Orientadores : Telma Teixeira Franco, Ines Conceição Roberto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-01T12:46:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mayerhoff_ZeaDuqueVieiraLuna_D.pdf: 4590505 bytes, checksum: 842e0391400f99be260f73db7efc30c8 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: A obtenção, extração e caracterização parcial da enzima xilose redutase (XR) presente no extrato celular da levedura Candida mogii NRRL Y-17032 cultivada em hidrolisado hemicelulósico de palha de arroz foram estudadas neste trabalho. A concentração de hidrolisado no meio de cultivo para a produção da XR foi avaliada, e os maiores valores de produção e produtividade específica (35 U/g de célula e 0,97 U/[g de célula. h], respectivamente) foram obtidos em fermentações empregando meio contendo 49,2 g xilose/l. As condições para atividade ótima da XR in vitro foram estudadas e a máxima atividade volumétrica (0,54 U/ml) foi obtida empregando pH de 6,5 e 38°C. No estudo da estabilidade, a atividade da XR permaneceu constante por 3 horas às temperaturas de 4 e 38°C, e por 4 meses sob congelamento a -18 oCo Os parâmetros cinéticos determinados para a XR foram Vmax = 0,485 U/ml e Km = 63 mM para a xilose e Vmax = 0,390 U/ml e Km = 0,032 mM para o cofator NADPH. Para o rompimento celular de C. mogii por agitação com esferas de vidro, a maior atividade volumétrica (0,683 U/ml) foi encontrada empregando esferas de 300 µm de diâmetro, concentração celular de 45 g/l e 50 ciclos de agitação. No estudo para extração da XR em sistemas de duas fases aquosas, modelos matemáticos foram previstos para o fator de purificação e o percentual de recuperação (rendimento) na fase superior, e os valores máximos previstos por estes modelos foram 1,59 e 105,8, respectivamente / Abstract: The obtainment, extraction and partial characterization of the enzyme xylose reductase (XR) present in cell extract of the yeast Candida mogii NRRL Y-17032 cultivated in rice straw hemicellulosic hydrolysate were studied in this work. The XR production was evaluated by varying the concentration of hydrolysate in the growth medium, and the highest values of production and specific productivity (35 U/g of cell and 0.97 U/[g of cell.h], respectively) were obtained in fermentations employing medium containing 49.2 9 xylose/l. The conditions for in vitro optimal XR activity were studied and the maximum volumetric activity (0.54 U/ml) was obtained employing pH 6.5 and 38°C. In the study of the stability, XR activity remained constant for 3 hours at temperatures of 4 and 38°C, and for 4 months at -18°C. The kinetic parameters determined for XR were Vmax = 0.485 U/ml and Km = 63 mM for xylose and Vmax = 0.390 U/ml and Km = 0.032 mM for the cofactor NADPH. For the disruption of C. mogii cells by mechanical agitation with glass beads, the highest volumetric activity (0.683 U/ml) was found employing 300 µm diameter beads, cell concentration of 45 g/l and 50 cycles of agitation. In the study for XR extraction in aqueous two-phase systems, mathematical models were predicted for the purification factor and percent recovery (yield) on top phase, and the maximum values predicted by these models were 1.59 and 105.8, respectively / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Ricardo Aparicio / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T20:32:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_MarceloLeitedos_D.pdf: 11878298 bytes, checksum: ee2390825183c2b5891dddf20f4e2509 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Nesta tese são apresentados os resultados da caracterização estrutural, principalmente por Cristalografia e Espalhamento de Raios X a Baixos Ângulos (SAXS), de importantes proteínas de venenos de serpentes e de semente de milho. Modelos estruturais foram obtidos para diferentes fosfolipases A2 (PLA2) de venenos, destacando-se dois modelos cristalográficos para uma PLA2 de Bothrops jararacussu resolvidos nos grupos de espaço P3121 e P212121, numa resolução máxima de 1,83 Å e 1,98 Å, cujos valores finais de Rfactor iguais a 19,7 % e 17,3 % (Rfree = 26,5 % e 23,8 %) foram obtidos, respectivamente. Ambos modelos apresentaram um inesperado fator de agregação plaquetária em seu sítio ativo e um interessante padrão pentagonal de moléculas de água altamente organizadas na superfície externa do canal hidrofóbico. Também foram recuperados envelopes de SAXS para uma PLA2 de Crotalus durissus cascavella, antes e após seu tratamento com naringina, que apresentaram uma nova configuração dimérica para fosfolipases A2 em solução e permitiram identificar o provável sítio de interação deste flavonóide. As proteínas de semente estudadas são aldose redutases (AR), as quais parecem estar envolvidas no metabolismo de sorbitol no milho. Esta mesma enzima em humanos está diretamente relacionada com complicações diabéticas em situações de hiperglicemia ao catalisar a conversão da glicose em excesso a sorbitol, que por sua vez é extremamente tóxico às células. Ao todo, seis modelos cristalográficos (apoenzima, complexos com cofatores enzimáticos e complexos