21:00:39Z2024-07-172021-06-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfHAMANN, Pedro Ricardo Vieira. Desenvolvimento de complexos enzimáticos baseados em xilanases de Clostridium thermocellum. 2021. 164 f., il. Tese (Doutorado em Biologia Molecular) — Universidade de Brasília, Brasília, 2021.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48985enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-07-17T21:00:39Zoai:repositorio.unb.br:10482/48985Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-07-17T21:00:39Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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