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Simulações em multi-escala de enzimas e complexos enzimáticos para degradação de biomassa lignocelulósica

Processo: 16/04775-5
Linha de fomento:Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de maio de 2016
Vigência (Término): 30 de abril de 2017
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Munir Salomao Skaf
Beneficiário:Érica Teixeira Prates
Supervisor no Exterior: Gregg Beckham
Instituição-sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Local de pesquisa : National Renewable Energy Laboratory (NREL), Estados Unidos  
Vinculado à bolsa:13/15582-5 - Dinâmica molecular em múltiplas escalas de glicosídeo hidrolases e substratos lignocelulósicos, BP.PD
Assunto(s):Simulação de dinâmica molecular   Lignina   Bioetanol   Química teórica

Resumo

O uso de biocatalisadores é considerado a melhor estratégia para sacarificação da biomassa para produção de bioetanol de uma forma ecologicamente positiva. Por isso, grandes esforços têm sido direcionados à otimização destes processos biotecnológicos. Métodos computacionais representam ferramentas valiosas para o avanço nesta área. Neste projeto, propõe-se o estudo através de simulações multi-escala de dois tópicos de grande relevância na área, descritos brevemente a seguir: i) Biodegradação de lignina. A complexa matrix de lignina que cerca as microfibrilas de celulose e as cadeias de hemicelulose representa uma barreira crítica ao processo de digestão do material lignocelulósico. A degradação enzimática surge como uma alternativa promissora a pré-tratamentos termo-químicos, permitindo a geração seletiva de compostos de valor agregado a partir da lignina. Nesta parte do projeto, propõe-se conduzir simulações de dinâmica molecular e de mecânica quântica/mecânica molecular (QM/MM) para estudar as bases estruturais da afinidade pelo substrato e os mecanismos de reação na degradação enzimática de lignina por bactérias. ii) Celulossomos como uma alternativa aos coquetéis enzimáticos. Algumas evidências mostram que a proximidade dos módulos catalíticos das múltiplas enzimas que formam os celulossomos favorece a sinergia entre suas atividades, resultando em um desempenho superior destes complexos em comparação com misturas de enzimas independentes. Apesar do volume considerável de estudos experimentais, a caracterização dos mecanismos de ação de celulossomos continua elusiva. Nesta parte do projeto, propõe-se o emprego de abordagens computacionais multi-escala no estudo dos movimentos relativos dos módulos que compõem o celulossomo de Clostridium Thermocellum que possivelmente influenciam seu desempenho catalítico. Este projeto foi elaborado para ser realizado durante um estágio de 12 meses no National Renewable Energy Laboratory (NREL, Golden, CO, E.U.A), sob a supervisão do Prof. Dr. Gregg Beckham, um dos líderes dos trabalhos computacionais do centro. O Prof. Beckham e sua equipe compõem um dos centros mais proeminentes da pesquisa computacional em bioenergia. Nós acreditamos que este estágio adicionará grande valor ao projeto em andamento no Brasil.

Publicações científicas
(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)
PRATES, ERICA T.; GUAN, XIAOYANG; LI, YAOHAO; WANG, XINFENG; CHAFFEY, PATRICK K.; SKAF, MUNIR S.; CROWLEY, MICHAEL F.; TAN, ZHONGPING; BECKHAM, GREGG T. The impact of O-glycan chemistry on the stability of intrinsically disordered proteins. CHEMICAL SCIENCE, v. 9, n. 15, p. 3710-3715, APR 21 2018. Citações Web of Science: 3.

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