Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2015-05-14T12:49:33Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Reis ALS 2014 Tese.pdf: 4888258 bytes, checksum: 3f44c77658c5a103d9a2eb81eda3f642 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-14T12:49:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Reis ALS 2014 Tese.pdf: 4888258 bytes, checksum: 3f44c77658c5a103d9a2eb81eda3f642 (MD5) Previous issue date: 2014-03-14 / CNPq / Os maiores produtores de etanol no mundo são os Estados Unidos, a partir do amido de milho, e o Brasil, a partir da sacarose da cana-de-açúcar. Nos últimos anos, o Brasil não aumentou apreciavelmente a sua produção, enquanto que, por outro lado, a indústria de etanol nos Estados Unidos vem sofrendo uma grande expansão, em torno de 1 milhão m3/ano, com planejamento para produção de 40 milhões de m3 de etanol em 2025. Em atendimento a uma demanda que cresce significativamente em função do reconhecimento mundial dos benefícios do etanol como combustível, os Estados Unidos e o Brasil, assim como diversos outros países, entraram em uma corrida, que tende a se acirrar, para o desenvolvimento de tecnologias de produção de etanol a partir de materiais lignocelulósicos. Dekkera bruxellensis é uma levedura que é usualmente reconhecida como um organismo contaminante. A espécie, como todas as leveduras consideradas não-Saccharomyces, apresenta graus variados de mecanismos catalíticos de suas glicosidades e poucos estudos têm investigado o desempenho das enzimas produzidas por esses microrganismos. A presente Tese teve como objetivo principal observar e interpretar os parâmetros cinéticos e as características bioquímicas de β-glicosidase(s) e produzida(s) por D. bruxellensis, linhagem GDB 248 e relacionar esses parâmetros com o perfil fermentativo da mesma frente à conversão da celobiose, proveniente de meios sintéticos e de hidrolisados de bagaços de cana-de-açúcar e sorgo sacarino, em bioetanol, incluindo a ultra análise morfológica dessas biomassas lignocelulósicas, avaliando a eficiência do pré-tratamento utilizando peróxido de hidrogênio em meio alcalino e seus respectivos rendimentos em produtividade volumétrica e eficiência de fermentação da glicose e xilose em etanol. Para o primeiro trabalho “Fermentação da celobiose em condições de aerobiose restrita e a caracterização de uma celobiase a partir de uma linhagem industrial de Dekkera/Brettanomyces bruxellensis” foi confirmada a atividade celobiásica (β-glicosidase) em extratos semi-purificados caracterizando-a como uma enzima candidato. Foi demonstrado que a linhagem GDB 248 apresentou capacidade de produzir uma concentração de ácido acético maior que o etanol e glicerol, o que confirma a ausência de efeito Custer com esta estirpe em condições de aerobiose restrita. E no segundo trabalho “Produção de etanol de segunda geração a partir de bagaço de cana-de-açúcar e sorgo sacarino por uma linhagem industrial de Dekkera/Brettanomyces bruxellensis” foi possível obter altas eficiências de hidrólise enzimática utilizando apenas preparações comerciais de celulases, sem complementação com β-glicosidades, o que pode diminuir os custos de processo de hidrólise.

Submitted by Emily Colferai Bonfá null (miemilymi@hotmail.com) on 2016-03-22T01:17:39Z No. of bitstreams: 1 Mestrado-Emily Finall.pdf: 1593107 bytes, checksum: ce9ebf44b67e4020e069a84d708f2f71 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-03-22T17:56:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 bonfa_ec_me_sjrp.pdf: 1593107 bytes, checksum: ce9ebf44b67e4020e069a84d708f2f71 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-22T17:56:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 bonfa_ec_me_sjrp.pdf: 1593107 bytes, checksum: ce9ebf44b67e4020e069a84d708f2f71 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / As celulases podem ser utilizadas na bioconversão da fração de celulose de resíduos agro-industriais em açúcares fermentáveis, visando a obtenção de combustíveis renováveis e produtos químicos. As β-glicosidases são cruciais para a total