Descoberta em Campinas revela mecanismo inédito que pode revolucionar o uso da biomassa

Um estudo liderado por pesquisadores do 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 descoberta pode orientar o desenvolvimento de processos mais eficientes para o aproveitamento da biomassa, contribuindo para uma economia mais sustentável baseada em recursos renováveis.

Publicado na revista científica Nature Communications, o trabalho descreve, pela primeira vez, um processo chamado catálise processiva aplicado à quebra desses compostos. Nesse mecanismo, a enzima atua de forma contínua sobre a mesma cadeia molecular, sem se desprender a cada etapa da reação, o que aumenta significativamente a eficiência do processo.

Segundo a pesquisadora Mariana Morais, uma das coordenadoras do estudo, o trabalho utilizou 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 realizados no Sirius, além de simulações computacionais conduzidas no supercomputador Santos Dumont, do Laboratório Nacional de Computação Científica.

“Essa integração permitiu observar, em nível atômico, todas as etapas do processo enzimático, desde o reconhecimento do substrato até a liberação dos produtos e o reinício do ciclo catalítico”, explicou.

Fronteiras da bioenergia

De acordo com os pesquisadores, o entendimento detalhado desse mecanismo pode impulsionar o desenvolvimento de tecnologias mais eficientes para o aproveitamento da biomassa, fortalecendo a transição para uma economia de baixo carbono.
Os beta-(1,3)-glucanos são componentes importantes da biomassa e apresentam potencial para conversão em biocombustíveis e produtos químicos de alto valor agregado. Compreender como essas moléculas são degradadas é essencial para o avanço de soluções energéticas mais sustentáveis.

O estudo revelou ainda que a enzima analisada forma uma espécie de “túnel molecular” ao se ligar ao substrato, permitindo que a reação ocorra de forma contínua e organizada. Esse comportamento difere dos mecanismos tradicionalmente conhecidos, que tendem a ser descontínuos.

Segundo os autores, a descoberta estabelece um novo paradigma: a catálise processiva pode ser mais comum do que se imaginava entre enzimas que atuam sobre diferentes tipos de carboidratos.

Além das aplicações energéticas, os beta-glucanos também possuem propriedades imunológicas relevantes, ampliando o potencial da descoberta para as áreas farmacêutica e nutricional.

A pesquisa envolveu cerca de 18 colaboradores do Laboratório Nacional de Biorrenováveis (LNBR) e do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), ambos do CNPEM, além de pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas e de instituições da Espanha e do Canadá. O estudo contou ainda com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico e apoio do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação.

Simulações de dinâmica molecular também demonstraram os movimentos da enzima que permitem o deslocamento do substrato ao longo do sítio ativo, sustentando a catálise contínua.