Orientador: Janete Apparecida Desidério / Coorientador: Guilherme Duarte Rossi / Banca: Ana Maria Guidelli Thuler / Banca: Ricardo Antonio Polanczyk / Banca: Vivian Boter Bergamasco / Banca: Jackson Antonio Marcondes de Souza / Resumo: O controle da broca da cana, Diatraea saccharalis (Fabricius, 1794) (Lepidoptera: Crambidae), pode ser feito pela aplicação de inseticidas químicos, mas o uso dessa tática de manejo pode resultar em danos ambientais e ao homem. De forma alternativa e com efeitos negativos reduzidos, o manejo de D. saccharalis e outros insetos-praga pode ser feito pela utilização do entomopatógeno Bacillus thuringiensis. Além do uso de formulações de B. thuringiensis para o controle de pragas, um ou mais genes que codificam proteínas inseticidas Cry e Vip de B. thuringiensis estão presentes nas plantas transgênicas com resistência a insetos comercialmente disponíveis no Brasil. Apesar de alta adoção, efeitos colaterais reduzidos e eficiência das plantas Bt, o uso desta tecnologia pode resultar na seleção de populações de insetos resistentes às plantas transgênicas. Por isso, a busca por novas proteínas e combinações de proteínas com diferentes modos de ação para retardar a evolução da resistência deve ser constante. Nesse cenário, uma quitinase de B. thuringiensis apresenta potencial para ser incorporada em uma nova geração de plantas transgênicas. Quitinases são enzimas que apresentam domínios catalíticos para hidrólise de quitina e domínios ligantes em quitina (CBD) que podem estar envolvidos com a atividade inseticida. A atividade inseticida das quitinases é relacionada com a desestruturação da membrana peritrófica dos insetos e consequente perda de suas propriedades e funções. Além da desc... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Chemical control is applied to manage the sugarcane borer, Diatraea saccharalis (Fabricius, 1794) (Lepidoptera: Crambidae). However, this control tactic may result in great damages to the environment and non-target species, including men. Alternativelly, the use of the entomopathogen Bacillus thuringiensis can be made to manage D. saccharalis and other insect pests with reduced undisarable side effects. Beyond the use of formulations of B. thuringiensis for pest control, one or more genes of insecticidal proteins from B. thuringiensis such as Cry and Vip are incorporated into commercially available transgenic plants with insect resistance in Brazil. Despite of the high adoption rate, reduced side effects, and high efficency, the intensive use of this technology may result in the selection of insect-resistant populations to transgenic plants. For this reason, the search for new genes with different modes of action to delay the evolution of resistance must be constant. In this scenario, a chitinase from B. thuringiensis has potential to be incorporated into a new generation of transgenic plants. Chitinases are enzymes of the family of glycosyl hydrolases which catalyze the hydrolysis of chitin. Chitinases present catalytic domains responsible for the hydrolysis of chitin and chitin-binding domains (CBD), both associated to insecticidal activity. Insecticidal activity of chitinases is related to the disruption of the peritrophic membrane of insects, which results in the loss of ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Doctor of Philosophy / Biochemistry and Molecular Biophysics Interdepartmental Program / Subbaratnam Muthukrishnan / In this study, I have used dsRNA-mediated down-regulation of transcripts/proteins of several potential targets in the model beetle, Tribolium castaneum to identify a molecular target of the “chitin inhibitor”, diflubenzuron (DFB). The elytron of the red flour beetle, T. castaneum, was chosen as the model tissue for studying the mode of action of DFB and its molecular target(s). We have standardized the protocol for topical administration of DFB on precisely aged prepupae to achieve the desired level of mortality (90-95%) on day 5 of the pharate adult stage. Exposure of prepupae to DFB at 1000 ppm results in a near complete loss of chitin in the newly forming adult procuticle of the elytron