The enzymatic degradation of polysaccharides is accomplished through the action of several hydrolases with different specificities and way of action. For this reason, there is now a growing interest in the study of these enzymes related to its potential industry. The β-glucanases enzymes belong to this group of hydrolases because of its ability to hydrolyze glycosidiclinkages β-D-glucosides 1,3-β-glucans and 1,6-β-glucans. Its applications are fairly comprehensive, with utility from conventional industry to the biotechnology and pharmaceutical industry

Choupina, Altino

Costa, Rodrigo

Costa, Rodrigo Arthur Fonseca

Biblioteca Digital do IPB

205    REB Volume 6 (2): 205-213, 2013 ISSN 1983-7682  ENZIMAS β –GLUCANASES - APLICAÇÕES DA HIDRÓLISE DE POLISSACARÍDEOS  β-GLUCANASES ENZYMES – APPLIANCE OF POLYSACCHARIDES HYDROLISIS  Rodrigo Arthur da Fonseca Costa1 e Altino Branco Choupina2  1 Mestre em Biotecnologia, Instituto Politécnico de Bragança, Portugal. 2 Doutor Professor Adjunto, Departamento de Biologia e Biotecnologia, Instituto Politécnico de Bragança, Escola Superior Agrária, Campus de Santa Apolónia, Apartado 1172, 5301-854 Bragança, Portugal.  E-mail para contato: rodlion2000@msn.com  Resumo A degradação enzimática dos polissacarídeos é realizada através da atuação de diversas hidrólases com diferentes especificidades e modos de ação. Devido isto, existe atualmente um crescente interesse no estudo destas enzimas relacionado com o seu potencial industrial. As enzimas β-Glucanases pertencem a este grupo de hidrólases por meioda sua capacidade de hidrolisar ligações β-D-glicosídicas de 1,3-β-glucanos e 1,6-β-glucanos. Suas aplicações mostram-se bastante abrangentes, com utilidade desde a indústria convencional até a indústria biotecnológica e farmacêutica. Palavras-chave: Polissacarídeos; β-Glucanases; Biotecnologia; Hidrólise.    Abstract 206    The enzymatic degradation of polysaccharides is accomplished through the action of several hydrolases with different specificities and way of action. For this reason, there is now a growing interest in the study of these enzymes related to its potential industry. The β-glucanases enzymes belong to this group of hydrolases because of its ability to hydrolyze glycosidiclinkages β-D-glucosides 1,3-β-glucans and 1,6-β-glucans. Its applications are fairly comprehensive, with utility from conventional industry to the biotechnology and pharmaceutical industry. Keywords: Polysaccharides; β-Glucanases; Biotechnology; Hydrolisis.  INTRODUÇÃO  A degradação enzimática dos polissacarídeos é realizada através da atuação de diversas hidrólases com diferentes especificidades e modos de ação. Devido a isto, existe atualmente um crescente interesse no estudo destas enzimas relacionado com o seu potencial industrial. (Warrenet al., 1996; Gieseet al., 2003). A atividade das β-glucanases na natureza ocorre em todos os estágios do ciclo de vida fúngico, incluindo a autólise, está associada principalmente aos processos de sobrevivência, degradação de polissacarídeos e patogenicidade (Santos et al., 1979; Vázquez-Garcidueñaset al., 1998; Noronha et al., 2000; Rojo et al., 2007). Estas enzimas são capazes de hidrolisar ligações β-D-glicosídicas de 1,3-β-glucanos e 1,6-β-glucanos (Warren, 1996; Kirket al., 2002). Os β-glucanos fazem parte de um grupo de polissacarídeos abundantes na natureza. Algumas são moléculas relativamente simples constituídas de cadeias lineares de resíduos glicosil, outras são complexas e podem ser constituídas de cadeias lineares ou ramificadas. A sua principal função é estrutural, porém a natureza e localização dos β-glucanos de parede indicam que eles também podem ser degradados e usados como fonte nutricional após a exaustão de nutrientes. Outra importante função é de proteger as células contra a desidratação, por formação de uma camada extracelular que encapsula a hifa (Pitson, Seviour e Mcdougall, 1993; Martin et al., 2007). As β-1,3-glucanases apresentam dois mecanismos de ação distintos: as (endo), constituindo ação hidrolítica aleatória na cadeia polissacarídica, resultando em olissacarídeos de maior massa molar; as (exo), produzindo glucose como único produto 207    de hidrólise (Stone, 1957; Reese e Mandels, 1959). Estas enzimas são específicas para substratos contendo sequências lineares de três ou mais unidades de glucose unidas através de ligações glicosídicas do tipo (β-1,3) contendo uma extremidade terminal não redutora. No entanto, um grau de substituição moderado de resíduos de glucose pode ser tolerado, e as β-1,3-glucanases podem atuar sobre β-1,3 glucanos e β-1,6-glucanos, por exemplo (Mannerset al., 1976). A produção de enzimas que degradam glucanos é uma característica atribuída a uma ampla variedade de organismos (Pitson, Seviour e Mcdougall, 19993; Martin et al., 2006). As glucanases parecem estar presentes em uma grande variedade de fungos (Mouynaet al., 2002). Muitas estão associadas com a parede celular, onde mostra sua importância em vários processos morfogenéticos (Adams, 2004).  Figura 1. Estrutura tridimensional de endo 1,3-beta-glucanase para a banana (Arnold K., Bordoli L., Kopp J., andSchwede T. (2006). The SWISS-MODEL).  