Publicação
Melhorar a taxa de fermentação da xilose em etanol em Saccharomyces cerevisiae através da incorporação de informações estruturais de proteínas
| Resumo: | O consumo crescente do petróleo constitui um grave problema ambiental e económico para a sociedade atual. Para solucionar este problema, o uso de biocombustíveis apresenta-se como uma viável alternativa. Através do aproveitamento da cana-de-açúcar e do milho, utilizando microrganismos, é possível obter etanol, o biocombustível mais utilizado atualmente. Porém, nem todos os açúcares provenientes destas matérias-primas são fermentados de forma economicamente eficiente, sendo que a D-xilose, o segundo açúcar mais abundante, continua a ter um aproveitamento ineficiente por parte de microrganismos como a Saccharomyce cerevisiae, apesar das alternativas já exploradas. A via de fermentação da xilose é constituída por diversas enzimas, sendo que o problema da fraca taxa de conversão de xilose em etanol se deva essencialmente às primeiras duas: a xilose redutase e a xilitol desidrogenase. Muitas das abordagens para solucionar o ineficiente consumo da D-xilose têm por base a engenharia metabólica, ou como tornar a xilose redutase ou a xilitol desidrogenase específica para o mesmo cofator. Este trabalho tem o objetivo de descobrir caraterísticas estruturais, na xilose redutase e na xilitol desidrogenase, que possam ter influência na afinidade da D-xilose e no seu modo de ligação. Para tal foram usadas e testadas abordagens in silico tendo em consideração a estrutura das proteínas e os açúcares que estas utilizam como substrato, deixando para segundo plano os cofatores e o metabolismo. Foram recolhidas diversas sequências de xilose redutases e xilitol desidrogenases de diversos organismos e as suas estruturas tridimensionais modeladas. Para esses modelos foi medido o volume dos seus centros ativos e realizado o docking molecular da D-xilose, xilitol e outros substratos. Os resultados do docking e dos volumes foram comparados com os KM dos diferentes substratos. Praticamente todos os volumes da xilose redutase foram corretamente medidos, o que não se verificou no caso da xilitol desidrogenase. Relativamente ao docking molecular, foram analisados os resíduos envolvidos nos processos catalíticos destas duas enzimas bem como os scores resultantes. A Candida tenuis e Candida boidiini foram as que apresentaram uma maior afinidade no docking da xilose com um valor de 5,1. No docking do xilitol nas xilitol desidrogenases a Rhizomucor pusillu foi a que teve melhor score com 5,1. Este trabalho evidenciou que os volumes do centro ativo e o KM aparentam não estar diretamente relacionados. Os resíduos N e H do centro catalítico da xilose redutase estão conservados em todas as xilose redutases e estão envolvidos nas interações polares com a xilose e outros açúcares. |
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| Autores principais: | Nóvoa, Cláudio Filipe Ferreira |
| Assunto: | Xilose redutase Xilitol desidrogenase D-xilose Xilitol Docking Volume Xylitol Xylose reductase Xylitol dehydrogenase D-xylose Ciências Naturais::Ciências da Computação e da Informação |
| Ano: | 2019 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | O consumo crescente do petróleo constitui um grave problema ambiental e económico para a sociedade atual. Para solucionar este problema, o uso de biocombustíveis apresenta-se como uma viável alternativa. Através do aproveitamento da cana-de-açúcar e do milho, utilizando microrganismos, é possível obter etanol, o biocombustível mais utilizado atualmente. Porém, nem todos os açúcares provenientes destas matérias-primas são fermentados de forma economicamente eficiente, sendo que a D-xilose, o segundo açúcar mais abundante, continua a ter um aproveitamento ineficiente por parte de microrganismos como a Saccharomyce cerevisiae, apesar das alternativas já exploradas. A via de fermentação da xilose é constituída por diversas enzimas, sendo que o problema da fraca taxa de conversão de xilose em etanol se deva essencialmente às primeiras duas: a xilose redutase e a xilitol desidrogenase. Muitas das abordagens para solucionar o ineficiente consumo da D-xilose têm por base a engenharia metabólica, ou como tornar a xilose redutase ou a xilitol desidrogenase específica para o mesmo cofator. Este trabalho tem o objetivo de descobrir caraterísticas estruturais, na xilose redutase e na xilitol desidrogenase, que possam ter influência na afinidade da D-xilose e no seu modo de ligação. Para tal foram usadas e testadas abordagens in silico tendo em consideração a estrutura das proteínas e os açúcares que estas utilizam como substrato, deixando para segundo plano os cofatores e o metabolismo. Foram recolhidas diversas sequências de xilose redutases e xilitol desidrogenases de diversos organismos e as suas estruturas tridimensionais modeladas. Para esses modelos foi medido o volume dos seus centros ativos e realizado o docking molecular da D-xilose, xilitol e outros substratos. Os resultados do docking e dos volumes foram comparados com os KM dos diferentes substratos. Praticamente todos os volumes da xilose redutase foram corretamente medidos, o que não se verificou no caso da xilitol desidrogenase. Relativamente ao docking molecular, foram analisados os resíduos envolvidos nos processos catalíticos destas duas enzimas bem como os scores resultantes. A Candida tenuis e Candida boidiini foram as que apresentaram uma maior afinidade no docking da xilose com um valor de 5,1. No docking do xilitol nas xilitol desidrogenases a Rhizomucor pusillu foi a que teve melhor score com 5,1. Este trabalho evidenciou que os volumes do centro ativo e o KM aparentam não estar diretamente relacionados. Os resíduos N e H do centro catalítico da xilose redutase estão conservados em todas as xilose redutases e estão envolvidos nas interações polares com a xilose e outros açúcares. |
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