O mundo das Xilanases

por | fev 4, 2018

E Hoje o texto é de Ana Maria Camargos, Bacharel em Bioquímica pela UFV e mestranda na área de Bioquímica Industrial, na USP-Lorena.

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Atualmente, o mercado mundial de xilanases pode ser fragmentado entre 5 regiões geográficas, sendo elas América do Norte, América Latina, Europa, Ásia-Pacífico e Oriente Médio-África. Nesse cenário, o comércio dessas enzimas divide-se entre:

  1. Indústria de papel e celulose, na qual destina-se a maior parte das xilanases produzidas comercialmente;
  2. Indústrias alimentícia e de rações animais, nas quais, segundo algumas projeções realizadas, a utilização de xilanases apresentará um aumento expressivo entre o período de 2016 a 2024.

As xilanases são enzimas responsáveis pela clivagem de ligações glicosídicas β-1,4 aleatórias internas da cadeia principal da xilana, maior constituinte do complexo hemicelulósico das paredes celulares das células vegetais. De acordo com o banco de dados CAZy, essas enzimas são classificadas em seis famílias de glicosil hidrolases (GH), com base na sequência de aminoácidos do domínio catalítico. São elas: GH 5, 7, 8, 10, 11 e 43, sendo as famílias 10 e 11 as que compreendem o maior número de xilanases.

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Representação esquemática da xilana e sítios de hidrólise de enzimas xilanolíticas (Adaptado de Chen et al., 2015).

As xilanases podem atuar sobre seu substrato através de um mecanismo de retenção ou de inversão de configuração do carbono anomérico, geralmente envolvendo dois resíduos de aminoácidos negativos durante a catálise.

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Mecanismo catalítico das xilanases das famílias GH10 e GH11, com os mecanismos de retenção e inversão da configuração anomérica (Adaptado de Collins et al., 2005).

Dentre os microorganismos produtores da enzima, encontram-se bactérias, fungos, algas e leveduras. Nesse contexto, os fungos anaeróbicos localizados no rúmen bovino se destacam quanto à produção de xilanases, devido ao elevado conteúdo de hemicelulose encontrado na dieta desses animais, o que demanda alta eficiência de hidrólise desse polissacarídeo. Quanto à produção comercial, os microorganismos mais empregados são pertencentes aos gêneros Aspergillus sp. e Trichoderma sp.

Em relação às aplicações bioquímicas, as xilanases são utilizadas em uma gama de processos industriais. Na indústria alimentícia, essas enzimas podem ser utilizadas na clarificação de sucos de frutas, por permitirem a hidrólise de oligossacarídeos, diminuindo o teor de materiais insolúveis. Na panificação, seu uso proporciona melhora na qualidade, textura e volume da massa de pães. Na alimentação animal, as xilanases são capazes de hidrolisar as arabinoxilanas presentes na ração, permitindo uma redução da viscosidade da digesta intestinal, aumentando, assim, o valor nutritivo. Xilanases livres de atividade de celulases são requeridas na indústria de papel e celulose, no processo de biobranqueamento da polpa. A aplicação da enzima permite a hidrólise da porção de hemicelulose e facilita a liberação da lignina, componente responsável pelo escurecimento do papel. Dessa forma, menor quantidade de agentes organoclorados tóxicos são necessários no processo, reduzindo a poluição ambiental. Por fim, essas enzimas também podem ser utilizadas no contexto da produção de etanol de segunda geração, como suplementação a coquetéis enzimáticos. A hidrólise da hemicelulose leva à formação de pentoses, que podem ser convertidas em etanol por leveduras fermentadores desses açúcares.

Curiosidade: Em países como Estados Unidos, Canadá e alguns países europeus são adotadas políticas a fim de evitar o tratamento químico da celulose, reduzindo, dessa forma, os impactos ao meio ambiente. Essas políticas envolvendo o biobranqueamento ainda não são realidade no Brasil e América Latina, mas muitos avanços têm sido alcançados nos últimos anos, principalmente na área de engenharia de proteínas, possibilitando a obtenção de xilanases e outras enzimas mais termoestáveis e adequadas às condições desses processos, permitindo a redução de seu custo total e dos impactos resultantes da utilização de compostos químicos recalcitrantes.

Referências bibliográficas

Chen, C. C., Ko, T. P., Huang, J. W., Guo, R. T. Heat- and alkaline-stable xylanases: Application, protein structure and engineering, Chem. Bio. Eng. Rev. 2015; 2:95–106.

Collins, T., Gerday, C., Feller, G. Xylanases, xylanase families and extremophilic xylanases, FEMS Microbiol. Rev. 2005; 29:3–23.

Juturu, V., Wu, J.C. Microbial xylanases: Engineering, production and industrial applications. Biotechnol. Adv. 2012; 30:1219–1227.

Kulkarni, N., Shendye, A., Rao, M. Molecular and biotechnological aspects of xylanases, FEMS Microbiol. Rev. 1999; 23:411–456.

Li, X. L., Chen, H., Ljungdahl, L. G. Monocentric and polycentric anaerobic fungi produce structurally related cellulases and xylanases, Appl. Environ. Microbiol. 1997 63:628–635.

Paës, G., Berrin, J.G., Beaugrand, J. GH11 xylanases: Structure/function/properties relationships and applications. Biotechnol. Adv. 2012; 30:564–592.

Polizeli, M.L.T.M., Rizzatti, A.C.S., Monti, R., Terenzi, H.F., Jorge, J.A., Amorim, D.S. Xylanases from fungi: properties and industrial applications. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2005; 67:577–591.

Xylanase Market: Global industry analysis and forecast 2016 – 2024. Disponível em: <https://www.persistencemarketresearch.com/market-research/

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O movimento Bioquímica Brasil foi fundado em 2014 por egressos e estudantes dos cursos de Bioquímica.

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