Orientador: Munir Salomão Skaf

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química

Resumo: A degradação enzimática da celulose proveniente de biomassa para a produção de bioetanol é realizada por um conjunto de proteínas denominadas celulases, as quais são produzidas por vários fungos e bactérias. O mecanismo molecular das interações físicas entre as celulases e a celulose é pouco...

Resumo: A degradação enzimática da celulose proveniente de biomassa para a produção de bioetanol é realizada por um conjunto de proteínas denominadas celulases, as quais são produzidas por vários fungos e bactérias. O mecanismo molecular das interações físicas entre as celulases e a celulose é pouco conhecido. Para investigar estas interações, bem como as propriedades conformacionais e dinâmicas, nesta Tese usamos simulações por dinâmica molecular (MD). Abordamos duas celulases: a Endoglucanase 3 de Trichoderma harzianum (ThEG3) e a Endoglucanase de Xanthomas campestris pv. campestris (XccEG). O estudo dos mecanismos de reconhecimento de substrato por ThEG3 que falta o módulo de ligação à celulose (CBM), revela que a ausência de um CBM nesta estrutura é compensada pela presença de resíduos similares aos resíduos típicos de um CBM. O segundo estudo, sobre seletividade da XccEG, explica por que esta enzima catalisa a hidrólise somente de oligossacarídeos de cadeia igual ou maior que quatro unidades. Nossas simulações indicam que os quatro subsítios característicos da fenda de ligação ao substrato da XccEG precisam ser simultaneamente estabilizados pelas interações com substrato para promover uma ligação efetiva substrato-enzima. No terceiro estudo, investigamos as propriedades mecânicas do linker entre o domínio catalítico (CCD) e o CBM desta mesma enzima, composto por blocos de Thr e Pro, utilizando a técnica de replica exchange MD. Nossos resultados sugerem as bases moleculares da maior rigidez deste linker em comparação ao linker de celobiohidrolases II de Trichoderma reesei. Por fim, adaptamos o método de MDFF (flexible fitting MD) para gerar modelos de estrutura terciária a partir de dados de SAXS e o aplicamos para criar um modelo da estrutura intacta CCD-linker-CBM de XccEG

Abstract: The enzymatic degradation of the cellulose for the production of bioethanol is performed by a group of proteins called cellulases which are produced by various fungi and bacteria. The molecular mechanism of the physical interactions between the cellulases and a cellulose is little-known....

Abstract: The enzymatic degradation of the cellulose for the production of bioethanol is performed by a group of proteins called cellulases which are produced by various fungi and bacteria. The molecular mechanism of the physical interactions between the cellulases and a cellulose is little-known. In this work we use molecular dynamics simulations (MD) to investigate these interactions as well as conformational and dynamic properties. We have studied two cellulases: the endoglucanase 3 from Trichoderma harzianum (ThEG3) and the endoglucanase from Xanthomas campestris pv. campestris (XccEG). The study of the mechanisms of substrate recognition by ThEG3 which lacks the cellulose binding module (CBM) shows that the absence of a CBM in this structure is compensated by the presence of residues similar to typical CBM residues. The second study, on the selectivity of XccEG, explains why this enzyme catalyses only the hydrolysis of four or more units long oligosaccharides. Our simulations indicate that the four characteristic subsites of the substrate binding cleft of XccEG need to be simultaneously stabilized by the interactions with the substrate to provide an effective enzyme-substrate binding. In the third study, we investigated the mechanical properties of the linker between the catalytic domain (CCD) and CBM of the same enzyme, composed of Thr-Pro blocks, using the replica exchange molecular dynamics (REMD). Our results suggest the molecular basis of greater rigidity of this linker in comparison to the linker of cellobiohydrolase 2 from Trichoderma reesei. Finally, we have adapted the method of Molecular Dynamics Flexible Fitting (MDFF) to generate tertiary structure models from SAXS data and applied it to create a model of the intact structure CCD-linker-CBM of the XccEG