Extraction and biochemical characterization study of esterases from soybean (Glycine max L.), sorghum (Sorghum bicolor L.) seed

As esterases (carboxil-ester hidrolases; EC 3.1.1.3) e as lípases (triacilglicerol acilhidrolases; EC 3.1.1.3), são, coletivamente, conhecidas como enzimas lipolíticas, por apresentarem habilidade para hidrolisar ésteres de ácido carboxílico de cadeia curta e longa, respectivamente. As lipases catalisam a hidrólise de ligações éster na interface orgânica-aquosa, diferentemente das esterases que catalisam a hidrólise de ligações éster de substratos em meio aquoso. O objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade de esterase nos extratos brutos das sementes de soja (Glycine Max L.), sorgo (Sorghum bicolor L.) e cacau (Theobroma cacao); selecionar as sementes que apresentam maior atividade esterásica, e avaliar as características bioquímicas das enzimas brutas e purificadas. Foi observada atividade lipolítica e esterásica nas amêndoas de cacau e esterásica nas sementes de soja e sorgo. Foram avaliadas diferentes soluções para a extração da esterase de soja e observou-se que a solução de CaCl2 0,01M mostrou-se mais eficiente na extração da enzima sendo obtido atividade igual a 1,83 U.mg-1. No estudo da concentração da esterase de sorgo por fracionamento com sulfato de amônio foi obtido maior atividade (188,30 U.mg-1) utilizando 60% de saturação do sal. Na precipitação da esterase de soja com sulfato de amônio a enzima apresentou baixa estabilidade. Em relação aos parâmetros bioquímicos, a esterase de sorgo apresentou atividade ótima na temperatura de 40ºC, porém apresentou baixa estabilidade nesta temperatura, o pH ótimo de atividade da enzima foi pH 8 e a enzima demonstrou ser estável em toda faixa de pH estudada (3 a 10), quanto ao substrato a enzima demonstrou maior afinidade por pNPB cuja atividade foi 70,82 U.mL-1. Quanto a esterase de soja, as preparações bruta e purificada apresentaram o mesmo comportamento apresentando atividade ótima em pH 8,0 e a 40°C, estabilidade na faixa de pH 6,5 a 10 e estabilidade até 50°C durante 60 minutos. O composto polietilenoglicol de peso molecular 0,4; 6 e 10kDa ativou respectivamente 140, 170 e 140% a esterase de soja bruta. A esterase de soja purificada apresentou um aumento de 11 vezes na atividade, com um Km de 0,85 µM e Vmax 31,5 U.mL-1. As características apresentadas pelas esterases de soja e sorgo as qualificam para aplicação industrialEsterases (carboxyl ester hydrolases; EC 3.1.1.3) and lipases (glycerol ester hydrolases EC 3.1.1.3) are enzymes capable of hydrolyzing short and longchain carboxylic acid esters, respectively. The lipases hydrolyze the ester bonds of their water-insoluble substrates at the organic-aqueous interface, differently from the esterases, that hydrolyze the ester bonds of their soluble substrates in the aqueous medium. The objective of this work was to evaluate the presence of esterases and/or lipases in crude extracts of soybean (Glycine Max L.), sorghum (Sorghum bicolor L.) and cacao (Theobroma cacao) seeds, select the seeds with the highest esterase activities, and study the biochemical properties of the crude and purified enzymes. Lipolytic and esterase activities were found in the cacao seeds, but only esterase activity in the soybean and sorghum seed crude extracts. Different solutions were evaluated to extract the soybean esterase, and it was found that 0.01M CaCl2 was the most efficient, obtaining activity of 1.83 U.mg-1. In the fractional precipitation process with ammonium sulfate aimed at concentrating the sorghum esterase, the highest activity (188.30 U.mg-1) was obtained with 60% saturation of the salt. However, when ammonium sulfate was used to concentrate the soybean esterase, low enzyme stability was observed. With respect to the biochemical parameters, the sorghum esterase showed optimum activity at pH 8 and a temperature of 40°C, but showed low stability at 40°C although it was stable in the entire pH range studied (3 to 10). With respect to the substrates, it showed greatest affinity for short-chain fatty acids (pNPB), with activity of 70.82 U.mL-1. The crude and purified preparations of the soybean esterase showed the same behavior, with optimum activity at pH 8 and 40°C, and were stable at pH values between 6.5 and 10 and at temperatures up to 50ºC for 60 minutes Polyethylene glycol with molecular weights of 0.4, 6 and 10kda activated 140, 170 and 140% of the enzyme activity, respectively. The soybean esterase was purified using DEAESepharose ion exchange column chromatography followed by passage through a Sephadex G-100 gel column and ultra-filtration, leading to an overall purification of 17.6 fold, with a Km of 0.85 µM and Vmax of 31.5 U.mL-1. The biochemical characteristics presented by the soybean and sorghum seed esterases qualified them for industrial application