and the body wall. Global analysis of transcripts by RNA Seq was carried out to look for differential expression of several critical genes of cuticle assembly in these insects compared to mock-treated controls. Interestingly, genes directly involved in the biosynthetic pathway of chitin were not among those affected by DFB. However, immunolocalization studies have shown that several proteins of chitin metabolism including chitin synthase A, which is involved in the synthesis of cuticular chitin, are present in near normal amounts but are mislocalized in DFB-treated insects. Assays for chitin synthase using elytral extracts have indicated that the enzyme preparations from DFB-treated insects are catalytically inactive. By using RNA interference and competition studies with fluorescently-tagged glibenclamide (a sulfonylurea compound) or DFB, we have identified a long-sought molecular receptor of DFB as an ABCC class transporter. DFB-treatment and RNAi of a specific ABCC-type transporter gene lead to identical phenotypes including loss of chitin, loss of laminar architecture of the cuticle, and mislocalization of CHS from its normal plasma membrane location to intracellular locations presumably by affecting vesicular transport. Further, using an in vitro chitin synthesizing system consisting of microsomes prepared from elytral tissue, which exhibits all of the hallmarks of cuticular chitin-synthesizing epidermal cells including sensitivity to DFB, further insights into the mechanistic details of how this class of insecticides inhibits chitin synthesis have been obtained.

La quitina es un biopolímero muy abundante presente en el caparazón de crustáceos, insectos y en la pluma del calamar y la pota, entre otras fuentes. La desacetilación de la quitina forma la quitosana, un polisacárido más versátil por su solubilidad y mayor reactividad química. La quitosana es utilizada en aplicaciones médicas, farmacéuticas, cosméticas, tratamiento de aguas, agricultura e industria alimentaria. / Chitin is an abundant biopolymer that can be found in shells of crustaceans, insects and in squid and pota pen. Deacetylation of chitin produces chitosan, a more versatile polysaccharide due to its solubility and increased chemical reactivity. Chitosan is used in medicine, pharmaceutics, cosmetics, water treatment, agriculture and food industry.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A expressÃo heterÃloga de genes que codificam proteÃnas relacionadas à patogÃnse (PR-proteÃnas) representa uma alternativa promissora para o desenvolvimento de plantas resistentes ao ataque de fungos. Dentre as PR-proteÃnas com grande potencial biotecnolÃgico, estÃo as quitinases, hidrolases que catalisam a degradaÃÃo da quitina, que à um polÃmero constituinte da parede celular de muitas espÃcies de fungos fitopatogÃnicos. AlÃm da funÃÃo relacionada aos mecanismos de defesa, acredita-se que essas enzimas podem desempenhar outros papÃis, como a regulaÃÃo de processos de crescimento e desenvolvimento em plantas. O objetivo deste trabalho foi estudar o papel de uma quitinase de classe I de feijÃo-caupi (VuChiI) na defesa e no desenvolvimento vegetal e para isso duas abordagens foram conduzidas. A primeira consistiu no silenciamento do gene que codifica esta proteÃna em plantas de feijÃo-caupi. Nos experimentos de silenciamento gÃnico foram utilizados meristemas apicais de plÃntulas de feijÃo-caupi, que foram entÃo bombardeados com micropartÃculas portando um vetor de silenciamento (pKANNIBAL), onde foi clonada uma construÃÃo em grampo (intron harpin) do gene de VuChiI. As plantas regeneradas em meio de cultura de Murashige e Skoog (MS) contendo o herbicida imazapyr, como agente de seleÃÃo, foram analisadas por PCR, o que resultou na confirmaÃÃo da transformaÃÃo genÃtica de cinco plantas, a partir de 1.092 meristemas apicais bombardeados. O RNA foi extraÃdo das plantas transformadas e utilizado em anÃlises de Northern blot que possibilitou a detecÃÃo de siRNAs no RNA total extraÃdo das plantas putativamente transgÃnicas. Apenas uma das plantas transformadas produziu uma vagem contendo seis sementes, das quais apenas uma