Xilanases produzidas por Aspergillus terreus : caracterização, degradação de biomassa lignocelulósica e efeito de compostos fenólicos

Abstract

Bagaço de cana de açúcar, piolho de algodão sujo e casca de soja são resíduos agroindustriais com elevado teor de holocelulose. O fungo filamentoso Aspergillus terreus fui cultivado por 6, 9, e 5 dias, nos meios contendo bagaço, piolho e casca de soja, respectivamente, como fontes de carbono. Quatro xilanases de baixas massas moleculares foram purificadas, com rendimentos variando entre 5,70 e 74,70% e maiores atividades no intervalo de pH 5,0-6,0 e temperaturas entre 45 e 60ºC. Os valores de Km para xilana de bétula solúvel variaram entre 0,42 e 15,33 mg/mL e para xilana insolúvel 0,47 e 10,90 mg/mL. As variações dos valores de Vmax para xilanas solúvel e insolúvel foram 0,15 e 5,37 UI/mL e 0,08 e 2,46 UI/mL, respectivamente. As 2+ 2+ +quatro enzimas foram ativadas pelo íon Mn (10 mM) e inibidas pelos íons Hg e K (1 e 10 mM). MFA mostrou uma distribuição bimodal de partículas globulares, indicando que Xyl T1 é maior que Xyl T2. Xyl T1 e Xyl T2 foram específicas para xilana como substrato. A espectrometria de massa dos digestos trípticos de Xyl T1 e Xyl T2 mostrou dois espectros diferentes. Xyl T1 e Xyl T3 foram inibidas em maior ou menor grau por todos os compostos fenólicos enquanto que Xyl T2 e Xyl T4 foram bastante resistentes a todos os compostos fenólicos testados. Para Xyl T1, houve um aumento ou diminuição do Km aparente com xilana de bétula, dependendo do tipo de composto fenólico utilizado, entretanto houve uma diminuição do Km aparente de Xyl T2 para xilana de bétula, após a incubação desta enzima com todos os compostos fenólicos. A análise do hidrolisado de três tipos de polpas kraft e de xilana de bétula solúvel e insolúvel por Xyl T1 e Xyl T2 mostrou uma predominância na liberação de xilobiose indicando um mecanismo de ação do tipo endo. A ausência de atividade celulolítica demonstra que essas enzimas têm potencial para o uso no branqueamento de papel. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The filamentous fungus Aspergillus terreus was cultivated for 6, 9, and 5 days in media containing bagasse, dirty cotton residue and soybean residue, respectively, as the carbon sources. Low-molecular-weight xilanases, named Xyl T1, Xyl T2, Xyl T3 and Xyl T4, were purified with purification yields ranging between 5.70 and 74.70% and higher activities in the pH range 5.0-6.0 and temperatures between 45 and 60ºC. Km values for soluble and insoluble birchwood xylans were at the interval ranges of 0.42-15.33 mg/mL and 0.47-10.90 mg /mL, respectively. Vmax values for soluble and insoluble birchwood xylans ranged from 0.15 to 5.37 IU/mL and 0.08 to 2.46 IU/mL, 2+ respectively. All the above enzymes were activated by Mn (10 mM) and inhibited by 2+ +Hg and K (1 and 10 mM). AFM showed a bimodal distribution of globular particles, indicating that Xyl T1 is larger than Xyl T2. Xyl T1 and Xyl T2 were specific for xylan as substrate. Mass spectrometry showed two different fingerprinting spectra for Xyl T1 and Xyl T2, indicating that they are distinct enzymes. Xyl T1 and Xyl T3 were inhibited in a greater or lesser degree by all phenolic compounds, while Xyl T2 and Xyl T4 were very resistant to the inhibitory effect of all phenolic compounds tested. The apparent Km for Xyl T1 over birchwood xylan increased or decreased depending on the type of phenolic compound used, however, the apparent Km values of Xyl T2, using birchwood xylan as substrate, decreased in the presence of all phenolic compounds. The hydrolysis of cellulose pulps and soluble and insoluble birchwood xylan by Xyl T1 and Xyl T2 showed predominance in the release of xylobiose indicating an endo-type mechanism. The absence of cellulolytic activity indicates that these enzymes have a potential for use in the pulp bleaching process.