O 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. / The increase in global energy demand, shrinkage perspective of energy resources and global concern about environmental issues, aroused interest in finding alternative sources of energy. Lignocellulosic biomass is plentiful and inexpensive, and has the potential to complement the large-scale production of fuel. The degradation of molecules that constitute the cell wall to fermentable sugars and then to ethanol, occurs via the enzymatic hydrolysis of biomass. However, the use of enzymes for this purpose is in exploratory stage and represents a bottleneck in the implementation of 2G ethanol technologies in industrial scale, supporting studies about biochemically most active, stable and economically viable cellulases. This work aimed the characterization of endoglucanase I from fungus Trichoderma harzianum and for that, was performed expression and biochemical and biophysical assays of the catalytic domain (ThCel7B-CCD) and full protein (ThCel7B-full). The enzyme exhibited a acidophilic profile, with optimal activity at pH 3.0 at 55°C. The protein was also able to hydrolyze a variety of substrates, with higher hydrolytic activity in β-glucano (75 U mg-1). Analyzing the thermal stability as pH 5, residual activity remained intact for over 2 months. Another important feature was the high degree of synergy between ThCel7B and ThCel7A (DS 3). Electron microscopy analysis of oat samples subjected to hydrolysis with ThCel7B show the substrate degradation effects in relation to the control samples. All these results, as well as important for understanding the molecular mechanism of ThCel7B and other endoglucanases of GH7 family, also disclose an enzyme of biotechnological interest because the acid behavior and thermal stability are promises of industrial applications under extremely acidic conditions.

Fungos de podridão branca e fungos de podridrão parda são capazes de degradar a biomassa lignocelulósica utilizando diferentes mecanismos. Os fungos de podridão parda degradam a celulose e a hemicelulose enquanto modificam a lignina, sendo, portanto, as enzimas hidrolíticas ativas em substrato rico em lignina. O arsenal enzimático diferenciado desses fungos torna-os alvos para prospecção de enzimas que podem ser aplicadas em diversos processos biotecnológicos. O fungo Gloeophyllum trabeum é uma das espécies mais compreendidas deste grupo, e sabe-se que é capaz de degradar a celulose sem produzir CBHs. Além disso já foi reportado uma GH5 proveniente desse organismo com caraterísticas processivas. Nossa tentativa de clonagem dessa enzima (GtGH5) em A. nidulans A773 não foi bem sucedida, todavia nosso grupo esta repetindo os passos de clonagem e expressão. No genoma desse organismo esta presente um gene que codifica uma GH45. A GtGH45 foi a clonada e expressa com alto rendimento em A. nidulans cepa A773. A expressão, secreção e acumulaçao da GtGH45 foi positiva após 72 h de incubação em meio líquido (maltose como indutor), confirma por eletroforese SDS-PAGE do extrato enzimático concentrado e dialisado. A massa molar de 18,4 kDa foi consistente com a predição da sequência de 204 amino-ácidos obtída apartir da sequência gênica e corrobora com a caracterização por espectometria de massas (18,9 kDa). A análise filogenética é consistente com estudos anteriores, agrupando a proteína alvo com outras GH45s de basidiomicetos na subfamília C. A enzima purificada foi testada para determinação da especificidade pelo substrato apresentando maior atividade em arabinoxilana, xilana, arabinoxilana e CMC e foi capaz de gero celo-oligômeros a partir da hidrólise de PASC. O pH ótimo em CMC foi 2,5, além se demonstrar ser temoestável em ensaio de Thermoflour. A hidrólise enzimática de substratos lignocelulósicos derivados de cana-de-açúcar mostrou que a GtGH45 foi eficiente para suplementar coqueteis enzimáticos comerciais, principalmente na conversão de xilana. / White-rot and brown-rot basidiomycetes are able to transform lignocellulosic materials through different mechanisms. The brown-rot fungi are able to degrade cellulose and hemicellulose meanwhile modifies lignin. The hydrolytic enzymes of these fungi act on a lignin-enriched substrate, which makes them targets to prospect new enzymes for polysaccharides hydrolysis. Gloeophyllum trabeum is one of the best understood fungal species in this group. An interesting processive GH5-endoglucanase (EG) has been described in this species suggesting an unusual pathway for lignocellulosic degradation without cellobiohydrolases (CBH). Our first attempt to clone this GtGH5 was default but our grup is trying a new attempt of heterologous expression of this protein. Furthermore, G. trabeum genome points out for a low molar mass GH45-EG. Here we report on a recombinant high-yield G. trabeum ATCC 11539 GtGH45 production system. Expression and secretion of endoglucanase GtGH45 was positive after 72 h incubation of the transformed A. nidulans stain A773 in stationary liquid cultures (maltose as inductor). The SDS-PAGE electrophoresis of ultra-filtrated extract showed a single-band GtGH45 over expressed band. The molar mass of 18,4 KDa was consistent with the predicted 204 amino acids sequence derived from gene sequence analyses and corroborates with mass spectometry characterization (18,9 KDa). Even more, the phylogenetic analyze is consistent to previews studies, clustering the target protein with others GH45 from basidiomycetes at subfamily C. The purified protein was assayed for substrate specificity showing activity against xylan, arabinoxylan and PASC. GtGH45 was able to produce cello-oligomers from PASC. The optimum pH was 2.5 with CMC as the substrate. Xylan conversion was enhanced when GtGH45 was mixed with commercial enzymes in enzymatic hydrolysis of alkaline-sulfite pretreated sugar cane bagasse.

Zwei Glykosylhydrolasen des acidothermophilen Bakteriums Alicyclobacillus acidocaldarius konnten charakterisiert werden. Die jeweiligen Gene wurden kloniert und sequenziert. Das intrazelluläre Enzym CelA und das extrazelluläre Enzym CelB könnten zusammen eine tragende Rolle im Abbau von beta-1,4-verknüpften Polysacchariden spielen. Ein Gen, welches für eine beta-1,4-Endoglucanase (CelA) kodiert, wurde kloniert und überexpremiert. Das Enzym wurde gereinigt. Das Protein besitzt eine Immunoglobulin-ähnliche Domäne, jedoch keine Cellulosebindedomäne. Zusammen mit den Sequenzähnlichkeiten der katalytischen Domäne zeigen diese Merkmale, daß das Protein zur Familie 9, Untergruppe E1 der Glykosylhydrolasen gehört. CelA zeigte höchste Aktivität gegenüber beta-1,4-Glucanen, besaß jedoch auch Aktivität gegen Haferspelzenxylan. Das Enzym hatte ein pH optimum von 5.5 und ein Temperaturoptimum von 70 °C. Im Protein waren zwei Zink- und zwei Calcium-Ionen gebunden, die wahrscheinlich wichtig für die Temperaturstabilität sind. Gegenüber p-Nitrophenylglykosiden ergab sich ein überraschendes Hydrolysemuster: Höchste Aktivität wurde auf dem Cellobiosidderivat gefunden, eine niedrigere Aktivität fand sich auf dem Cellotetraosederivat, wohingegen keine Aktivität auf den Glucose- und Cellotriosederivaten gemessen wurden. Das Hydrolysemuster führte zu dem Schluß, daß in CelA die Bindung von beta-1,4-Glucanen entweder auf der nicht reduzierenden Seite der -2 Substratunterbindestelle sterisch verhindert wird, oder alternativ zwei starke Substratunterbindestellen -1 und -2 vorhanden sind. Es wurde kein Signalpeptid zur Markierung des Proteins für die Translokation über die Membran gefunden. Zusammen mit der hohen Aktivität gegenüber Oligosacchariden, dem fast neutralen pH Optimum und der Inaktivierung bei niedrigem pH, deutet dies auf eine Rolle des Proteins als cytoplasmatisches Enzym zum Abbau importierter Oligosaccharide hin. Ein zweites Enzym mit Xylanase- und Cellulaseaktivität wurde zunächst aus A. acidocaldarius Kulturen gereinigt. CelB besaß eine molekulare Masse von 100 kDa und konnte nur mit Hilfe von Detergenz von den Zellen abgelöst werden. Klonierung und Sequenzanalyse des entsprechenden Gens ergaben einen offenen Leserahmen, welches für ein Präprotein kodierte, das ein typisches Sec-abhängiges Signalpeptid besaß. Gereinigtes, rekombinantes CelB und eine verkürzte Variante, der die letzten 203 Aminosäuren fehlten, zeigten Enzymaktivitäten, die dem Wildtypprotein ähnlich waren. Ein niedriges pH-Optimum von 4 wurde bestimmt. Auch die Stabilität war bei niedrigem pH hoch, wobei das Enzym nach Inkubation über nacht bei pH 1.5 bis 7 eine Restaktivität von 80 % aufwies. Das Temperaturoptimum betrug 80 °C. Bei dieser Temperatur war das Enzym auch stabil und zeigte nach 1 h 60 % Restaktivität. CelB hatte die Spezifität eines Endoenzyms, jedoch wurden nach längeren Inkubationszeiten Cellobiose und Xylobiose aus Cellulose bzw. Xylan freigesetzt. Das Enzym gehörte zur Familie 51 der