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Estudos estruturais e funcionais de enzimas que participam na síntese e degradação de carboidratos complexos

Processo: 15/13684-0
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Temático
Vigência: 01 de março de 2017 - 28 de fevereiro de 2022
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Biofísica - Biofísica Molecular
Pesquisador responsável:Igor Polikarpov
Beneficiário:Igor Polikarpov
Instituição-sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Pesquisadores principais:Francisco Eduardo Gontijo Guimaraes
Pesq. associados:Alessandro Silva Nascimento ; Camila Alves de Rezende ; Eduardo Ribeiro de Azevedo ; Marcos Silveira Buckeridge ; Munir Salomao Skaf
Auxílios(s) vinculado(s):18/22300-0 - Aumento da oxidação enzimática de lignocelulose através de atividades sinérgicas usando luz e LPMOs, AP.R
Bolsa(s) vinculada(s):18/24705-7 - Estudos estruturais e funcionais de enzimas que participam na síntese e degradação de carboidratos complexos, BP.PD
19/10942-0 - Produção heteróloga e caracterização da xilanases de famílias GH10 e GH11 e avaliação das suas aplicações na degradação de xilano e obtenção de xilooligossacarídeos a partir da biomassa lignocelulósica, BP.IC
18/00082-0 - Estudos estruturais e bioquímicos de enzimas envolvidas na degradação de glucuroarabinoxilano (GAX), BP.IC
18/02028-3 - Estudos estruturais e funcionais de enzimas que participam na síntese e degradação de carboidratos complexos, BP.TT
17/20706-6 - Estudos estruturais e funcionais de enzimas que participam na síntese e degradação de carboidratos complexos, BP.TT
Assunto(s):Cristalografia de proteínas  Hidrolases  Glicosídeos  Hidrólise  Parede celular vegetal  Biocombustíveis 

Resumo

Os carboidratos, como mono- e oligossacarídeos, polissacarídeos e glicoconjugados, desempenham papéis extremamente importantes em todas as formas de vida, participando em interações patógeno-hospedeiro, transdução de sinais, inflamação, tráfego intracelular e diferenciação. Além disso, os carboidratos correspondem a cerca de três quartos da biomassa renovável das plantas (~135 bilhões de toneladas/ano) cujas paredes celulares e açúcares de reserva representam uma fonte renovável de energia e materiais "verdes". Entretanto, a diversidade dos carboidratos e a complexidade da parede celular vegetal tornam a disponibilização enzimática de açúcares simples para produção de biocombustíveis e produtos químicos "verdes" uma tarefa difícil. A nossa atual compreensão de síntese e degradação enzimática de carboidratos complexos no contexto de parede celular está no mínimo incompleta. Estima-se que atualmente menos de 3,8% de enzimas e proteínas auxiliares envolvidas na síntese e degradação de carboidratos estão caracterizadas bioquimicamente e menos de 0,42% estão caracterizadas estruturalmente (Lombard et al., Nucl. Acids Res. (2014) 42: D490-D495). Portanto, neste projeto propomos um estudo estrutural e funcional das enzimas com potencial de depolimerização e síntese de polissacarídeos, visando uma melhor compreensão da sua especificidade e dos mecanismos de ação no contexto da parede celular e sobre carboidratos isolados. Os resultados deste estudo vão trazer conhecimentos básicos em relação da ação enzimática sobre biopolímeros e podem ser importantes para aplicações biotecnológicas como a hidrólise enzimática de materiais lignocelulósicos e transformação de carboidratos em compostos químicos "verdes" e biocombustíveis, entre outras. (AU)

Matéria(s) publicada(s) na Agência FAPESP sobre o auxílio:
Treinamento Técnico em Biotecnologia Molecular com Bolsa da FAPESP 
Pós-doutorado em Biologia Molecular com bolsa da FAPESP 
Doutorado direto em biologia molecular/estrutural com Bolsa da FAPESP 

