Publicação
Enhancement of the biotechnological value of a commercial cold-adapted xylanase
| Resumo: | As xilanases são O-glicosídeo hidrolases que clivam as ligações internas β-1,4-D-xilosídicas do xilano, um dos principais polissacarídeos presente nas plantas. Elas são importantes biocatalizadores industriais com diversas aplicações. O presente projeto foi centrado numa xilanase adaptada ao frio e altamente ativa, com o principal objetivo de desenvolver a sua potencial exploração. Neste projeto consta tanto uma parte de investigação fundamental, como aplicada, o que permite o aumento do conhecimento e exploração desta xilanase e consequentemente a sua expansão em novos processos e produtos. Concretamente, desenvolvemos o uso desta xilanase na produção de produtos de valor acrescentado a partir de uma fonte marinha sustentável e caracterizámos os fatores que determinam a sua performance em relação ao pH. O xilano e os xilo-oligossacarídeos são polímeros de xilose e oligómeros com uma crescente variedade de aplicações. A maioria do xilano e xilo-oligossacarídeos estudados até à data são compostos por ligações β-1,4, e provém de plantas lignocelulósicas por processos caros, com múltiplas etapas, e prejudiciais ao ambiente. Ao tirar vantagem da ausência de lignina, do alto teor de xilano e de uma frágil parede celular da macroalga Palmaria palmata, conseguimos identificar e otimizar um eficiente sistema de biorrefinaria em cascata baseado em tecnologia “verde” de alto rendimento, para a produção sustentável de novos xilo-oligossacarídeos e xilano com ligações mistas β-1,3/β-1,4. Um pré-requisito necessário para o desenvolvimento de qualquer enzima aplicada a processos comerciais é compreender a sua atividade e estabilidade nas condições de processamento. Os nossos estudos aprofundados sobre a atividade, estabilidade e solubilidade desta xilanase, em função do pH, demonstraram que a precipitação proteica é o principal factor limitante, dominando praticamente todo o espectro de pH ácido e a pH alcalino próximo do seu pI. Na verdade, foram observados processos reversíveis na actividade a pHs ligeiramente acídicos, no entanto são rapidamente mascarados pela precipitação, enquanto que a pHs alcalinos, a precipitação é acompanhada por alterações da conformidade da enzima, seguido da completa desnaturação a pH alcalinos extremos. Estes conceitos demonstram a complexidade de factores que determinam a dependência das proteínas em relação ao pH e serão determinantes para melhorar a aplicabilidade desta enzima na indústria. |
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| Autores principais: | Barroca, Mário Jorge Faria |
| Assunto: | Xilanase Xilo-oligosacarídeos Valorisação da macroalga Xylanase Xylo-oligosaccharides Macroalgae valorisation Ciências Naturais::Ciências Biológicas |
| Ano: | 2021 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso restrito |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | As xilanases são O-glicosídeo hidrolases que clivam as ligações internas β-1,4-D-xilosídicas do xilano, um dos principais polissacarídeos presente nas plantas. Elas são importantes biocatalizadores industriais com diversas aplicações. O presente projeto foi centrado numa xilanase adaptada ao frio e altamente ativa, com o principal objetivo de desenvolver a sua potencial exploração. Neste projeto consta tanto uma parte de investigação fundamental, como aplicada, o que permite o aumento do conhecimento e exploração desta xilanase e consequentemente a sua expansão em novos processos e produtos. Concretamente, desenvolvemos o uso desta xilanase na produção de produtos de valor acrescentado a partir de uma fonte marinha sustentável e caracterizámos os fatores que determinam a sua performance em relação ao pH. O xilano e os xilo-oligossacarídeos são polímeros de xilose e oligómeros com uma crescente variedade de aplicações. A maioria do xilano e xilo-oligossacarídeos estudados até à data são compostos por ligações β-1,4, e provém de plantas lignocelulósicas por processos caros, com múltiplas etapas, e prejudiciais ao ambiente. Ao tirar vantagem da ausência de lignina, do alto teor de xilano e de uma frágil parede celular da macroalga Palmaria palmata, conseguimos identificar e otimizar um eficiente sistema de biorrefinaria em cascata baseado em tecnologia “verde” de alto rendimento, para a produção sustentável de novos xilo-oligossacarídeos e xilano com ligações mistas β-1,3/β-1,4. Um pré-requisito necessário para o desenvolvimento de qualquer enzima aplicada a processos comerciais é compreender a sua atividade e estabilidade nas condições de processamento. Os nossos estudos aprofundados sobre a atividade, estabilidade e solubilidade desta xilanase, em função do pH, demonstraram que a precipitação proteica é o principal factor limitante, dominando praticamente todo o espectro de pH ácido e a pH alcalino próximo do seu pI. Na verdade, foram observados processos reversíveis na actividade a pHs ligeiramente acídicos, no entanto são rapidamente mascarados pela precipitação, enquanto que a pHs alcalinos, a precipitação é acompanhada por alterações da conformidade da enzima, seguido da completa desnaturação a pH alcalinos extremos. Estes conceitos demonstram a complexidade de factores que determinam a dependência das proteínas em relação ao pH e serão determinantes para melhorar a aplicabilidade desta enzima na indústria. |
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