Aproveitamento de resíduos agroindustriais para indução dexilanases: clonagem e expressão do gene xyna1 de caulobacter crescentus e produção enzimática por delineamento experimental em aspergillus fumigatus fresen
Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luciana_ Graciano.pdf: 1359694 bytes, checksum: 9321745e3e0faea5a21d91af3579b01a (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 === The optimization of xylanase production of a new Aspergillus fumigatus Fresen strain (OI-1RT) was...
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Universidade Estadual do Oeste do Parana
2017
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xilanase resíduos agroindustriais clonagem expressão otimização Caulobacter crescentus Aspergillus fumigatus xylanase Aspergillus fumigatus experimental design maize straw enzymatic hydrolysis CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA Graciano, Luciana Aproveitamento de resíduos agroindustriais para indução dexilanases: clonagem e expressão do gene xyna1 de caulobacter crescentus e produção enzimática por delineamento experimental em aspergillus fumigatus fresen |
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Luciana_ Graciano.pdf: 1359694 bytes, checksum: 9321745e3e0faea5a21d91af3579b01a (MD5)
Previous issue date: 2015-02-27 === The optimization of xylanase production of a new Aspergillus fumigatus Fresen strain (OI-1RT)
was obtained by statistical approaches. The Plackett-Burman Design evaluation showed
that the following components of Czapeck medium were biologically significant: sodium
nitrate, potassium phosphate, magnesium sulfate and corn straw. These factors were
selected to implement the 24 Central Composite Rotational Delineation with the proposed
model validation. The response surface plots have indicated a trend for increased xylanase
activity with increasing concentrations of maize straw. An additional test was carried out with
different concentrations of maize straw and the optimized xylanase activity was 530 U ml-1 in
the presence of 6.5% (w / v) of residual biomass, which was 11 times higher than the one
obtained only with the Plackett-Burman Planning (45.8 U mL-1). The thermostability of the
enzyme was kept at 90% at 50 °C for 6 hours. Enzyma tic hydrolyses tests were performed to
obtain reducing sugars from maize straw, hydrolyzed maize straw and beechwood xylan.
This procedure has been performed for 96 hours with 2 U ml-1 for xylanase (crude extract)
and resulted in net production of 3.89, 20.96 and 21.64 μmol mL-1 for reducing sugars,
respectively. This indicated possible biotechnological applications to the crude extract with
xylan-degrading enzymes (xylanase). === As xilanases são glicosídeo hidrolases (GHs) com diferentes propriedades físico-químicas e
várias aplicações biotecnológicas, como na indústria têxtil, alimentícia e de papel e celulose.
Xilanases podem ser utilizadas para a degradação de fontes de carbono renováveis, tais
como os resíduos agroindustriais. Desta forma, é possível aproveitar a capacidade
energética de compostos disponíveis em abundância e que poderiam ser descartados
levando à poluição de solos e corpos hídricos. Atualmente, existe uma busca por estratégias
que permitam a otimização de processos biotecnológicos para utilizar a capacidade
energética presentes na biomassa para geração de produtos de valor agregado, como a
produção de xilitol e do etanol celulósico. Ferramentas bioquímico-moleculares e
planejamentos estatísticos de otimização de processos são exemplos de estratégias que
visam melhorar o desempenho catalítico de enzimas. Neste contexto, este trabalho objetivou
aproveitar resíduos agroindustriais para a indução de xilanases usando duas abordagens.
