UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA. Mônica Pinheiro da Silva

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1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA Mônica Pinheiro da Silva Estudo da constituição da parede celular de algas com enfoque na biossíntese de lignina Lorena 2016

2 Mônica Pinheiro da Silva Estudo da constituição da parede celular de algas com enfoque na biossíntese de lignina Monografia apresentada à Escola de Engenharia de Lorenada Universidadede São Paulo como requisito para obtenção do título de Engenheira Bioquímica. Orientador: ElissonAntonio da Costa Romanel Lorena 2016

3 AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE

4 DEDICATÓRIA À minha família, que, incansavelmente, me apoiou sem medir esforços.

5 AGRADECIMENTOS Agradeço, primeiramente, a Deus, pelo cuidado com a minha vida e por ter me sustentado até aqui, sempre provendo tudo, em quaisquer que fossem as situações. Aos meus pais, Jair e Iolanda, pelo amor, apoio, incentivo e, por, desde sempre, acreditarem em mim. Por serem minhas melhores referências na vida,ensinando-me a ser forte, a ter fé sempre e nunca desistir. A todos meus amigos, pois sempre estiveram ao meu lado durante essa trajetória. Principalmente, Israel Martins, pela força, apoio e atenção com que pude contar desde o primeiro semestre de faculdade. À Universidade, pela oportunidade de aprendizado, pelas portas que aqui se abriram. Ao grupo do laboratório de Genética e Biologia Molecular, por toda ajuda que sempre tive. Ao meu orientadorprof. Dr. Elisson Romanel, por toda dedicação, paciência e incentivo, também, por todo conhecimento que me foi passado durante este trabalho, bem como, durante a Iniciação Científica.

6 Não te mandei eu? Esforça-te, e tem bom ânimo; não te atemorizes, nem te espantes; porque o senhor teu Deus está contigo, por onde quer que andares. (Josué 1:9)

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8 RESUMO SILVA, M.P. Estudo da constituição da parede celular de algas com enfoque na biossíntese de lignina p. Monografia (Graduaçãoem Engenharia Bioquímica) Escola de Engenharia de Lorena,Universidade de São Paulo, Lorena, Esse trabalho visa estudar a constituição da parede celular de algas, principalmente a biossíntese de compostos fenólicos, como lignina ou ainda lignanas, os quais estão presentes em algumas espécies de algas. As análises filogenéticas dos genes envolvidos na via de biossíntese de lignina entre angiospermase algas evidenciarama existência de transferência horizontal e convergência estrutural da sequências dos genes estudados.estas análises revelaram que o surgimento da via de biossíntese de lignina é anterior às plantas terrestres, uma vez que os alcoóis p-cumarílico, coniferílico e sinapílico, estão presentes na alga vermelha Calliarthroncheilosporioides Palavras-chave: Algas.Calliarthron cheilosporioides. Lignina.

9 ABSTRACT SILVA, M.P.Study of the algae cell wall constitution focusing on lignin biosynthesis p. Monograph (Graduation Biochemical Engineer) Escola de Engenharia de Lorena,Universidade de São Paulo, Lorena, This paper intend to study the algae cell wall constitution,mainly the biosynthesis of phenolic compounds, as lignin or yet lignans, which are present in some species of algae. The Phylogenetic analysis of genes involved in angiosperms between lignin biosynthetic pathway and algae showed the existence of horizontal transfer and structural convergence of sequences of the genes studied. These analyzes revealed that the appearance of the lignin biosynthetic pathway is earlier to terrestrial plants. Keywords: Algae.Calliarthron cheilosporioides.lignin.

10 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Representação dos eventos-chave que ocorreram durante a evolução das plantas Figura 2: Representação das camadas da parede celular Figura 3: Estrutura da celulose Figura 4: Estrutura dos monossacarídeos Figura 5: Unidades de fenilpropano precursores da lignina Figura 6: Desidrogenação enzimática do álcool coniferílico para a formação de radicais fenólicos Figura 7: A lignina é polimerizada à partir dos três ácidos hidroxicinâmicos Figura 8: Via da biossíntese dos monolignois Figura 9: Estruturas de Lignanas, Neolignanas Figura 10: Via Biossintética dos Monolignois por diferentes espécies... 28

