A gaseificação é um processo de conversão termoquímica que compreende a oxidação parcial de um combustível para convertê-lo em uma mistura gasosa (“syngas”). Geralmente a modelagem desses processos utiliza uma descrição cinética detalhada ou os aproximam ao equilíbrio químico. Ambas as abordagens têm vantagens e desvantagens, bem como limitações. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de uma nova modelagem fenomenológica de processos de gaseificação através de um modelo “híbrido” aqui chamado de modelo híbrido adaptativo por zonas (HAZ). Este modelo assumiu que o gaseificador é representado por zonas de dois tipos: uma dominada pela cinética química, representada por um modelo cinético, e outra onde a cinética química é rápida e as espécies químicas estão em equilíbrio químico, representada por um modelo de equilíbrio. Um critério de transição entre as zonas foi proposto através de um número de Damköhler (Da) que relaciona tempos de residência e de reação química. Desta forma, o modelo adapta-se conforme os processos dominantes em cada zona. Em um primeiro momento, um modelo de equilíbrio multifásico (EM) foi desenvolvido e aplicado para um estudo da cogaseificação de carvão mineral e biomassas disponíveis no Brasil. A seguir, o modelo HAZ foi construído através da técnica de rede equivalente de reatores químicos (ERN) a partir do modelo EM e de um modelo cinético, também desenvolvido neste trabalho. Uma metodologia de aplicação do modelo HAZ foi proposta, aplicada e validada para duas configurações de gaseificadores: dois casos de gaseificadores de biomassa em leito fluidizado borbulhante e um caso de gaseificador de carvão mineral em leito de arraste. Para os dois primeiros casos foi estimada que a transição ocorra para Da ≥ 10+5 e para o último caso; chegou-se a Da ≥ 10+3. A aplicação do modelo HAZ se mostrou satisfatória sendo que foi possível a redução do tempo computacional em pelo menos 40% com relação a uma abordagem puramente cinética. Cabe ressaltar ainda que o modelo HAZ possibilitou um maior entendimento físico e químico ao identificar os processos dominantes locais. / Gasification is a thermochemical conversion process consisting of partial oxidation of a fuel to convert it to a gas mixture (“syngas”). Generally, the gasification process modeling uses a kinetic detailed description, or approach it to a chemical equilibrium state. Both approaches have advantages and disadvantages, as well as limitations. The objective of this work was to develop a new phenomenological modeling of gasification processes through a “hybrid” model here called hybrid adaptive zone model (HAZ). This proposed modeling assumed the gasifier is represented by two types of zones: one dominated by chemical kinetics, represented by a kinetic model, and another where chemical kinetics is fast so chemical species are assumed in chemical equilibrium states, represented by an equilibrium model. A transition criterion between zones was defined by a Damköhler number (Da) which relates residence time and chemical reaction time. Therefore, the HAZ model can adapted according to the dominant processes in each zone. Firstly, a multi-phase equilibrium model (ME) was developed and applied to study the coal-biomass co-gasification of Brazilian sources. Hereafter, the HAZ model was built using the technique of equivalent reactor network (ERN) with the ME model and a kinetic model developed in this work. A methodology of use of the HAZ model was proposed, applied and validated for two configurations of gasifiers: two cases of biomass bubbling fluidized-bed gasifiers and one case of coal entrained-flow gasifier. In the first two cases the transition was estimated to occur on Da ≥ 10+5 and in the last case; we estimated on Da ≥ 10+3. The application of the HAZ model proved to be satisfactory since it could reduce the computation time by at least 40% compared to a pure kinetic approach. It should already be emphasized that the HAZ model allowed a better physical and chemical understanding of gasification by identifying the dominant local processes.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3648.pdf: 4034707 bytes, checksum: d61c1d29df91b4f878b199e7de814791 (MD5) Previous issue date: 2011-03-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / This work presents a kinetic study of the enzymatic hydrolysis of three cellulosic substrates: filter paper (FP), used as a de-lignified substrate model; sugarcane bagasse (SB) steam exploded; and acid treated SB, the last two treated with 4% NaOH. All SB were chemically characterized. Hydrolysis experiments to study the influence of agitation and substrate concentration were performed in shaker, using Accellerase® 1500, Genencor, at pH 4.8, in 50mM sodium citrate buffer. To verify the substrate concentration effect, cellulose load (weightsubstrate/weighttotal) was 0.5%-13% (for FP) and 0.99%-9.09% (for SB). For FP, the role of the external mass transport resistance was not significant when the agitation speed was in the range 150-300 rpm. It was possible to fit a pseudo-homogeneous Michaelis-Menten