Celulase

CelulasesDisciplina: EnzimologiaApresentao: Sandy Emilly

1. IntroduoCerca de 1,8x10 MegaToneladas de biomassa gerada anualmente.60% lignocelulose 30-60% celulose Resduos agroindustriais:Bagao de canaPalha de canaPalha de arrozSabugo de milho

LignoceluloseConstitudas por trs principais fraes polimricas:LigninaHemiceluloseCelulose

LignoceluloseConstitudas por trs principais fraes polimricas:Lignina

Polmero aromtico heterogneo formado por ligaes ter biologicamente estveis, cuja funo aumentar a resistncia da estrutura a ataques qumicos e enzimticos.LignoceluloseConstitudas por trs principais fraes polimricas:LigninaHemicelulose

Atua como um elo qumico entre a celulose e a lignina, apresentando natureza, formada, principalmente, por blocos de construo de pentoses, hexoses , cidos urnicos e radicais acetila.LignoceluloseConstitudas por trs principais fraes polimricas:LigninaHemiceluloseCelulosePolissacardeo composto por glicose, conferem fora e flexibilidade ao material. Encontra-se envolvida pela ligninaLignoceluloseConstitudas por trs principais fraes polimricas:LigninaHemiceluloseCelulose

CelulosePotentes organismos celulolticos, tais como Trichoderma produzem misturas complexas de enzimas necessrias para a solubilizao eficiente desse substrato;O sistema de enzimas extracelulares produzidas por T. reeset composto por trs componentes principais:Endoglucanases, exoglucanases ou celobiohidrolases e B-glucosidases ou cellobiases.A classificao das celulases, de acordo com seu local de atuao no substrato celulsico, as divide em trs grandes grupos:EndoglucanasesHidrolisam as ligaes glicosdicas ao acaso na fibra de celulose.

Exoglucanases ou celobiohidrolases Agem nas extremidades redutoras e no redutoras de polmeros gerados pela ao das endoglucanases, liberando celobiose.

B-glucosidases ou cellobiasesHidrolisam oligossacardeos e celobiose glicose.

CelulaseComplexo de enzimas capazes de hidrolisar a celulose at molculas de glicose e pequenos oligossacardeos;Produzidas na natureza por vrios organismos terrestres e marinhos; Os mais importantes para sua produo industrial so fungos filamentosos:Trichoderma viride, T. reesei, Penicillium Pinophilum, P. funiculosum, Sporotrichum pulverulentum, Fusariurn solani , Aspergillus niger, etc.Algumas bactrias tambm so fontes potenciais para a produo em larga escala.Modificados geneticamenteAplicaes: Na indstria alimentar, so utilizadas para a extrao e/ou clarificao de sumos de frutas e vegetais, tratamento de vinhos.Na indstria txtil, utilizada para desbotamento de jeans e para o polimento de tecido celulsico.Reutilizao de papel usado na indstria da pasta e do papel.3. ProduoA tecnologia de produo depende do uso pretendido para a preparao de celulase!

Para a indstria da polpa, txtil e de papel e algumas aplicaes da indstria de produtos alimentares, pode ser necessrio componentes especficos do complexo parcialmente ou altamente purificados.3. ProduoA tecnologia de produo depende do uso pretendido para a preparao de celulase!

Para aplicaes agro-biotecnolgicas, um complexo de enzima em bruto, contendo celulases, hemicelulases e pectinases pode ser adequado.As celulases so produzidas comercialmente por vrias empresas que utilizam a tecnologia da fermentao submersa (FSm); O custo relativamente alto das celulases impulsiona esforos contnuos para reduzir os custos de produo;O custo de produo pode ser reduzido por uma tecnologia alternativa, fermentao em substrato slido (FSS).3.1 SubstratosA seleo de substrato depende da utilizao pretendida para a preparao de celulase.

Se a celulase pura ou um componente da celulase o produto final desejado, fontes de carbono solvel e de azoto, (por exemplo, lactose e sais amonio) ou celulose pura pode ser selecionado, pensando de facilitar o processo downstream de purificao.3.1 SubstratosA seleo de substrato depende da utilizao pretendida para a preparao de celulase.

Para grande volume de massa mercadoria, materiais lignocelulsicos naturais podem ser utilizados. Resduos vegetais, como subprodutos do milho, bagao de cana, palha de trigo, farelo de trigo, resduos da indstria florestal, madeiras macias e duras, gramneas so adequados para a produo de celulaseOs substratos naturais lignocelulsicos tm de ser pr-tratados para a produo de celulase tima.cido ou o pr-tratamento alcalino;Vapor;Vapor de NH3;Em alguns casos deslignificao.Na seleo do substrato, o seu efeito sobre o perfil de enzima produzida deve ser considerado, uma vez que o complexo de celulase induzvel.3.2 Inculo Inculos miceliais = rpido crescimento e produo da enzima aps a inoculao;

Desvantagem: Necessidade de conhecimentos microbiolgicos e controles precisos na instalao de produo.

