Efeitos do ácido rosmarínico na estrutura da lignina visando redução da recalcitrância da biomassa lignocelulósica em milho

Abstract

RESUMO: Depois da celulose, a substância orgânica mais abundante nas plantas é a lignina, um polímero altamente formado por grupos fenilpropanoides. A estrutura precisa da lignina não é bem conhecida. A sua caracterização é difícil porque não é possível isolar o polímero intacto, o qual está covalentemente ligado à celulose e a outros polissacáridos da parede celular. Lignina é formada, principalmente, pela polimerização de três álcoóis hidroxicinamílicos, os quais variam no grau de metoxilação, além de uma diversidade menor de outros componentes secundários. Estes três precursores, ou monolignóis, são os álcoóis p-cumarílico, coniferílico e sinapílico. Após a polimerização, estes monolignóis são convertidos em unidades monoméricas denominadas p-hidroxifenil (H), guaiacil (G) e siringil (S), respectivamente. Lignina possui alto impacto na indústria de papel e na digestibilidade de plantas forrageiras. O atual estado da arte está relacionado à busca da redução de seu conteúdo, com o intuito de melhorar a produção de biocombustíveis derivados da celulose. O ácido rosmarínico é um éster dos ácidos cafeico e 3,4-diidroxifenilático, encontrado como um metabólito secundário de várias espécies de plantas. Ácido rosmarínico pode ser considerado um composto promissor no campo da bioengenharia, possuindo uma ligação éster frágil que liga duas metades fenólicas; fato crucial para o processo de despolimerização da lignina. Estudos recentes revelaram os genes, enzimas e metabólitos envolvidos na biossíntese do ácido rosmarínico. Assim, estas informações são essenciais para o estudo da expressão do ácido rosmarínico na lignificação das paredes celulares. A utilização prévia de ácido rosmarínico tem sido considerada no campo da bioengenharia, visando o mecanismo de síntese de lignina e sua aplicação no melhoramento de plantas para a produção de biocombustíveis. Sabe-se que fatores internos e externos podem afetar a síntese de lignina. Estudos com putativos inibidores da síntese de lignina têm merecido atenção especial, pois o uso da biomassa vegetal como fonte de carboidratos para obter biocombustíveis e produtos químicos de alto valor agregado tem sido severamente afetado devido à recalcitrância da lignina. De fato, essa recalcitrância dificulta algumas atividades agroindustriais como a digestão da forragem para o gado e a conversão de biomassa vegetal lignocelulósica em biocombustíveis líquidos...

ABSTRACT: After the cellulose, the most abundant organic compound in plants is the lignin, a polymer highly formed by phenylpropanoic groups. The precise structure of lignin is not well known. Lignin characterization is difficult because is not possible to isolate the intact polymer, and it is covalently linked to cellulose and other cell wall polysaccharides. Lignin is formed by free radical polymerization of mainly three hydroxycinnamic alcohols, which vary in their degree of methoxylation, in addition to a diversity of other minor components. These three precursors are p-coumaryl, coniferyl and sinapyl alcohols, which are also named monolignols. After polymerization, these monolignols are converted to p-hydroxyphenyl (H), guaiacyl (G) and syringyl (S) units, respectively. Lignin has a high impact in paper industry and digestibility of forage plants. The state of art of lignin is related to the reduction of its content in plants to improve biofuels production from cellulose. Rosmarinic acid is an ester of caffeic acid plus 3,4-dihydroxyphenyl-lactic, and a secondary metabolite found in several plant species. Rosmarinic acid can be considered a promising compound with an easily cleavable ester bond linking the two phenolic moieties to depolymerize lignin. Recent studies have revealed genes, enzymes and metabolites involved in the biosynthesis of rosmarinic acid. So, these information are essential to study the expression of rosmarinic acid on lignification of cell walls. A previous use of rosmarinic acid has been considered in the field of bioengineering, targeting the mechanism of lignin synthesis and its application in plant breeding for production of biofuels. It is known that external or internal factors can affect the lignin synthesis. Studies with putative inhibitors of lignin synthesis has deserved a particular attention because the use of plant biomass as a source of carbohydrates to obtain biofuels and chemicals with high aggregate value has been severely affected due to the recalcitrance of lignin. Indeed, this recalcitrance hinders some agro-industrial activities such as digestion of forage for livestock and conversion of lignocellulosic plant biomass to liquid biofuels. Therefore, these chemical and mechanical properties have attracted attention of bioengineering…