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12 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO IMPORTÂNCIA ECONÔMICA E APLICAÇÕES BIOTECNOLÓGICAS DA LIGNINA EVOLUÇÃO, SISTEMÁTICA DAS PLANTAS E FENILPROPANÓIDES ESTRUTURA, COMPOSIÇÃO E GENÉTICA DA BIOSSÍNTESE DE LIGNINA EM PLANTAS SUPERIORES Parede celular em plantas terrestres Celulose e Hemicelulose Lignina BIOSSÍNTESE DA LIGNINA ESTRUTURA, COMPOSIÇÃO E GENÉTICA DA BIOSSÍNTESE DA LIGNINA EM ALGAS A PAREDE CELULAR EM ALGAS A ALGA VERMELHA CALLIARTHRON CHEILOSPORIOIDES LIGNINA E LIGNANA BIOSSÍNTESE DE LIGNINA EM ALGAS CONCLUSÃO REFERÊNCIAS... 30

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15 13 1. Introdução As plantas terrestres e algas, espécies filogeneticamente distantes que evoluíram há cerca de 475 milhões de anos a partir de um ancestral comum, são constituídas de paredes celulares compostas de carboidratos (celulose e hemicelulose) e lignina. As paredes celulares lignificadas são consideradas como principais inovações na evolução das plantas terrestres a partir de ancestrais aquáticos ao longo de aproximadamente 475 milhões de anos (MARTONE et al., 2009).A presença de lignina na parece celular não está restrita às plantas terrestres, sendo encontrada em algumas espécies de algas, como na alga vermelha Calliarthron cheilosporioides (Corallinales, Rhodophyta) (MARTONE et al., 2009). A lignina é formada quando se tem uma reação de polimerização radicalar partindo dos alcoóis p-cumarílico, coniferílico e sinapílico. Há uma enorme variação em sua composição, uma vez que, após a abstração de um próton e um elétron por ação enzimática, o radical formado vai sofrer acoplamento de um segundo monolignol. O acoplamento posterior ocorrerá de forma aleatória devido ao efeito de ressonância molecular. Desta forma, os monolignóis não formam um padrão, pois há a formação de diversos tipos de ligações entre suas estruturas como pode ser visto na Figura 6 (FENGEL; WEGENER, 1989). Devido ao crescente interesse industrial na utilização dos componentes da parede celular, houve um aumento no número de plantas e algas cujas paredes celulares estão sendo estudadas em diversas áreas do conhecimento, como na química, bioquímica e genética (POPPER; RALET; DOMOZYCH, 2014). A composição da parede celular de algas possui uma considerável diversidade em sua estrutura e composição química. O fato da alga vermelhac. cheilosporioides ser capaz de produzir lignina, e esta espécie compartilhar um ancestral comum com plantas vasculares há mais de 1 bilhão de anos na evolução, não implica que a lignina seja, de fato, verdadeira, pois ser idêntica estruturalmente, não é suficiente, é necessário confirmar que sua via biossintética seja a mesma (POPPER et al., 2011).

16 14 A ocorrência de lignificação em algas vermelhas e briófitas sugere que os genes necessários para a biossíntese e deposição de lignina tenham evoluído de um ancestral comum antes da divergência das linhagens específicas, e posteriormente perderam-se em algumas linhagens, como em algas verdes e musgos. Alternativamente, as algas vermelhas podem ter evoluído, de forma independente, a sua via de biossíntese de lignina(xu LI; CHAPPLE, 2010). Além disso, os componentes da parede celular, um tema ativo de pesquisa, tem aplicações biotecnológicas, tais como na indústria de alimentos, produção decombustível, produtos farmacêuticos, fibras que podem ser usadas para produtos têxteis e de papel, materiais de construção (POPPER et al., 2011). O objetivo das indústrias que realizam processos de polpação é a extração e obtenção da celulose. No entanto, a lignina que é utilizada como fonte de energia para a própria indústria a partir de sua queima, também pode ser usada a partir da sua estrutura aromática para produzir uma variedade de produtos químicos com maior valor agregado (VANDERGHEM, 2011). Atualmente, alignina tem sido usada como matéria-prima em diferentes tipos de processos industriais e sua crescente aplicação na indústria é devido à suaalta versatilidade. Por exemplo, na produção de compósitos avançados, fibras de carbono e nanomateriais.dentro deste contexto, destaca-se também, o uso recente desse polímero como adsorventes, floculantes, adesivos, entre outros. A ampliação de sua aplicabilidade em diferentes processos passou a oferecer benefícios econômicos e ambientais(ten; VERMERRIS, 2015).

