Pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) obtiveram novos insights sobre como a glicosilação - a ligação natural de açúcares às proteínas - afeta uma enzima celulase chave. Este trabalho poderia ser usado para melhorar o desempenho da enzima para melhor decompor a biomassa e converter resíduos vegetais em combustíveis e produtos renováveis. Nomeadamente, quanto mais eficaz a enzima, mais eficiente e econômico será o processo.

A nova pesquisa, que se concentra na enzima Cel7A que decompõe a celulose nas plantas em açúcares, é detalhado no Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) em um manuscrito intitulado "Papéis distintos de N- e O-glicanos na atividade e estabilidade da celulase." Este estudo lança luz sobre as funções específicas de pequenos açúcares, ou glicanos, que os micróbios se ligam às suas enzimas. Esta modificação enzimática pela adição de açúcares é referida como "glicosilação" e é conhecida por ter um impacto substancial na função enzimática.

Uma mulher e um homem trabalham em uma bancada de laboratório cercada por equipamentos de laboratório.

A pesquisadora de pós-doutorado Antonella Amore e o engenheiro sênior Brandon Knott trabalham em amostras no laboratório. A nova pesquisa sobre as relações entre pequenos açúcares (glicanos), sua função, e sua localização poderia ser usada para melhorar o desempenho da enzima para melhor decompor a biomassa e converter resíduos vegetais em combustíveis e produtos renováveis. (Foto de Dennis Schroeder / NREL)

"As enzimas para quebrar a celulose são notoriamente difíceis de projetar para melhorar a atividade, "disse o engenheiro de equipe do NREL Brandon Knott, um co-autor do artigo. "Há muito se percebeu que a glicosilação é um 'botão giratório' neste esforço, mas as funções específicas dos diferentes glicanos têm sido evasivas. "

Com a incerteza em torno de como os diferentes tipos de glicanos se relacionam com as diferentes funções enzimáticas, NREL desenvolveu um sistema de expressão recombinante exclusivo para testar novas enzimas, produzindo uma grande coleção de mutantes Cel7A que careciam de várias combinações de locais de glicosilação. Uma equipe de pesquisadores do NREL, a Universidade da Geórgia, e a Universidade do Colorado, Pedregulho, em seguida, caracterizou todas as enzimas mutantes e comparou as características com as da enzima nativa para reunir dados críticos sobre as relações entre o glicano específico, sua função, e sua localização.

"Com base na literatura, já pensávamos que sabíamos a localização de todos os locais de glicosilação, "disse a co-autora Antonella Amore, pesquisador de pós-doutorado no NREL. "Ao confirmar suas localizações, nós não apenas descobrimos novos glicanos, também elucidamos as estruturas dos glicanos em cada local específico. Isso fornece uma visão sobre como o micróbio está protegendo e decorando suas enzimas para uma atividade ideal, que por sua vez fornece pistas sobre como melhorá-los para aplicações industriais. "

Obter uma compreensão mais profunda da estrutura básica, função, e as relações das proteínas são fundamentais para ajudar a projetar novas estratégias para melhorar o desempenho geral da enzima. Mas construir uma enzima superior requer a compreensão de uma vasta combinação de fatores. É importante saber quais glicanos protegem contra ataques de protease, quais são essenciais para a ligação à estabilidade da enzima, e que são essenciais para a ligação e atividade enzimática. As descobertas do NREL revelaram que, dependendo de seu tipo e de onde está conectado, a glicosilação é importante para fortalecer a ligação de Cel7A à celulose, protegendo a enzima contra proteases que decompõem a proteína, e reforçando a estabilidade térmica da enzima, que permite que a enzima continue trabalhando em temperaturas que seriam encontradas em um processo de conversão de biomassa industrial.