Glykosylhydrolasen, aber es war erst der zweite Eintrag dieser Familie mit typischer Endoglucanaseaktivität. CelB hatte höchste Sequenzähnlichkeit mit der zweiten Endoglucanase, EGF aus Fibrobacter succinogenes, wobei diese beiden Proteine eine markante Gruppe im phylogenetischen Baum dieser Familie bildeten. Die Analyse der Aminosäurezusammensetzung der katalytischen Domänen ergab, daß CelB in Übereinstimmung mit der Anpassung an einen niedrigen pH-Wert, weniger geladene Aminosäuren als die neutrophilen Enzyme der gleichen Familie besitzt. Wildtyp-CelB und unverkürztes, rekombinantes CelB waren nur in Anwesenheit von Detergenz löslich. Dagegen war das verkürzte CelB Protein vollständig in Wasser löslich. Daher wird eine Rolle der C-terminalen Region bei der Zellassoziation nahegelegt. Dieser hydrophobe Bereich zeigte lokale Übereinstimmungen der Aminosäuresequenz mit einer hydrophoben Region einer Amylase aus dem gleichen Organismus. / Two glycoside hydrolases from the thermoacidophilic bacterium Alicyclobacillus acidocaldarius were characterized and the corresponding genes cloned and sequenced. Together the intracellular enzyme CelA and the extracellular enzyme CelB may play a major role in the degradation of beta-1,4-linked polysaccharides. A gene encoding a beta-1,4-endoglucanase (CelA) was cloned and the enzyme overexpressed and purified. The protein contained an immunoglobulin-like domain but lacked a cellulose-binding domain. In conjunction with sequence similarities of the catalytic domain these features demonsrated the protein to be a member of glycoside hydrolase family 9, subgroup E1. CelA was most active against substrates containing beta-1,4-linked glucans, but also exhibited activity against oat spelt xylan. It displayed a pH optimum of 5.5 and a temperature optimum of 70 °C. The protein was found to contain one zinc and two calcium ions, likely to be important for temperature stability. It showed a striking pattern of hydrolysis on p-nitrophenyl glycosides, with highest activity on the cellobioside derivative, some on the cellotetraoside derivative and none on the glucoside and trioside derivatives. The hydrolysis patterns led to the conclusion that CelA contained a steric block for beta-1,4-linked glucans on the non reducing side of subsite -2 or, alternatively, two strong binding sites -1 and -2. No signal peptide for transport of CelA across the membrane was detected. This, together with high activity on oligosaccharides, a near neutral pH optimum, and inactivation at low pH, suggests a role for the protein as a cytoplasmic enzyme for the degradation of imported oligosaccharides. A second enzyme with xylanase and cellulase activity was purified from A. acidocaldarius cultures. CelB displayed a molecular mass of 100 kDa and could only be removed from cells with the help of detergent. Cloning and sequence analysis of the corresponding gene revealed an ORF encoding a preprotein with a typical sec-dependent signal peptide. Purified recombinant CelB and a truncated varient lacking the C-terminal 203 amino acid residues displayed enzymatic properties similar to the wild-type protein. A low pH optimum of 4 was found. Stability was also high at low pH, the enzyme retaining 80 % of activity after incubation over night from pH 1.5 to 7. The temperature optimum was 80 °C, a temperature at which the enzyme was also stable, showing 60 % residual activity after 1 h. CelB displayed an endo mode of action, but release of cellobiose and xylobiose from cellulose and xylan, respectively, was observed after prelonged periods of incubation. CelB belonged to glycoside hydrolase family 51, but it was only the second entry in this family with activity typical of an endoglucanase. Highest sequence similarity was found towards the other endoglucanase, EGF from Fibrobacter succinogenes, the two forming a distinct group in the phylogenetic tree of this family. Analysis of the amino acid composition of the catalytic domains demonstrated that CelB contains fewer charged amino acids than its neutrophilic counterparts, which is in line with adaptation to low pH. Wild-type and full-length recombinant CelB were soluble only in detergent. In contrast, truncated CelB was completely water soluble, suggesting a role of the C-terminal region in cell association. This C-terminal hydrophobic region displayed local sequence similarities to a hydrophobic region of an amylase from the same organism.