17 15 2. Importância econômica e aplicações biotecnológicas da lignina A lignina é um polímero aromático presente em 15% a 30% na parede celular de plantas,desempenhando um importante papel na sobrevivência das plantas, facilitando o transporte de água, aumentando a rigidez e agindo na defesa contra patógenos. Todavia, asindústrias que utilizam biomassa para a produção de biocombustíveis possuem maior interesse nos polissacarídeos presentes na parede celular, tal como a celulose. Logo, a lignina é obtida em larga escala como coproduto, sendoqueimada para gerar energia ou ainda em outros processos gerando produtos de baixo valor agregado no caso quando o destino é a queima, ou ainda produtos que possuem maior valor no mercado (TEN; VERMERRIS, 2015). Porém, tem-se visto que a lignina é muito versátil devido às suas características químicas que conferem propriedades de interesse industrial em diversos setores. A aplicabilidade da ligninagerabenefícios tanto econômicos, quanto ambientais. Essas aplicações são possíveis após a purificação da lignina que foi gerada durante o processo Kraft, que ocorre por meio de um processo denominado LignoBoostprocess tornando a lignina uma matéria-prima para eventuais processos posteriores(ten; VERMERRIS, 2015) Evolução, sistemática das plantas e fenilpropanóides As plantas terrestres (embriófitas), possivelmente, evoluíram a partir de algas presentes em água docerelacionadas com o grupo existente das CharophytaCharales ou Coleochaetales. Plantas terrestres e Carófitas formam um grupo denominado Streptophytes, oqual é o grupo maispróximo das algas verdes denominadas clorofíceas (Figura 1) (PIRES; DOLAN, 2012).

18 16 Figura 1 - Representação dos eventos-chave que ocorreram durante a evolução das plantas (PIRES; DOLAN, 2012) Ao longo da evolução foi possível a conquista do ambiente terrestre, onde tais plantas desenvolveram uma série de características que as possibilitaram se adaptar ao meio terrestre. Desenvolveu-se um sistema de fixação ao substrato terrestre, caule para a sustentação do corpo vegetal, tecidos condutores (xilema e floema) para levar substâncias nutritivas e água para toda a planta, e também o surgimento de uma cutícula que evita a perda excessiva de água para o ambiente, entre outras características que tornaram possível a adaptação ao meio terrestre (RAVEN;EVERT; EICHHORN, 2007). A comparação genômica entre algas unicelulares, musgos e angiospermas mostra que as alterações genômicas ocorreram concomitantes com a adaptação ao meio terrestre, incluindo uma maior complexidade dentro das famílias de genes, como também a perda de alguns genes associados ao ambiente aquático(rensing; LANG; ZIMME, 2009). Da mesma forma, ocorreu aquisição de genes que conferiram a capacidade de tolerar situações típicas do ambiente terrestre, tais como, perda de água para o

19 17 meio, maior variação de temperatura, entre outras situações adversas (RENSING; LANG; ZIMME, 2009). O desenvolvimento de diferentes vias metabólicas secundárias foi uma parte importante na evolução das plantas que estavam se adaptando ao meio terrestre. Dentre elas, destaca-se via dos fenilpropanóides, a qual fornece compostos essenciais, tais como a lignina e flavonóides. Considera-se que o surgimento das plantas terrestres tenha sido um acontecimento chave na história da evolução do planeta, uma vez que, a partir desse evento houve a evolução dos ecossistemas terrestres. Possivelmente, a via fenilpropanóide levou um tempo para ser elaborada pelas plantas e apresentou uma vantagem seletiva, o que consistiu em manter o gene que codifica a enzima PAL, o qual teria sido transferido horizontalmente e então, permanecido nas plantas superiores(emiliani et al., 2009). O estudo em genômica comparativa, baseado nos genomas disponíveis de plantas, indica que a via completa de lignina, com exceção para a enzima F5H, apareceu primeiro em fungos, mas está ausente em algas verdes(vanholme et al., 2010). A descoberta de parede celular secundária em algas vermelhas (Calliarthron cheilosporioides), bem como a presença de lignina, levanta questões sobre a convergência,entre algas vermelhas e plantas vasculares(martone et al., 2009) Estrutura, composição e genética da biossíntese de lignina em plantas superiores Parede celular em plantas terrestres A parede celular de plantas terrestres é composta por um arranjo de compostos químicos, a maneira como estes compostos estão distribuídos podem variar bastante entre espécies. Os principais constituintes são: celulose, hemicelulose e lignina.

