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Previous issue date: 2017-02-23 / FACEPE / Proteases microbianas são muito utilizadas na indústria, tendo papel chave no desenvolvimento de diversos processos biotecnológicos. As colagenases são um grupo de proteases que degradam a tripla hélice do colágeno e são utilizadas na indústria farmacêutica, do couro e no amaciamento de carnes. O objetivo do presente trabalho foi identificar a linhagem Streptomyces sp. através de características morfológicas, bioquímicas e técnicas moleculares, avaliar a produção de proteases em diversos substratos (gelatina, resíduo de café, farinha de soja, farelo de trigo e penas de galinha), produzir e purificar colagenase obtida a partir de fermentação submersa, caracterizar a colagenase quanto à influência da temperatura, pH, íons metálicos, surfactantes e inibidores enzimáticos, produzir peptídeos a partir da degradação de colágeno tipo I e tipo V, verificar o potencial anticoagulante dos peptídeos obtidos, e avaliar a cinética e termodinâmica da hidrólise de azocoll pela colagenase purificada. A actinobactéria foi identificada como Streptomyces antibioticus UFPEDA3421, e apresentou produção de enzimas proteolíticas quando cultivada em fermentação submersa em todos os substratos testados. As maiores atividades enzimáticas obtidas foram: protease (46,62 U/mL) em meio contendo farinha de soja, queratinase (32,96 U/mL) em meio contendo penas de galinha e protease fibrinolítica (9,3 U/mL) em meio com farinha de soja. Essas proteases não apresentaram afinidade pela resina de troca iônica e foram coletadas na fração não adsorvida. A colagenase foi produzida nos cinco substratos, apresentando maior atividade em meio contendo resíduo de café (377,50 U/mL), a partir do qual foi purificada por cromatografias de troca iônica e exclusão molecular, com atividade colagenolítica de 150,50 U/mL, atividade específica de 16.723,00 U/mg, fator de purificação de 136,7 e massa molar de 41,28 kDa. A caracterização da colagenase demonstrou que a enzima é uma metaloprotease neutra, com máxima atividade a 60 °C, pH 7.0, e possui afinidade por íons metálicos mono- e di- valentes, além de ser potencializada na presença dos surfactantes Tween 20, Tween 80 e Triton X-100. A degradação de colágeno tipo V produziu peptídeos com atividade anticoagulante que retardaram o tempo de coagulação sanguínea em 88s em comparação ao controle. Na hidrólise do azocoll, os parâmetros cinéticos obtidos da colagenase foram: Km = 27,14 mg/mol; Vmax = 714,29 mg/mol/min; Kcat = 79,9 s⁻¹, e; Kcat / Km = 2,95 ml/mg.s. Os parâmetros termodinâmicos apresentaram os seguintes valores (a 25 °C): Energia de Ativação (Ea) = 65,224 KJ/mol; Entalpia (ΔH) = 62,75 KJ/mol; Entropia (ΔS) = 1,96 J/mol; Energia Livre de Gibbs (ΔG) = 62,16 KJ/mol; Energia Livre na Ligação ao Substrato (ΔGᴇ₋s) = 8,18 KJ/mol, e; Energia Livre no Estado de Transição (ΔGᴇ₋ᴛ) = -2,64 KJ/mol. Os dados mostram potencial na produção de proteases, especificamente de colagenase, em diversos substratos pela linhagem Streptomyces antibioticus UFPEDA3421, em especial no cultivo em meio de cultura contendo resíduo de café, um resíduo abundante no Brasil. A colagenase purificada apresenta características que a qualificam para uso na produção de peptídeos bioativos. / Microbial proteases are widely used in industry, playing a key role in the development of various biotechnological processes. Collagenases are a group of proteases that degrade the triple helix structure of collagen and are used in pharmaceutical, leather and meat industry. The aim of the present work was to identify the strain Streptomyces sp. using morphological, biochemical and molecular techniques, to evaluate the production of proteases in various substrates (gelatin, coffee powder residue, soybean meal, wheat bran, and chicken feathers), to produce and purify collagenase obtained from submerged fermentation, to characterize the influence of temperature, pH, metallic ions, surfactants and enzymatic inhibitors on collagenase activity, produce peptides from degradation of type I and type V collagen, to verify the anticoagulant potential of the peptides obtained, and to evaluate the kinetics and thermodynamics of the azocoll hydrolysis by the purified collagenase. The actinobacteria was identified as Streptomyces antibioticus UFPEDA3421, and showed proteolytic enzyme production when grown in submerged fermentation in all substrates tested. The highest enzymatic activities were: protease (46.62 U/mL) in medium containing soybean meal, keratinase (32.96 U/mL) in medium containing chicken feathers and fibrinolytic protease (9.3 U/mL) in medium with soybean meal. These proteases had no affinity for the ion exchange resin and were collected in the non-adsorbed fraction. The collagenase was produced in the five substrates analyzed, showing higher activity in medium containing coffee powder residue (377.50 U/mL), from which it was purified by ion exchange and molecular exclusion chromatography, with a collagenolytic activity 150.50 U/mL, specific activity 16,723.00 U/mg, purification factor 136.7 and molar mass 41.28 kDa. The characterization of collagenase demonstrated that the enzyme is a neutral metalloprotease, with maximum activity at 60 °C, pH 7.0, has affinity for mono- and di-valent metal ions, and is potentiated in the presence of Tween 20, Tween 80 and Triton X-100 surfactants. Degradation of type V collagen produced peptides with anticoagulant activity that delayed blood coagulation time in 88s when compared to control. In the azocoll hydrolysis, the kinetic parameters obtained from collagenase were: Km = 27,14 mg/mol; Vmax = 714,29 mg/mol/min; Kcat = 79,9 s⁻¹, e; Kcat/ Km = 2,95 ml/mg.s. The thermodynamic parameters showed the following values (at 25 °C): Activation energy (Ea) = 65,224 KJ/mol; Enthalpy (ΔH) = 62,75 KJ/mol; Entropy (ΔS) = 1,96 J/mol; Gibbs free energy of activation (ΔG) = 62,16 KJ/mol; Free energy of substrate binding (ΔGᴇ₋s) = 8,18 KJ/mol, and; Free energy for transition state formation (ΔGᴇ₋ᴛ) = -2,64 KJ/mol. The data show potential in the production of proteases, specifically collagenase, in several substrates by the strain Streptomyces antibioticus UFPEDA3421, especially in culture medium containing coffee residue, a residue abundant in Brazil. Purified collagenase has characteristics that qualify it for use in the production of bioactive peptides.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpe.br:123456789/25332 |
| Date | 23 February 2017 |
| Creators | COSTA, Elizianne Pereira |
| Contributors | http://lattes.cnpq.br/4989617783837981, PORTO, Ana Lucia Figueiredo, ARAÚJO, Janete Magali de, COSTA, Romero Marcos Pedrosa Brandão |
| Publisher | Universidade Federal de Pernambuco, Programa de Pos Graduacao em Ciencias Biologicas, UFPE, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPE, instname:Universidade Federal de Pernambuco, instacron:UFPE |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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