Thesis (Ph.D)--Boston University / The purpose of the research was to investigate the action of prostatic acid phosphatase on a spectrum of physiologically significant phosphate esters under varying environmental conditions. The effects of varying pH, substrate concentration, and enzyme concentration, the influence of inhibitors, and the influence of time on enzymatic hydrolysis were studied with each substrate. The enzymes extracted from both normal and cancerous prostatic tissue were used in an attempt to discover any differences existing between enzymes. A survey of the literature was made. A historical review of the history of acid phosphatase, its distribution in animal tissues and the influence of experimental conditions on enzyme activity is included in the body of the dissertation. Little work has been done to investigate the action of acid phosphatases on physiologically significant substrates, and the comparison of normal and cancerous enzyme preparations from human tissues has attracted the attention of only several investigators. [TRUNCATED]

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Aluminum (Al) toxicity and phosphorus (P) deficiency often coexist in acid soils that severely limit crop growth and production, including potato (Solanum tuberosum). Understanding the physiological mechanisms relating to plant Al and P interactions should facilitate the development of more Al-tolerant and/or P-efficient crops. The objective of this study was to investigate if P- efficiency were related to Al-tolerance and if P- efficiency was related to acid phosphatase activity. Eight potato genotypes (SMIC148-A, Dakota Rose, S. microdontum, SMINIA793101-3, SMIB106-7, SMIF212-3, SMIG145-1 and SMIJ319-7) showing different responses and/or efficiency to P were grown in a nutrient solution (pH 4.0) with 0 and 200 mg Al L−1 and P-starvation. Based on shoot length, nutrient solution consumption, and total fresh and dry weight, the potato genotypes were classified as Al-tolerant (SMIF212-3 (more tolerant), SMIC148-A and S. microdontum), Al-intermediate (SMINIA793101-3 and SMIB106-7) and Al-sensitive (Dakota Rose, SMIJ319-7 (more sensitive) and SMIG145-1). The Al-tolerance in potato genotypes appears to be related to the increase in P concentration in the tissues. The Al tolerance in genotypes (SMIC148-A and S. microdontum) might be associated with higher tissue Al immobilization due to the higher tissue P content, mainly in the leaves. The Al sensitivity in the potato genotypes under P-starvation condition was associated with decreasing P utilization and translocation efficiencies. Furthermore, the increase of Al accumulation affected the rate of uptake and distribution of nutrients in the different plant parts (roots, stem, leaf, stolon and tuber) of potato genotypes. The Al-tolerance in the SMIC148-A, S. microdontum and SMIF212-3 genotypes may be connected with highest levels of nutrients in the roots and leaves. Among the eight previously analyzed genotypes, four genotypes with contrasting Al-tolerance and P-efficiency/or responsive (Al-tolerant: SMIC148-A [NER] and SMIF212-3 [ENR]; Al-sensitive: Dakota Rose [ER] and SMIG145-1 [NENR]) were utilized to investigate the effects of Al-P interactions. Potato genotypes were grown in a nutrient solution (pH 4.0) with 0, 25 and 125 μM P and 0 or 200 mg Al L−1. In this second experiment the P supply did not influence on Al tolerance response. In both experiments, it was not observed a straight relationship between tissues APase activities and P utilization efficiency (PUE). With the objective of checking whether Al oxidative stress differs in potato genotypes, Dakota Rose (Al-sensitive) and SMIC148-A (Al-tolerant), which present distinct degrees of Al- avoidance, were cultivated in a split root system for seven days with five treatments of varying concentrations and locations of Al. In general, the Al exposure caused a reduction in growth parameters in both Al-tolerant and Al-sensitive genotypes. Furthermore, it was observed an increase in Al concentration in both Al-treated and Al-untreated root half. In both genotypes was observed decrease in the P concentration in the Al-treated root half, however, in the Al-untreated root half was observed an increased in the P concentration, mainly in the Al-tolerant genotype. In both genotypes was observed an increase in the P concentration in stem in all Al treatments, however, only in the Al-tolerant genotype was observed an increased in the leaf P concentration. In addition, in the Al-tolerant genotype the biochemistry parameters were lower affected than Al-sensitive genotype. In Al-tolerant genotype was observed an increase in the total chlorophyll and carotenoids concentration whereas in the Al-sensitive genotype was