Matéria do Prof. Dr. Marcos Silveira Buckeridge publicada na Revista Opiniões de jul-set/2008
A busca pela eficiência de hidrólise passa pelo uso de enzimas que são catalisadores específicos, que quebram apenas as ligações químicas desejadas. É como desmontar um equipamento complexo, usando todas as ferramentas corretas. A desmontagem é rápida e eficiente, não exigindo grandes gastos por parte do desmontador. Se não tivermos as ferramentas apropriadas, a desmontagem torna-se ineficiente.
O problema não é tão simples, pois além de possuir ligações químicas diferentes, os polímeros da parede celular interconectam-se de forma ainda desconhecida e isto dificulta muito o acesso às ligações glicosídicas.
Portanto, é necessário, primeiro quebrar as interações de pontes de hidrogênio entre os polímeros e introduzir água entre eles. A hidratação dos açúcares tornam-os mais acessíveis às enzimas, uma vez que para fazer a hidrólise, como o nome diz, é necessário haver água.
Há vários tipos de parede celular em plantas e estes representam combinações de diferentes polímeros. Ao contrário do que se acredita, em geral, as paredes celulares não são formadas apenas de celulose e lignina, mas de uma mistura de celulose (~30%), hemicelulose (~30%), pectinas (~30%), alguma lignina (~3%) e proteínas (~7%).
Na cana, que é uma gramínea, já sabemos que as paredes são do tipo II, compostas por pouca pectina e com um complexo celulose-hemiceluloses, cujas últimas são uma mistura de arabinoxilanos>beta-glucanos>mananos.
A celulose é sintetizada na membrana das células e é complexada com as hemiceluloses, que são feitas no Complexo de Golgi, no citoplasma. As hemiceluloses são secretadas para o espaço intercelular e os betaglucanos e os mananos servem de andaimes para montar um complexo entre arabinoxilanos e celulose, travando o sistema em uma malha complexa, com vários tipos de ligações entre as moléculas.
Já deve ter ficado claro para o leitor que desmontar este complexo não é tarefa simples. Será necessário conhecer cada tipo de ligação e a forma de agregação entre os polímeros, o que, em biologia celular, chamamos de “arquitetura” da parede celular. Para desmontar esta malha de polímeros, será necessário usar um conjunto de enzimas (de microrganismos e/ou da própria cana), que desmonte tudo e produza monossacarídeos que sejam fermentáveis.
Em 2001, usando o banco de dados do genoma da cana (Sucest-Fapesp), identificamos 469 genes ligados ao metabolismo da parede celular. Descobrimos que a cana está constantemente sintetizando polissacarídeos de parede, mas que o sistema de hidrólise das principais hemiceluloses está praticamente desligado, conforme ilustra a figura.
Mais recentemente, determinamos a estrutura química dos polímeros de parede celular da cana e temos agora um mapa das ligações químicas a serem quebradas. Temos, assim, as chaves e as fechaduras dentro da própria cana.
As perguntas que temos que responder agora são: como controlar o balanço entre os sistemas de biossíntese e degradação de parede? Quais os genes que controlam esta divisão de trabalho? Podemos alterar este padrão na planta, de forma a fazer com que ela torne suas paredes mais acessíveis às enzimas de fungos, para que obtenhamos açúcares livres a partir das hemiceluloses e celulose, de forma eficiente? Várias plantas, ou partes delas, como os frutos e sementes, fazem isto de forma bastante eficiente. Por exemplo, descobrimos que ao terminar o desenvolvimento e tornar-se pronto para iniciar o amadurecimento, um fruto de mamão modifica suas hemiceluloses e degrada boa parte de sua celulose, amolecendo o tecido e permitindo a extração de açúcares e tornando o fruto mais doce.
O que temos que fazer é aprender com este e outros sistemas, como as plantas executam processos como este, em escala celular. Temos que saber quais genes estão por trás do controle de outros genes, que degradam ou constroem a parede celular.
Esta é uma das justificativas mais importantes para que sequenciemos o genoma completo da cana. Sem ele, não teremos acesso aos genes controladores dos processos fisiológicos e bioquímicos, que nos levarão à eficiência máxima na produção do etanol lignocelulósico.
Ao alcançarmos esta meta, não só abriremos novos mercados para o bioetanol brasileiro e todas as tecnologias a ele associadas, mas também auxiliaremos na diminuição do efeito das emissões de CO2 e nas mudanças climáticas associadas.
* Na rota para o etanol lignocelulósico, seria mais produtivo obter a cana-energia, uma cana que tem a biossíntese de parede celular ainda mais intensa e que armazena polissacarídeos na parede, ao invés de sacarose, nos vacúolos das células do colmo. Com um sistema de ativação dos genes de degradação durante a maturação da cana, poder-se-ia produzir alterações, que preparem o bagaço para ser hidrolisado mais eficientemente pelas hidrolases fúngicas. O sequenciamento completo do genoma, aliado a estudos de proteômica e variabilidade genética relacionada à parede, serão aliados importantes. O círculo branco e verde representa a parede celular. B=biossíntese e D=degradação.