germinou. As plantas transformadas apresentaram ciclo de vida de mais de 365 dias enquanto que o esperado à de 65-70 dias. Com base nos resultados sugere-se que o silenciamento da quitinase de classe I de feijÃo-caupi pode ter promovido alteraÃÃo no desenvolvimento da planta. A segunda estratÃgia de transformaÃÃo genÃtica consistiu no co-cultivo de discos foliares de tabaco com suspensÃo de Agrobacterium tumefaciens LB4404, com o intuito de expressar a proteÃna recombinante no espaÃo extracelular das plantas regeneradas. Essa estratÃgia tem como objetivo fazer com que a proteÃna entre em contato com o fungo antes mesmo que este agente patogÃnico penetre na cÃlula vegetal. Para tanto, o inserto referente à quitinase de feijÃo-caupi foi clonado no vetor binÃrio pCAMBIA1305.2 sob controle do promotor CaMV35S e fundido ao peptÃdeo sinal GRP (glycine-rich protein de Oryza sativa), que permite a secreÃÃo da proteÃna recombinante via apoplasto. Foram produzidas trÃs linhagens de plantas que tiveram a transformaÃÃo genÃtica confirmada por PCR. As sementes obtidas das plantas transformadas, geraÃÃo R1, foram semeadas em meio seletivo para a anÃlise da transmissÃo do transgene. O teste de X2 indicou que o transgene foi transmitido para a progÃnie em proporÃÃes Mendelianas. Os modelos experimentais desenvolvidos neste trabalho poderÃo contribuir para a elucidaÃÃo dos papÃis biolÃgicos da quitinase de classe I de feijÃo-caupi. / Heterologous expression of genes encoding pathogenesis related proteins (PR-proteins) represents a promising alternative for the development of plants resistant to fungi. Among the PR-proteins with great biotechnological potentials are the chitinases, a class of hydrolases which catalyze the degradation of chitin, a polymer constituent of cell wall of several species of pathogenic fungi. Besides their function related to defense mechanisms, it is believed that these enzymes may play other roles, such as regulation of growth and development processes in plants. Using two approaches, this study sought to investigate the role of a class I chitinase of cowpea (VuChiI) in defense and plant development. The first approach consisted of silencing of the gene encoding for VuChiI in cowpea. Apical meristems excised from cowpea seeds were bombarded with microparticles containing a silencing vector (pKANNIBAL), which was cloned with a construct harboring an intron harpin of the gene VuChiI. Plants regenerated in a Murashige and Skoog (MS) media containing imazapyr as a selection agent, were analyzed by PCR, resulting in confirmation of genetic transformation of five plants from the 1092 apical meristems bombarded. Northern blot analysis of total RNA extracted from the putative transgenic plants allowed for the detection of siRNAs. Upon regeneration and germination, only one of the five transformed plants produced a pod containing six seeds. Of these, only one germinated when further planted. The transformed plants exhibited a life cycle of over 365 days, as against the normal cycle of 65-70 days. Based on these results we posit that silencing of class I cowpea chitinase may have led to changes in plant development. The second strategy consisted of co-cultivation of tobacco leaf discs with Agrobacterium tumefaciens strain LB4404 suspension to express recombinant protein in the extracellular space of the regenerated plants in order to expose the protein fungus even before its penetration into the plant cell. To achieve this, a sequence of cowpea chitinase insert was cloned into the binary vector pCAMBIA1305.2 under the control of CaMV35S promoter and signal peptide fused to glycine-rich protein of Oryza sativa (GRP), which allowed the secretion of recombinant protein via apoplast. This led to the generation of three strains as confirmed by PCR. Seeds obtained from transformed R1 generation of the plants were germinated and analyzed for transmission of the transgene using X2 test, which confirmed its transmission to the progeny in a Mendelian fashion. The experimental models developed in this work may serve to further assess the biological roles of class I chitinase from cowpea.