Publicações científicas (26)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
TOMAZINI, ATILIO; HIGASI, PAULA; MANZINE, LIVIA R.; STOTT, MATTHEW; SPARLING, RICHARD; LEVIN, DAVID B.; POLIKARPOV, IGOR. A novel thermostable GH5 beta-xylosidase from Thermogemmatispora sp. T81. NEW BIOTECHNOLOGY, v. 53, p. 57-64, NOV 25 2019. Citações Web of Science: 0.
DO ESPIRITO SANTO, MELISSA CRISTINA; CARDOSO, ELIANO BRITO; GONTIJO GUIMARAES, FRANCISCO EDUARDO; DEAZEVEDO, EDUARDO RIBEIRO; DA CUNHA, GIOVANNI PARO; NOVOTNY, ETELVINO HENRIQUE; ARNOLDI PELLEGRINI, VANESSA DE OLIVEIRA; CHANDEL, ANUJ KUMAR; LUCIANO SILVEIRA, MARCOS HENRIQUE; POLIKARPOV, IGOR. Multifaceted characterization of sugarcane bagasse under different steam explosion severity conditions leading to distinct enzymatic hydrolysis yields. INDUSTRIAL CROPS AND PRODUCTS, v. 139, NOV 1 2019. Citações Web of Science: 0.
EVANGELISTA, DANILO ELTON; ARNOLDI PELLEGRIN, VANESSA DE OLIVEIRA; SANTO, MELISSA ESPIRITO; MCQUEEN-MASON, SIMON; BRUCE, NEIL C.; POLIKARPOV, IGOR. Biochemical characterization and low-resolution SAXS shape of a novel GH11 exo-1,4-beta-xylanase identified in a microbial consortium. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 103, n. 19, p. 8035-8049, OCT 2019. Citações Web of Science: 0.
HANS, MEENU; KUMAR, SACHIN; CHANDEL, ANUJ KUMAR; POLIKARPOV, IGOR. A review on bioprocessing of paddy straw to ethanol using simultaneous saccharification and fermentation. Process Biochemistry, v. 85, p. 125-134, OCT 2019. Citações Web of Science: 0.
SEIKI KADOWAKI, MARCO ANTONIO; POLIKARPOV, IGOR. Structural insights into the hydrolysis pattern and molecular dynamics simulations of GH45 subfamily a endoglucanase from Neurospora crassa OR74A. Biochimie, v. 165, p. 275-284, OCT 2019. Citações Web of Science: 0.
PUHL, ANA C.; PRATES, ERICA T.; ROSSETO, FLAVIO R.; MANZINE, LIVIA R.; STANKOVIC, IVANA; DE ARAUJO, SIMARA S.; ALVAREZ, THABATA M.; SQUINA, FABIO M.; SKAF, MUNIR S.; POLIKARPOV, IGOR. Crystallographic structure and molecular dynamics simulations of the major endoglucanase from Xanthomonas campestris pv. campestris shed light on its oligosaccharide products release pattern. International Journal of Biological Macromolecules, v. 136, p. 493-502, SEP 1 2019. Citações Web of Science: 0.
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SARTORI, GERALDO RODRIGUES; NASCIMENTO, ALESSANDRO S. Comparative Analysis of Electrostatic Models for Ligand Docking. FRONTIERS IN MOLECULAR BIOSCIENCES, v. 6, JUL 3 2019. Citações Web of Science: 0.
SONODA, MILTON T.; GODOY, ANDRE S.; PELLEGRINI, VANESSA O. A.; KADOWAKI, MARCO A. S.; NASCIMENTO, ALESSANDRO S.; POLIKARPOV, IGOR. Structure and dynamics of Trichoderma harzianum Cel7B suggest molecular architecture adaptations required for a wide spectrum of activities on plant cell wall polysaccharides. BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-GENERAL SUBJECTS, v. 1863, n. 6, p. 1015-1026, JUN 2019. Citações Web of Science: 0.
BERNARDES, A.; PELLEGRINI, V. O. A.; CURTOLO, F.; CAMILO, C. M.; MELLO, B. L.; JOHNS, M. A.; SCOTT, J. L.; GUIMARAES, F. E. C.; POLIKARPOV, I. Carbohydrate binding modules enhance cellulose enzymatic hydrolysis by increasing access of cellulases to the substrate. Carbohydrate Polymers, v. 211, p. 57-68, MAY 1 2019. Citações Web of Science: 1.
VIEIRA, F. R.; PECCHIA, J. A.; SEGATO, F.; POLIKARPOV, I. Exploring oyster mushroom (Pleurotus ostreatus) substrate preparation by varying phase I composting time: changes in bacterial communities and physicochemical composition of biomass impacting mushroom yields. Journal of Applied Microbiology, v. 126, n. 3, p. 931-944, MAR 2019. Citações Web of Science: 0.
DE ARAUJO, EVANDRO ARES; DE OLIVEIRA NETO, MARIO; POLIKARPOV, IGOR. Biochemical characterization and low-resolution SAXS structure of two-domain endoglucanase BlCel9 from Bacillus licheniformis. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 103, n. 3, p. 1275-1287, FEB 2019. Citações Web of Science: 1.
