Correlação entre estrutura e atividade em complexos de cobre biomiméticos a LPMO para degradação de biomassa lignocelulósica.

dc.contributor.advisor-co1Souza, Dulce Helena Ferreira de
dc.contributor.advisor-co1Latteshttps://lattes.cnpq.br/3428955299526003
dc.contributor.advisor-co1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-8479-6744
dc.contributor.advisor1Netto, Caterina Gruenwaldt Cunha Marques
dc.contributor.advisor1Latteshttps://lattes.cnpq.br/8042236152815373
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-3285-4129
dc.contributor.authorConciani, Gabrielle Rodrigues
dc.contributor.authorlatteshttps://lattes.cnpq.br/6248321117945931
dc.contributor.authororcidhttp://lattes.cnpq.br/6248321117945931
dc.contributor.refereeRoveda Júnior, Antonio Carlos
dc.contributor.refereeJannuzzi, Sergio Augusto Venturinelli
dc.contributor.refereeLatteshttps://lattes.cnpq.br/9326374309219653
dc.contributor.refereeLatteshttps://lattes.cnpq.br/1682670706162378
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0001-9409-8093
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0001-7406-6633
dc.date.accessioned2026-07-14T18:39:35Z
dc.date.issued2026-03-24
dc.description.abstractCorrelation between structure and activity in LPMO biomimetic copper complexes for degradation of lignocellulosic biomass. The transition toward a more sustainable economy has driven the search for more efficient technologies for the conversion of lignocellulosic biomass into biofuels. In this context, lytic polysaccharide monooxygenases (LPMOs) stand out for their ability to promote the oxidative cleavage of glycosidic bonds in crystalline regions of cellulose. This activity is conferred by the enzyme's catalytic site, which features a copper atom coordinated by two histidine residues, one of them in a histidine brace coordination mode. Taking this active site as inspiration, this work aimed to synthesize, characterize, and evaluate the catalytic activity of biomimetic copper(II) complexes, with emphasis on the development of a novel L-proline-derived complex (CuAL), and to compare its performance with two other LPMO-mimetic complexes: CuPol and CuPTB. The AL ligand was synthesized from L-proline and characterized by NMR, HRMS, and IR spectroscopy. Its copper(II) complex was obtained by reaction with Cu(ClO4)2·6H2O and characterized by UV-Vis, IR, elemental analysis, XPS, cyclic voltammetry, and EPR. XPS data revealed shifts in the binding energies of nitrogen and carbon atoms consistent with metal coordination, indicating electron donation from the donor sites and π-backdonation from the metal to the ligand. The catalytic activity of the complexes was evaluated using different substrates. In assays with 4-nitrophenyl-β-D-glucopyranoside, CuAL exhibited superior performance (Abs 405 nm ~1.0), followed by CuPol (~0.7) and CuPTB (<0.3). In total cellulolytic activity assays carried out in the absence of additives (H2O2 or ascorbate), CuAL again stood out, releasing 0.14 mg/mL of glucose equivalents without H2O2, a value higher than those obtained for CuPol (0.05 mg/mL) and the enzymatic extract (<0.05mg/mL). A synergistic effect between CuPol and the enzyme was observed, with a release of 0.10 mg/mL. Assays with carboxymethylcellulose indicated endoglucanase-like activity for CuAL, while tests with crystalline cellulose were negative, suggesting preferential action on amorphous substrates. The addition of H2O2 and ascorbate to the filter paper assays completely inhibited CuAL activity, indicating that the complex acts via hydrolysis rather than oxidative pathways. The results demonstrated that the structure–activity correlation provides highly relevant insights for catalyst development. The substitution of the carboxylate group in CuPol by the primary alcohol group in CuAL significantly altered the reactivity profile of the complex. While CuPol exhibits a high density of ligand centered radicals and operates preferentially through H2O2-dependent oxidative pathways, CuAL displays significant catalytic activity even in the absence of oxidants. This suggests that the coordinated alcohol group favors direct hydrolytic mechanisms, possibly through water molecule activation or more favorable interactions with cellulose hydroxyl groups. The lability of the Cu–O bond in CuAL and its lower tendency towards polymerization in solution contribute to greater accessibility of the metal site to the substrate, while the absence of stabilized ligand-centered radicals limits protection against oxidative damage and directs catalysis toward hydrolytic pathways.eng