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / The cowpea bean [Vigna unguiculata (L.) Walp.] is a legume with high protein levels, largely cultivated and consumed in the Northeast of Brazil. Due to your economic importance, there are several studies that search resistant forms of cultivars of this kind of bean, as they is often attacked by different kinds of pests and predators. One of the most common is the weevil Callosobruchus maculatos. With the discovery of resistant cultivars for this insect many questions emerged about what biological component of the plant was responsible for such defensive action. Some studies suggest that this resistance is due to vicilin, which are reserve nutritious proteins, present in the seeds of cowpea. In this work, regions belonging to the vicilin gene of two contrasting cultivars in relation to resistence to weevil were sequenced, one resistant (IT81D-1053) and a susceptible (EPACE-10). These sequences, which come from several clones, were analyzed and thereby deducting its three-dimensional structure was made through a homology modeling using as template one 7S globulin from adzuki bean (Vigna angularis) identified as 2EA7 in the PDB database. Sequence analysis revealed that there are two regions highly variable in sequence from the vicilin gene, and these regions are rich in glutamine. Previous studies suggest that resistance to weevil occurs in the fact that the vicilin can bind to chitin and such glutamine rich regions are potentially chitin binding due to the high ability to form hydrogen bonds between the residues of glutamine and residues of N-acetylglucosamine. The structural analysis also supports this assumption, because the region rich in glutamine is very exposed, in relation to the protein surface, which facilitates the interaction of these amino acid residues with chitin. However more refined studies are needed to have a certainty of how is this interaction between vicilin and chitin, and if these same proteins are in fact fundamental in the resistance against the weevil. / O feijÃo-de-corda [Vigna unguiculata (L.) Walp.] à uma leguminosa com alto teor de proteÃnas, muito consumida e cultivada na regiÃo Nordeste do Brasil. Devido a sua importÃncia econÃmica, existem vÃrios estudos que procuram formas de cultivares resistentes desta espÃcie de feijÃo, pois esta à muito atacada por diversos tipos de pragas e predadores. Um dos mais comuns à o caruncho Callosobruchus maculatos. Com a descoberta de cultivares resistentes a este inseto, questionou-se sobre o componente biolÃgico da planta responsÃvel por tal aÃÃo defensiva. Alguns estudos sugerem que essa resistÃncia ocorre devido as vicilinas, que sÃo proteÃnas de reserva nutritiva, presentes nas sementes do feijÃo-de-corda. No presente trabalho, foram sequenciadas regiÃes pertencentes ao gene de vicilina de dois cultivares contrastantes em relaÃÃo ao ataque do caruncho, sendo um resistente (IT81D-1053) e outro suscetÃvel (EPACE-10). Essas sequÃncias, advindas de vÃrios clones, foram analisadas e com isso foi feita a deduÃÃo de sua estrutura tridimensional atravÃs de uma modelagem por homologia, utilizando como molde uma globulina 7S de feijÃo-azuki (Vigna angularis) identificada como 2EA7 no banco de dados PDB. A anÃlise das sequÃncias revelou que hà duas regiÃes bastante variÃveis na sequÃncia do gene da vicilina, sendo essas regiÃes ricas em glutamina. Estudos anteriores sugerem que a resistÃncia ao gorgulho se dà no fato de que as vicilinas conseguem se ligar a quitina, e tais regiÃes sÃo potencialmente ligantes a quitina devido a grande capacidade de formar ligaÃÃes de hidrogÃnio entre os resÃduos de glutamina e os resÃduos de N-acetilglucosamina. A anÃlise estrutural tambÃm corrobora esta hipÃtese, pois a regiÃo rica em glutamina à bastante exposta, em relaÃÃo à superfÃcie proteica, o que facilita a interaÃÃo destes resÃduos de aminoÃcidos interagirem com a quitina. Entretanto estudos mais refinados sÃo necessÃrios para se ter uma maior certeza de como se dà esta interaÃÃo entre vicilinas e a quitina, e se de fato essas proteÃnas sÃo mesmo fundamentais na resistÃncia contra o caruncho.

