Caracterização estrutural e biofísica de duas proteínas relacionadas: β-1,3-1,4-glicanase de Bacillus subtilis 168 e α-L-arabinofuranosidase termoestável de Thermotoga petrophila RKU-1

Abstract

Esta dissertação aborda o estudo de duas proteínas, uma β-1,3-1,4-glicanase (EC 3.2.1.73) de Bacillus subtilis 168 (liquenase) e outra α-L-arabinofuranosidase (E.C. 3.2.1.55) da família GH51 de Thermotoga petrophila RKU-1, ambas com potenciais aplicações biotecnológicas. A liquenase é responsável pela catálise da clivagem de β-D-glicanas unidas por ligações tipo 1,3 e 1,4, por outro lado a arabinofuranosidase de estudo é responsável pela hidrólise de resíduos α-1,2, α-1,3 e α-1,5-L-arabinofuranosil e age em combinação com outras enzimas para despolimerização de arabinose em polissacarídeos. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo realizar estudos estruturais e biofísicos dessas duas proteínas com o intuito de obter informações moleculares importantes que pudessem contribuir para utilização das mesmas em processos biotecnológicos, como o pré-tratamento da biomassa lignocelulósica por exemplo. Desta forma, foi verificado que a liquenase apresenta massa molecular de 28 kDa, mostra um enovelamento típico de membros da família GH16 com estrutura β-jelly e mostrou uma termotolerância reduzida, abaixo de 50°C. Por outro lado, a arabinofuranosidase é uma enzima termofílica com massa molecular de 57 kDa e com a presença de dois domínios: um domínio catalítico com enovelamento barril (α/β) e um domínio C-terminal β-sanduíche, que possui um motivo β-hairpin único para arabinofuranosidases encontradas no gênero Thermotoga. Desta forma, foi possível concluir que a liquenase de estudo é uma enzima monomérica e que sua reduzida termotolerância limita sua aplicação em processos industriais acima de 50°C. Desta forma, esta é uma candidata a estudos de engenharia de proteínas. E com relação a arabinofuranosidase, possui uma estrutura hexamérica, quando em solução, e sua elevada estabilidade térmica sugere que esta é uma forte candidata a futuras aplicações industriais

This paper describes two proteins, β-1,3-1,4-glucanase (EC 3.2.1.73) from Bacillus subtilis 168 (lichenase) and α-L-arabinofuranosidase (EC 3.2.1.55) family GH51 from Thermotoga petrophila RKU-1, both with potential biotechnological applications. The lichenase is responsible for cleavage of β-D-glucans joined by linkages type 1.3 and 1.4, on the other hand arabinofuranosidase is responsible for the hydrolysis of α-1.2, α-1.3 and α-1.5-L-arabinofuranosyl radicals and acts synergistically with others enzymes for arabinose depolymerization of polysaccharides. Therefore, this study aimed to perform structural and biophysical studies of these two proteins in order to obtain important molecular information that could help biotechnological processes by application of these enzymes, such as the pretreatment of lignocellulosic biomass. Thus, it was found that the lichenase molecular mass was 28 kDa and showed a typical folding members of the family GH16 with structure β-jelly and showed a reduced thermotolerance, below 50°C. Moreover, arabinofuranosidase, a thermophilic enzyme, showed molecular mass of 57 kDa and displayed two domains: a folding barrel with the catalytic domain (α/β) and a C-terminal domain β-sandwich, which had a motif β-hairpin unique for arabinofuranosidases found in the genus Thermotoga. Therefore, it was concluded that the lichenase is a monomeric enzyme and that its reduced thermotolerance feature limits its application in industrial processes, above 50°C. So, this is a candidate for future studies of protein engineering. Regarding the arabinofuranosidase, revealed a hexameric structure, when in solution, and its high thermal stability suggests that this is a strong candidate for future industrial applications