Mecanismos de (régio)-quimioseletividade de ferro-enzimas que catalisam a descarboxilação não canônica de ácidos graxos na biossíntese de hidrocarbonetos

• Processo: 24/01393-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2024
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2026
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Biofísica - Biofísica Molecular
• Pesquisador responsável: Leticia Maria Zanphorlin
• Beneficiário: Leticia Maria Zanphorlin
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Evandro Ares de Araújo ; Ricardo Rodrigues de Melo
• Auxílio(s) vinculado(s): 24/09456-1 - Projeto colaborativo em biocatálise redox: foco em peroxigenases e além, AP.R SPRINT
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/16281-3 - Interação entre metaloenzimas com proteínas redox e ligantes, BP.TT
• Assunto(s): Descarboxilação Metaloenzimas Enzimologia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: descarboxilação | Mecanismos enzimáticos | Metaloenzimas | reações oxidativas | Enzimologia

Resumo

A diminuição dos recursos fósseis em conjunto com o consumo massivo de energia tem levado a uma crise cada vez maior do aquecimento global. As alterações climáticas têm gerado grandes debates e graves preocupações relativas à dependência contínua dos combustíveis fósseis e dos petroquímicos. Os biocombustíveis drop-in baseados em hidrocarbonetos podem ser um substituto adequado para os combustíveis fósseis, enquanto os hidrocarbonetos também têm grande destaque como blocos químicos na produção de uma série de produtos, em especial polímeros e plásticos. As metaloenzimas desempenham um papel crucial na biossíntese de hidrocarbonetos, e a última década tem testemunhado a descoberta de enzimas que catalisam a biossíntese de hidrocarbonetos a partir de ácidos graxos, empregando mecanismos oxidativos não canônicos que levam a cisão da ligação C-C en route. Existe uma diversidade substancial na estrutura, modo de ação, necessidade de cofatores e escopo de substrato entre essas metaloenzimas, as quais são de forma geral divididas entre: heme-monoxigenases e oxigenases mono e dinuclear dependentes de ferro. A compreensão desses mecanismos é essencial para a implementação bem-sucedida dessas enzimas em sistemas biotecnológicos cell free e cell factory por meio de abordagens de biologia sintética. Nesse sentido, recentemente, nosso grupo contribuiu para a descoberta e entendimento de uma nova descarboxilase da família das heme-proteínas que possui aspectos funcionais de turnover, estabilidade, escopo de substrato superiores e efetua a biocatalise por mecanismos distintos dos reportados até o momento. Nesse projeto, daremos continuidade na linha de pesquisa, focando no estudo mecanístico de enzimas não-heme dependentes de ferro. Essas são descarboxilases que atuam na ausência de co-fator, produzindo principalmente 1-undeceno, por isso levaram o nome de UndA. Frente a isso, tentaremos determinar os mecanismos catalíticos pelos quais UndAs ativam o dioxigênio para a biossíntese de hidrocarbonetos. Por meio de uma abordagem multidisciplinar pretendemos responder aos seguintes questionamentos: UndAs são quimioseletivas para hidroxilação (canônico)? UndAs são específicas para quais ácidos graxos? Oligomerização tem papel na catálise? Existe algum parceiro redox natural? o núcleo dependente de ferro comporta um ou dois ferros? Ao final do projeto, poderemos ter uma compreensão detalhada dos mecanismos de enzimas heme e não heme na descarboxilação não canônica de ácidos graxos, além de contribuir no avanço de rotas biológicas para a obtenção de biohidrocarbonetos. (AU)