Functional metagenomic approach was performed using total environmental DNA extracted from a temperate forest soil sample and from an Antarctica soil sample. Searching for clones harbouring phenotypes related to the production of new hydrolytic enzyme allows the isolation of several new enzymes. Amongst them, an esterase and a cellulase, named RBest1 and RBcel1 respectively, were characterized. By accurate description of their catalytic proprieties these two new enzymes appear to present interesting features. The RBest1 esterase is an enzyme whose activity is stabilised or improved in presence of non water-miscible organic solvent. By sequence analysis, RBest1 is related to other organic solvent tolerant enzyme. Moreover, in aqueous buffer, RBest1 is highly specific for butyrate compound but surprisingly its specificity appears to be shifted in presence of organic solvent. The RBcel1 cellulase, was thoroughly characterized for its involvement both in cellulose degradation and production. Our data highlight the requirement for such enzyme in the bacterial cellulose synthesis process. According to our results, the mining of metagenomic libraries by functional screening associated to detailed description of the isolated enzymes gives hints for both ecological and microbiological questions.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:21:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6150.pdf: 1801179 bytes, checksum: d2366a6c320c54df184a270c81c7c653 (MD5) Previous issue date: 2014-02-27 / The present situation of energy and environmental setting in the world has favored the development of alternative energy sources, and has emerged as an option the use of biofuels, such as bioethanol. Besides ethanol produced from sugarcane, there is the alternative of to use plant biomass to get called second-generation ethanol. In Brazil, the major lignocellulosic material used to produce bioethanol is sugarcane bagasse, and this ethanol is obtained by fermentation of the hydrolyzate of the plant cell wall polysaccharides, this hydrolysis is performed normally by enzymes cellulolytic. Microorganisms, such as fungi of the genus Trichoderma, which are filamentous fungi present in the soil, have a variety of these enzymes that convert cellulose into glucose. In this context, the aim of this study was the recombinant production of Trichoderma harzianum IOC-3844 endoglucanase IV and its biochemical characterization. This Endo IV, which presents high similarity with Endo IV of other Thichoderma species, was expressed using the heterologous expression system of the yeast Pichia pastoris, and after be purified, assays were performed to test their activity. The recombinant enzyme hasn t show sign of degradation in any of the substrates used and can t be confirmed its hydrolytic action. However, the literature has been showed that these enzymes have capacity to increase the breaking of lignocellulose by cellulases (or a mix of them). Based on these data, a test was performed to evaluate the ability of endo IV supplemental activity in the cocktail Acellerase 1500 (Genencor) in the hydrolysis of biomass. In the experiment, copper was added as an electron donor and despite the increase in the hydrolysis of sugarcane bagasse the results showed that copper alone improves the cocktail performance. A circular dichroism analysis was performed and showed that the recombinant Endo IV is correctly coiled. The study showed that the enzyme produced at the laboratory has a high level of expression, but its activity couldn t be detected. The intention now is to perform tests with cocktails that don t contain expansins and isolated enzymes in order to verify that the Endo IV has effect upon them. / A atual situação do cenário energético e ambiental do mundo tem favorecido o desenvolvimento de fontes alternativas de energia, e como opção tem surgido a utilização de biocombustíveis, como o bioetanol. Além do etanol produzido a partir do caldo de cana, há a alternativa de utilizar a biomassa vegetal para obter o chamado etanol de segunda geração. No Brasil o principal material lignocelulósico utilizado para produção de bioetanol é o bagaço de cana-de-açúcar, e este etanol é obtido por meio da fermentação do hidrolisado dos polissacarídeos da parede celular dos vegetais, sendo esta hidrólise, realizada, normalmente, por enzimas celulolíticas. Microrganismos, como os fungos do gênero Trichoderma, que são fungos filamentosos presentes no solo, possuem uma variedade dessas enzimas capazes de converter a celulose em glicose. