Um estudo liderado por pesquisadores do CNPEM (Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais), em Campinas (SP), identificou um mecanismo molecular inédito que explica como enzimas degradam beta-glucanos, uma classe de carboidratos presente em fungos, algas e plantas, com grande relevância para aplicações industriais e energéticas. A pesquisa envolveu 18 colaboradores do LNBR (Laboratório Nacional de Biorrenováveis) e LNLS (Laboratório Nacional de Luz Síncrotron), ambos do CNPEM, além de pesquisadores da Unicamp e de universidades da Espanha e do Canadá.
Representação da enzima formando um túnel catalítico que possibilita a interação com a cadeia de beta-glucano e seu processamento de maneira contínua.
Publicado na revista científica Nature Communications, o trabalho descreve pela primeira vez um processo chamado “catálise processiva” aplicado à quebra desses compostos. A enzima atua de forma contínua sobre a mesma cadeia molecular, sem se desprender a cada etapa da reação, o que torna o processo mais eficiente.
Segundo a pesquisadora Mariana Morais, uma das coordenadoras dos estudos, o estudo usou diversas técnicas e equipamentos do CNPEM, incluindo mutagênese dirigida e análises cinéticas. A pesquisa também contou com experimentos de cristalografia de raios-X de alta resolução conduzidos no Sirius, acelerador de elétrons do Centro, além de simulações computacionais no supercomputador Santos Dumont, do Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC).
“Essa integração permitiu observar, em nível atômico, todas as etapas do processo enzimático, desde o reconhecimento do substrato até a liberação dos produtos e reinício do ciclo catalítico”, disse. Além do CNPEM, Fapesp e CNPq financiaram o estudo.
Fronteiras da bioenergia
O entendimento detalhado desse mecanismo pode orientar o desenvolvimento de processos mais eficientes para o aproveitamento da biomassa, contribuindo para uma economia mais sustentável e baseada em recursos renováveis.
Os beta-(1,3)-glucanos são componentes importantes da biomassa e têm potencial para serem convertidos em biocombustíveis e produtos químicos de alto valor. Compreender como essas moléculas são degradadas é essencial para desenvolver tecnologias mais eficientes e sustentáveis.
A pesquisa revelou que a enzima estudada forma uma espécie de “túnel molecular” ao se ligar ao substrato, permitindo que a reação aconteça de forma contínua e organizada. Esse comportamento difere dos mecanismos tradicionalmente conhecidos para esse tipo de carboidrato, que envolvem processos descontínuos.
Segundo os autores, essa descoberta estabelece um novo paradigma: a catálise processiva pode ser uma estratégia mais comum do que se imaginava entre enzimas que atuam sobre diferentes tipos de carboidratos (ou biomoléculas). Esses carboidratos também possuem propriedades imunológicas relevantes, o que amplia o potencial de aplicação da descoberta para as áreas farmacêutica e nutricional.