Submitted by (lucia.rodrigues@ufrpe.br) on 2016-06-10T12:50:24Z No. of bitstreams: 1 Talita Camila Evaristo da Silva Nascimento.pdf: 924627 bytes, checksum: e31eef0acccfe262c282d8536f058023 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-10T12:50:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Talita Camila Evaristo da Silva Nascimento.pdf: 924627 bytes, checksum: e31eef0acccfe262c282d8536f058023 (MD5) Previous issue date: 2012-07-27 / Sustainability is a theme that has been raised steadily in recent years, the production and use of enzymes in an efficient alternative recycling of industrial and agricultural waste. The chitinase acts in the hydrolysis of chitin, the substance can be found in large quantities in the shells of crustaceans. The objective of this research was to select Streptomyces spp. with the greatest potential in the production of chitinase, to characterize the crude and partially purified. For selection we used 30 strains of Streptomyces spp. isolated from lichen in the Amazon region. Parameters such as pH and temperature optima, stability to pH and temperature from the crude enzymatic extract. Partial purification of the enzyme was performed by precipitation in ammonium sulfate in the range of 0-80% and the electrophoresis profile by SDS-PAGE. Streptomyces sp. DPUA1581 chitinase produced by submerged fermentation with 1% of chitin, agitation 150 rpm, at 28 °C for 96 hours. The enzyme characterization showed the best activity in sodium phosphate buffer 100 mM, pH 7.0 and was stable after 180 minutes in all pHs tested. The optimum temperature was 80 °C chitinase, remained stable between 30 and 100 °C for 180 minutes. The activity was enhanced in the presence of Fe2+ (134%), Mn2+ (71%) and the anionic surfactant SDS (59%), however, Pb2+ (99%) and EDTA (62%) inhibited the enzyme function. After fractionation with ammonium sulfate showed the enzymatic extract purification factor equal to 7 and 108% yield. The chitinase produced by Streptomyces sp. DPUA1581 under the conditions described in this work, has a great industrial viability, demonstrating catalytic activity even when subjected to high temperatures for prolonged periods. / Sustentabilidade é um tema abordado constantemente nos últimos anos, sendo a produção e utilização de enzimas uma eficiente alternativa na reciclagem de resíduos industriais e agrícolas. A quitinase atua na hidrólise da quitina, esta substância pode ser encontrada em grande quantidade na carapaça de crustáceos. O objetivo desta pesquisa foi selecionar Streptomyces spp. com maior potencial na produção da quitinase, caracterizar o extrato bruto e purificar parcialmente. Para seleção foram utilizadas 30 linhagens de Streptomyces spp. isoladas de líquens da região Amazônica. Foram avaliados parâmetros como pH e temperatura ótimos, estabilidade ao pH e a temperatura a partir do extrato bruto enzimático. A purificação parcial da enzima foi realizada por precipitação em sulfato de amônio na faixa de 0-80% e o perfil eletroforético em SDS-PAGE. Streptomyces sp. DPUA1581 produziu quitinase por fermentação submersa com 1% de quitina, agitação de 150 rpm, a 28 °C por 96h. A caracterização enzimática demonstrou melhor atividade no tampão fosfato de sódio 100 mM, no pH 7,0 e manteve-se estável após 180 minutos em todas as variações de pH testadas. A temperatura ótima da quitinase foi 80 °C, mantendo-se estável entre 30 e 100 °C durante 180 minutos. A atividade foi potencializada na presença de Fe2+ (134%), Mn2+ (71%) e do surfactante aniônico SDS (59%), entretanto, Pb2+ (99%), e EDTA (62%) inibiram a função da enzima. Após o fracionamento com sulfato de amônio o extrato enzimático apresentou fator de purificação igual a 7 e rendimento de 108%. A quitinase produzida por Streptomyces sp. DPUA1581 nas condições descritas neste trabalho, apresenta grande viabilidade industrial, demonstrando atividade catalítica mesmo quando submetida a altas temperaturas por período prolongado.