20 18 Tabela 1: Características dos compostos da parede celular (FENGEL; WEGENER, 1989) Sendo a parede celular composta por diferentes camadas, a camada primária formada durante a divisão celular e uma segunda camada é depositada após a fase de alongamento celular se completar. Há uma área rica em lignina, denominada lamela média, que pode ser identificada por microscopia convencional. Na parede primária (P) as fibrilas de celulose estão arranjadas em finas camadas que se cruzam, adquirindo um aspecto de rede. A parede primária é a primeira camada depositada durante o crescimento da célula, a quantidade de celulose é muito limitada e contém, também em sua estrutura, polioses (hemiceluloses), pectina e proteína imersos em uma matriz de lignina(fengel; e WEGENER, 1989). A parede secundária é considerada a camada mais espessa da parede da célula, sendo depositada após a parede primária. Morfologicamente as camadas S1 e S3 não são consideradas constituintes da parede secundária, mas sim, unidades morfológicas separadas. Pode-se encontrar a S1 definida como camada de transição e a camada S3 como parede terciária (FENGEL; WEGENER, 1989). Na Figura 2, pode-se observar a lamela média (ML), onde ocorre maior acúmulo da lignina e as paredes: Primária (P), Secundária (S1, S2) e Terciária (T, ou ainda S3).

21 19 Figura 2: Representação das camadas da parede celular (FENGEL; WEGENER, 1989) Quanto ao processo bioquímico de lignificação, este compreende desde a formação dos monolignóis, álcool p-cumarílico, álcool coniferílico, álcool sinapílicoaté a polimerização da lignina na parede celular.os vários tipos de ligninas diferem em sua estrutura molecular, considerada complexa, pois, há uma grande variação na sua composição Celulose e Hemicelulose A celulose,sendo umhomopolissacarídeo, temsuas unidades de glicose que estão unidas por ligações glicosídicas β(1 4), entre os grupos hidroxilícos (OH) do carbono 1 (C1) e do carbono 4 (C4)havendoa eliminação de uma molécula de água, uma vez que, duas extremidades adjacentes são ligadas como pode serobservado na figura 2 mostrada a seguir. Figura 3- Estrutura da celulose Fonte: Modificada defengel e Wegener (1989)

22 20 Embora existam outros grupos hidroxílicos na mesma molécula, esses grupos que se encontram nas extremidades da cadeia possuem comportamentos diferenciados. A hidroxila presente no C1 é um aldeído hidratado, oriundo da formação do anel pela ligação hemiacetal intramolecular, que por sua vez, apresenta propriedade redutora, diferentemente da hidroxila presente no C4, a qual é uma hidroxila com caráter alcoólico (FENGEL; WEGENER, 1989). A hemicelulose é um polissacarídeo, composta por diferentes unidades de monossacarídeos, por exemplo, pentoses, hexoses, ácidos- hexurônicos e desoxihexoses. A cadeia principal da hemicelulose pode ser composta porapenas um tipo de monossacarídeo, um homopolímero, ou por mais tipos, sendo, neste caso, um heteropolímero(fengel; WEGENER, 1989). Na figura 3, mostrada abaixo, tem-se as estruturas dos monossacarídeos que podem estar presentes na cadeia de hemicelulose, podendo variar a composição da cadeia conforme a espécie de planta(haltrich et al, 1996). Figura 4: Estrutura dos monossacarídeos (FENGEL;WEGENER, 1989)

