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2021-12-21T14:26:02Z

Criou nova página com 'Referência : Ferreira, C., Fernandes, P. A., Ramos, M. J., (2021) ''MHETase'', [https://rce.casadasciencias.org Rev. Ciência Elem.],...'

Nova página

Referência : Ferreira, C., Fernandes, P. A., Ramos, M. J., (2021) ''MHETase'', [https://rce.casadasciencias.org Rev. Ciência Elem.], V9(4):069
 
Autor: Catarina Ferreira, Pedro A. Fernandes e Maria João Ramos 
Editor: [[Usuário:Jntavar|João Nuno Tavares]] 
DOI: [[https://doi.org/10.24927/rce2021.069 https://doi.org/10.24927/rce2021.069]] 
<html><a href="https://rce.casadasciencias.org/rceapp/static/docs/artigos/2021-069.pdf" target="_blank">
<img src="https://rce.casadasciencias.org/static/images/layout/pdf.png" alt="PDF Download"></a></html>
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== Resumo ==

A poluição provocada pelo uso exagerado de plástico, mais concretamente do PET (polietileno de tereftalato), é um dos problemas ambientais mais importantes nos dias de hoje, afetando o mundo inteiro. Vários estudos foram realizados para contornar este problema, tendo sido obtidos resultados inovadores através do isolamento de uma bactéria denominada ''Ideionella sakaiensis'' que, na presença de PET, secreta duas enzimas hidrolases, a PETase e a MHETase, que revertem o PET aos monómeros a partir dos quais ele foi fabricado. Estas duas enzimas revelaram-se extraordinariamente importantes para a biodegradação do PET. Neste artigo analisa-se a estrutura de uma delas — a MHETase.

<html>
Os plásticos, devido às suas extraordinárias características como leveza, preço baixo,
fácil e rápida produção, impermeabilidade, maleabilidade e transparência, tornaram-se
uma parte integral da vida do ser humano e têm sido usados de uma forma crescente,
em inúmeras áreas, tais como o fabrico de embalagens e na indústria têxtil. Contudo, os
plásticos têm uma elevada resistência à degradação devido à ausência ou baixa atividade
das enzimas catabólicas dos microorganismos que os poderiam degradar</html><ref><html>YOSHIDA, S. et al.,
<a class="a-link" target="_blank"
href=“https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26965627/”>A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate)</a>, Science, 351, 6278,
p. 1196-9. 2016.</html></ref><html> e, por isso,
permanecem durante quatro-cinco séculos nos diversos ecossistemas — se o autor da
grande obra Lusíadas, Luís de Camões, tivesse lançado uma garrafa de PET ao mar, ela
ainda estaria presente a flutuar nos dias de hoje! Desta forma, cria-se assim o problema
da poluição dos plásticos. Neste trabalho, considera-se um plástico sintético particular,
o PET (polietileno de tereftalato), um dos termoplásticos mais utilizados, devido às suas
extraordinárias características mecânicas, térmicas, elétricas e químicas. Este plástico
é sintetizado pela policondensação de ácido tereftálico (TPA) e etilenoglicol (EG), ambos
derivados do petróleo bruto. Esta reação tem lugar conforme evidenciado na FIGURA 1. É
de notar que “n”, nessa reação indica a presença de um polímero, ou seja são necessários
n monómeros para obtenção do polímero PET.

 
<figure class="image-medium">
<img src="https://rce.casadasciencias.org/static/images/articles/2021-069-01.jpg">
</figure>
<figcaption>FIGURA 1. Reação de síntese do PET.
</figcaption>
 

Obtém-se assim um polímero que cristaliza, devido à sua estabilidade química e estrutural,
podendo encontrar-se num estado amorfo ou cristalino. As garrafas constituídas por
este tipo de plástico possuem alta cristalinidade, o que traduz uma dificuldade acrescida
das enzimas para o biodegradar, pois o material apresenta cadeias poliméricas mais paralelas
e compactamente organizadas</html><ref><html>DEMIREL, B.Y. & ALI, E.,
<a class="a-link" target="_blank"
href=“https://www.researchgate.net/publication/290429725_Crystallization_Behavior_of_PET_Materials”>Crystallization Behavior of PET Materials</a>. 2011.</html></ref><html>.

A biodegradação do PET é uma potencial estratégia para contornar o problema da poluição
causada pelo PET. Foram já obtidos resultados inovadores usando técnicas de biodegradação
com bactérias que usam o PET como a sua principal fonte de carbono, que
posteriormente, será usada para o seu crescimento</html><ref><html>YOSHIDA, S. et al.,
<a class="a-link" target="_blank"
href=“https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26965627/”>A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate)</a>, Science, 351, 6278,
p. 1196-9. 2016.</html></ref><html>.