Orientador: Marisa Masumi Beppu / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-09T18:10:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aimoli_CassianoGomes_M.pdf: 6283050 bytes, checksum: 378aeffd560aaaa8a34ccdde9885c054 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A utilização de materiais biologicamente compatíveis é de crescente interesse no meio científico e tecnológico. Associados à utilização de biomateriais em diversas áreas, estão fenômenos como a calcificação, que pode ser prejudicial e patogênica no caso de próteses cardíacas e lentes de contato, mas que pode ser indispensável para a produção de resinas de adsorção e substratos mais mecanicamente resistentes. Nesse contexto, a quitosana desponta como material de grande importância, já que além de ser biocompatível, é derivada do segundo biomaterial mais abundante na natureza: a quitina. Entretanto, a sua utilização com a finalidade de se promover calcificação é muito pouco estudada e pouco se sabe sobre os mecanismos e fenômenos associados. Visando o entendimento detalhado sobre o mecanismo de calcificação deste material, foram realizados três diferentes experimentos, envolvendo a deposição de fosfatos e carbonatos de cálcio sobre substratos de quitosana natural e modificada quimicamente. Inicialmente, foi realizada a investigação dos estágios iniciais de deposição através de ensaios de curta duração. Em seguida, foram realizados ensaios em condições de deposição similares àquelas observadas nos organismos vivos e por fim, testes de calcificação quimicamente induzida foram feitos com o objetivo de se observar a influência do substrato sobre os depósitos formados. Os resultados indicam que em ambos os substratos utilizados o mecanismo geral de calcificação segue os estágios de nucleação e crescimento. Em estágios iniciais, a quitosana acetilada parece produzir uma deposição mais lenta enquanto que a quitosana natural provoca uma nucleação mais rápida e menos organizada em estágios iniciais. Porém em estágios posteriores de crescimento, este substrato aparentemente exerce maior influência sobre os aglomerados em crescimento que a quitosana acetilada / Abstract: The use of biocompatible materials presents increasing interest in the scientific and technological areas. Calcification phenomena are widely associated to the use of biomaterials. It can be desirable for production of resins for adsorption and mechanically resistant materials, but it can be harmful and pathogenic in cardiac valves and contact lenses. In this context, chitosan appears as a material of great importance, since besides being biocompatible, it is derived from the most abundant biomaterial in the nature: chitin. However, its use as substrate for calcification is not extensively studied and its mechanism remains still unknown. Three different experiments involving the deposition of calcium phosphates and carbonates on pristine and acetylated chitosan were conducted in order to understand the mechanism of calcification on this material. Initially, dense membranes underwent calcium compounds deposition through preliminary experiments. Afterwards, deposition in similar conditions to those observed in the living organisms had been conducted and finally, quick tests to induce calcification were done with the intention to observe the influence of the substrate on the deposits. The results indicate that the general mechanism of calcification seems to follow the stages of nucleation and growth in pristine and acetylated chitosan. In initial stages, the acetylated chitosan seems to induce a slower deposition whereas the pristine chitosan seems to provoke an less organized and faster nucleation and in initial stages. However, in the latest stages of growth, pristine chitosan apparently promotes a significant influence on the aglomerates / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Modificações químicas são executadas com o objetivo de preparar derivados de quitosana com melhores propriedades, inclusive a solubilidade, ampliando as suas possibilidades de aplicação. Neste projeto, gládios de lulas foram utilizados para a extração de beta-quitina, a qual foi submetida ao processo de desacetilação assistida por irradiação de ultrassom de alta intensidade visando à produção