Aula de enzimas em conversão de biomassas

Tema Xilanases

Prof. Adriane M. F. MilagresDepartamento de Biotecnologia - Escola de Engenharia de Lorena

Universidade de São Paulo – USPadriane@debiq.eel.usp.br

1. Diferença na composição

2. Grau de polimerização (GP)

Celulose: GP varia de 2000 a 15000

Hemicelulose: GP varia de 100 a 200

Diferenças entre celulose e hemicelulose

Composição química de algumas biomassas

HEMICELULOSEHEMICELULOSE

Composição:

Compostas por: glicose, manose e galactose (hexoses) xilose e arabinose (pentoses) ácidos urônicos e desoxi-hexoses.

Estrutura química da XilanaEstrutura:

Homo-polímero: cadeia principal formada por um tipo de açúcar.Exemplo: xilana, formada por xilose.

Hetero-polímero: cadeia principal formada por mais de um açúcarExemplo: glucomanana, formado por glicose e manose.

GLUCURONOXILANA (hardwoods)

ARABINOGLUCURONOXILANA (softwood)

GALACTOGLUCOMANANA (softwood)

ARABINOXILANA

XILOGLUCANA

beta-1,3-1,4-Glucana: associada com as microfibrilas de celulose

na parede primária de gramíneas

Ligações entre a lignina e os carboidratos

Ligação éster entre lignina e 4-O-metil-glucuronoxilana em pinos

Ligação éter entre ferúlico e arabinose

Enzimas envolvidas na degradação da xilana

Penicillium simplicissimum

Bacillus halodurans Bacillus circulans

Trichoderma reesei

Aspergillus niger

(β/α)8 b-jelly roll

Thermoascus aurantiacus

Características Bioquímicas

-Termofilicas-alcalofílicas

REGULAÇÃO DA PRODUÇÃOREGULAÇÃO DA PRODUÇÃO

Regulação da produção INDUÇÃO“REPRESSÃO CATABÓLICA”

B) Xilanases “constitutivas” degradam xilana a oligossacarídeos que induzem xilanase

A) Níveis baixos de enzimas são induzidas por xilose. A ação da enzimas em xilana produz oligossacarídeos, que induz mais xilanase

Mecanismo de catálise da xilanase

Retenção da configuração Inversão da configuração

Modo de ação de EXs 10/11 em glucuronoxilanaModo de ação de EXs 10/11 em glucuronoxilana

EXs 10 -4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-EXs 11 2 2 2

1 1 1

MeGlcA MeGlcA MeGlcA

The shortest acidic fragments Xyl1-4Xyl1-4Xyl* Xyl 1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl* 2 2 EX 10 EX 11 1 1MeGlcA MeGlcA

-xilosidase

Mode of action of endo--1,4-xylanases of families10 and 11 on acidic xylooligosaccharidesKatarına Kolenov´a , Maria Vrsansk´a, Peter Biely Journal of Biotechnology 121 (2006) 338–345

Modo de ação de GH10 EXs em Modo de ação de GH10 EXs em glucuronoxilana e ácido aldouronicoglucuronoxilana e ácido aldouronico

Modo de ação de GH11 EXs em Modo de ação de GH11 EXs em glucuronoxilana e acido aldouronicoglucuronoxilana e acido aldouronico

Modo de ação de EXs 10/11 em ArabinoxilanaModo de ação de EXs 10/11 em Arabinoxilana Araf |EXs 10 () () () 2 -4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4X.EXs 11 3 () 3 3 3

| 1 1 1 1

Araf Araf Araf Araf

Fragmentos contendo L-Araf (Xyl1-4)Xyl1-4Xyl* Xyl1-4Xyl1-4Xyl1- 4Xyl* 3 3 EX 10 EX 11 1 1 Araf Araf

OOH

OHHO

OO

OHHOO

O

OHO

HO

OOH

OHHO

OO

OHHOO

O

OH

O

MeGlcA

ArafO

O

OHHO

HO

Propriedades de xilanases das familias 10 e 11

Efeito de EX GH5 em oligossacarídeos neutros e Efeito de EX GH5 em oligossacarídeos neutros e ácidos visualizados por TLCácidos visualizados por TLC

MeGlcA3Xyl4

MeGlcA3Xyl5

Contrast to T. reesei EX5

Sites de clivagem de ácidos aldouronicos por EX Sites de clivagem de ácidos aldouronicos por EX GH5GH5

1MeGlcA

2Xyl1-4Xyl1-4Xyl

1MeGlcA

2Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl

1MeGlcA

2Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl

GH-5 EX

GH-5 EX

GH-5 EX

1MeGlcA

2Xyl1-4XylXyl +

Xyl +

Xyl +

1MeGlcA

2Xyl1-4Xyl1-4Xyl

1MeGlcA

2Xyl1-4Xyl1-4Xyl1-4Xyl

Modo de hidrólise de ácido aldourônico comModo de hidrólise de ácido aldourônico com EX GH5 EX GH5

MeGlcA |

Xyl-Xyl-Xyl

-3 -2 -1 +1 +2

MeGlcA |

Xyl-Xyl-Xyl-Xyl

-4 -3 -2 -1 +1 +2

MeGlcA |

Xyl-Xyl-Xyl-Xyl-Xyl

-4 -3 -2 -1 +1 +2

A B C