Esta metodologia baseia-se na capacidade catalítica de bactérias particulares para clivar
as ligações do polímero em estudo</html><ref><html>CARR, C. M. et al.,
<a class="a-link" target="_blank"
href=“https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2020.571265/full”>Microbial Polyethylene Terephthalate Hydrolases: Current and Future Perspectives</a>, Front Microbiol,
11, p. 571265. 2020.</html></ref><html>, mais concretamente, as ligações tipo éster, presentes
no PET, usando hidrólise enzimática, aquando ocupação da superfície do material
em questão. As bactérias têm, na sua constituição, várias enzimas (catalisadores biológicos)
que servem para sintetizar e para degradar, de forma rápida, os compostos químicos
necessários ao seu funcionamento</html><ref><html>KIM, J. W. et al.,
<a class="a-link" target="_blank"
href=“https://microbialcellfactories.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12934-020-01355-8”>Functional expression of polyethylene terephthalate-degrading enzyme (PETase) in green microalgae</a>, Microb Cell Fact, 19, 1, p. 97. 2020.</html></ref><html>. Na bactéria Ideonella Sakaiensis em específico,
quando cultivada em PET, detetam-se duas enzimas, a PETase e MHETase, ambas do tipo
protease serina, que demonstram atividade na degradação do PET. A PETase apresenta
um domínio α/β — hidrolase, e converte PET em MHET (mono-2-hidroxetil tereftalato)</html><ref><html>KIM, J. W. et al.,
<a class="a-link" target="_blank"
href=“https://microbialcellfactories.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12934-020-01355-8”>Functional expression of polyethylene terephthalate-degrading enzyme (PETase) in green microalgae</a>, Microb Cell Fact, 19, 1, p. 97. 2020.</html></ref><html>.
Por outro lado, a MHETase apresenta um domínio como a PETase, ou seja, apresenta um
domínio α/β — hidrolase, típico de uma protease serina, mas também apresenta um domínio
tampa.

 
<figure class="image-medium">
<img src="https://rce.casadasciencias.org/static/images/articles/2021-069-01.jpg">
</figure>
<figcaption>FIGURA 2. Estrutura dos constituintes presentes na biodegradação do PET. Reproduzido de Berselli, A., M.J. Ramos, and
M.C. Menziani, Novel Pet-Degrading Enzymes: Structure-Function from a Computational Perspective. Chembiochem,
2021, com permissão</html><ref><html>BERSELLI, A. et al.,
<a class="a-link" target="_blank"
href=“https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/cbic.202000841”>Novel Pet-Degrading Enzymes: Structure-Function from a Computational Perspective</a>, Chembiochem.
2021.</html></ref><html>.
</figcaption>
 

A MHETase ainda hidrolisa subsequentemente o MHET, produto fundamental da hidrólise
do PET pela PETase, em ácido tereftálico (TPA) e etileno glicol (EG)</html><ref><html>PALM, G. J. et al.,
<a class="a-link" target="_blank"
href=“https://www.nature.com/articles/s41467-019-09326-3”>Structure of the plastic-degrading Ideonella sakaiensis MHETase bound to a substrate</a>, Nat Commun,
10, 1, p. 1717. 2019.</html></ref><html>, que são os monómeros
a partir dos quais o plástico PET se produz. Posteriormente, estes monómeros, pelo
processo contrário ao da degradação enzimática, poderão conseguir originar novamente
PET, reciclando o material usado (FIGURA 2).

A PETase e a MHETase participam na catálise de reações idênticas, mas em regiões distintas.
O conhecimento atual sugere um mecanismo em que a PETase, extracelular, hidrolisa
o PET, sendo MHET o principal produto. Este é posteriormente transportado, através
de uma proteína de membrana (por exemplo uma porina), até ao espaço periplasmático
da bactéria em estudo, I.sakaiensis, onde a MHETase, presente na membrana externa o
hidrolisa, convertendo-o nos produtos já mencionados, ou seja, acido tereftálico e etileno
glicol. Por último, estes produtos são levados para o citoplasma, onde são metabolizados</html><ref><html>CARR, C. M. et al.,
<a class="a-link" target="_blank"
href=“https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2020.571265/full”>Microbial Polyethylene Terephthalate Hydrolases: Current and Future Perspectives</a>, Front Microbiol,
11, p. 571265. 2020.</html></ref><html>.

