Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-05-25T15:33:13Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1927044 bytes, checksum: 3a5d284047c496c1cb8d2477a22f00fe (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-25T15:33:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1927044 bytes, checksum: 3a5d284047c496c1cb8d2477a22f00fe (MD5) Previous issue date: 2017-03-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Micelas de caseína (MCs) são estruturas supramoleculares naturais presentes no leite. Seu diâmetro hidrodinâmico médio é de 200 nm e apresenta um núcleo hidrofóbico e uma membrana hidrofílica. MCs podem ser usadas como nanocarreadores naturais para liberar várias moléculas de interesse. Apesar das MCs serem bastante estáveis ao calor, sua estrutura é altamente sensível a mudanças iônicas especialmente em pH ácido. Um interessante método para estabilizar a estrutura da caseína consiste na sua reticulação pela união de moléculas de caseínas por meio de ligações covalentes. Neste contexto, o objetivo desse presente trabalho é investigar a estabilidade de MCs reticuladas sob diferentes pHs, agentes dissociadores, temperatura e condições alcóolicas. Assim, verificar o seu potencial como nanocarreador para aprisionar cianidina-3-O- glicosídeo (C3G), um antocianina presente em várias frutas brasileiras que apresenta diversificada propriedade bioativa em condições ácidas. Dois agentes reticuladores foram avaliados: genipina (GP) e transglutaminase (Tgase). Nós apresentamos um estudo comparativo da estabilidade entre MCs nativas e MCs reticuladas com GP ou Tgase em função do pH. A estabilidade em diferentes temperaturas e concentrações de etanol foram investigadas em uma faixa de pH entre 2,0 - 7,0 e os resultados apresentaram que a reação de reticulação estabilizou as MCs sob as condições testadas. No entanto, GP não é reconhecida como GRAS (segura para aplicação em alimentos) a pesquisas adicionais sobre sua toxicidade devem ser requeridas para implementar o seu uso como reticulador em alimentos. Por essa razão, na segunda parte do nosso trabalho, nós restringimos somente nas MCs reticuladas com Tgase com a perspectiva do seu uso em aplicações alimentícias. Primeiramente nós investigamos sobre a possibilidade de interação entre as moléculas de caseína e C3G em condições ácida (pH 2,0) e neutra (pH 7,0). Desta forma, o uso de MCs reticuladas por Tgase como nanocarreadores de C3Ga pH 2,0 e a pH 7,0 foram exploradas. A constante de ligação tão bem quanto as forças dirigentes a diferentes valores de pH foram determinadas por meio de análises termodinâmicas a diferentes temperaturas. A pH 2,0, a associação hidrofóbica dirigiu as interações entre a caseína e C3G, enquanto a pH 7,0, as interações eletrostáticas são as forças dirigentes dominantes. MCs reticulada com Tgase não afeta as interações entre C3G e as caseínas significando que elas podem ser usadas como eficientes nanocarreadores para antocianinas como a C3G em condições ácidas. / Casein micelles (CMs) are natural supramolecular assemblies present in milk. Their average hydrodynamic diameter is about 200nm and they present a hydrophobic core and a hydrophilic shell. CMscan be used as natural nanocarriers to deliver various moleculesof interest. Although CMs are quite stable against heat, their structure is highly sensitive to ionic changes, especially at acid pH. An interesting method to stabilize casein structure consists on itscross-linking, by joining casein molecules through covalent bonds.In this context, the objective of the present work is first to investigate the stability of cross-linked CMs under different pH, dissociating agents, temperature, and ethanol conditions. Then, verify their potential use as nanocarrier for entrapped cyanidine-3-O-glucoside (C3G), an anthocyanin present in several Brazilian’s fruits, that shows diverse bioactive properties in acid conditions. Two cross-linking agents were evaluated: genipin (GP) and transglutaminase (Tgase). We present a comparative study of the stability between native CMs and CMs cross-linked with GP or Tgase as a function of pH. Stabilities at different temperatures and ethanol concentrations were investigated in a pH range between 7.0 – 2.0 and results showed that the cross-linkingreaction stabilized CMs under the conditions tested.However, GP is not recognized as GRAS (safe for food applications) and further researches on toxicity would be required to implement their use as a food-grade cross-linker. For this reason, in the second part of our work, we focalize only on Tgase cross-linked CMswith perspectives of using it for food applications.Firstly we investigated on the possible interaction between casein molecules and C3G under acidic (pH 2.0) and neutral (pH 7.0) conditions. Then, the use of Tgasecross-linked CMs as nanocarrier for C3G at pH 2.0 and at pH 7.0 was explored. Binding constant as well as driving forces at different pH values were determined by thermodynamic analysis at different temperatures. At pH 2.0, hydrophobic association drive the interactions between caseins and C3G, whereas at pH 7.0, electrostatic interactions are the dominant binding forces. CMs Cross-linking by Tgase don’t affect the interactions between C3G and caseins meaning it can be used as efficient nanocarriers for anthocyanins such as C3G under acid conditions.