Na primeira, foi realizada a clonagem e expressão do gene xynA1 (CCNA_02894) de
Caulobacter crescentus em Escherichia coli com a obtenção de uma proteína recombinante
fusionada a uma cauda de histidina carboxi-terminal (XynA1), que foi posteriormente
purificada e caracterizada quanto a suas propriedades bioquímicas e cinéticas. Nesta
análise, verificou-se que dentre as várias fontes de carbono testadas para indução da XynA1
em C. crescentus, os substratos palha de milho, palha de milho hidrolisada e o sabugo de
milho foram os mais eficientes para induzir a atividade xilanásica. Além disso, a
caracterização da XynA pura, obtida por cromatografia de afinidade em colunas préempacotadas
de níquel-sepharose de elevado desempenho, mostrou que a XynA1 possui
atividade enzimática e atividade específica de 18,26 U mL-1 e 2,22 e U mg-1usando xilano de
beechwood como substrato na reação. A atividade de XynA1 foi inibida por EDTA e íons
metálicos tais como Cu 2+ e Mg 2+. Em contraste, ß-mercaptoetanol, ditiotreitol (DTT), e Ca2+
induziram a atividade da enzima recombinante. Os dados cinéticos para XynA1 revelaram
valores de KM e Vmáx de 3,77 mg mL-1 e 10,2 μM min-1, respectivamente. Finalmente, a
enzima apresentou um pH ótimo igual a 6 e temperatura ótima de 50 °C. Além disso, 80%
da atividade de XynA1 foi mantida a 50 °C por 4 hor as de incubação. Isso sugere
estabilidade térmica para aplicação em processos biotecnológicos. Na segunda etapa do
trabalho, foi realizada a otimização da produção xilanásica por um novo isolado
vii
termotolerante de Aspergillus fumigatus Fresen. (OI-1R-T), obtido de bioma de Mata
Atlântica, usando metodologias estatísticas de delineamento experimental como
Planejamento Plackett-Burman (Plackett-Burman Design-PBD) e Delineamento Composto
Central Rotacional (DCCR). Verificou-se, nesses ensaios, uma atividade xilanásica de 530 U
mL-1 na presença de 6,5% de palha de milho no meio de cultivo otimizado. Ensaios de
hidrólises enzimáticas da palha de milho, palha de milho hidrolisada e do xilano de
beechwood foram realizados durante 96 horas com 2 U mL-1 de atividade xilanásica do
extrato bruto otimizado no mesmo resíduo, resultando em uma produção líquida de 3,89,
20,96 e 21,64 μmol mL-1 de açúcares redutores, respectivamente. Assim, sugere-se que a
enzima fúngica, mesmo em extrato bruto, também poderia ser aplicada em processos
biotecnológicos diversos. |
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Simão, Rita de Cássia Garcia |
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Simão, Rita de Cássia Garcia Graciano, Luciana |
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ndltd-IBICT-oai-tede.unioeste.br-tede-2252019-01-22T00:52:56Z Aproveitamento de resíduos agroindustriais para indução dexilanases: clonagem e expressão do gene xyna1 de caulobacter crescentus e produção enzimática por delineamento experimental em aspergillus fumigatus fresen Experimental design applied to the optimization of a newbiomass-degrading xylanase of aspergillus fumigatus fresen Graciano, Luciana Simão, Rita de Cássia Garcia Colauto, Nelson Barros Ernandes, Samara Silva, José Luis da Conceição Sene, Luciane xilanase resíduos agroindustriais clonagem expressão otimização Caulobacter crescentus Aspergillus fumigatus xylanase Aspergillus fumigatus experimental design maize straw enzymatic hydrolysis CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luciana_ Graciano.pdf: 1359694 bytes, checksum: 9321745e3e0faea5a21d91af3579b01a (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 The optimization of xylanase production of a new Aspergillus fumigatus Fresen strain (OI-1RT) was obtained by statistical approaches. The Plackett-Burman Design evaluation showed that the following components of Czapeck medium were biologically significant: sodium nitrate, potassium phosphate, magnesium sulfate and corn straw. These factors were selected to implement the 24 Central Composite Rotational Delineation with the proposed model validation. The response surface plots have indicated a trend for increased xylanase activity with increasing concentrations of maize straw. An additional test was carried out with different concentrations of maize straw and the optimized xylanase activity was 530 U ml-1 in the presence of 6.5% (w / v) of residual biomass, which was 11 times higher than the one obtained only with the Plackett-Burman Planning (45.8 U mL-1). The thermostability of the enzyme was kept at 90% at 50 °C for 6 hours. Enzyma tic hydrolyses tests were performed to obtain reducing