Caracterização da degradação enzimática de substratos pécticos

Abstract

Resumo: A degradação enzimática da pectina em oligossacarídeos e em ácido D-galacturônico é uma etapa importante em uma biorrefinaria baseada no uso de polpa cítrica. Alguns oligossacarídeos gerados possuem atividade biológica, enquanto o ácido D-galacturônico pode ser posteriormente convertido em várias moléculas com aplicações, incluindo agentes acidificantes, surfactantes, ácido ascórbico e bioplástico. Uma das limitações da degradação enzimática da pectina é a lentidão do processo, que se deve a dois fenômenos. Primeiro, a lentidão é atribuída ao fato de várias das enzimas envolvidas sofrem inibição pelo produto final, ácido D-galacturônico. Segundo, ocorre uma desaceleração significativa nos primeiros minutos da reação, que, até o momento, não foi explicada. O objetivo do presente trabalho foi caracterizar a degradação enzimática de substratos pécticos, a fim de determinar a causa desta desaceleração inicial. Inicialmente, foram calculados os valores aparentes do parâmetro KM+ da equação de Michaelis-Menten, para os substratos pectina e ácido poligalacturônico. Para o complexo de pectinases da Sigma-Aldrich, os valores de KM+ foram 1,4 e 0,8 g L-1, para a pectina e o ácido poligalacturônico, respectivamente. Para o Pectinex Ultra SPL da Novozymes, os valores de KM+ foram 2,7 e 0,1 g L-1, para a pectina e o ácido poligalacturônico, respectivamente. Em relação aos valores reportados na literatura, os valores obtidos para KM+ são bem próximos. Após isso, a degradação de diferentes substratos pécticos foi caracterizada, com atenção ao início da reação. Com base na literatura sobre a degradação de outros polissacarídeos, foram levantadas quatro possibilidades para explicar a desaceleração no início da reação: inativação térmica das enzimas, inibição pelo ácido D-galacturônico, estagnação das enzimas em certas regiões do substrato e depleção rápida do substrato disponível. Nenhuma destas hipóteses foi capaz de explicar a desaceleração inicial. Contudo, ao analisar a distribuição dos tamanhos dos oligossacarídeos formados ao longo da reação, foi levantada a hipótese que a reação ocorre em duas etapas distintas. Na primeira etapa, que corresponde os primeiros 5 a 10 minutos de reação, predomina a quebra das moléculas de pectina em oligossacarídeos pela ação das endoenzimas. Com a exaustão das cadeias de pectina, ocorre uma desaceleração significativa. Segue-se, então, a segunda etapa, na qual os oligossacarídeos são degradados lentamente pelas exoenzimas e enzimas auxiliares. Com base nesta hipótese, foi proposto um modelo matemático simplificado, que conseguiu descrever, qualitativamente, os perfis obtidos experimentalmente para a liberação de ácido D-galacturônico e açúcares redutores.