23 Lignina Lignina é um heteropolímero fenólico, formada por três tipos de monômeros (monolignois), os alcoóis p-cumarílico, coniferílico e sinapílico, os quais são sintetizados no citoplasma. Esses monolignois devem ser transportados para que sejam oxidados e inicie a polimerização para formar a lignina. Para as angiospermas, a via da biossíntese foi elucidada, e isso tem sido usado para uma abordagem da engenharia genética, a fim de modificar a lignina presente em algumas espécies (FENGEL; WEGENER, 1989) A lignina é uma macromolécula orgânica amorfa, possui uma estrutura tridimensional, com caráter hidrofóbico e é altamente ramificada. Possui um arranjo irregular dentre as unidades de fenilpropano, podendo conter grupo hidroxila e/ou metoxila como substituintes no anel aromático, como é mostrado a seguir na Figura 5 (FENGEL; WEGENER, 1989). Figura 5: Unidades de fenilpropano precursores da lignina (FENGEL; WEGENER, 1989) Essas unidades possuem dois tipos de ligações entre si: ligações éter, sendo as mais comuns as nomeadas β-o-4 e α-o-4, que ocorrem entre o oxigênio da hidroxila presente no anel aromático, e ligações diretas, sendo elas carbono-carbono (BOERJAN; RALPH; BAUCHER, 2003)

24 22 Os diferentes tipos de ligações influenciam a estrutura da molécula, uma vez que, as ligações tipo éter conferem uma estrutura mais aberta, enquanto que as ligações carbono-carbono,diminuem a distância entre os monômeros tornando a lignina mais condensada, e isso altera a reatividade da molécula. Para a formação da macromolécula de lignina é necessária a primeira etapa que é a uma desidrogenação enzimática dos álcoois p-hidroxicinâmicos para a formação de radicais fenoxílicos estabilizados por ressonância, como é ilustrado na figura abaixo, utilizando o álcool coniferílico como exemplo. Figura 6: Desidrogenação enzimática do álcool coniferílico para a formação de radicais fenólicos (FENGEL e WEGENER, 1989) Então, a lignina é polimerizada principalmente a partir do álcool hidroxicinâmico, tipicamente, álcool p-cumarílico, coniferílico e sinapílico, uma vez que radicais dos monômeros são formados, logo são acoplados à molécula, como é mostrado na Figura 7. Figura 7: A lignina é polimerizada à partir dos três ácidos hidroxicinâmicos

25 23 (WENG; CHAPPLE, 2010) 2.3. Biossíntese da Lignina A biossíntese da lignina começa com a via geral fenilpropanóica que sintetiza muitos precursores de um grupo diversificado de compostos, incluindo os flavonóides, cumarinas, quinonas e monolignóis (LABEEUW et al., 2015). Todo processo bioquímico de lignificação compreende desde a formação dos monolignóis H, S e G até a polimerização da lignina na parede celular.os vários tipos de ligninas diferem em sua estrutura molecular, devido à variação na sua composição. A atividade enzimática necessária para a deposição de lignina apareceu gradualmente por meio do processo de Darwinismo de mutação e seleção. As novas funções enzimáticas, geralmente, surgem após o evento da duplicação de genes. Pode-se presumir que as formas primitivas do metabolismo de fenilpropanos tenha surgido a partir de vias metabólicas que acidentalmente foram montadas pela evolução utilizando genes duplicados que codificam as enzimas metabólicas primárias, ou enzimas adquiridas a partir de transferência horizontal de genes(weng; CHAPPLE, 2010). A síntese dos monolignois inicia-se a partir do aminoácido fenilalanina, ocorrendo sua desaminação para a formação do ácido cinâmico, seguido por ácido p-cumárico e p-cumaril-coa. A partir do p-cumaril-coa ocorre a síntese do monolignol do tipo mais simples (H), como pode ser observado na Figura 8 (LABEEUW et al., 2015).