Através da FIGURA 3A) consegue-se observar que a MHETase representada a azul escuro,
é um monómero. A roxo é possível visualizar o ião Ca2+ no canto superior esquerdo e o
ligando benzoato (BEZ), um composto análogo ao substrato, representado no centro. Na
FIGURA 3B) é possível observar o centro ativo da enzima com o ligando benzoato, colorido
a roxo; a tríade catalítica, constituída pelos resíduos Ser225, His528 e Asp492, e a ligação
dissulfureto que faz parte do centro ativo, e constituída pelos resíduos Cys224 e Cys529.

 
<figure class="image-medium">
<img src="https://rce.casadasciencias.org/static/images/articles/2021-069-03.jpg">
</figure>
<figcaption>FIGURA 3. A) Representação da estrutura da MHETase (PDB:6QZ3), complexada com os ligandos, benzoato (BEZ) e
Ca2+. B) Detalhe do centro ativo da enzima, realçando o benzoato, a tríade catalítica e a ligação dissulfureto presente
nesta zona.
</figcaption>
 

Esta enzima é constituída por dois domínios, um domínio catalítico que adota o enrolamento
de uma α/β — hidrolase típica das hidrolases serina e um extenso domínio tampa.
Este domínio é constituído por 7 folhas beta e por 15 hélices alfa. No caso do domínio de
tampa, este é constituído pelos resíduos 254 - 468, de um total de 603 resíduos que estão
presentes na estrutura completa da MHETase. Este domínio encontra-se representado a
laranja na FIGURA 4. O domínio catalítico está representado a verde na FIGURA 4.

 
<figure class="image-medium">
<img src="https://rce.casadasciencias.org/static/images/articles/2021-069-04.jpg">
</figure>
<figcaption>FIGURA 4. Representação dos domínios presentes na MHETase, mais concretamente do domínio catalítico (a verde) e
do domínio de tampa (a laranja).
</figcaption>
 

Ao contrário da PETase, estudos indicam que a MHETase se liga melhor e mais fortemente
ao substrato, devido à presença do domínio de tampa. Um dos resíduos importantes para
este aspeto é a Phe415, que tem um papel fundamental na entrada do substrato. Na estrutura
da MHETase sem o ligando MHET, o resíduo Phe415 aponta para fora do centro ativo,
permitindo assim a entrada do substrato. A associação com o ligando MHET vai provocar
uma rotação de 180o da cadeia lateral daquele resíduo de aminoácido, fechando assim o
centro ativo e consolidando a interação</html><ref><html>PALM, G. J. et al.,
<a class="a-link" target="_blank"
href=“https://www.nature.com/articles/s41467-019-09326-3”>Structure of the plastic-degrading Ideonella sakaiensis MHETase bound to a substrate</a>, Nat Commun,
10, 1, p. 1717. 2019.</html></ref><html>.

A poluição provocada pelo plástico é uma ameaça para o ser humano e para a sustentabilidade
do planeta e, por isso, é urgente arranjar uma solução eficaz e ecologicamente
correta para tratar este problema. Já existem alguns métodos de degradação de plástico,
por exemplo, reciclagem química e física. Contudo, estes têm consumos energéticos elevados,
necessitam de temperaturas muito elevadas, produzindo consequentemente quantidades
enormes de dióxidos de carbono. Além disso, são processos dispendiosos, o que
não é de todo uma opção viável e sustentável do ponto de vista económico a longo prazo</html><ref><html>HIRAGA, K. et al.,
<a class="a-link" target="_blank"
href=“https://www.embopress.org/doi/full/10.15252/embr.201949365”>Biodegradation of waste PET: A sustainable solution for dealing with plastic pollution</a>, EMBO Rep,
20, 11, p. 49365. 2019.</html></ref><html>.
A solução aqui apresentada parece ser uma ótima opção na medida em que se consegue,
para além de degradar o PET nos seus monómeros, produzi-lo forma sustentável. A estrutura
da MHETase tem um papel fundamental na compreensão do mecanismo de degradação
do PET. No entanto, é ainda necessário realizar muito trabalho sobre esta alternativa,
de forma a provar e tornar este mecanismo de duas enzimas uma alternativa viável para
processos de larga escala.
</html>

=Referências=
<references/>
---- Criada em 5 de Agosto de 2021 Revista em 23 de Agosto de 2021 Aceite pelo editor em 15 de Dezembro de 2021 
[[Category:Química]]

MHETase - História de revisão

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