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Aspectos moleculares da arquitetura de paredes celulares de plantas

Processo: 14/10448-1
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de agosto de 2014
Vigência (Término): 31 de julho de 2019
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Munir Salomao Skaf
Beneficiário:Rodrigo Leandro Silveira
Instituição-sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:13/08293-7 - CECC - Centro de Engenharia e Ciências Computacionais, AP.CEPID
Bolsa(s) vinculada(s):16/22956-7 - Simulações de QM/MM híbridas de feruloil esterases: mecanismo de clivagem de complexos lignina-carboidrato em paredes celulares de plantas, BE.EP.PD
Assunto(s):Simulação de dinâmica molecular   Enzimas   Simulação por computador

Resumo

O bagaço da cana-de-açúcar constitui uma abundante fonte de biomassa proveniente da agroindústria brasileira e apresenta elevado potencial para a produção de etanol de segunda geração. Um dos maiores desafios para o desenvolvimento de tecnologias voltadas para produção de biocombustíveis e produtos químicos de valor agregado a partir da cana-de-açúcar é a recalcitrância das paredes celulares lignocelulósicas à desconstrução enzimática. Atualmente, severos e caros pré-tratamentos termoquímicos são requeridos para vencer a recalcitrância lignocelulósica. Entender a natureza microscópica da arquitetura das paredes celulares de plantas, os aspectos moleculares associados a sua resistência estrutural, bem como as interações entre paredes celulares e enzimas envolvidas em sua desconstrução é de fundamental importância neste campo.As paredes celulares são compostas de microfibrilas de celulose imersas numa matriz de polímeros amorfos, como lignina e hemicelulose. Esta matriz hidratada reveste as microfibrilas de celulose e é responsável pelas intensas forças de coesão internas da parede celular. Sabe-se, por exemplo, que é possível manipular a quantidade e composição química da lignina e hemicelulose em paredes celulares, e assim controlar a resistência da parede celular. Diferentes espécies de plantas apresentam diferentes conteúdos e composição de hemicelulose, e isso é uma das razões pelas quais diferentes biomassas apresentam diferentes graus de recalcitrância. Entretanto, pouco se sabe sobre a natureza molecular das forças de coesão geradas pela hemicelulose e lignina.A equipe envolvida neste projeto irá aplicar a Teoria de Equações Integrais 3D-RISM na aproximação de Kovalenko-Hirata para investigar as propriedades de solvatação de microfibrilas de celulose revestidas por hemicelulose. Especificamente, o potencial de força média entre duas microfibrilas de celulose paralelas será computado como função da separação interfibrila na presença da matriz polissacarídica não-celulósica. O estudo deverá revelar o efeito da composição química da hemicelulose e lignina nas forças de agregação de fibrilas de celulose.Além do estudo de paredes celulares, o projeto visa a utilização de métodos de simulação multiescala em vários níveis de detalhes, de simulações quântica-clássicas QM/MM às simulações de modelos coarse-grained em larga escala espaço-temporal, para investigar a dinâmica de enzimas envolvidas na desconstrução de biomassa e suas interações com componentes específicos das paredes celulares de plantas. (AU)