Diversas características interferem na aceitabilidade de variedades de feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.) no mercado consumidor, como o brilho do tegumento. Geralmente, o feijão com brilho é rejeitado para consumo, pois apresenta difícil cozimento. No entanto, o brilho pode conferir resistência ao ataque de insetos e patógenos à semente, podendo constituir uma vantagem para o melhoramento do feijão. A presença de brilho é devida à expressão do gene Asp (Asper) na forma alélica dominante. Genótipos aspasp, portanto, apresentam tegumento opaco. Outro gene, J (Joker), interfere na expressão da característica, de modo que o alelo recessivo j diminui a intensidade do brilho e altera a coloração do tegumento. J é considerado o precursor de polifenois denominados pró-antocianidinas. Na presença j estes compostos não são sintetizados. No presente trabalho foram genotipadas variedades de feijoeiro crioulas [Serro Azul Brilhante (SAB - tegumento brilhante) e Fosco (SAF - tegumento opaco) e Puebla-152 (P-152 - brilhante)] e a cultivar Diamante Negro (DN - opaco), contrastantes para o brilho do tegumento. Análises fenotípicas, morfológicas e bioquímicas permitiram inferir os genótipos das variedades e avaliar a segregação do brilho em populações derivadas de cruzamentos entre contrastantes: SAF x SAB e P-152 x DN. Os resultados mostraram que as variedades não variam para J, apenas para Asp, sendo que SAB e P-152 carregam Asp e SAF e DN o alelo asp. Em todos os cruzamentos a segregação foi de três brilhantes (Asp) para um opaco (asp) na geração F2 e de cinco brilhantes para três opacos em F3. A partir dos resultados, as variedades foram contrastadas por meio de marcadores de AFLP, analisando-se a similaridade genética e identificando-se bandas diferenciadoras entre as mesmas. A partir disso, foi empregada a metodologia de Bulk Segregant Analysis na população F2 de P-152 x DN, para encontrar marcadores AFLP candidatos ao mapeamento do brilho. Foram encontrados marcadores associados que, no entanto, revelaram serem falsos positivos. Análises utilizando marcadores microssatélites ou análises bioinformáticas de sintenia com a soja poderiam ser realizadas, visando detectar marcadores precisamente ligados à característica / Several characteristics interfere in acceptability of common bean varieties (Phaseolus vulgaris L.) by consumers, like seed coat shininess. Generally, varieties with shiny seed coat are rejected by consumers due to their difficult cooking. However, shininess could confer resistance to insects attak and also pathogens to the seed, giving an advantage for this trait in common bean breeding. The presence of shininess is due the expression of the Asp (Asper) gene in the dominant allelic form. Other gene, J (Joker), interferes on the expression of this characteristic, with j conditioning a less shiny seed coat and changing seed coat color. J is considered the precursor of a class of polyfenols called pro-anthocyanidins. In the presence of j these compounds are not synthesized. In the present work we genotyped common bean landraces [Shiny Serro Azul (SAB shiny seed coat) and Dull Serro Azul (SAF dull seed coat) and Puebla-152 (P-152 shiny)] and the cultivar Diamante Negro (DN dull), contrasting for seed coat shininess. Phenotypic, morphological and biochemical analyses allowed to genotype all varieties and evaluate the segregation of shinines in populations derived from crosses between contrasting genotypes: SAF x SAB and P-152 x DN. Results showed that varieties do not vary for J, only for Asp. SAB and P-152 carry Asp and SAF and DN carry asp. In all crosses segregation was of three shiny (Asp) for one opaque (asp) in F2 and of five shiny for three dull in F3. Based on the results, all varities were contrasted by AFLP markers, analyzing genetic similarity and identifying differencial bands among all of them. Further it was used the Bulk Segregant Analysis method in population F2 of the cross P-152 x DN, aiming to find candidate AFLP markers for shininess mapping. We found markers associated but they revealed to be false positives. Further analyses using microsatellite markers or sinteny comparisons with soybean genome could be done, aiming to find specific markers linked to this trait

