Um sistema biomimético nanoestruturado para a hidrólise enzimática de Xiloglucano

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Soares, Jéssica de Moura
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Biomimética molecular; Imobilização multi-enzimática; Molecular biomimetics; Multi-enzymatic immobilization; Nanoparticles; Nanopartículas; Sacarificação; Saccharification; Xiloglucanases; Xyloglucanases
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/17/17131/tde-12022020-174409/

Os materiais lignocelulósicos são subprodutos agroindustriais muito abundantes que constituem uma fonte de carbono renovável que pode ser empregada na produção de biocombustíveis, como o etanol de segunda geração. O xiloglucano é uma hemicelulose e um dos polissacarídeos mais abundantes nestes materiais e pode ser totalmente hidrolisado pela ação conjunta de, pelo menos, quatro diferentes enzimas. A abordagem de imobilização de proteínas em nanomateriais oferece a possibilidade de co-localizar diferentes atividades enzimáticas em estruturas desenhadas com objetivo de mimetizar reações biológicas, e até mesmo vias metabólicas inteiras. Além disso, o emprego de nanomateriais na imobilização de enzimas pode incrementar o efeito sinérgico devido à proximidade entre os centros catalíticos. Neste trabalho, realizou-se o estudo da imobilização de quatro enzimas ativas na despolimerização do xiloglucano para o desenvolvimento de nanoestruturas biomiméticas, sendo os principais objetivos: a expressão das enzimas endo-?-1,4- glucanase, específica de xiloglucano, ?-galactosidase, ?-xilosidase e ?-glucosidase, e sua imobilização em nanopartículas magnéticas e consequente caracterização da atividade dessas nanoestruturas sobre o xiloglucano. As enzimas expressas de forma heteróloga foram imobilizadas covalentemente, individualmente e em conjunto, em nanopartículas ferromagnéticas, as quais foram obtidas a partir de óxido de ferro (Fe3O4), revestidas com quitosana e reticuladas com glutaraldeído. As nanostruturas híbridas foram então testadas quanto a sua capacidade catalítica contra substratos sintéticos e xiloglucano extraído de sementes de jatobá (Hymenaea courbaril). A caracterização enzimática demonstrou diferenças para pH e temperatura ótimos determinados entre enzimas livre e imobilizadas. A enzima ?- xilosidase YicI imobilizada teve sua temperatura ótima aumentada em dez graus em relação à enzima livre. No entanto, atividade específica foi reduzida em todas as enzimas após a imobilização. A eficiência de ligação às partículas variou de 5 a 92% entre as enzimas. A enzima ?-galactosidase Bga1 demonstrou a melhor eficiência de imobilização e também a maior capacidade de reuso, chegando a manter cerca de 50% da atividade após dez ciclos. Ainda, foram realizados ensaios com diferentes proporções enzimáticas para otimização da hidrólise do xiloglucano pelos nanossistemas contendo as quatro enzimas. A capacidade de hidrólise do xiloglucano pelos nanossistemas foi determinada pela mensuração de glicose liberada após as reações e por espectrometria de massas dos produtos das reações. Todas as enzimas continuaram ativas após a co-imobilização no nanomaterial. Os resultados de espectrometria de massas indicaram a presença dos monossacarídeos xilose e glicose/galactose, nos produtos de hidrolise de xiloglucano, evidenciando a atividade de despolimerização das nanoestruturas híbridas contendo as quatro enzimas.