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Publicações científicas (13)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
SILVEIRA, RODRIGO L.; STOYANOV, STANISLAV R.; GUSAROV, SERGEY; SKAF, MUNIR S.; KOVALENKO, ANDRIY. Supramolecular Interactions in Secondary Plant Cell Walls: Effect of Lignin Chemical Composition Revealed with the Molecular Theory of Solvation. Journal of Physical Chemistry Letters, v. 6, n. 1, p. 206-211, . (14/10448-1, 13/08293-7)
AUSTIN, HARRY P.; ALLEN, MARK D.; DONOHOE, BRYON S.; RORRER, NICHOLAS A.; KEARNS, FIONA L.; SILVEIRA, RODRIGO L.; POLLARD, BENJAMIN C.; DOMINICK, GRAHAM; DUMAN, RAMONA; EL OMARI, KAMEL; et al. Characterization and engineering of a plastic-degrading aromatic polyesterase. PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, v. 115, n. 19, p. E4350-E4357, . (14/10448-1, 13/08293-7, 16/22956-7)
SILVEIRA, RODRIGO L.; SKAF, MUNIR S.. Molecular dynamics of the Bacillus subtilis expansin EXLX1: interaction with substrates and structural basis of the lack of activity of mutants. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 18, n. 5, p. 3510-3521, . (14/10448-1, 13/08293-7)
SILVEIRA, RODRIGO L.; STOYANOV, STANISLAV R.; KOVALENKO, ANDRIY; SKAF, MUNIR S.. Cellulose Aggregation under Hydrothermal Pretreatment Conditions. Biomacromolecules, v. 17, n. 8, p. 2582-2590, . (14/10448-1, 13/08293-7)
BUSSE-WICHER, MARTA; LI, AN; SILVEIRA, RODRIGO L.; PEREIRA, CAROLINE S.; TRYFONA, THEODORA; GOMES, THIAGO C. F.; SKAF, MUNIR S.; DUPREE, PAUL. Evolution of Xylan Substitution Patterns in Gymnosperms and Angiosperms: Implications for Xylan Interaction with Cellulose. Plant Physiology, v. 171, n. 4, p. 2418-2431, . (15/25031-1, 14/10448-1, 13/08293-7)
SILVEIRA, RODRIGO L.; KNOTT, BRANDON C.; PEREIRA, CAROLINE S.; CROWLEY, MICHAEL F.; SKAF, MUNIR S.; BECKHAM, GREGG T.. Transition Path Sampling Study of the Feruloyl Esterase Mechanism. Journal of Physical Chemistry B, v. 125, n. 8, p. 2018-2030, . (15/25031-1, 17/01151-3, 16/22956-7, 13/08293-7, 14/10448-1)
MALLINSON, SAM J. B.; MACHOVINA, MELODIE M.; SILVEIRA, RODRIGO L.; GARCIA-BORRAS, MARC; GALLUP, NATHAN; JOHNSON, CHRISTOPHER W.; ALLEN, MARK D.; SKAF, MUNIR S.; CROWLEY, MICHAEL F.; NEIDLE, ELLEN L.; et al. A promiscuous cytochrome P450 aromatic O-demethylase for lignin bioconversion. NATURE COMMUNICATIONS, v. 9, . (14/10448-1, 13/08293-7, 16/22956-7)
SILVEIRA, RODRIGO L.; SKAF, MUNIR S.. Molecular Dynamics Simulations of Family 7 Cellobiohydrolase Mutants Aimed at Reducing Product Inhibition. Journal of Physical Chemistry B, v. 119, n. 29, p. 9295-9303, . (14/10448-1, 13/08293-7)
LIBERATO, MARCELO V.; SILVEIRA, RODRIGO L.; PRATES, ERICA T.; DE ARAUJO, EVANDRO A.; PELLEGRINI, VANESSA O. A.; CAMILO, CESAR M.; KADOWAKI, MARCO A.; NETO, MARIO DE O.; POPOV, ALEXANDER; SKAF, MUNIR S.; et al. Molecular characterization of a family 5 glycoside hydrolase suggests an induced-fit enzymatic mechanism. SCIENTIFIC REPORTS, v. 6, . (10/18773-8, 13/08293-7, 13/15582-5, 09/52840-7, 14/10448-1, 08/56255-9)
GALE, ELLA; WIRAWAN, REMIGIUS H.; SILVEIRA, RODRIGO L.; PEREIRA, CAROLINE S.; JOHNS, MARCUS A.; SKAF, MUNIR S.; SCOTT, JANET L.. Directed Discovery of Greener Cosolvents: New Cosolvents for Use in Ionic Liquid Based Organic Electrolyte Solutions for Cellulose Dissolution. ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING, v. 4, n. 11, p. 6200-6207, . (15/25031-1, 14/10448-1, 13/08293-7)
SILVEIRA, RODRIGO L.; SKAF, MUNIR S.. Concerted motions and large-scale structural fluctuations of Trichoderma reesei Cel7A cellobiohydrolase. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 20, n. 11, p. 7498-7507, . (14/10448-1, 13/08293-7)
PEREIRA, CAROLINE S.; SILVEIRA, RODRIGO L.; DUPREE, PAUL; SKAF, MUNIR S.. Effects of Xylan Side-Chain Substitutions on Xylan-Cellulose Interactions and Implications for Thermal Pretreatment of Cellulosic Biomass. Biomacromolecules, v. 18, n. 4, p. 1311-1321, . (15/25031-1, 14/10448-1, 13/08293-7)
TRENTIN, LUCAS N.; PEREIRA, CAROLINE S.; SILVEIRA, RODRIGO L.; HILL, STEFAN; SORIEUL, MATHIAS; SKAF, MUNIR S.. Nanoscale Wetting of Crystalline Cellulose. Biomacromolecules, v. 22, n. 10, p. 4251-4261, . (19/17373-0, 13/08293-7, 14/10448-1, 15/25031-1)

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