observed a decrease with Al exposure. In Al-sensitive genotype was observed an increased in the leaf and root lipid peroxidation in plants exposed at higher Al treatments. On the other hand, in the Al-tolerant genotype was not observed increase in the plants exposed at higher Al treatments. However, this difference between potato genotypes can be not related to antioxidant enzymes activities. In both genotypes, in general, the Al exposure caused a decreased in the root APX activity, an increased in the GPX activity and a slight increased in CAT activity. On the other hand, the Al-tolerance in the SMIC148-A can be associated to lower Al translocation for leaf mainly in the plants only one root half was exposed at Al and the higher ability this genotype in the remobilization P from Al-treated to Al-untreated root half. / A toxicidade do alumínio (Al) e a deficiência de fósforo (P) frequentemente coexistem em solos ácidos, sendo fatores limitantes para o crescimento e produção das plantas, incluindo a batata (Solanum tuberosum). A compreensão dos mecanismos fisiológicos relacionados à interação entre Al e P pode facilitar a obtenção de genótipos mais tolerantes ao Al e/ou eficientes no uso de P. O objetivo deste estudo foi verificar se genótipos eficientes no uso de P são tolerantes ao Al e se essa eficiência está vinculada à atividade de fosfatases ácidas. Oito genótipos de batata (SMIC148-A, Dakota Rose, Solanum microdontum, SMINIA793101-3, SMIB106-7, SMIF212-3, SMIJ319-7 e SMIG145-1), demostrando diferentes respostas ao P e/ou eficiência no uso de P foram cultivados em solução nutritiva (pH 4,0) com 0 e 200 mg de Al L−1 na ausência de P. Através da avaliação de diferentes parâmetros de crescimento, como comprimento da parte aérea, consumo de solução nutritiva, e massa fresca e seca total, os genótipos de batata foram classificados como tolerantes (SMIF212-3 (mais tolerante), SMIC148-A e S. microdontum), intermédiarios (SMINIA793101-3 e SMIB106-7) e sensíveis (Dakota Rose , SMIJ319-7 (mais sensível) e SMIG145-1) ao Al. A tolerância ao Al nos genótipos de batata parece estar relacionada com o aumento da concentração de P nos tecidos. Nos genótipos tolerantes ao Al (SMIC148-A e S. microdontum) foi verificado um aumento na concentração de P com o aumento da concentração de Al, principalmente nas folhas. A sensibilidade ao Al em genótipos de batata sob deficiência de P pode estar associada ao decréscimo na eficiência de utilização e translocação do P. Além disso, o aumento da concentração de Al afetou a taxa de absorção e distribuição dos nutrientes nas diferentes partes das plantas (raízes, caule, folhas, estolões e tubérculos). A tolerância ao Al nos genótipos SMIC148-A, S. microdontum e SMIF212-3 pode estar relacionada aos maiores níveis de nutrientes nas raízes e folhas. Entre os oito genótipos analisados anteriormente, quatro genótipos contrastantes quanto à tolerância ao Al e eficiência ao P (tolerante ao Al: SMIC148-A [NER] e SMIF212-3 [ENR]; sensível ao Al: Dakota Rose [ER] e SMIJ319-7 [NENR]) foram selecionados e utilizados para verificar os efeitos da interação entre Al e P. Os genótipos de batata foram cultivados em solução nutritiva (pH 4,0) com 0, 25 e 125 μM P e 0 ou 200 mg de Al L−1. Em geral, o aumento da concentração de P não influenciou na tolerância ao Al. Em ambos os experimentos, a atividade da fosfatase ácida não foi correlacionada à eficiência no uso do P. Com o objetivo de checar se o estresse oxidativo provocado pelo Al difere entre os genótipos Dakota Rose (sensível ao Al) e SMIC148-A (tolerante ao Al), os quais apresentam distinto grau de escape ao Al, foram cultivados em sistema de raízes divididas por sete dias, com cinco tratamentos de variação de concentração e localização de Al. De modo geral, a exposição ao Al causou uma redução nos parâmetros de crescimento tanto no genótipo tolerante quanto no sensível. Além disso, foi observado aumento na concentração de Al tanto na metade da raiz exposta quanto na metade da raiz não exposta ao Al. Em ambos os genótipos foi observado decréscimo na concentração de P na metade da raiz tratada com Al, contudo na metade da raiz não exposta ao Al foi observado aumento na concentração de P, principalmente no genótipo tolerante. Tanto no genótipo sensível quanto no genótipo tolerante ocorreu aumento da concentração de P no caule em plantas expostas ao Al, contudo, somente no genótipo tolerante observou-se aumento na concentração de P na folha. Além disso, no genótipo tolerante, os parâmetros bioquímicos avaliados foram menos afetados pelo Al do que no genótipo sensível. No genótipo tolerante foi observado aumento da concentração de clorofilas e carotenóides, enquanto que, no genótipo sensível foi observado decréscimo com a exposição ao Al. No