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BERTO, GABRIELA LEILA; VELASCO, JOSMAN; CABOS RIBEIRO, CAIO TASSO; ZANPHORLIN, LETICIA MARIA; DOMINGUES, MARIANE NORONHA; MURAKAMI, MARIO TYAGO; POLIKARPOV, IGOR; DE OLIVEIRA, LEANDRO CRISTANTE; FERRAZ, ANDRE; SEGATO, FERNANDO. Functional characterization and comparative analysis of two heterologous endoglucanases from diverging subfamilies of glycosyl hydrolase family 45. Enzyme and Microbial Technology, v. 120, p. 23-35, JAN 2019. Citações Web of Science: 2.
BESSER, KATRIN; MALYON, GRAHAM P.; EBORALL, WILLIAM S.; DA CUNHA, GIOVANNI PARO; FILGUEIRAS, JEFFERSON G.; DOWLE, ADAM; GARCIA, LOURDES CRUZ; PAGE, SAMUEL J.; DUPREE, RAY; KERN, MARCELO; GOMEZ, LEONARDO D.; LI, YI; ELIAS, LUISA; SABBADIN, FEDERICO; MOHAMAD, SHAZA E.; PESANTE, GIOVANNA; STEELE-KING, CLARE; DE AZEVEDO, EDUARDO RIBEIRO; POLIKARPOV, IGOR; DUPREE, PAUL; CRAGG, SIMON M.; BRUCE, NEIL C.; MCQUEEN-MASON, SIMON J. Hemocyanin facilitates lignocellulose digestion by wood-boring marine crustaceans. NATURE COMMUNICATIONS, v. 9, DEC 3 2018. Citações Web of Science: 3.
FARRO, ERICK GIANCARLO S.; LEITE, ANA ELISA T.; SILVA, ISABELA A.; FILGUEIRAS, JEFFERSON G.; DE AZEVEDO, EDUARDO R.; POLIKARPOV, IGOR; NASCIMENTO, ALESSANDRO S. GH43 endo-arabinanase from Bacillus licheniformis: Structure, activity and unexpected synergistic effect on cellulose enzymatic hydrolysis. International Journal of Biological Macromolecules, v. 117, p. 7-16, OCT 1 2018. Citações Web of Science: 1.
SEIKI KADOWAKI, MARCO ANTONIO; DE GODOY, MARIANA ORTIZ; KUMAGAI, PATRICIA SUEMY; DA COSTA-FILHO, ANTONIO JOSE; MORT, ANDREW; PRADE, ROLF ALEXANDER; POLIKARPOV, IGOR. Characterization of a New Glyoxal Oxidase from the Thermophilic Fungus Myceliophthora thermophila M77: Hydrogen Peroxide Production Retained in 5-Hydroxymethylfurfural Oxidation. CATALYSTS, v. 8, n. 10 OCT 2018. Citações Web of Science: 1.
KADOWAKI, MARCO A. S.; VARNAI, ANIKO; JAMESON, JOHN-KRISTIAN; LEITE, ANA E. T.; COSTA-FILHO, ANTONIO J.; KUMAGAI, PATRICIA S.; PRADE, ROLF A.; POLIKARPOV, IGOR; EIJSINK, VINCENT G. H. Functional characterization of a lytic polysaccharide monooxygenase from the thermophilic fungus Myceliophthora thermophila. PLoS One, v. 13, n. 8 AUG 20 2018. Citações Web of Science: 3.
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SANTO, MELISSA ESPIRITO; REZENDE, CAMILA A.; BERNARDINELLI, OIGRES D.; PEREIRA, JR., NEI; CURVELO, ANTONIO A. S.; DEAZEVEDO, EDUARDO R.; GUIMARAES, FRANSCISCO E. G.; POLIKARPOV, IGOR. Structural and compositional changes in sugarcane bagasse subjected to hydrothermal and organosolv pretreatments and their impacts on enzymatic hydrolysis. INDUSTRIAL CROPS AND PRODUCTS, v. 113, p. 64-74, MAR 2018. Citações Web of Science: 14.
GODOY, ANDRE S.; PEREIRA, CAROLINE S.; RAMIA, MARINA PAGLIONE; SILVEIRA, RODRIGO L.; CAMILO, CESAR M.; KADOWAKI, MARCO A.; LANGE, LENE; BUSK, PETER K.; NASCIMENTO, ALESSANDRO S.; SKAF, MUNIR S.; POLIKARPOV, IGOR. Structure, computational and biochemical analysis of PcCel45A endoglucanase from Phanerochaete chrysosporium and catalytic mechanisms of GH45 subfamily C members. SCIENTIFIC REPORTS, v. 8, FEB 27 2018. Citações Web of Science: 4.
KADOWAKI, MARCO A. S.; HIGASI, PAULA; DE GODOY, MARIANA O.; PRADE, ROLF A.; POLIKARPOV, IGOR. Biochemical and structural insights into a thermostable cellobiohydrolase from Myceliophthora thermophila. FEBS Journal, v. 285, n. 3, p. 559-579, FEB 2018. Citações Web of Science: 1.
MELLO, BRUNO L.; ALESSI, ANNA M.; RIANO-PACHON, DIEGO M.; DEAZEVEDO, EDUARDO R.; GUIMARAES, FRANCISCO E. G.; ESPIRITO SANTO, MELISSA C.; MCQUEEN-MASON, SIMON; BRUCE, NEIL C.; POLIKARPOV, IGOR. Targeted metatranscriptomics of compost-derived consortia reveals a GH11 exerting an unusual exo-1,4-beta-xylanase activity. BIOTECHNOLOGY FOR BIOFUELS, v. 10, NOV 2 2017. Citações Web of Science: 7.
EVANGELISTA, DANILO ELTON; DE ARAUJO, EVANDRO A.; OLIVEIRA NETO, MARIO; SEIKI KADOWAKI, MARCO ANTONIO; POLIKARPOV, IGOR. Biochemical characterization and low-resolution SAXS structure of an exopolygalacturonase from Bacillus licheniformis. NEW BIOTECHNOLOGY, v. 40, n. B, p. 268-274, JAN 25 2017. Citações Web of Science: 4.

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