sacarificação da celulose, mas na maioria dos casos elas são fortemente inibidas pelo seu produto, a glicose. Portanto, o conhecimento das cinéticas de hidrólise e as respostas dessa enzima frente a diferentes substratos e produtos pode definir a eficiência de hidrólise e do processo biotecnológico no qual poderia ser incorporada. O presente trabalho teve como objetivo caracterizar a β -glicosidase de 50 kDa (BG50) produzida pelo fungo termofílico Myceliophthora thermophila M.7.7 cultivado em estado sólido, em mistura de bagaço de cana e farelo de trigo (1:1). O zimograma do extrato bruto evidenciou duas isoformas, de aproximadamente 200 e 50 kDa, as quais foram separadas por cromatografia de filtração em gel. A caracterização da BG50 mostrou atividade ótima a 60 ˚C e pH 5,0 quando usado o 4-nitrofenol-β-D-glicopiranosídeo (pNPG), enquanto com celobiose o valor da temperatura e pH ótimo foram de 50 ˚C e pH 4,5, respectivamente. Testes realizados com adição de íons e reagentes mostraram diferenças nos efeitos sobre a atividade da enzima dependendo do substrato, principalmente com a adição de Ditiotreitol (DTT) utilizando celobiose, e inibição completa com Cu2+ e Fe3+ para pNPG e celobiose. Além disso, a enzima não mostrou efeito inibitório quando testada na presença de nove compostos fenólicos, uma característica significativa. Os estudos cinéticos revelaram um perfil de inibição competitiva pela glicose quando utilizado pNPG com valor de KI=1,5 mM e um Km significativamente menor (0,52 mM) pelo pNPG do que pela celobiose (Km=8,50 mM). Os parâmetros termodinâmicos mostraram que a BG50 é bastante estável, destacando seu tempo de meia vida de 855,6 minutos a 60 °C, porém desnatura facilmente acima dessa temperatura. Os resultados enfatizam a importância de investigar potencialidades de β-glicosidases baseadas na celobiose, uma vez que no processo industrial a enzima atuará sobre o substrato natural, além da compreensão da termoestabilidade da enzima. / Cellulases can be used in bioconversion of cellulose from agro-industrial waste into fermentable sugars in order to obtain renewable fuels and chemicals. The β-glucosidases are crucial to the overall saccharification of cellulose, but in most cases, they are strongly inhibited by its product, glucose. Therefore, knowledge of the hydrolysis kinetics of the enzyme and its responses against different substrates and products can set the hydrolysis efficiency and possible incorporation in biotechnological process. This study aimed to characterize the 50 kDa β-glucosidase (BG50) produced by the thermophilic fungus Myceliophthora thermophila M.7.7 grown in solid state, in a mixture of sugarcane bagasse and wheat bran (1:1). The zymogram of the crude extract showed two isoforms of 200 and 50 kDa, which were separated by gel filtration chromatography. The characterization of BG50 showed optimal activity at 60 °C and pH 5.0 when used pNPG, whereas using cellobiose the values of the optimal temperature and pH were 50 °C and pH 4.5, respectively. Tests with addition of reactants and ions showed differences in the effects on enzyme activity depending on the substrate, especially with the addition of dithiothreitol (DTT) utilizing cellobiose, and complete inhibition with Cu2+ and Fe3+ for 4-nitrophenyl-β- D-glucopyranoside (pNPG) and cellobiose. Furthermore, the enzyme showed no inhibitory effect when tested in the presence of nine phenolic compounds, a remarkable characteristic. Kinetic studies showed a profile of competitive inhibition by glucose when using pNPG with Ki = 1.5 mM and Km significantly lower (0.52 mM) with pNPG than using cellobiose (Km = 8.50 mM). The thermodynamic parameters show that BG50 is quite stable, highlighting its half life of 855.6 minutes at 60 ° C, but above this temperature easily denatured. The results emphasize the importance of investigating β-glucosidases’ potential based on cellobiose, since for the industrial processes the enzyme will function with its natural substrate, in addition to understanding the thermal stability of the enzyme.