Diversas características interferem na aceitabilidade de variedades de feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.) no mercado consumidor, como o brilho do tegumento. Geralmente, o feijão com brilho é rejeitado para consumo, pois apresenta difícil cozimento. No entanto, o brilho pode conferir resistência ao ataque de insetos e patógenos à semente, podendo constituir uma vantagem para o melhoramento do feijão. A presença de brilho é devida à expressão do gene Asp (Asper) na forma alélica dominante. Genótipos aspasp, portanto, apresentam tegumento opaco. Outro gene, J (Joker), interfere na expressão da característica, de modo que o alelo recessivo j diminui a intensidade do brilho e altera a coloração do tegumento. J é considerado o precursor de polifenois denominados pró-antocianidinas. Na presença j estes compostos não são sintetizados. No presente trabalho foram genotipadas variedades de feijoeiro crioulas [Serro Azul Brilhante (SAB - tegumento brilhante) e Fosco (SAF - tegumento opaco) e Puebla-152 (P-152 - brilhante)] e a cultivar Diamante Negro (DN - opaco), contrastantes para o brilho do tegumento. Análises fenotípicas, morfológicas e bioquímicas permitiram inferir os genótipos das variedades e avaliar a segregação do brilho em populações derivadas de cruzamentos entre contrastantes: SAF x SAB e P-152 x DN. Os resultados mostraram que as variedades não variam para J, apenas para Asp, sendo que SAB e P-152 carregam Asp e SAF e DN o alelo asp. Em todos os cruzamentos a segregação foi de três brilhantes (Asp) para um opaco (asp) na geração F2 e de cinco brilhantes para três opacos em F3. A partir dos resultados, as variedades foram contrastadas por meio de marcadores de AFLP, analisando-se a similaridade genética e identificando-se bandas diferenciadoras entre as mesmas. A partir disso, foi empregada a metodologia de Bulk Segregant Analysis na população F2 de P-152 x DN, para encontrar marcadores AFLP candidatos ao mapeamento do brilho. Foram encontrados marcadores associados que, no entanto, revelaram serem falsos positivos. Análises utilizando marcadores microssatélites ou análises bioinformáticas de sintenia com a soja poderiam ser realizadas, visando detectar marcadores precisamente ligados à característica / Several characteristics interfere in acceptability of common bean varieties (Phaseolus vulgaris L.) by consumers, like seed coat shininess. Generally, varieties with shiny seed coat are rejected by consumers due to their difficult cooking. However, shininess could confer resistance to insects attak and also pathogens to the seed, giving an advantage for this trait in common bean breeding. The presence of shininess is due the expression of the Asp (Asper) gene in the dominant allelic form. Other gene, J (Joker), interferes on the expression of this characteristic, with j conditioning a less shiny seed coat and changing seed coat color. J is considered the precursor of a class of polyfenols called pro-anthocyanidins. In the presence of j these compounds are not synthesized. In the present work we genotyped common bean landraces [Shiny Serro Azul (SAB shiny seed coat) and Dull Serro Azul (SAF dull seed coat) and Puebla-152 (P-152 shiny)] and the cultivar Diamante Negro (DN dull), contrasting for seed coat shininess. Phenotypic, morphological and biochemical analyses allowed to genotype all varieties and evaluate the segregation of shinines in populations derived from crosses between contrasting genotypes: SAF x SAB and P-152 x DN. Results showed that varieties do not vary for J, only for Asp. SAB and P-152 carry Asp and SAF and DN carry asp. In all crosses segregation was of three shiny (Asp) for one opaque (asp) in F2 and of five shiny for three dull in F3. Based on the results, all varities were contrasted by AFLP markers, analyzing genetic similarity and identifying differencial bands among all of them. Further it was used the Bulk Segregant Analysis method in population F2 of the cross P-152 x DN, aiming to find candidate AFLP markers for shininess mapping. We found markers associated but they revealed to be false positives. Further analyses using microsatellite markers or sinteny comparisons with soybean genome could be done, aiming to find specific markers linked to this trait

