Estudo da actividade lenhinolítica do Trametes versicolor

Abstract

A procura de vias alternativas à utilização de compostos clorados no branqueamento da pasta e do papel, levou ao estudo dos sistemas enzimáticos que conferem aos fungos da podridão branca da madeira a capacidade de actuar eficazmente sobre a lenhina e compostos afins. De entre estes fungos é de salientar o Trametes versicolor, cuja actuação eficiente sobre a lenhina se realiza via três enzimas importantes: a lenhina peroxidase (LiP), a manganês peroxidase (MnP) e a lacase. O papel preciso destas enzimas é ainda pouco compreendido. No entanto, o seu aparecimento e respectiva activi dade daquelas enzimas, depende de vários factores ambientais, o que sugere uma adaptação do fungo ao meio no qual se desenvolve. Na actuação lenhinolítica do T. versicolor constatou-se que, para além dos factores nutricionais e ambientais, também a morfologia é um factor determinante a considerar. Observaram-se duas morfologias básicas de crescimento deste fungo: hifas e células de levedura (unicelulares). Porém, foi durante o crescimento miceliar que se detectaram níveis de actividade lenhinolítica mais elevados, devidos, maioritariamente, à acção da lacase. Relativamente à LiP, verificou-se que a sua produção ocorre somente durante o metabolismo secundário, enquanto que a MnP é produzida durante o metabolismo primário e secundário, e a sua actividade depende da concentração de Mn(II) no meio de cultura. No entanto, os níveis de actividade destas enzimas ficaram muito aquém dos obtidos para a lacase, que podem ainda ser aumentados pela inclusão em meios de cultura limitados em carbono, de compostos indut ores como o álcool veratrílico ou o veratrol. A adição destes compostos a culturas unicelulares deste fungo induz, também, a formação de pequenas hifas, do tipo pellet, com concomitante produção de lacase. Dado que a lacase foi, nas condições utilizadas, a enzima com maior protagonismo na actuação lenhinolítica do T. versicolor, testaram-se alguns parâmetros relativos a esta enzima, nomeadamente, o seu pH óptimo de actuação sobre o ácido 2,2'-azino-bis(3-etilbenzotiazoline-6- sulfónico) (ABTS), a sua cinética de inactivação térmica a pH 3,9, 4,5 e 5,0 tendo-se obtido uma energia de activação mais elevada a pH 5,0, e ainda a sua acção sobre o composto de lenhina modelo, álcool homovanílico, na presença de dois mediadores redox. Uma vez que a aplicação de mediadores redox, como o ABTS ou o 1- hidroxibenzotriazole (HBT), em processos industriais de branqueamento está limitada pelos seus custos, problemas de regeneração e de degradação nas reacções de oxidação em que intervêm, realizaram-se estudos preliminares com alguns polioxometalatos (POM) tendo-se verificado que o SiVW11 é eficaz na mediação da reacção de oxidação do álcool veratrílico pela lacase, apesar da taxa de conversão em veratraldeído não ser tão elevada como a obtida na presença de, por exemplo, HBT, pelo que será necessário uma investigação mais aprofundada das condições reaccionais mais adequadas à utilização eficaz do sistema lacase-POM.

Environmentally friendly technologies are being studied in order to find out new ways of pulp bleaching operations to replace the use of chlorine. White-rot fungi and their enzymatic capacity to degrade lignin efficiently in biological bleaching have been researched. Trametes versicolor ligninolytic enzymes: lignin peroxidase (LiP), manganese peroxidase (MnP) and laccase, have been found to be effective in lignin oxidation. The precise role of these enzymes is poorly understood but it seems that several environmental factors could stimulate their production and activity, suggesting an adaptation of the fungi to the environment. Besides nutritional and environmental conditions, the morphologic patterns play an important role in the fungal ligninolytic activity. It was seen that, during its growth, T. versicolor could present two mophologic patterns: hypha and yeast cell (unicellular). However, it was during myceliar growth that higher levels of ligninolytic activity were detected specially due to laccase. LiP activity was only seen during secondary metabolism but MnP production occurs during primary and secondary metabolism and its activity depends on Mn(II) concentration in the culture media. However, LiP and MnP activities were very low compared to laccase activity. Furthermore, this still could be increased by the addition of veratryl alcohol or veratrol to carbon limited myceliar cultures of these fungi. Moreover, in unicellular cultures, these aromatic compounds induce hyphal formation (pellet), responsible for laccase production. Since higher activity levels were obtained for laccase, some laccase parameters have been analysed. For instance its pH dependence in 2,2'- azino-bis(3-etilbenzotiazoline-6-sulfonic) acid (ABTS) oxidation, its thermal inactivation kinetics at pH 3,9, 4,5 and 5,0 with the higher activation energy being obtained at pH 5,0. Lignin degradation was determined screening the reaction products formed upon homovannilic alcohol oxidation by laccase in the presence of the redox mediator ABTS and 1-hidroxibenzotriazole (HBT). As both cost and regeneration/degradation problems in oxidative reactions limit ABTS or HBT application in bleaching operations. Between the tested POM compounds the higher conversion level was obtained with SiVW11 in the mediation of veratryl alcohol oxidation by laccase although HBT mediation, for example, is even more effective. These observations suggest that laccase-POM reaction conditions must be optimised in order to obtain an effective biotechnological application of this system.