Submitted by Luciana Sebin (lusebin@ufscar.br) on 2016-09-27T12:20:20Z No. of bitstreams: 1 TeseRNF.pdf: 5131887 bytes, checksum: 5f32fa62636719671f0675a379d2cd24 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-27T19:55:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseRNF.pdf: 5131887 bytes, checksum: 5f32fa62636719671f0675a379d2cd24 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-27T19:55:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseRNF.pdf: 5131887 bytes, checksum: 5f32fa62636719671f0675a379d2cd24 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-27T19:55:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseRNF.pdf: 5131887 bytes, checksum: 5f32fa62636719671f0675a379d2cd24 (MD5) Previous issue date: 2016-01-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The search for new sustainable alternative energy sources has followed the increasing concerns with common welfare and fossil fuel shortage. In this context, Bioethanol is a good option and lignocellulosic biomass is an interesting way of obtaining it. The enzymatic conversion of lignocellulosic biomass in fermentable sugars still is a costly process, which makes characterization mechanisms indispensable to make it economically viable. Being of great importance in the lignocellulosic biomass convertion, β-glucosidases catalyzed reaction is the last step in the saccharification processes. Beta glucosidase hydrolyze non-reduced β-D-glycoside terminals, releasing β-D-glucose. GH 1 and GH 3 are the families of those most studied enzymes. However, structural and functional data from this GH 3 family of enzymes are still scarce. This work aimed at the biochemical and structural characterization of β-glucosidase from Bifidobacterium adolescentis (BaBgl). This enzyme has a catalytic domain (CCD) and a fibronectin III-like domain (FnIII) whose function is still unknown. Biochemical data showed optimal conditions for enzyme activity at pH from 6.0 to 6.5, temperature at 45 ° C and synthetic substrate specificity of 4-nitrophenyl- -Dglucopyranoside (pNPG). The values of kinetic parameters, KM and Vmax, were 0.32±0.03 mM e 0.37±0.01 nmol/min, respectively. The enzyme doesn’t have transglycosylation mechanisms, indicating only hydrolytic activity. Some monosaccharides such as xylose and galactose increased the enzyme activity significantly, while glucose and arabinose inhibited it. The crystal structural model of the BaBgl revealed an N-terminal domain with fold like a TIM barrel, an intermediate sandwich α / β domain and a third C-terminal like FnIII domain. In this work we also studied the transglycosylation mechanisms of two β-glucosidases from Trichoderma harzianum (ThBgl1 and ThBgl2). Both enzymes exhibit transglycosylation reaction but the ThBgl1 showed a hydrolysis/transglycosylation ratio lower than the one for ThBgl2. Crystallographic structures shows a typical folding for GH family 1 β-glucosidases, folding in the form of a TIM barrel (α / β)8. However, ThBgl2 has a more polar active site and therefore, favorites the interaction with water molecules, promoting better the hydrolysis reaction when compared to ThBgl1. / A preocupação ambiental e com a qualidade de vida da população aliados com o esgotamento dos combustíveis fósseis, tem aumentado a busca por energias alternativas e sustentáveis. Neste contexto, a hidrólise da biomassa lignocelulósica é uma opção interessante para obtenção de bioetanol. A utilização de enzimas para conversão da biomassa lignocelulósica a açúcares fermentescíveis ainda é um processo de custo elevado, o que torna imprescindível os estudos de caracterização dos mecanismos dessas enzimas afim de torná-las economicamente mais viáveis. A reação catalisada por β-glicosidases é a última etapa da sacarificação da celulose, sendo de grande relevância na conversão da biomassa ignocelulósica. β- glicosidases hidrolisam terminais não reduzidos β-D-glicosil liberando β-D-glicose e GH 1 e GH 3 são as famílias dessas enzimas mais estudadas. Entretanto dados estruturais e funcionais das enzimas da família GH 3, ainda são escassos. O presente trabalho apresenta a caracterização bioquímica e estrutural de uma β-glicosidase de Bifidobacterium adolescentis (BaBgl). Essa enzima possui um domínio catalítico (CCD) e um domínio do tipo fibronectina III (FnIII) cuja função ainda é desconhecida. Os dados bioquímicos revelaram condições ótimas para atividade da enzima em pH entre 6,0 e 6,5, temperatura de 45 °C e especificidade pelo substrato sintético 4- nitrofenil-β-D-glicopiranosídeo (pNPG). Os parâmetros cinéticos KM e Vmáx apresentaram valores de 0,32±0,03 mM e 0,37±0,01 nmol/min respectivamente. A enzima não apresentou mecanismos de transglicosilação, indicando apenas atividade hidrolítica. Ensaios com monossacarídeos como xilose e galactose aumentaram significativamente a atividade enzimática enquanto que glicose e arabinose inibiram sua atividade. O modelo da estrutura cristalográfica da BaBgl revelou um domínio Nterminal enovelado como um barril TIM, um domínio intermediário na forma de sanduíche α/β e um terceiro domínio C-terminal do tipo FnIII. Neste trabalho também foram estudados os mecanismos de tranglicosilação de duas β-glicosidases de Trichoderma harzianum (ThBgl1 e ThBgl2), sendo que ambas realizam reação de transglicosilação, porém a ThBgl1 possui relação hidrólise/tranglicosilação menor que a ThBgl2. As estruturas cristalográficas demonstram um enovelamento típico para as β-glicosidases da família GH 1, com o enovelamento na forma de um barril TIM (α/β)8. Contudo, a ThBgl2 apresenta sítio ativo mais polar e portanto propício à interação com moléculas de água, favorecendo a reação de hidrólise quando comparada à ThBgl1.