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi a produção recombinante da enzima endoglucanase IV de Trichoderma harzianum IOC-3844 e sua caracterização bioquímica. Esta Endo IV, que apresenta alta similaridade com as Endo IV de outras espécies de Thichoderma, foi expressa utilizando-se o sistema de expressão heteróloga da levedura Pichia pastoris e, após ser purificada, foram realizados ensaios para testar sua atividade. A enzima recombinante não demonstrou sinal de degradação em nenhum dos substratos utilizados, não podendo ser comprovada sua ação hidrolítica. Porém, na literatura consta que essas enzimas têm a capacidade de aumentar a quebra de lignocelulose por celulases (ou uma mistura delas). Com base nesses dados, um teste foi realizado para avaliar a capacidade da endo IV de suplementar a atividade do coquetel Acellerase 1500 (Genencor) na hidrólise de biomassa. No experimento, foi adicionado cobre como doador de elétrons e apesar do aumento na hidrólise do bagaço-de-cana os resultados mostraram que o cobre sozinho melhora a performance do coquetel. Uma análise de dicroísmo circular foi realizada e revelou que a Endo IV recombinante se encontra corretamente enovelada. O estudo mostrou que a enzima produzida em laboratório possui alto nível de expressão, porém sua atividade não pôde ser constatada. Pretende-se agora realizar testes com coquetéis que não contêm expansinas e com enzimas isoladas, a fim de verificar se a Endo IV possui efeito sobre elas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:02:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6365.pdf: 6803351 bytes, checksum: 3798ce23bc2e32bb3a3571c470c599b6 (MD5) Previous issue date: 2014-08-29 / Universidade Federal de Minas Gerais / The production of second-generation ethanol by enzymatic hydrolysis of biomass is considered a viable and promising alternative to face the global energy crisis and to decrease our dependence on fossil fuels. Therefore, it is necessary to degrade the constituent molecules of the plant cell wall such as lignin, cellulose and hemicellulose to fermentable sugars. However, the use of enzymes for this purpose is still expensive, leading to the increase on studies seeking to make them more feasible economically and technically. The present study aimed the molecular, structural and functional characterization of the endoglucanase Cel12A from the fungus Gloeophyllum trabeum by different techniques. Biochemical data revealed the substrate specificity for the enzyme and showed that β-glucan is the best substrate for its activity (239.2 ± 9.1 U mg-1). Optimal conditions for activity were pH 4.5 and temperature of 50 oC. Thermal stability assay indicated a half-life of 84.6 ± 3.6 hours at 50 oC. The kinetic parameters Km (3.2 ± 0.5 mg mL-1) and Vmax (0,40 ± 0,02 μmol min-1) were determined using β-glucan as substrate. Analysis of scanning electron microscopy of oat spelts and filter paper samples submitted to the hydrolysis by GtCel12A evidenced the degradation effects of these substrates compared to control samples. Moreover, the low-resolution envelope and the crystallographic structure for GtCel12A were determined. The structure revealed a β-sandwich fold with two β-sheets (A and B) and three α-helices, while sheet A showed five strands and sheet B nine strands. The comparative analysis of the amino acid sequence and homologous structures prompted us to identify the catalytic residues, Glu142 and Glu227 in the active site of the enzyme. These results are important for understanding and elucidating the enzyme molecular mechanism of action and other glycoside hydrolase family 12 endoglucanases. / A produção de etanol de segunda geração, a partir da hidrólise enzimática da biomassa vegetal é considerada uma alternativa viável e promissora para enfrentarmos a crise energética mundial e diminuirmos a dependência das fontes fósseis de energia. Para isso, é necessário que ocorra a degradação das moléculas constituintes da parede celular como a lignina, a celulose e a hemicelulose a açúcares fermentescíveis. No entanto, a utilização de enzimas para esse fim ainda apresenta um custo elevado, o que tem desencadeado, cada vez mais, estudos que busquem torná-las mais viáveis econômica e tecnicamente. O presente estudo visou à caracterização molecular, estrutural e funcional da endoglucanase Cel12A do fungo Gloeophyllum trabeum por diferentes técnicas. Os dados bioquímicos revelaram a especificidade por substratos da enzima, sendo que o melhor substrato para a atividade foi o β-glucano (239,2 ± 9,1 U mg-1). As condições ótimas para a atividade foram pH 4,5 e temperatura de 50 oC. Os ensaios de estabilidade térmica