Effects of site-directed PEGylation on L-asparaginase thermostability / Efeitos da PEGuilação sítio-dirigida na termoestabilidade da L-asparaginase

The enzyme L-asparaginase (ASNase) is broadly applied as a drug to treat acute lymphoblastic leukemia, as well as in the food industry to avoid acrylamide formation in baked and fried food. In the present work, ASNase was covalently attached to polyethylene glycol (PEG) of different molecular weights (ASNase-PEG-5, ASNase-PEG-10, ASNase-PEG-20, and ASNase-PEG-40) at the N-terminal portion (monoPEGylation). Native and PEGylated forms were analyzed regarding thermodynamics and thermostability based on enzyme activity measurements. ASNase (native and PEGylated) presented maximum activity at 40 °C and denaturation followed a first-order kinetics. Based on these results, the activation energy for denaturation (E*d) was estimated and higher values were observed for PEGylated forms compared to the native ASNase, highlighting the ASNase-PEG10 with a 4.24-fold increase (48.85 kJ.mol-1) in comparison to the native form (11.52 kJ.mol-1). The enzymes were evaluated by residual activity over time (21 days) under different storage temperatures (4 and 37 °C) and the PEGylated conjugates remained stable after the 21 days. Thermodynamic parameters like enthalpy (ΔH‡), entropy (ΔS‡) and Gibbs free energy (ΔG‡) of ASNase (native and PEGylated) irreversible denaturation were also investigated. Higher - and positive - values of Gibbs free energy were found for the PEGylated conjugates (61.21 a 63.45 kJ.mol-1), indicating that the process of denaturation was not spontaneous. Enthalpy also was higher for PEGylated conjugates (18.84 a 46.08 kJ.mol-1), demonstrating the protective role of PEGylation. As for entropy, the negative values were more elevated for native ASNase (-0.149 J/mol.K), pointing out that the denaturation process enhanced the randomness and aggregation of the system, which was observed by circular dichroism. Thus, PEGylation proved its potential to increase ASNase thermostability

A enzima L-asparaginase (ASNase) é amplamente usada como medicamento para tratamento da leucemia linfoblástica aguda, bem como na indústria de alimentos para evitar a formação de acrilamida em alimentos cozidos e fritos. No presente trabalho, ASNase foi covalentemente ligada ao polímero poli(etilenoglicol) (PEG) de diferentes massas moleculares (ASNase-PEG-5, ASNase-PEG- 10, ASNase-PEG-20, and ASNase-PEG-40) na região N-terminal (monoPEGuilação) a fim de se estudar os efeitos da PEGuilação na termoestabilidade da enzima. As formas PEGuiladas e nativa foram analisadas em relação à termodinâmica e termoestabilidade a partir de atividade enzimática. A ASNase (nativa e PEGuilada) apresentou atividade máxima a 40 °C e a desnaturação ocorreu por cinética de primeira ordem. Com base nesses resultados, a energia de ativação para desnaturação (E*d) foi estimada e maiores valores foram observados para as formas PEGuiladas em comparação à enzima nativa, destacando-se a ASNase-PEG10 com aumento de 4.24 vezes (48.85 kJ.mol-1) em comparação com a forma nativa in (11.52 kJ.mol mol-1). As enzimas foram avaliadas por sua atividade residual ao longo do tempo em diferentes temperaturas de armazenamento (4 e 37 °C) e os conjugados PEGuilados mostraram-se mais estáveis após os 21 dias de ensaio. Parâmetros termodinâmicos como entalpia (ΔH‡) de desnaturação irreversível foram analisados. Valores maiores - e ), entropia (ΔS‡) de desnaturação irreversível foram analisados. Valores maiores - e ) e energia livre de Gibbs (ΔG‡) de desnaturação irreversível foram analisados. Valores maiores - e positivos - da energia livre de Gibbs foram encontrados para os conjugados PEGuilados (61.21 a 63.45 kJ.mol-1), indicando que o processo de desnaturação não ocorreu de forma espontânea. A entalpia também foi maior para os conjugados PEGuilados (18.84 a 46.08 kJ.mol-1), demonstrando o efeito protetivo da PEGuilação. Já para a entropia, os valores negativos foram mais elevados para a ASNase nativa (-0.149 J/mol.K), apontando que o processo de desnaturação aumentou a aleatoriedade e agregação do sistema, o que foi confirmado pelo dicroísmo circular. Dessa forma, a PEGuilação revelou o seu potencial de aumento de termoestabilidade para a ASNase

Fontes de carbono de baixo custo para a produção de xilanase termoestável por Aspergillus niger / Low-cost carbon sources for the production of a thermostable xylanase by Aspergillus niger

A strain of the filamentous fungus Aspergillus niger was isolated and shown to possess extracellular xylanolytic activity. These enzymes have biotechnological potential and can be employed in various industries. This fungus produced its highest xylanase activity in a medium made up of 0.1% CaCO3, 0.5% NaCl, 0.1% NH4Cl, 0.5% corn steep liquor and 1% carbon source, at pH 8.0. A low-cost hemicellulose residue (powdered corncob) proved to be an excellent inducer of the A. niger xylanolytic complex. Filtration of the crude culture medium with suspended kaolin was ideal for to clarify the extract and led to partial purification of the xylanolytic activity. The apparent molecular mass of the xylanase was about 32.3 kDa. Maximum enzyme activity occurred at pH 5.0 and 55-60ºC. Apparent Km was 10.41 ± 0.282 mg/mL and Vmax was 3.32 ± 0.053 U/mg protein, with birchwood xylan as the substrate. Activation energy was 4.55 kcal/mol and half-life of the crude enzyme at 60ºC was 30 minutes. Addition of 2% glucose to the culture medium supplemented with xylan repressed xylanase production, but in the presence of xylose the enzyme production was not affected.

Uma linhagem do fungo filamentoso Aspergillus niger foi isolada e apresentou atividade xilanolítica extracelular. Estas enzimas possuem grande potencial biotecnológico e podem ser aplicadas em diversas indústrias. O fungo produziu sua maior atividade de xilanase em um meio contendo CaCO3 0,1%, NaCl 0,5%, NH4Cl 0,1%, 0,5% água de maceração de milho e 1% de fonte de carbono, em pH 8,0. Um resíduo lignocelulósico de baixo custo (sabugo de milho em pó) mostrou ser um excelente indutor do complexo xilanolítico em A. niger. A filtração do extrato cru com caulim foi ideal para a clarificação do extrato e levou à purificação parcial da enzima. A massa molecular aparente da xilanase foi de 32,3 kDa. A máxima atividade da enzima ocorreu em pH 5,0 e a 55-60ºC. O Km aparente foi de 10,41 ± 0,282 mg/mL e a Vmax foi de 3,32 ± 0,053 U/mg proteína, utilizando-se xilana birchwood como substrato. A energia de ativação foi de 4,55 kcal/mol, e a meia-vida da enzima a 60ºC foi de 30 minutos. A adição de 2% de glicose ao meio de cultura suplementado com xilana reprimiu a produção de xilanase, mas em presença de xilose a produção da enzima não foi afetada.