genótipo sensível foi observado aumento da peroxidação lipídica nas raízes e folhas de plantas expostas às maiores doses de Al. Entretanto, no genótipo tolerante a mesma resposta não foi observada. Essas diferenças entre os genótipos não poderam ser associadas à atividade das enzimas antioxidantes. Tanto no genótipo tolerante quanto no sensível a exposição ao Al aumentou a atividade da POD e, de modo geral, promoveu um ligeiro aumento na atividade da CAT e diminuiu a atividade da APX na raiz. Por outro lado, a tolerância ao Al no genótipo SMIC148-A pode estar associada à menor translocação de Al para as folhas principalmente em plantas onde somente metade da raiz foi exposta ao Al e à maior habilidade de remobilização do P de raízes expostas ao Al para as raízes não expostas.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Aluminum (Al) is the most abundant metal in the earth s crust, affecting thegrowth and development of plants. The objective of this work was to investigate and compare biochemical and physiological responses of potato clones, Macaca, SMIC148-A, Dakota Rose and Solanum microdontum, exposed to 0, 50, 100, 150 and 200 mg Al L-1 in nutrient solution (pH 4.0). After 7 days, Al content in roots was on average 3.9, 2.8, 3.6, and 3.7 fold greater than in shoot, in Macaca, S. microdontum, SMIC148-A and Dakota Rose clones, respectively. Based on the relative root growth, the S. microdontum and SMIC148-A were considered Al-tolerant while Macaca and Dakota Rose were considered Al-sensitive. Inhibition in shoot growth was observed only in Macaca clone. After 7 d of Al exposure, several biochemical parameters were affected, mainly in Al-sensitive clones, such as increased H2O2 concentration, catalase (CAT) activity and lipid peroxidation, and decreased chlorophyll and carotenoid content. In addition, zinc (Zn), manganese (Mn), iron (Fe) and copper (Cu) concentrations were higher in roots than in shoot of all potato clones tested. An increase in the concentration of most of the micronutrients analyzed was observed only in S. microdontum, while a decrease was observed in Macaca, SMIC148-A and Dakota Rose. Macaca, SMIC148-A, Dakota Rose and S. microdontum were grown in vitro, in hydroponics or in greenhouse to evaluate the effect of Al on the in vitro activity of acid phosphatases (APases). In plantlets grown in vitro, root APases were inhibited by Al in all clones, while shoot APases were inhibited by Al in S. microdontum and Dakota Rose and increased in Macaca at all Al levels. In plantlets grown in hydroponics, root APases increased in Macaca at 50 mg L-1, but decreased at all Al levels in S. microdontum. In greenhouse plantlets, root APases were reduced at 200 mg L-1 in S. microdontum and SMIC148- A, and at 100, 150 and 200 mg L-1 in Dakota Rose. Shoot APases were reduced in Macaca and SMIC148-A. Conversely, in Dakota Rose, APases increased at 50 and 100 mg L-1. Macaca (Al-sensitive) and SMIC148-A (Al-tolerant) clones were utilized in another experiment with the objective of evaluating whether the oxidative stress caused by Al is an early symptom than can trigger root growth inhibition. At 24, 72, 120 and 168 hours after Al addition, root growth inhibition and lipid peroxidation was observed only for the Al-sensitive clone. In the Al-tolerant clone, there was always at least one component of the antioxidant system protecting the plant against Al stress, which did not occur in the Al-sensitive clone. With the objective of checking whether Al oxidative stress differs in potato clones, Macaca (Al-sensitive) and SMIC148-A (Altolerant), which present distinct degrees of Al- avoidance, were cultivated in a splitroot system for 10 days with five treatments of varying concentrations and locations of Al. At 200 mg Al L-1, a significant decrease in chlorophyll concentration and increase in protein oxidation was observed only for Macaca. At 200 mg L-1 supplied to half of the root system, shoot H2O2 concentration was lower than that with both root halves treated by 100 mg L-1. Shoot lipid peroxidation in Macaca increased with increasing Al supply. In SMIC148-A, plants treated with 100 and 200 mg Al L-1 in only one root half showed lower shoot lipid peroxidation. The 200 half of 0/200 plants presented significantly greater lipid peroxidation than the half untreated by Al, mainly in Macaca. At 100 mg Al L-1 supplied to both root halves, Macaca showed an inefficient tolerance response, based on CAT activity, protein oxidation, lipid peroxidation, H2O2 concentration and APase activity. These results show that SMIC148-A, even though presenting lower Al-avoidance than Macaca, showed a stronger local and systemic antioxidant response to Al supply. Therefore, potato clones differed in their expression of antioxidant