Submitted by Aelson Maciera (aelsoncm@terra.com.br) on 2017-05-25T18:55:01Z No. of bitstreams: 1 DissAFB.pdf: 2608429 bytes, checksum: 95d0acfb93ac8153ab8599ee86111dff (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-30T12:35:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissAFB.pdf: 2608429 bytes, checksum: 95d0acfb93ac8153ab8599ee86111dff (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-05-30T12:35:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissAFB.pdf: 2608429 bytes, checksum: 95d0acfb93ac8153ab8599ee86111dff (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-30T12:40:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissAFB.pdf: 2608429 bytes, checksum: 95d0acfb93ac8153ab8599ee86111dff (MD5) Previous issue date: 2017-02-15 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Metagenomics studies allow the direct analysis of a genetic material in an environmental sample and when linked to bioinformatics it gives a powerful tool to explore the role of new genes and proteins not studied before. Constant decreases in the quantity of fossil fuels and their effects in the global economy and natural environment has accelerated researches in alternative fuels such as the second generation ethanol, which can be produced by vegetation biomass. However, this process demands previous hydrolysis of the lignocellulolytic material by hydrolytic enzymes to provide fermentable sugar. β-glucosidases are enzymes which plays an important role at the final step of cellulose breakdown to glucose, thus being considered the rate limiting enzyme in this process of biomass degradation. Many β-glucosidases are already known, however there is an interest to find new enzymes which are tolerant to glucose inhibition and which exhibits high activity at lower temperatures. In this study we searched for β-glucosidases (GH1) using sequences from a metagenomics database from rivers and lakes in the Amazon region developed in our laboratory. We found 3 complete open reading frames (ORFs) related to β-glucosidases and one of them was selected to be produced in E.coli in a heterologous way and to be biochemically characterized. The coding sequence of the protein named AmBgl1-LP was cloned in the plasmid pET-28a and produced an enzyme which has a molecular mass of 53,7 kDa. The enzymatic assays showed that the enzyme was active with an optimum pH of 5.5, optimum temperature of 35 °C and had a Ki for glucose of 23 mM. The enzyme does not apparently perform transgycosylation, according to the assays for pNPβGlu substrate. Supposedly, AmBgl1-LP suffers inhibition by pNPβGlu on concentrations higher than 10 mM. The enzyme showed to be capable of hydrolyzing cellobiose, pNPβGal and pNPβFuc. Thus, the enzyme is promising for use in cocktails for degradation of biomass. / A metagenômica permite estudar diretamente o material genético presente em uma amostra ambiental e quando aliada à bioinformática possibilita explorar o papel de novos genes e proteínas. A constante diminuição na quantidade de combustíveis fósseis e seus efeitos na economia global e no meio ambiente têm acelerado as pesquisas sobre combustíveis alternativos como, por exemplo, o etanol de segunda geração, o qual pode ser obtido a partir de biomassa vegetal. No entanto, o processo necessita que o material lignocelulolítico seja hidrolisado previamente por enzimas, para o fornecimento de açúcares fermentescíveis. As β-glicosidases são enzimas que participam da etapa final de degradação de celulose em glicose e são, portanto, consideradas passo limitante no processo. Muitas β-glicosidases já foram descritas, entretanto ainda há o interesse em encontrar enzimas que sejam resistentes à inibição por glicose e que exerçam sua atividade em temperaturas mais baixas. Neste sentido, o presente trabalho tratou da busca por β-glicosidases da família GH1 utilizando sequências obtidas a partir de um estudo metagenômico de rios e lagos da Amazônia, realizado em nosso laboratório. Foram encontradas 3 fases abertas de leitura (ORFs) correspondentes à esta classe de enzimas e uma delas foi selecionada para ser produzida em E.coli de forma recombinante e ser caracterizada bioquimicamente. A sequência que codifica a proteína denominada AmBgl1-LP foi clonada em vetor pET-28a e expressa em E.coli, rendendo uma enzima com massa molecular de 53,7 kDa. Os ensaios de atividade enzimática revelaram que a enzima é ativa em pH ótimo de 5,5 e temperatura ótima de 35 °C. Além disso, a enzima possui um Ki para glicose de 23 mM. A enzima aparentemente não realiza transglicosilação, frente aos ensaios com o substrato pNPβGli. Aparentemente a enzima sofre inibição por este substrato em concentrações maiores que 10 mM. A AmBgl1-LP mostrou-se capaz de hidrolisar celobiose, além de pNPβGal e pNPβFuc. Desta forma, a enzima mostra-se promissora para utilização em coquetéis para degradação de biomassa.