de quitosana extensivamente desacetilada. A quitosana extensivamente desacetilada foi então submetida à reação de carboximetilação, visando à preparação de O-carboximetilquitosana. Foram estudados os efeitos da razão molar quitosana/ácido monocloroacético e do tempo sobre a reação de carboximetilação de quitosana e as características do produto obtido. As características estruturais e morfológicas das amostras geradas neste projeto, a saber, beta-quitina, quitosana e os produtos de carboximetilação de quitosana, foram determinadas pelo emprego de espectroscopias de ressonância magnética nuclear e no infravermelho, análise elementar, difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Medidas de viscosidade foram empregadas para a determinação de massas molares médias viscosimétricas de quitina, quitosana e O-carboximetilquitosana. A solubilidade de O-carboximetilquitosana em meios aquosos em função do pH e do grau médio de carboximetilação foi investigada por espectroscopia UV/visível e a estabilidade térmica foi estudada por análise termogravimétrica.A partir dos espectros de ressonância magnética nuclear de hidrogênio das amostras de carboximetilquitosana foi constatado que a carboximetilação da quitosana ocorreu em extensões diferentes em função das condições reacionais. Também foi constatada a ocorrência de N-carboximetilação, evidenciada pelos sinais observados no intervalo de 3,0-3,4 ppm, atribuídos à mono e dissubstituição dos grupos amino. Porém, dada a baixa intensidade dos sinais, foi concluído que a carboximetilação dos grupos aminos ocorreu em baixa extensão. No intervalo 4,05-4,55 ppm foram observados os sinais correspondentes à ressonância dos hidrogênios dos grupos carboximetil (-CH2-COOD) introduzidos nas posições 3 e 6 das unidades de carboximetilquitosana. A espectroscopia no infravermelho também permitiu a distinção das características estruturais de beta-quitina, quitosana, carboximetilquitosana e a determinação dos graus médios de substituição das amostras carboximetiladas, que variaram no intervalo 0,21<GS<0,43. As análises de difração de raios X e as análises termogravimétricas mostraram que a carboximetilação de quitosana gerou derivados menos cristalinos, mais hidrofílicos e termicamente menos estáveis do que o polímero de partida. As amostras de carboximetilquitosana apresentaram solubilidade em meios ácido (pH<3,0), neutro (pH≈7,5) e alcalino (pH>8,0) devido à ocorrência de cargas ao longo de suas cadeias nesses meios, mas foram insolúveis no intervalo 3,5<pH<7,5. Foi observada a ocorrência de despolimerização simultaneamente à carboximetilação, visto que as amostras de carboximetilquitosana apresentaram valores de massas molares viscosimétricas médias inferiores ao da quitosana de partida. Os resultados deste estudo mostram que o grau médio de substituição das amostras de carboximetilquitosana é fortemente afetado pelo excesso de ácido monocloroacético empregado na reação de derivatização de quitosana, porém o prolongamento da reação não gera derivados mais substituídos. / Chemical modifications are carried out to prepare chitosan derivatives with improved properties, including solubility, extending their application possibilities. In this project, beta-chitin extracted from squid pens was subjected to the ultrasound assisted deacetylation process (USAD Process) aiming the production of extensively deacetylated chitosan. The extensively deacetylated chitosan was submitted to the carboxymethylation reaction to result in O-carboxymethylchiotosan (O-CMC). The effects of the molar ratio of chitosan / monochloroacetic acid and of the reaction time on the carboxymethylation reaction and on the characteristics of the O-CMC samples were studied. The structural and morphological characteristics of the samples generated in this project, beta-chitin, chitosan and carboximethylchitosan, were determined by nuclear magnetic resonance and infrared spectroscopy, elemental analysis, X-rays diffraction and scanning electron microscopy. Viscosity measurements were employed to determine the viscosity average molecular weight of chitin, chitosan and O-CMC. The solubility of O-CMC samples in aqueous solution of different pHs was investigated by UV / visible spectroscopy while the thermal stability was