responses in terms of amount and type, suggesting that oxidative stress is an important mechanism for Al toxicity, mainly in Al-sensitive clones. This toxicity depends not only on Al availability but also on the clone and the growth system. In addition, it was observed that the adverse effects of Al do not disappear when part of the root system is not in contact with Al, mainly in the Al-sensitive clone. / O alumínio (Al) é o metal mais abundante na crosta terrestre, afetando o crescimento e desenvolvimento das plantas. O objetivo deste trabalho foi investigar e comparar respostas bioquímicas e fisiológicas de clones de batata, Macaca, SMIC148-A, Dakota Rose e Solanum microdontum, expostos a 0, 50, 100, 150 e 200 mg Al L-1 em solução nutritiva (pH 4,0). Após sete dias, o conteúdo de Al foi em média 3,9, 2,8, 3,6 e 3,7 vezes maior nas raízes que na parte aérea nos clones Macaca, S. microdontum, SMIC148-A e Dakota Rose, respectivamente. Baseado no crescimento relativo da raiz, S. microdontum e SMIC148-A foram considerados tolerantes ao Al e Macaca e Dakota Rose sensíveis ao Al. Foi observado inibição no crescimento da parte aérea somente no clone Macaca. Vários parâmetros bioquímicos foram afetados, principalmente nos clones sensíveis ao Al, como o aumento na concentração de H2O2, a atividade da catalase (CAT) e a peroxidação lipídica, e a redução no conteúdo de clorofila e carotenóides. A concentração de zinco, manganês, ferro e cobre foi maior nas raízes que na parte aérea em todos os clones. Um aumento na concentração desses micronutrientes foi observado somente no clone S. microdontum, enquanto uma redução foi observada nos clones Macaca, SMIC148-A e Dakota Rose com o suprimento de Al. Com o objetivo de analisar o efeito do Al na atividade in vitro de fosfatases ácidas (APases), os quatro clones de batata cresceram in vitro, em hidroponia ou em casa de vegetação. Em plântulas in vitro, APases de raízes foram inibidas por Al em S. microdontum e Dakota Rose e ativadas em Macaca em todos os níveis de Al. Em plântulas de hidroponia, APases de raízes aumentaram em Macaca em 50 mg L-1, enquanto diminuíram em S. microdontum em todos os níveis de Al. Em plântulas de casa de vegetação, APases de raízes foram inibidas em 200 mg L-1 em S. microdontum e SMIC148-A, e em 100, 150 e 200 mg L-1 em Dakota Rose. APases de parte aérea foram inibidas em Macaca e SMIC148-A e ativadas em 50 e 100 mg L-1 Dakota Rose. Os clones Macaca (sensível ao Al) e SMIC148-A (tolerante ao Al) foram utilizados em um outro experimento com o objetivo de analisar se o estresse oxidativo causado por Al é um sintoma primário que pode desencadear inibição do crescimento da raiz. Em 24, 72, 120 e 168 horas após a adição de Al, foi observado inibição do crescimento da raiz e peroxidação lipídica somente no clone sensível ao Al. No clone tolerante, há sempre pelo menos um componente do sistema antioxidante protegendo as plantas do estresse de Al, o mesmo não acontecendo com o clone sensível. Com o objetivo de checar se o estresse oxidativo provocado pelo Al difere entre os clones, Macaca (sensível ao Al) e SMIC148-A (tolerante ao Al), os quais apresentam distinto grau de escape ao Al, esses clones foram cultivados em sistema de raízes divididas por 10 dias, com cinco tratamentos de variação de concentração e localização de Al. Em 200 mg Al L-1, uma redução na concentração de clorofila e aumento na oxidação de proteínas foi observada somente na Macaca. Na presença de 200 mg L-1 em metade do sistema radicular, a concentração de H2O2 na parte aérea foi menor que com ambas as metades da raiz tratadas com 100 mg L-1. A peroxidação lipídica na parte aérea aumentou com o aumento do suprimento de Al na Macaca, enquanto foi menor em plantas tratadas com 100 e 200 mg Al L-1 em somente metade do sistema radicular em SMIC148-A. Quando ambas as metades da raiz foram tratadas com 100 mg Al L-1, Macaca apresentou resposta de tolerância ineficiente, baseado na atividade da CAT, oxidação protéica, peroxidação lipídica, concentração de H2O2 e atividade de APases. Esses resultados mostram que o SMIC148-A, embora apresentou menor reação de escape ao Al que a Macaca, mostrou uma resposta antioxidante local e sistêmica mais eficiente frente ao suprimento de Al. Portanto, os clones Macaca e SMIC148-A diferiram na expressão da quantidade e tipo de antioxidante, sugerindo que o estresse oxidativo pode ser um importante mecanismo para toxicidade de Al, principalmente nos clones sensíveis ao metal. Esta toxicidade depende não somente da disponibilidade de Al, mas também do clone e do sistema de crescimento. Além disso, os efeitos adversos do Al não desaparecem quando parte do sistema radicular não está em contato com o Al, principalmente no clone sensível ao alumínio.