Mecanismos moleculares de uma nova enzima oxidativa para a despolimerização da celulose

• Processo: 24/22565-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2025
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2029
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Química de Macromoléculas
• Pesquisador responsável: Mariana Abrahão Bueno de Morais
• Beneficiário: Gustavo Henrique Barreto Gimenis
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Assunto(s): Celulose Mecanismos moleculares Metaloenzimas Oxidação
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: celulose | mecanismos moleculares | Metaloenzimas | Oxidação | simulações moleculares | Simulações moleculares

Resumo

A celulose é o polímero renovável mais abundante da natureza e a sua desconstrução é um dos problemas centrais para a conversão da biomassa em biocombustíveis e produtos de alto valor agregado. Devido ao seu arranjo cristalino, sua decomposição na natureza é um processo lento e realizado por sistemas enzimáticos multicomponentes. Recentemente, nosso grupo de pesquisa revelou uma nova enzima, presente no metagenoma oculto de comunidades microbianas especializadas na decomposição de polissacarídeos. A nova enzima foi capaz de aumentar a eficiência de desconstrução de lignocelulose em um coquetel enzimático industrialmente competitivo em até 20%. Através de uma combinação de técnicas multidisciplinares, foi proposto que a enzima, denominada Cellulose Oxidative Cleaving Enzyme - CelOCE, atua por ação oxidativa, assim como as já conhecidas Lytic Polysaccharide Monooxygenases - LPMOs; porém, apresentando diferenças-chave a nível de sequência, de estrutura e de funcionamento. Os mecanismos de enzimas oxidativas vêm sendo estudados via combinações de técnicas experimentais e teóricas, entretanto, diversas questões permanecem elusivas na área de biocatálise. Para a nova enzima CelOCE, foram observadas características inéditas para sua atividade, incluindo seu enovelamento, sua organização homodimérica e a topologia de seu sítio ativo, indicando a existência de um mecanismo distinto para a ação oxidativa sobre a celulose. Dessa forma, o projeto proposto visa elucidar o mecanismo molecular de ação da nova enzima CelOCE através de ferramentas computacionais, como docking molecular, teoria do funcional da densidade, simulações de dinâmica molecular e simulações híbridas baseadas em mecânica quântica e mecânica molecular. Compreender os mecanismos moleculares da oxidação de substratos recalcitrantes por novas enzimas representa um passo fundamental para o desenvolvimento sustentável, criando espaço para a aplicação e o desenho racional de enzimas visando a transformação da biomassa.