A natureza das ligações de hidrogênio e a influência destas interações na estrutura eletrônica de complexos neutros, catiônicos, aniônicos e radicalares foi estudada utilizando-se análises geométricas, energéticas, eletrônicas e topológicas. Inicialmente, verificaram-se alterações na aromaticidade do cátion pirílio após a complexação com uma a três moléculas de água. Tais complexos foram ainda estudados em meio reacional com constante dielétrica igual a da água com o emprego do modelo PCM (Polarizable Continuum Model). Adicionalmente, os efeitos da hidroxilação na estrutura eletrônica dos cátions benzopirílio e flavílio foram considerados. Posteriormente, analisaram-se os efeitos das fortes ligações de hidrogênio na ressonância do grupo carboxila em complexos formados entre o radical hidroperoxil e os ácidos fórmico, acético e trifluoroacético. Como extensão desse trabalho, estudos envolvendo complexos obtidos com e sem restrições na otimização de geometria possibilitaram obter informações a respeito da ressonância dos grupos carboxila e carboxilato quando o fluoreto de hidrogênio interage linear ou perpendicularmente com todos os átomos do ácido fórmico e do ânion formiato. O desenvolvimento das atividades supracitadas compreendeu a análise da função de onda pelos métodos NBO (Natural Bond Orbital), NSA (Natural Steric Analysis), NRT (Natural Resonance Theory) e AIM (Atoms in Molecules). As alterações em parâmetros geométricos e nas cargas atômicas foram consideradas. Uma análise energética foi realizada com o emprego do método de decomposição de energia proposto por Xantheas. As freqüências vibracionais e a intensidade das bandas do estiramento do grupo X-H, doador da ligação de hidrogênio, foram analisadas. As densidades de spin para os complexos radicalares também foram obtidas. A influência das ligações de hidrogênio e o efeito do substituinte na aromaticidade dos cátions foram verificados com o emprego dos métodos e índices NICS (Nucleus Independent Chemical Shifts), HOMA (Harmonic Oscillator Model of Aromaticity), HOSE (Harmonic Oscillator Stabilization Energy) e PDI (para-Delocalization Index). Os cálculos foram efetuados com os modelos B3LYP/6-31+G(d,p), B3LYP/6-311++G(3df,3pd) e UB3LYP/6-311++G(3df,3pd). Ocasionalmente, outras funções de base (EPR-III e cc-pVDZ), assim como o método MP2, foram utilizados para testar a confiabilidade dos resultados obtidos. As interações intermoleculares pouco alteraram a estrutura eletrônica e a aromaticidade do cátion pirílio. Analogamente, a substituição de um átomo de hidrogênio por um grupo hidroxila em diversas posições dos cátions benzopirílio e flavílio também não provocou modificações muito significativas na estrutura eletrônica desses cátions, embora tenha se verificado uma dependência da aromaticidade com a posição da hidroxila. Por outro lado, a distorção geométrica associada às ligações de hidrogênio foram responsáveis pelo incremento ou diminuição da ressonância do grupo carboxila nos ácidos fórmico, acético, trifluoroacético e do grupo carboxilato no ânion formiato. Os efeitos dos grupos doador e sacador de elétrons na estabilização dos complexos radicalares foram evidenciados. Adicionalmente, pode-se atribuir um caráter covalente parcial em algumas ligações de hidrogênio. / The nature of hydrogen bonds and their influence on electronic structure of neutral, cationic, anionic, and radical complexes was studied by using geometric, energetic, electronic, and topological analysis. The changes in aromaticity of the pyrylium cation upon complexation with one up to three water molecules were investigated. The PCM (Polarizable Continuum Model) model was employed to study the pyrylium-water complexes in a water reaction medium. In addition, the effects of hydroxylation on electronic structure of the benzopyrylium and flavilium cations were also considered. In addition, the effects of strong hydrogen bonds on carboxyl group resonance in the complexes formed between the hydroperoxyl radical and formic, acetic, and trifluoroacetic acids were analyzed. In extension of this work, studies including complexes, obtained with and without geometric restrictions, provided information about the resonance of the carboxyl and