Perfil e caracterização de holocelulases secretadas por Penicillium fellutanum com ênfase em mananase

Abstract

As holocelulases compreendem as enzimas que atuam na degradação dos polissacarídeos da parede celular vegetal, e apresentam várias aplicações em processos que empregam a biomassa vegetal como matéria-prima. Neste trabalho, Penicillium fellutanum foi cultivado, por 7 dias, em 6 diferentes fontes de carbono lignocelulósicas: casca de maracujá, casca do grão de soja, piolho de algodão sujo, engaço de bananeira, bagaço de cana-de-açúcar e casca de laranja. Cultivos de 15 dias nos mesmos substratos e mais uma composição de piolho de algodão, casca de soja e casca de laranja (1:1:1) foram avaliados quanto à presença de complexos pela técnica de BN-PAGE. Os extratos brutos foram pesquisados quanto às atividades de mananase, xilanase, pectinase, carboximetilcelulase (CMCase) e avicelase. O isolado de P. fellutanum demonstrou a capacidade de secretar holocelulases nas fontes de carbono avaliadas, e o perfil de enzimas secretadas foi influenciado pela fonte de carbono. Também foram detectados complexos putativos em todos os cultivos avaliados, sendo a presença de alguns deles específica em função do substrato lignocelulósico utilizado. O extrato bruto de cultivos de 5 dias em piolho-de-algodão sujo foram concentrados por ultrafiltração, e a atividade de mananase presente na fração concentrada foi parcialmente purificada por cromatografia de exclusão molecular (S100) e troca iônica (QFF) e caracterizada. Foram detectadas duas enzimas na fração semi-purificada, de tamanhos entre 45 e 66 kDa. As enzimas apresentaram atividade máxima a 55°C e 65°C, e em pH de 3,5. A atividade enzimática foi fortemente inibida pelos íons Cu2+, Ag+, Fe3+ e Hg2+, e ativada por Na+, Ca2+ e K+. A atividade enzimática não foi afetada pela maioria dos compostos fenólicos empregados, e foi fortemente ativada em presença de ácido ferúlico. Os valores de Km e Vmáx foram 1,16±0,21 mg/mL e 0,312±0,015 U.I/mL, respectivamente. Os complexos protéicos detectados serão posteriormente identificados. A atividade de mananase parcialmente purificada a partir de cultivos em piolho-de-algodão sujo demonstrou potencial para aplicação como aditivo em rações animais, em função de seu caráter ácido. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Holocellulases comprise a group of enzymes involved in degradation of plant cell wall polysaccharides, and they have several applications in processes employing plant biomass as feedstock. In this work, Penicillium fellutanum was growth during seven days in six different lignocellulosic carbon sources: passion fruit peel, soybean hull, dirty cotton gin waste, banana stalk, sugarcane bagasse and orange peel. Fifteen days cultures on the same substrates plus a composition of dirty cotton gin trash, soybean hulls and orange peel (1:1:1) were evaluated for the presence of complexes through BN-PAGE technique. Crude extracts were screened for mannanase, xylanase, pectinase, carboxymethylcellulase (CMCase) and avicelase activities. The strain of P. fellutanum was able to secrete holocellulases on evaluated carbon sources and the profile of secreted enzymes was influenced by the carbon source. Putative complexes were also detected in all cultures evaluated, and their presence was dependent on the lignocellulosic substrate used. Five days cultures on dirty cotton gin trash were concentrated by ultrafiltration, and mannanase activity present in the concentrated fraction was partially purified by size exclusion chromatography (Sephacryl S-100) and ion exchange (QFF) and characterized. Two enzymes of sizes between 45 and 66 kDa were detected in semi-purified fraction. The enzymes showed maximum activity at 55°C and 65°C and pH 3.5. The activity was strongly inhibited by Cu2+, Ag+, Fe3+ and Hg2+, and activated by Na+, Ca2+ and K+. The activity was not affected by most of the phenolic compounds employed, and interestingly was strongly activated in the presence of ferulic acid. Km and Vmax values were found to be 1.16 ± 0.21 mg / mL and 0.312 ± 0.015 IU / mL, respectively. The protein complexes detected will be subsequently identified. Partially purified mannanase activity from cotton gin waste crude extracts demonstrated potential for application as additive in animal feed, due to its acidic character.