dc.description.resumoCorrelação entre estrutura e atividade em complexos de cobre biomiméticos a LPMO para degradação de biomassa lignocelulósica. A transição para uma economia mais sustentável tem impulsionado a busca por tecnologias mais eficientes para a conversão de biomassa lignocelulósica em biocombustíveis. Neste contexto, as monooxigenases líticas de polissacarídeos (LPMOs) se destacam por sua capacidade de fazer a clivagem oxidativa de ligações glicosídicas em regiões cristalinas da celulose. Essa atividade é dada pelo sítio catalítico desta enzima, tendo um átomo de cobre coordenado a duas histidinas, uma delas em modo de coordenação tipo braçadeira. Tomando seu sítio ativo como inspiração, este trabalho teve o objetivo de sintetizar, caracterizar e avaliar a atividade catalítica de complexos biomiméticos de cobre(II), com ênfase no desenvolvimento de um complexo inédito derivado da L-prolina (CuAL), e a comparação de seu desempenho com dois outros complexos que possuem atividade mimética à LPMO: CuPol e CuPTB. O ligante AL foi sintetizado a partir da L-prolina e caracterizado por técnicas de RMN, HRMS e IR. Seu complexo de cobre(II), foi obtido pela reação com Cu(ClO4)2·6H2O e caracterizado por UV-Vis, IV, análise elementar, XPS, voltametria cíclica e EPR. Os dados de XPS revelaram deslocamentos nas energias de ligação dos átomos de nitrogênio e carbono consistentes com coordenação ao metal, indicando doação eletrônica dos sítios doadores e retrodoação π do metal para o ligante. A atividade catalítica dos complexos foi avaliada em diferentes substratos. Nos ensaios com 4-nitrofenil-β-D-glicopiranosídeo, o CuAL apresentou desempenho superior (abs 405 nm ~1,0), seguido pelo CuPol (~0,7) e CuPTB (<0,3). Nos ensaios de atividade celulolítica total na ausência de aditivos (H2O2 ou ascorbato), o CuAL destacou-se novamente, liberando 0,14 mg/mL de equivalentes de glicose na ausência de H2O2, valor superior ao CuPol (0,05 mg/mL) e ao extrato enzimático (<0,05 mg/mL). Observou-se efeito sinérgico entre CuPol e a enzima, com liberação de 0,10 mg/mL. Ensaios com carboximetilcelulose indicaram atividade de endoglucanase para o CuAL, enquanto testes com celulose cristalina foram negativos, sugerindo atuação preferencial sobre substratos amorfos. A adição de H2O2 e ascorbato aos ensaios com papel filtro inibiu completamente a atividade do CuAL, sugerindo atuação por hidrólise e não por vias oxidativas. Os resultados obtidos demonstraram que a correlação entre estrutura e atividade oferece informações extremamente relevantes para o desenvolvimento de catalisadores. A substituição do grupo carboxilato do CuPol pelo grupo álcool primário no CuAL alterou significativamente o perfil de reatividade do complexo. Enquanto o CuPol apresenta alta densidade de radicais e opera preferencialmente por vias oxidativas dependentes de H2O2, o CuAL demonstra atividade catalítica expressiva mesmo na ausência de oxidantes. Isso sugere que o grupo álcool coordenado favorece mecanismos hidrolíticos diretos, possivelmente por ativação de moléculas de água ou por interações mais favoráveis com as hidroxilas da celulose. A labilidade da ligação Cu-O no CuAL e a menor tendência à polimerização em solução contribuem para a maior acessibilidade do sítio metálico ao substrato, enquanto a ausência de radicais estabilizados no ligante limita a proteção contra danos oxidativos e direciona a catálise para vias hidrolíticas.por
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.description.sponsorshipId132330/2024-5
dc.identifier.citationCONCIANI, Gabrielle Rodrigues. Correlação entre estrutura e atividade em complexos de cobre biomiméticos a LPMO para degradação de biomassa lignocelulósica.. 2026. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24346.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24346
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQ
dc.relation.uri10.1021/acs.inorgchem.5c05285
dc.relation.uri10.1021/acs.inorgchem.5c00934
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectLPMOpor
dc.subjectCorrelação estrutura atividadepor
dc.subjectStructure-activity correlationeng
dc.subjectComplexos de cobre biomiméticospor
dc.subjectBiomimetic copper complexeseng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA::QUIMICA BIO-INORGANICA
dc.subject.ods7. Energia limpa e acessível
dc.titleCorrelação entre estrutura e atividade em complexos de cobre biomiméticos a LPMO para degradação de biomassa lignocelulósica.por
dc.title.alternativeCorrelation between structure and activity in LPMO biomimetic copper complexes for degradation of lignocellulosic biomass.eng
dc.typeDissertação

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