carboxylate groups when the hydrogen fluoride interacts, linear or perpendicularly, with all atoms of formic acid and formate anion. The analysis of the wavefunction by using NBO (Natural Bond Orbital), NSA (Natural Steric Analysis), NRT (Natural Resonance Theory), and AIM (Atoms in Molecules) methods was necessary to the development of the above mentioned activities. The changes in geometric parameters and atomic charges were also considered. An energetic analysis of complexes was done with the energy decomposition method proposed by Xantheas. The vibrational frequencies and the intensity of the X-H (hydrogen bond donor group) stretching bands were studied. The spin densities for the radical complexes were also obtained. The Nucleus Independent Chemical Shifts (NICS), Harmonic Oscillator Model of Aromaticity (HOMA), HOSE (Harmonic Oscillator Stabilization Energy), and PDI (para-Delocalization Index) aromaticity criteria were employed to verify the hydrogen bond influence and the effect of hydroxylation in the aromaticity of the cations. The calculations were carried out by using B3LYP/6-31+G(d,p), B3LYP/6-311++G(3df,3pd), and UB3LYP/6-311++G(3df,3pd) models. Occasionally, other basis set (EPR-III and cc-pVDZ), as well as the MP2 method, were applied to test the accuracy of the results. The intermolecular interactions lead to small alterations in the electronic structure and aromaticity of pyrylium cation. Similarly, the substitution at different positions of the benzopyrylium and flavilium cations by a hydroxyl group does not cause significant changes in the electronic structure of these cations. However, a dependence of the hydroxyl group position on aromaticity was observed. On the other hand, for formic, acetic, trifluoroacetic acids, as well as for the formate anion, the resonance of the carboxyl and carboxylate groups is affected not only by the geometric distortions but also by the hydrogen bonds. The effects of the electron-donating and electron-withdrawing groups in the stabilization of radical complexes were characterized. Furthermore, a partial covalent character can be attributed to some hydrogen bonds.

A natureza das ligações de hidrogênio e a influência destas interações na estrutura eletrônica de complexos neutros, catiônicos, aniônicos e radicalares foi estudada utilizando-se análises geométricas, energéticas, eletrônicas e topológicas. Inicialmente, verificaram-se alterações na aromaticidade do cátion pirílio após a complexação com uma a três moléculas de água. Tais complexos foram ainda estudados em meio reacional com constante dielétrica igual a da água com o emprego do modelo PCM (Polarizable Continuum Model). Adicionalmente, os efeitos da hidroxilação na estrutura eletrônica dos cátions benzopirílio e flavílio foram considerados. Posteriormente, analisaram-se os efeitos das fortes ligações de hidrogênio na ressonância do grupo carboxila em complexos formados entre o radical hidroperoxil e os ácidos fórmico, acético e trifluoroacético. Como extensão desse trabalho, estudos envolvendo complexos obtidos com e sem restrições na otimização de geometria possibilitaram obter informações a respeito da ressonância dos grupos carboxila e carboxilato quando o fluoreto de hidrogênio interage linear ou perpendicularmente com todos os átomos do ácido fórmico e do ânion formiato. O desenvolvimento das atividades supracitadas compreendeu a análise da função de onda pelos métodos NBO (Natural Bond Orbital), NSA (Natural Steric Analysis), NRT (Natural Resonance Theory) e AIM (Atoms in Molecules). As alterações em parâmetros geométricos e nas cargas atômicas foram consideradas. Uma análise energética foi realizada com o emprego do método de decomposição de energia proposto por Xantheas. As freqüências vibracionais e a intensidade das bandas do estiramento do grupo X-H, doador da ligação de hidrogênio, foram analisadas. As densidades de spin para os complexos radicalares também foram obtidas. A influência das ligações de hidrogênio e o efeito do substituinte na aromaticidade dos cátions foram verificados com o emprego dos métodos e índices NICS (Nucleus Independent Chemical Shifts), HOMA (Harmonic Oscillator Model of Aromaticity), HOSE (Harmonic Oscillator Stabilization Energy) e PDI (para-Delocalization Index). Os cálculos foram efetuados com os modelos B3LYP/6-31+G(d,p), B3LYP/6-311++G(3df,3pd) e UB3LYP/6-311++G(3df,3pd). Ocasionalmente, outras funções de base (EPR-III e cc-pVDZ), assim como o método MP2, foram utilizados para testar a confiabilidade dos resultados obtidos. As interações intermoleculares pouco alteraram a estrutura eletrônica e a aromaticidade do cátion pirílio. Analogamente, a substituição de um átomo de hidrogênio por um grupo hidroxila em diversas posições dos cátions benzopirílio e flavílio também não provocou modificações muito significativas na estrutura eletrônica desses cátions, embora tenha se verificado uma dependência da aromaticidade com a posição da hidroxila. Por outro lado, a distorção geométrica associada às ligações de hidrogênio foram responsáveis pelo incremento ou diminuição da ressonância do grupo carboxila nos ácidos fórmico, acético, trifluoroacético e do grupo carboxilato no ânion formiato. Os efeitos dos grupos doador e sacador de elétrons na estabilização dos complexos radicalares foram evidenciados. Adicionalmente, pode-se atribuir um caráter covalente parcial em algumas ligações de hidrogênio. / The nature of hydrogen bonds and their influence on electronic structure of neutral, cationic, anionic, and radical complexes was studied by using geometric, energetic, electronic, and topological analysis. The changes in aromaticity of the pyrylium cation upon complexation with one up to three water molecules were investigated. The PCM (Polarizable Continuum Model) model was employed to study the pyrylium-water complexes in a water reaction medium. In addition, the effects of hydroxylation on electronic structure of the benzopyrylium and flavilium cations were also considered. In addition, the effects of strong hydrogen bonds on carboxyl group resonance in the complexes formed between the hydroperoxyl radical and formic, acetic, and trifluoroacetic acids were analyzed. In extension of this work, studies including complexes, obtained with and without geometric restrictions, provided information about the resonance of the carboxyl and carboxylate groups when the hydrogen fluoride interacts, linear or perpendicularly, with all atoms of formic acid and formate anion. The analysis of the wavefunction by using NBO (Natural Bond Orbital), NSA (Natural Steric Analysis), NRT (Natural Resonance Theory), and AIM (Atoms in Molecules) methods was necessary to the development of the above mentioned activities. The changes in geometric parameters and atomic charges were also considered. An energetic analysis of complexes was done with the energy decomposition method proposed by Xantheas. The vibrational frequencies and the intensity of the X-H (hydrogen bond donor group) stretching bands were studied. The spin densities for the radical complexes were also obtained. The Nucleus Independent Chemical Shifts (NICS), Harmonic Oscillator Model of Aromaticity (HOMA), HOSE (Harmonic Oscillator Stabilization Energy), and PDI (para-Delocalization Index) aromaticity criteria were employed to verify the hydrogen bond influence and the effect of hydroxylation in the aromaticity of the cations. The calculations were carried out by using B3LYP/6-31+G(d,p), B3LYP/6-311++G(3df,3pd), and UB3LYP/6-311++G(3df,3pd) models. Occasionally, other basis set (EPR-III and cc-pVDZ), as well as the MP2 method, were applied to test the accuracy of the results. The intermolecular interactions lead to small alterations in the electronic structure and aromaticity of pyrylium cation. Similarly, the substitution at different positions of the benzopyrylium and flavilium cations by a hydroxyl group does not cause significant changes in the electronic structure of these cations. However, a dependence of the hydroxyl group position on aromaticity was observed. On the other hand, for formic, acetic, trifluoroacetic acids, as well as for the formate anion, the resonance of the carboxyl and carboxylate groups is affected not only by the geometric distortions but also by the hydrogen bonds. The effects of the electron-donating and electron-withdrawing groups in the stabilization of radical complexes were characterized. Furthermore, a partial covalent character can be attributed to some hydrogen bonds.