Propriedades, atividade cinética e inibição de glucanases  Laminarina e postulana são geralmente usadas como substratos nos ensaios enzimáticos utilizados na determinação das atividades de β-1,3 e β-1-6- glucanases, respectivamente. Os parâmetros cinéticos destas polissacarídases variam de acordo com o microrganismo estudado. A atividade cinética das β-glucanases pode ser inibida pela presença de compostos como clorofórmio, benzenóides, organofosfatos, quelantes, entre outros, podendo ocorrer inibição devido a concentrações elevadas de substratos e também dos 208    produtos reacionais (Rana et al., 2003). Certos cations e anions assim como compostos e detergentes também podem inibir as glucanases em diferentes níveis. Notario (1976) verificou que as β-glucanases são proteínas ácidas carregadas negativamente. A composição em aminoácidos revelou alta percentagem em aminoácidos ácidos além de glicina e alanina em grandes proporções. Os microrganismos não produzem uma β-1,3-glucanase específica, e sim um conjunto de enzimas com propriedades diferentes (massa molar, pH e temperatura ótima), porém, com a mesma especificidade, ou seja, os organismos são capazes de produzir β-glucanases variadas (Jayuset al., 2001;Bara; Lima; Ulhoa, 2003; Martin et al., 2007). O T. harzianum por exemplo tem sido descrito como produtor de um complexo enzimático constituído por sete β-1,3-glucanases quando cultivado na presença de laminarina (Vásquez-Garcidueñas; Leal-Morales; Herrera-Estrella, 1998). Os possíveis motivos da existência desta complexidade enzimática incluem a expressão de genes diferentes e as possíveis modificações pós traducionais (Jayuset al., 2001). Noronha e Ulhoa (2000) purificaram uma β-1,3-glucanase de 29 KDa produzida por Trichodermaharzianum; compararam os parâmetros cinéticos e de inibição enzimática desta hidrólase com outras previamente purificadas e concluíram que cada enzima produzida por este microrganismo é diferente, e provavelmente, codificada por genes diferentes.  Aplicação biotecnológica das glucanases  Devido a sua habilidade peculiar de hidrolisar β-1,3-glucanos lineares e ramificados, que constituem as paredes celulares de organismos, as β-1,3-glucanases são bastante utilizadas no controle biológico (Hrmovaet al., 1997). A adição de β-glucanases nas rações destinadas aos animais permite aumentar a digestibilidade dos β-glucanos presentes nos grãos de trigo, cevada, aveia e centeio, entre outros (Kirk; Borchet; Fuglsang, 2002). Elas atuam hidrolizando β-glucanos, permitindo a ação das enzimas endógenas e a fermentação da flora microbiana (Cossonet al., 1999; Yin et al., 2001).  Estas hidrólases também têm sido utilizadas na preparação do mosto para a fabricação da cerveja (Mccarthyet al., 2005). Além disso, estas enzimas hidrolíticas 209    podem ser utilizadas na obtenção de protoplastos em fungos e extratos livres de células e organóides usados em estudos bioquímicos (Bielecki; Galas, 1991; Muralidharet al., 2003). As β-1,3-glucanases também têm sido utilizadas na modificação e síntese de hidratos de carbono. Esta aplicação é decorrente da alta especificidade que lhe é peculiar e que colabora na elucidação de aspetos da estrutura de β-glucanos, e da composição de paredes celulares fúngicas pormenores não seriam reconhecidos por meio dos estudos químicos (Sutherland, 1984; Schmidet al., 2001).  Estas enzimas são ainda muito utilizadas no processo de vinificação, onde a presença de β-1,3-glucanos e β-1,6-glucanos produzidos por Botrytis cinérea dificulta os processos de clarificação e filtração durante a produção de vinho. A aplicação efetiva da enzima melhora a filtração, reduz custos de reposição de filtros, tempo de filtração, além de promover a produção de um vinho de qualidade consideravelmente melhor (Elving; Pedersen, 2003; Roldanet al., 2006).  Aplicação das glucanases na obtenção de Oligossacarídeos  O uso de enzimas para modificar polissacarídeos extra celulares e ampliar seu potencial de aplicação biotecnológica tem sido muito utilizado devido à alta especificidade destas proteínas em relação aos seus substratos. A obtenção de gluco-oligossacarídeos e oligossacarídeos feita por meio de reações de hidrólise com β-1,3-glucanases está entre estas reações enzimáticas mais utilizadas (Vadamme&Soetaert, 1995; Gieseet al., 2006; Grandpierreet al., 2008). Os oligossacarídeos constituem uma classe de biomoléculas que podem ser utilizadas em processos biológicos de reconhecimento, como infecções virais e bacterianas, adesão celular, transdução de sinais e comunicações intercelulares (Wong, 1995; Davies; Charnock; Henrissat, 2001). O grande potencial de aplicações destes açúcares nas áreas de alimentos, rações animais, fármacos, cosméticos e também como agente imunomoduladores (Fármacos que alteram a resposta imune) e Pré-bióticos tem promovido a condução de novas pesquisas para viabilizar sua obtenção e elucidar suas propriedades biológicas e funcionais (Remaud-Simeonet al., 2000).  210    REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS  1. ADANS, D.J. Fungal cell wall chitinases and glucanases.Microbiology, v. 150, p. 2029-2035. (2004). 2. ARNOLD, K. et al. The SWISS-MODEL Workspace: A web-based environment for protein structure homology modeling. Bioinformatics, v. 22, p. 195-201, (2006). 3. BARA, M. T. F.; LIMA, A. L.; ULHOA, C.J. 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Enzimas β-Glucanases: aplicações da hidrólise de polissacarídeos /β-Glucanases enzymes – Appliance of polysaccharides hydrolisis

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