indicaram uma meia-vida de 84,6 ± 3,6 horas a 50 oC. Os parâmetros cinéticos Km (3,2 ± 0,5 mg mL-1)) e Vmax (0,40 ± 0,02 μmol min-1) foram determinados utilizando-se β-glucano como substrato. Análises de microscopia eletrônica de varredura de amostras de papel de filtro e aveia submetidos à hidrólise pela GtCel12A evidenciaram os efeitos de degradação dos substratos em relação às amostras controle. Adicionalmente, o envelope de baixa resolução e a estrutura cristalográfica da GtCel12A foram obtidos. O modelo de alta resolução revelou um enovelamento do tipo sanduíche β, com duas folhas β (A e B) e três hélices α, sendo que a folha A apresentou cinco fitas e a B, nove fitas. Por meio de análises comparativas da sequência de aminoácidos e de estruturas homólogas identificamos os resíduos catalíticos Glu142 e Glu227 no sítio ativo da enzima. Tais resultados são importantes para a elucidação e compreensão do mecanismo molecular de atuação dessa enzima e de outras endoglucanases da família GH12.

Orientador: Heloiza Ferreira Alves do Prado / Resumo: Diante do recente interesse em valorizar os fungos degradadores da biomassa lignocelulósica oriunda das atividades agrícolas, agroindustriais e de florestas plantadas, torna-se necessário a prospecção de novos micro-organismos e a partir destes estudar seu potencial, bem como fatores que afetam o seu desenvolvimento, a produção de enzimas, e o rendimento como um todo. Após uma breve introdução e revisão de literatura, tem-se o Capítulo I expondo parte do projeto, onde o objetivo de estudo foi isolar e selecionar fungos da região do Pantanal Sul-mato-grossense, e testar sua eficiência na produção das enzimas xilanase, carboximetilcelulase (CMCase) e avicelase tendo 1% de palha de milho e papelão como substratos indutores no meio líquido de isolamento testados na temperatura de 35 e 45 °C. Neste processo, um total de 111 fungos foram obtidos, onde 80,7% dos isolados em meio contendo palha de milho, cresceram a temperatura de 35 °C e os isolados induzidos meio contendo papelão, 63,0% se manifestaram a 45 °C. O isolado WPPM 922 obteve as maiores atividades enzimáticas com 614,5 U g- 1, e 107,3 U g-1 e 5,37 U g- 1 para atividade de xilanase, CMCase e avicelase respectivamente, fermentado em farelo de trigo em 96 h a 35 °C. Oito isolados e o Trichoderma asperelloides F22, foram selecionados para avaliação do seu potencial na produção enzimática utilizando 6 tipos de resíduos agrícolas e agroindustriais. A casca de arroz foi o substrato que mais induziu as enzimas xilanase e CMCase ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

A 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. / The importance of the study of the cellulases is not limited to generating significant scientific knowledge, since these enzymes represents an enormous potential in biotechnology. This is partly because cellulose is the most abundant molecule in nature and provides a wide range of products and sustainable process. Many cellulases families have been well characterized, while others still remain unknown. Among them, the glycoside hydrolase family 45 is the least well characterized both structurally and functionally, between fungal cellulases. It was recently proposed the subdivision of this family into three subfamilies, with structural information available only for subfamily A. In this work, we report the chrystallographic structure of the recombinant endoglucanase from Phanerochaete chrysosporium (PcCel45A), the first GH45 subfamily C and its complex with cellobiose at 1.4 Å and 1.7 Å respectively. The PcCel45A is a single domain enzyme, which has a β-barrel structure with the overall shape resembling an anchor. The active site of the enzyme has a long cleft on the surface, being remarkably different from those members of subfamily A, and the catalytic aspartate responsible for acting as proton acceptor (Asp10) is not present. Additionally, the chrystallographic structure of this enzyme has shown more similarity with β -expansins (plant proteins) and lytic transglycosylase (proteins that cleave the peptidoglycan of bacteria) than others representants of family 45, which makes it more singular. For a better understanding of its function, we perform pontual mutations in the main residues from active site. The Asp121, known for acting as proton acceptor in the inversion reaction of others enzymes, proved to be essential for the enzyme activity, while others conserved residues as Tyr25, Trp161 and Asp92 affected but not annihilated the enzyme activity, leaving approximately 20%, 50% and 10% of the native enzyme activity.