studied by thermogravimetric analysis. The 1H-NMR spectra of the O-CMC samples revealed that the carboxymethylation of chitosan occurred in different extents depending on the reaction conditions. It was also revealed the occurrence of N-carboxymethylation, evidenced by the signals observed in the range of 3.0 ppm - 3.4 ppm, assigned to the mono and disubstitution of amino groups. However, as the signal intensity was low, it was concluded that the N-carboxymethylation occurred in low extension. In the interval 4.05 ppm - 4.55 ppm it were observed the signals corresponding to the resonance of the hydrogens of the carboxymethyl groups (-CH2-COOD) introduced in positions 3 and 6 of the repeating units of O-CMC. The infrared spectroscopy also allowed the distinction of the structural features of beta-chitin, chitosan, carboxymethylchitosan and the determination of the average degree of substitution of carboxymethylated samples, which varied in the range 0,21 <GS <0,43. The X-ray diffraction and thermogravimetric analysis showed that the carboximethylation of chitosan produced derivatives less crystalline, more hydrophilic and thermally less stable than the parent polymer. The O-CMC samples showed solubility in acid (pH <3.0), neutral (pH ≈ 7.5) and alkaline (pH> 8.0) media due to the occurrence of charges along its chains, but the polymer was insoluble in the range 3.5 <pH <7.5. The occurrence of depolymerization simultaneously to the carboxymethylation reaction was observed since the O-CMC samples showed lower viscosity average molecular weight values as compared to the parent chitosan. The results of this study show that the average degree of substitution of the O-CMC samples is strongly affected by the excess of monochloroacetic acid used in the derivatization reaction of chitosan, but the extension of the reaction for longer times doesn\'t generate more substituted derivatives.

Orientador: Claudio Airoldi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T06:00:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lima_IlaurodeSouza_D.pdf: 2562790 bytes, checksum: aa2ef4f0974aa06620a64c9745f925c7 (MD5) Previous issue date: 2005 / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutor em Quimica

The biosorption of gold from leached solutions of discarded computer microprocessors (DCM) was studied using chitin as biosorbent. Chitin and DCM were obtained and characterized. The DCM components were leached using thiourea solutions and, two ways were tested to recover gold from these solutions: (1) biosorption and (2) precipitation followed by biosorption. For each way, biosorption was evaluated by kinetic, equilibrium and thermodynamic aspects. For both ways, the general order model was suitable to represent the kinetic behavior and, the equilibrium was well represented by the BET model. The biosorption of gold on chitin was a spontaneous, favorable and exothermic process. It was found that the precipitation followed by biosorption was more efficient to recovery gold, since the other compounds were removed from the leached solution in the precipitation step. Using this way, about 80%of gold was recovered, using 20 g L 1 of chitin at 298 K for 4 h. / A biossorção de ouro a partir de soluções lixiviadas de microprocessadores de computador descartados (DCM) foi estudada, usando quitina como biossorvente. A quitina e os DCM foram obtidos e caracterizados. Os componentes dos DCM foram lixiviados usando soluções de tioureia e, duas rotas foram testadas para recuperar o ouro a partir destas soluções: (1) biossorção e (2) precipitação seguida por biossorção. Para cada uma das rotas, a biossorção foi avaliada mediante a cinética, equilíbrio e aspectos termodinâmicos. Para ambas as rotas, o modelo de ordem geral foi adequado para representar o comportamento cinético e, o equilíbrio foi bem representado pelo modelo Brunauer, Emmett, Teller (BET). A biossorção de ouro em quitina foi um processo espontâneo, favorável e exotérmico. Verificou-se que a precipitação seguida por biossorção foi mais eficiente para a recuperação de ouro, uma vez que os outros compostos foram removidos da solução lixiviada na etapa de precipitação. Usando esta rota, cerca de 80% do ouro foi recuperado, utilizando 20 g L-1 de quitina a 298 K durante 4 h.