26 24 Figura 8: Via da biossíntese dos monolignois (WENG; CHAPPLE, 2010) Essa via da síntese dos monolignois conta com a atuação de pelo menos 10 enzimas, membros de distintas famílias gênicas caracterizadas pelos seus respectivos domínios, os quais estão listados na Tabela 2. Tabela 2: Enzimas presentes na via de biossíntese dos monolignois Enzimas 4CL PAL C3H-C4H-F5H CAD CCoAOMT CCR COMT HCT Domínio AMP- binding Liase-Aromática p450 ADH_N/ADH_zinc_N Methyltransfer_3 Epimerase Methyltranfer_2/Dimerisation Transferase

27 25 3. Estrutura, composição e genética da biossíntese da lignina em algas 3.1. A parede celular em algas O estudo acerca da biossíntese desse composto não está restrito às plantas terrestres, uma vez que, recentemente, foi descoberta a presença de lignina ou de seus precursores em algumas espéciesdealgas(labeeuw et al., 2015). A maioria dos eucariotos fotossintéticos, incluindo as plantas terrestres e algas, tem uma parede celular rica em carboidratos. Em algas, a estrutura da parede celular é semelhante às das plantas terrestres, possuindo uma variação em sua composição, dependendo de fatores, como, o estágio de desenvolvimento(popper et al., 2011). Na alga vermelha Calliarthron cheilosporioides, foram encontrados os três monômeros de lignina H, S e G. Todavia, em outras espécies de algas, foi encontrada uma lignina diferenciada, denominada lignina-like(martone et al., 2009). Entretanto, há mais de espécies de algas marinhas e os componentes de suas paredes celulares exibem uma enorme diversidade (POPPER; MARIA, 2010) A alga vermelha Calliarthron cheilosporioides Há vários cenários evolutivos que poderiamexplicara ocorrência de lignina em algas vermelhas eplantas vasculares: (1) a lignina poderia ter evoluído de forma independenteem ambas as linhagens; (2) os genes que são responsáveis pela biossíntese da lignina em algas foramcarregadosdurante a evolução das plantas vasculares;(3) a via da biossíntese da lignina pode ter existido antes da divergência das embriófitase, posteriormente, perdeu-senasalgasverde; (4) os genes para a biossíntese da ligninapoderiam ter sido transferidos de um organismopara outro(popper; MARIA, 2010). Dentro do grupo de plantas vasculares, as ligninas em gimnospermas, por exemplo,são quase inteiramente compostas de unidades guaiacil. No entanto, a

28 26 lignina presente na alga vermelhacalliathron pode conter adicionalmente unidadessiringil (S) de lignina. A lignina tipos em angiospermas diverge aproximadamente400 milhões de anos atrás, e é derivada de diferentesvias biossintéticas, sugerindo que a unidade S evoluiu em ambos os grupos de plantas através de evolução convergente(weng; CHAPPLE, 2010). Logo, a lignina tipos em Calliathron poderia representar outroexemplo de evolução convergente, e a dedução das vias de biossíntese de lignina nacalliathronpode dar suporte a esta teoria. Por outro lado, se a lignina foidescoberta em outros grupos de algas, que sepode sugerir que a biossíntese delignina de plantas terrestres temmais um ancestral em comum(weng; CHAPPLE, 2010) Lignina e Lignana Os compostos fenólicos têm sido caracterizados com base em seu esqueleto estrutural, então, classificados, por exemplo, como sendo fenóis simples ou benzoquinonas, ácidos hidroxicinâmicos, flavonóides, lignanas e ligninas. Os compostos fenólicos de baixo peso molecular podem ser encontrados em maior parte em plantas superiores(cheynier et al., 2013). Lignana e neolignana fazem parte de um grande evariado grupo de compostos fenólicos, sendo produzidas pela dimerização oxidativa de duas unidades fenilpropanóides, que ocorrem em uma grande variedade de espécies de plantas, suas possíveis estruturas podem ser vistas na Figura 9. As lignanas são dímeros de fenilpropanóides,ligadas principalmente através de suas cadeias laterais do lado do C3 (CHEYNIER et al., 2013).

29 27 Figura 9: Estruturas de Lignanas, Neolignanas (CHEYNIER et al., 2013) 3.4. Biossíntese de lignina em algas A via de biossíntese da lignina tem sido extensivamente estudada em plantas vasculares, até então, sendo uma marca distintiva deste grupo. Porém, o estudo das plantas não vasculares revelou que a evolução da biossíntese da lignina vem a ser anterior do que a origem das plantas superiores(labeeuw et al., 2015). Os recentes relatos da presença de lignina em plantas não vascularese algas vermelhas levantam questões importantes sobre aevolução da lignina, bem como sugere a identificação de que há rotas alternativaspara a sua biossíntese (XU LI; CHAPPLE, 2010). As primeiras três enzimas (4CL, CCR e CAD) são capazes de catalisar passos consecutivos na biossíntese da lignina e são suficientes para produzir o álcool p-cumarílico a partir do ácido cumárico, como mostrado na Figura 8 (LABEEUW et al., 2015). Embora não se encontre, na maior parte das algas e plantas inferiores, a primeira enzima, a fenilalanina amônia liase (PAL), há uma única enzima tirosina amônia liase (TAL) envolvida na síntese do ácido p-cumárico, também encontrada