3.2 InculoInculos de esporos = podem ser preparados numa instalao central, e distribudos para os utilizadores em embalagens estreis.

Inculo de esporos pr-germinados esporos dos fungos so revestidos em sabugo de milho e pr-germinados em um reator de leito fluidifizado.FluxogramaCaldo FermentadoEnzima extracelularSeparao slido-lquidoConcentraoPurificao3.3 Biorreatores3.3.1 Reatores FSmGeralmente em reatores convencionais (STR);Fementadores de at 230m, meios simples e de baixo custo; Materiais tais como soro de leite e outros resduos de vrias plantas;T. Reesei Rut C30: temperatura tima de fermentao 32-33C e PH 3,5-4,0

O modo operacional mais comum a fermentao descontnua, como o modo mais adequado para uma pasta altamente viscosa de um substrato lignocelulsico;

Fermentao descontnua alimentada mais eficiente Rendimento Produtividade

Fermentao contnua menos eficiente

3.3.2 Reatores FSSReator tipo bandeja o mais utilizado;Promissor Reator com oscilao de presso = produo de celulose duplicada em comparao com um reator de bandeja esttico.

3.4. FSm x FSS para a produo de celuloseCelulases atualmente so produzidas comercialmente por FSm.

Produo por FSS vem ganhando terreno!

FSm prefervel quando as enzimas puras ou componentes de enzimas especficos so necessrios, e em que a aplicao pretendida pode suportar o custo elevado da enzima.FSS prefervel quando o produto bruto fermentado pode ser utilizado diretamente, por exemplo como suplemento alimentar, aditivo de silagem, ou fonte de enzima bruta para produo de biocombustvel.4. EnsaioOs ensaios so concebidos para detectar atividade hidroltica geral em substratos selecionados, ou para detectar a actividade de um componente individual da enzima em substratos seleccionados. Os ensaios em uso no medem diretamente a quantidade de enzimas e so, portanto, relativos e diferem marcadamente na sensibilidade e especificidade, dependendo dos substratos utilizados para o ensaio, as condies do ensaio e o sistema de celulase microbiana estudados.Os principais mtodos utilizados para detectar a atividade da enzima incluem:Reduo da viscosidade de uma soluo de um derivado de celulose;Produo de acar redutor a partir de um derivado de celulose solvel;Produo de acares redutores ou a perda de peso do resduo slido a partir de celulose;Liberao de um corante de celulose tingido. O ensaio mais amplamente aceito e utilizado para a atividade celulase geral a atividade enzimtica sobre papel filtro (FPA).

Ele mede a capacidade de uma preparao enzimtica hidrolisar papel filtro Whatman nmero 1 (1X6 cm, aprox. 50 mg) em acares redutores.5. PurificaoDepende da utilizao da enzima;Para aplicaes especficas, necessrio que os componentes da enzima sejam altamente purificados;Para a maioria das aplicaes da agro-biotecnologia, a enzima bruta ou parcialmente purificada do fluido de cultura desejvel.1. Centrifugao;2. ultrafiltrao do lquido (sobrenadante) ultiliza a tecnologia de processos com membranasSe as enzimas forem comercializadas como concentrados lquidos (por exemplo, Celluclast 1,5 L), a estabilizao do lquido para um armazenamento a longo prazo deve ser providenciado. Adio de lcoois tais como sorbitol ou acares, tais como lactose em maior concentrao. Conservantes para suprimir contaminao bacteriana e fngica, tambm tem de ser aplicada.6. Caracterizao6.1 IndutoresCelulase um complexo de enzima induzvel pela celulose, e outros oligossacridos, celobiose, lactose, soforose, e outros hidratos de carbono facilmente metabolizveis que atuam como indutores aparentes para praticamente todos os organismos que sintetizam celulase.6.2 InibidoresAs celulases so muitas vezes inibidas pela presena de elevadas concentraes dos seus produtos de hidrlise. Por exemplo, a maioria dos celobiohidrolases so inibidas pela celobiose, apesar de a celobiose (> 10 mM) estimular a atividade da celobiohidrolase II a partir de P. pinophilun. Presena de quantidades mais elevadas de glucose provoca represso catablica na biossntese de celulase. 7. Concluses e perspectivasCelulase uma das mais importantes enzimas industriais, porque torna possvel a utilizao racional da maior recurso renovvel na Terra, a lignocelulose;O preo elevado da enzima ainda um dos fatores limitantes no custo de lignocelulose. O uso generalizado de suplementos alimentares para animais, contendo parede celular de enzimas de digesto requer um complexo multienzimtico barato, contendo celulases, hemicelulases e pectinases.Em concluso, a demanda para o uso racional de lignocelulose ir conduzir a produo de celulases microbianas no futuro prximo. Melhoramento gentico de fungos e tecnologias mais eficientes, com maior nfase no FSS vo conduzir o preo de celulase para baixo, aceitvel para aplicaes agro-biotecnolgicas. Celulase ter uma parte importante da produo industrial de enzimas.Obrigada!