sugars from maize straw, hydrolyzed maize straw and beechwood xylan. This procedure has been performed for 96 hours with 2 U ml-1 for xylanase (crude extract) and resulted in net production of 3.89, 20.96 and 21.64 μmol mL-1 for reducing sugars, respectively. This indicated possible biotechnological applications to the crude extract with xylan-degrading enzymes (xylanase). As xilanases são glicosídeo hidrolases (GHs) com diferentes propriedades físico-químicas e várias aplicações biotecnológicas, como na indústria têxtil, alimentícia e de papel e celulose. Xilanases podem ser utilizadas para a degradação de fontes de carbono renováveis, tais como os resíduos agroindustriais. Desta forma, é possível aproveitar a capacidade energética de compostos disponíveis em abundância e que poderiam ser descartados levando à poluição de solos e corpos hídricos. Atualmente, existe uma busca por estratégias que permitam a otimização de processos biotecnológicos para utilizar a capacidade energética presentes na biomassa para geração de produtos de valor agregado, como a produção de xilitol e do etanol celulósico. Ferramentas bioquímico-moleculares e planejamentos estatísticos de otimização de processos são exemplos de estratégias que visam melhorar o desempenho catalítico de enzimas. Neste contexto, este trabalho objetivou aproveitar resíduos agroindustriais para a indução de xilanases usando duas abordagens. Na primeira, foi realizada a clonagem e expressão do gene xynA1 (CCNA_02894) de Caulobacter crescentus em Escherichia coli com a obtenção de uma proteína recombinante fusionada a uma cauda de histidina carboxi-terminal (XynA1), que foi posteriormente purificada e caracterizada quanto a suas propriedades bioquímicas e cinéticas. Nesta análise, verificou-se que dentre as várias fontes de carbono testadas para indução da XynA1 em C. crescentus, os substratos palha de milho, palha de milho hidrolisada e o sabugo de milho foram os mais eficientes para induzir a atividade xilanásica. Além disso, a caracterização da XynA pura, obtida por cromatografia de afinidade em colunas préempacotadas de níquel-sepharose de elevado desempenho, mostrou que a XynA1 possui atividade enzimática e atividade específica de 18,26 U mL-1 e 2,22 e U mg-1usando xilano de beechwood como substrato na reação. A atividade de XynA1 foi inibida por EDTA e íons metálicos tais como Cu 2+ e Mg 2+. Em contraste, ß-mercaptoetanol, ditiotreitol (DTT), e Ca2+ induziram a atividade da enzima recombinante. Os dados cinéticos para XynA1 revelaram valores de KM e Vmáx de 3,77 mg mL-1 e 10,2 μM min-1, respectivamente. Finalmente, a enzima apresentou um pH ótimo igual a 6 e temperatura ótima de 50 °C. Além disso, 80% da atividade de XynA1 foi mantida a 50 °C por 4 hor as de incubação. Isso sugere estabilidade térmica para aplicação em processos biotecnológicos. Na segunda etapa do trabalho, foi realizada a otimização da produção xilanásica por um novo isolado vii termotolerante de Aspergillus fumigatus Fresen. (OI-1R-T), obtido de bioma de Mata Atlântica, usando metodologias estatísticas de delineamento experimental como Planejamento Plackett-Burman (Plackett-Burman Design-PBD) e Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR). Verificou-se, nesses ensaios, uma atividade xilanásica de 530 U mL-1 na presença de 6,5% de palha de milho no meio de cultivo otimizado. Ensaios de hidrólises enzimáticas da palha de milho, palha de milho hidrolisada e do xilano de beechwood foram realizados durante 96 horas com 2 U mL-1 de atividade xilanásica do extrato bruto otimizado no mesmo resíduo, resultando em uma produção líquida de 3,89, 20,96 e 21,64 μmol mL-1 de açúcares redutores, respectivamente. Assim, sugere-se que a enzima fúngica, mesmo em extrato bruto, também poderia ser aplicada em processos biotecnológicos diversos. 2017-05-12T14:47:16Z 2016-01-19 2015-02-27 info:eu-repo/semantics/publishedVersion info:eu-repo/semantics/doctoralThesis GRACIANO, Luciana. Experimental design applied to the optimization of a newbiomass-degrading xylanase of aspergillus fumigatus fresen. 2015. 56 f. Tese (Doutorado em Engenharia) - Universidade Estadual do Oeste do Parana, Cascavel, 2015. http://tede.unioeste.br:8080/tede/handle/tede/225 por info:eu-repo/semantics/openAccess application/pdf Universidade Estadual do Oeste do Parana Programa de Pós-Graduação "Stricto Sensu" em Engenharia Agrícola UNIOESTE BR Engenharia reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE instname:Universidade Estadual do Oeste do Paraná instacron:UNIOESTE |