30 28 apenas em algumas bactérias. Essa enzimaconverte o aminoácido tirosina para ácido p-cumárico, como é mostrado na Figura 10. Figura 10 - Via Biossintética dos Monolignois por diferentes espécies (LABEEUW et al., 2015) A via específica de lignina, utiliza p-coumaril-coa para produzir o monolignóis mais simples, do tipo (H) através de uma série de reações de redução. Enquanto que a produção estruturalmente mais complexa dos monolignois G e S requer enzimas adicionais usando intermediários de síntese de monolignóis H como substratos, que executam O-metilação e hidroxilação em vários locais no anel fenólico.

31 29 4. Conclusão Neste trabalho foi possível entender o atual cenário da importância industrial no emprego da lignina, bem como, pode-se analisar possíveis vias de obtenção desse composto partindo das algas, principalmente da alga vermelha Calliarthroncheilosporioides. Uma vez que, esta espécie indica ser capaz de produzir os três tipos de monolignois (H, S e G). Até então, a lignina era conhecida por ser abundante e com alta recalcitrância em plantas superiores, mas o estudo de plantas não vasculares e algas tem indicado a presença de lignina, ou ainda, lignana em sua parede celular.embora a via de biossíntese de lignina, ou ainda dos monolignois, não tenha sido elucidada completamente nas algas, mostram-se também evidências de que o surgimento da lignina é anterior às plantas terrestres.

32 30 Referências BOERJAN, W.; RALPH, J.; BAUCHER, M. LIGNIN BIOSYNTHESIS.Plant Biol, CHEYNIER, V. et al. Plant Physiology and Biochemistry Plant phenolics : recent advances on their biosynthesis, genetics, and ecophysiology. Plant Physiology et Biochemistry, v. 72, p. 1 20, EMILIANI, G. et al. A horizontal gene transfer at the origin of phenylpropanoid metabolism : a key adaptation of plants to land. Biology Direct, v. 12, p. 1 12, FENGEL, D.; WENEGER, G. (1989) Wood chemistry, ultrastructure, reactions. New York: Water de Gruyter. LABEEUW, L. et al. Ancient origin of the biosynthesis of lignin precursors. Biology direct, v. 10, n. 1, p. 23, MARTONE, P. T. et al. Discovery of lignin in seaweed reveals convergent evolution of cell-wall architecture. Current Biology, v. 19, n. 2, p , PIRES, N. D.; DOLAN, L. Morphological evolution in land plants : new designs with old genes. Phil. Trans. R. Soc.B, p , POPPER, Z. A. et al. Evolution and diversity of plant cell walls: from algae to flowering plants. Annual Review of Plant Biology, v. 62, n. 1, p , POPPER, Z. A.; MARIA, G. T. Beyond the green : understanding the evolutionary puzzle of plant and algal cell walls.plant Physiology, v. 153, n. June, p , POPPER, Z. A.; RALET, M.-C.; DOMOZYCH, D. S. Plant and algal cell walls: diversity and functionality. Annals of Botany, v. 114, n. 6, p , RENSING, S. A.; LANG, D.; ZIMME, A. D. The physcomiterlla genome reveals evolutionary insights into the conquest of land by plants. Science, v. 64, n. 2008, p , 2009.

33 31 TEN, E.; VERMERRIS, W. Recent developments in polymers derived from industrial lignin. Journal of Applied Polymer Science, v. 132, n. 24, p. n/a n/a, VANHOLME, R. et al. Lignin biosynthesis and structure 1. Plant Physiology, v. 153, n. July, p , WENG, J.; CHAPPLE, C. The origin and evolution of lignin biosynthesis.new Phytologist, p , XU LI; CHAPPLE, C. Understanding lignification : challenges beyond. Plant Physiologyv.154, n. October, p , 2010.