O 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. / The increase in global energy demand, shrinkage perspective of energy resources and global concern about environmental issues, aroused interest in finding alternative sources of energy. Lignocellulosic biomass is plentiful and inexpensive, and has the potential to complement the large-scale production of fuel. The degradation of molecules that constitute the cell wall to fermentable sugars and then to ethanol, occurs via the enzymatic hydrolysis of biomass. However, the use of enzymes for this purpose is in exploratory stage and represents a bottleneck in the implementation of 2G ethanol technologies in industrial scale, supporting studies about biochemically most active, stable and economically viable cellulases. This work aimed the characterization of endoglucanase I from fungus Trichoderma harzianum and for that, was performed expression and biochemical and biophysical assays of the catalytic domain (ThCel7B-CCD) and full protein (ThCel7B-full). The enzyme exhibited a acidophilic profile, with optimal activity at pH 3.0 at 55°C. The protein was also able to hydrolyze a variety of substrates, with higher hydrolytic activity in β-glucano (75 U mg-1). Analyzing the thermal stability as pH 5, residual activity remained intact for over 2 months. Another important feature was the high degree of synergy between ThCel7B and ThCel7A (DS 3). Electron microscopy analysis of oat samples subjected to hydrolysis with ThCel7B show the substrate degradation effects in relation to the control samples. All these results, as well as important for understanding the molecular mechanism of ThCel7B and other endoglucanases of GH7 family, also disclose an enzyme of biotechnological interest because the acid behavior and thermal stability are promises of industrial applications under extremely acidic conditions.

Os manguezais são ambientes ricos em biodiversidade, cuja funcionalidade reside na ciclagem dos nutrientes e seu principal representante vegetal é Rhizophora mangle. Este estudo objetivou conhecer a diversidade bacteriana endoglicolítica e a tolerância à salinidade de rizobactérias associadas à R. mangle. Das amostras de plantas do manguezal de Bertioga (contaminado com petróleo) e Cananéia (não impactado) isolou-se 129 bactérias, das quais 30 apresentaram atividade endoglicolítica, com Bacillus subtilis isolado 39a como melhor produtor. A presença do gene EglA foi confirmada por amplificação com primers específicos. As linhagens testadas para salinidade mostraram-se halotolerantes, com destaque para o 39a, que cresceu em NaCl 20%. A microscopia eletrônica pós-cultivo em diferentes salinidades mostrou produção de biofilme em concentrações altas. Os resultados indicam que a preservação do ecossistema cria um ambiente bacteriano mais diverso e mostra Bacillus spp. como principal produtor de endoglicanase, além de responder ao stress salino formando biofilme. / Mangroves are environments so rich in biodiversity which functionality made by nutrient cycling. The main vegetable specie is Rhizophora mangle. This study objected to know bacterial endoglucolytic diversity and tolerance saline of rhizobacteria associated to R. mangle. Plants from Bertioga (oil contaminated) and Cananéia (not polluted) were sampled. From both sites, 129 bacteria were isolated, which most diversity observed from Cananéia. These isolates, 30 presented endoglucolytic activity and Bacillus subtilis (strain 39a) was characterized as top producer. The presence of EglA gene was confirmed using specific primers. The salinity test showed halotolerance, mainly strain 39a that growth untill about 20% NaCl. The scan electron microscopy of strains allowed biofilm production at elevated salinity that suggest the biofilm as tolerance mechanism to saline environment. The results indicated that ecosystem preservation makes a most diversity bacterial environment and that Bacillus spp. are main endoglucanase producer and response to saline stress producing biofilm.