ternários) foram obtidos para ARs específicas do embrião e endosperma. Dois destes modelos tiveram seu refinamento estrutural finalizado. O primeiro, para a apoenzima AKR4C7 do endosperma, apresentou valores finais de Rfactor e Rfree iguais a 16,6 % e 20,0 % a uma resolução máxima de 1,45 Å. O segundo, para o complexo da AKR4C13 do embrião com o cofator enzimático NADPH, convergiu para valores de Rfactor e Rfree iguais a 15,4 % e 18,9 % também a uma resolução máxima de 1,45 Å. Análises preliminares dos modelos cristalográficos das ARs de milho foram realizadas com intuito de investigar as possíveis razões para a existência de atividade catalítica frente ao sorbitol, mas não para glicose. De modo geral, as principais características estruturais destas e de ARs de outros organismos são conservadas, incluindo os resíduos do sítio ativo e suas conformações. Assim, mais estudos ainda são necessários até que se possa compreender as razões para a predileção ao sorbitol, em detrimento da glicose, pelas ARs da semente de milho / Abstract: This PhD thesis presents the results of a structural characterization of important proteins from snake venoms and maize seed mainly through Crystallography and Small-Angle X Ray Scattering (SAXS). Structural models were obtained for different phospholipases A2 (PLA2) from snake venoms, remarkably two crystallographic models for a PLA2 from Bothrops jararacussu in whose active site it was found an unexpected platelet aggregation factor and an interesting pattern of water clusters showing a highly organized pentagonal distribution that was found on the outside of the models¿ hydrophobic channel. Refined crystal structures were obtained at 1.98 Å and 1.83 Å resolution for crystals belonging to the space groups P212121 and P3121, showing crystallographic (Rfactor) and Rfree values of 17.3 % and 23.8 % for the space group P212121 and 19.7 % and 26.5 % for the space group P3121. SAXS envelopes for a PLA2 from Crotalus durissus cascavella treated and non-treated with naringin which allowed to identify possible flavonoid binding sites were also recovered. In addition, it was observed that C. d. cascavella dimers present a new extended configuration never seen before for phospholipases A2 in solution. The seed proteins studied are aldose reductases (AR) that seems to be related with sorbitol metabolism in maize. In humans, aldose reductases are straightly related with diabetic complications in hyperglycemic situations where the conversion of excess glucose to sorbitol induces serious cellular damage, since this product is extremely toxic to cells. Altogether, six crystallographic models for apoenzyme, complexes with enzymatic cofactors and ternary complexes were obtained for specific ARs from embryo and endosperm. The structural refinement for two of these models was already finished. The first model was obtained for the apoenzyme AKR4C7 from maize endosperm that presented Rfactor and Rfree values of 16,6 % and 20,0 %, respectively, at a maximum resolution of 1,45 Å. The second corresponds to the AKR4C13 from maize embryo complexed with the enzymatic cofactor NADPH for which crystallographic Rfactor of 15,4 % and Rfree of 18,9 %, at a maximum resolution of 1,45 Å, were obtained. Maize AR models were analyzed aiming at evaluate possible reasons for the lack of catalytic activity for glucose. In general, the main structural features of these ARs and from other organisms are conserved, including the active site residues and their conformations. Thereby, additional studies are still necessary to understand the reasons for the sorbitol preference over glucose in the enzimatic activity of maize aldose reductases / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Orientadores: Jose Andres Yunes, Paulo Arruda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-06T03:29:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_SylviaMoraisde_D.pdf: 2327103 bytes, checksum: 46b30ffc017a15b7cd82326bbf0adc53 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A análise do banco de ESTs de endosperma de milho (MAIZEST) revelou que o gene da sorbitol desidrogenase (SDH) é o transcrito mais abundante no início do desenvolvimento da semente (aos 10 dias após a polinização - DAP). A SDH cataliza a redução NADH-dependente da frutose em sorbitol ou a oxidação do sorbitol em frutose. Em Rosaceae esta enzima tem um importante papel na translocação do sorbitol das folhas para os frutos e no armazenamento da frutose nos frutos. A semente de milho, todavia, não acumula frutose nem sorbitol, que portanto, deve ser um metabólito intermediário. A atividade bioquímica da SDH de milho já havia sido caracterizada, porém não havia informações sobre sua estrutura genômica. Visando estudar o gene da SDH, a seqüência genômica completa foi seqüenciada. A região codificante da SDH mostrou-se muito conservada, o que não ocorre com as regiões não codificantes. Inclusive, ocorrendo uma perda de introns entre as diferentes espécies de plantas. Análises de Southem blot e isoenzima indicaram que há apenas um loeus de SDH em milho. As análises de Northem