Purificação e caracterização de uma endo-1,4-ß-xilanase produzida por Aspergillus niger com características de interesse industrial

Abstract

A holocelulose é o componente mais abundante da biomassa vegetal e é composto principalmente por celulose, hemicelulose e pectina. O bagaço de cana é o maior resíduo da agroindústria brasileira e é uma fonte de carbono economicamente viável para microrganismos produzirem enzimas holocelulolíticas de aplicação industrial. Os fungos filamentosos são eficientes produtores de xilanases, e suas enzimas têm sido utilizadas em todo o mundo em processos industriais. No presente estudo, uma xilanase (Xyl) do fungo Aspergillus niger crescido sobre bagaço de cana foi purificada e caracterizada visando a sua aplicação industrial. A curva de indução enzimática do fungo indicou alta atividade xilanolítica a partir do segundo dia, mantendo-se constante ao longo de 50 dias. A enzima teve sua maior atividade a 50°C e pH 4,5. A meia-vida aumentou 2,3 vezes quando Xyl foi incubada com tampão acetato de sódio pH 4,5. Estes resultados apontam para a possibilidade de aproveitamento desta xilanase na indústria têxtil, na panificação e em biorefinarias. Diversos íons foram testados, mas nenhum foi capaz de estimular a atividade de Xyl. Dentre os modificadores químicos de aminoácidos, o NBS foi o maior inibidor da atividade de Xyl, sugerindo o envolvimento de L-triptofano na ligação ao substrato ou na catálise. O ?- mercaptoetanol e o L-triptofano foram os maiores ativadores da enzima. Os valores de KM e Vmax encontrados foram de 47,08 mg/mL e 3,02 UI/mL, respectivamente, e há indícios de que Xyl dependa das ramificações da xilana para se ancorar ao substrato. A massa molecular estimada foi de cerca de 33 kDa, e o perfil bidimensional revelou a presença de isoformas ou enzimas múltiplas na amostra. Os resultados da espectrometria de massa sugerem que as xilanases são conservadas entre as espécies do gênero Aspergillus. As imagens de microscopia eletrônica de varredura mostram a degradação do bagaço de cana por enzimas de A. niger. As imagens de microscopia de força atômica sugerem que Xyl pertença à família GH10, mas sua atividade holocelulolítica residual a classificam com GH11. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Holocelulose is the most abundant component of biomass and it is basically composed of cellulose, hemicellulose and pectin. Sugar cane bagasse is the major waste of brazilian agroindustry and it is a cheap carbon source for microorganisms to produce holocellulolytic enzymes of industrial application. Filamentous fungi are good xylanase producers and their enzymes have been used in industrial processes all over the world. In this study a xylanase (Xyl) produced by the fungus Aspergillus niger over sugar cane bagasse was purified and characterized aiming its biotechnological application. The fungus produces higher amounts of xylanolytic activity from the second day on, and this activity remains relatively constant up to the 50th day. The enzyme presented the best activity at 50°C and pH 4,5. The half-life increased 2,3 times when Xyl was incubated with sodium acetate buffer pH 4,5. The results point out to the application of this enzyme in the textile industry, bakery and biorefineries. None of the tested ions was capable of increasing Xyl activity. NBS was Xyl major inhibitor, suggesting that Ltryptophan is involved in the substrate linkage or catalysis. β- mercaptoethanol and L-tryptophan were the best enzyme activators. The KM and Vmax values were 47,08 mg/mL and 3,02 UI/mL, respectively, and it is possible that Xyl depends on xylan side chains to stabilize over the substrate structure. The estimated molecular mass was about 33 kDa, and the 2Delectrophoresis analysis suggested the existence of multiple forms of xylanases. The mass spectrometry results suggest that the xylanases are conserved among the Aspergillus species. The electron scanning microscopy images show the degradation of sugar cane bagasse by A. niger enzymes. The atomic force microscopy images suggest that Xyl belongs to GH10, but its residual holocelulolytic activity classifies Xyl as a member of GH11 family.