blot e atividade enzimática confirmaram que a expressão está restrita ao endosperma, e que começa logo após a polinização, I atingindo o ápice aos 15 DAP e caindo a níveis baixos aos 25 DAP. A localização enzimática in situ mostrou que a atividade está restrita ao endosperma amiláceo, mais especificamente na região basal da semente, próxima ao embrião. Os mutantes sugary1 e shrunken2, que acumulam mais açúcares, têm uma maior atividade de SDH. A injeção de até 150 mM de sacarose na semente de milho causou um aumento de atividade de SDH, confirmando os resultados obtidos com os mutantes. Esse aumento parece ser ao nível transcricional e ser regulado pelo intron 1. O intron 1 parece controlar não apenas à reposta a sacarose, mas também a resposta à hipoxia. O papel do sorbitol e da SDH nas sementes de milho em desenvolvimento parece ser crucial, porém permanece indefinido. O sorbitol é encontrado nos embriões de milho, apesar de não ter sido encontrada atividade da SDH. Além disso, foi demonstrado que os embriões conseguem se desenvolver tendo como única fonte de carbono o sorbitol. Foram encontrados ESTs no MAIZEST de um transportador de sorbitol no endosperma e de aldose redutase (AR), capaz de converter sorbitol em glicose, no embrião. Foi mostrado também que o sorbitol pode ser transportado do endosperma para o embrião. Desta forma, podemos sugerir a partir dos resultados que o sorbitol pode ser translocado do endosperma para o embrião pelo transportador de sorbitol e ser convertido em glicose pela AR no interior do embrião. Nossos resultados indicam que o sorbitol pode atuar de três maneiras; primeiro como um açúcar que é transportado de modo não vascular do endosperma para o embrião; segundo, como um metabólito intermediário; e terceiro, servindo como um escape para o excesso de NAD(P)H formado no interior hipóxico da semente. Os resultados apresentados nesta tese mostram um mecanismo inédito de interação metabólica entre o embrião e o endosperma, mediado pelo sorbitol, cuja síntese na semente, até então, era tida como um caminho "sem saída" / Abstract: At 10 DAP (days after pollinization) sorbitol dehydrogenase (SDH) was found to be the most abundant transcript, as depicted by the number of reads in the MAIZEST database. SDH catalyzes the NADH-dependent reduction of fructose to sorbitol or the oxidation of sorbitol to fructose. In Rosaceae, this enzyme has an important role in the sorbitol translocation from leaves to fruits and fructose storage in fruits. Maize endosperm, however, does not store fructose or sorbitol. The biochemical activity of SDH was already characterized, but there is no information about SDH genomic structure. Trying to understand better this gene we sequenced a complete genomic SDH sequence. Amino acid sequence comparisons showed SDH to be highly eonserved, but the non-coding sequences were not, and an intron loss has occurred among plant species. Southern blot and isoenzyme analyses indicated that there is only one SDH loeus in maize. Northern blot and enzyme activity analyses confirmed that SDH expression is restricted to the endosperm, starting early after pollinization, reaehing a peak at 15 DAP and decreasing to low levels after 25 DAP. The in situ loealization of SDH activity revealed that the enzyme is expressed ali over the amilaceous endosperm, more especifically in the basal region. Sugary1 and Shrunken2 mutants, that store more sugar, had a higher SDH activity. Upon injection of up to 150 mM of sucrose in maize ear SDH activity incresead, confirming the mutant's results. Sueh increase seemed to be at the transcriptionallevel and regulated by the first intron. The first intron seems to control not only sucrose, but also hypoxia response. The role of sorbitol in developing maize kernels is potentially pivotal, but remains undefined. Suerose arriving at the kernel base is metabolized into fructose, which can be converted to sorbitol by SDH. This is a highly active enzyme in maize endosperm, but not in embryos. Still, there is considerable sorbitol in maize embryos. We verified that embryos eould grow having only sorbitol as a carbon source. We have found sorbitol transporter ESTs in endosperm and aldose-reductase, which can convert sorbitol into glueose, ESTs in embryo. We also demonstrated that sorbitol can be transported into the embryo. So, we hypothesize that sorbitol can be translocated into the embryo by sorbitol transporters, and inside the embryo, AR may convert sorbitol into glucose. In summary, SDH activity and sorbitol synthesis may contribute in three critica I ways during seed development; first as a non-vascular transport sugar moving from endosperm to embryo; second, as an intermediate metabolite largely isolated frem sugar-signaling paths; and third, as a much-needed shuttle for excess NAD(P)H forming in the hypoxic kernel interior. The presented results showed a new mechanism of embryo-endosperm interaction, mediated by sorbitol, which was considered a dead end, until now / Doutorado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Doutor em Genetica e Biologia Molecular