model for substrate concentrations up to 13% (w/w). Preliminary tests fitting the model proposed by Chrastil (CHRASTIL J. Enzymic product formation curves with the normal or diffusion limited reaction mechanism and in the presence of substrate receptors, Int. J. Biochem., v. 20, No. 7, p. 683, 1988) indicated that the role of diffusion through the external film was a more relevant feature for steam exploded SB than for FP, at higher concentrations of substrate. It was possible to fit a pseudo-homogeneous model for steam exploded SB, within a range of cellulose concentrations from 0.99% to 3.85% (w/w). Product inhibition had to be considered by the model. For higher loads of steam exploded SB, a modified Michaelis- Menten model, appropriate for heterogeneous systems with high diffusion resistance, was fitted. Finally, for the highly recalcitrant acid treated SB, Chrastil models were fitted. As expected, the complexity of this system regarding to the substrate and to the pool of enzymes acting in synergy, makes difficult the use of one single lumped parameter model for all hydrolysis operation conditions. / Este trabalho apresenta um estudo cinético da hidrólise enzimática de três substratos celulósicos: papel de filtro (PF), usado como um modelo de substrato delignificado; bagaço de cana (BC) explodido a vapor e BC tratado com ácido, os dois últimos tratados com NaOH 4%. Todos os BC foram caracterizados. Experimentos de hidrólise para estudar a influência da agitação e da concentração do substrato foram realizados em shaker, usando Accellerase ® 1500, Genencor, em pH 4,8, em tampão citrato de sódio 50mM. Para verificar o efeito da concentração do substrato, a carga de celulose (m / m) foi de 0,5% -13% (para PF) e 0,99% - 9,09% (para o BC). Para o PF, o papel da resistência externa ao transporte de massa não foi significativo quando a velocidade de agitação foi na faixa de 150-300 rpm, em shaker. Foi possível ajustar um modelo pseudo-homogêneo de Michaelis-Menten para concentrações de substrato até 13% (m / m). Testes preliminares através do ajuste do modelo proposto por Chrastil (CHRASTIL J. Enzymic product formation curves with the normal or diffusion limited reaction mechanism and in the presence of substrate receptors, Int. J. Biochem., v. 20, No. 7, p. 683, 1988) indicaram que o papel da difusão através da película externa era uma característica mais relevante para o BC explodido a vapor que para o PF, em altas concentrações de substrato. Foi possível ajustar um modelo pseudo-homogêneo para o BC explodido a vapor, dentro de uma faixa de concentrações de celulose de 0,99% a 3,85% (m / m). Inibição pelo produto teve de ser considerada pelo modelo. Para cargas maiores de BC explodido a vapor, um modelo modificado de Michaelis-Menten, adequado para sistemas heterogêneos, com alta resistência à difusão, foi ajustado. Finalmente, para BC tratado com ácido (altamente recalcitrante), modelos de Chrastil foram ajustados. Como esperado, a complexidade deste sistema em relação ao substrato para o pool de enzimas agindo em sinergia, torna difícil o uso de um modelo único para todas as condições operacionais de hidrólise.

A gaseificação é um processo de conversão termoquímica que compreende a oxidação parcial de um combustível para convertê-lo em uma mistura gasosa (“syngas”). Geralmente a modelagem desses processos utiliza uma descrição cinética detalhada ou os aproximam ao equilíbrio químico. Ambas as abordagens têm vantagens e desvantagens, bem como limitações. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de uma nova modelagem fenomenológica de processos de gaseificação através de um modelo “híbrido” aqui chamado de modelo híbrido adaptativo por zonas (HAZ). Este modelo assumiu que o gaseificador é representado por zonas de dois tipos: uma dominada pela cinética química, representada por um modelo cinético, e outra onde a cinética química é rápida e as espécies químicas estão em equilíbrio químico, representada por um modelo de equilíbrio. Um critério de transição entre as zonas foi proposto através de um número de Damköhler (Da) que relaciona tempos de residência e de reação química. Desta forma, o modelo adapta-se conforme os processos dominantes em cada zona. Em um primeiro momento, um modelo de equilíbrio multifásico (EM) foi desenvolvido e aplicado para um estudo da cogaseificação de carvão mineral e biomassas disponíveis no Brasil. A seguir, o modelo HAZ foi construído através da técnica de rede equivalente de reatores químicos (ERN) a partir do modelo EM e de um modelo cinético, também desenvolvido neste trabalho. Uma metodologia de aplicação do modelo HAZ foi proposta, aplicada e validada para duas configurações de gaseificadores: dois casos de gaseificadores de biomassa em leito fluidizado borbulhante e um caso de gaseificador de carvão mineral em leito de arraste. Para os dois primeiros casos foi estimada que a transição ocorra para Da ≥ 10+5 e para o último caso; chegou-se a Da ≥ 10+3. A aplicação do modelo HAZ se mostrou satisfatória sendo que foi possível a redução do tempo computacional em pelo menos 40% com relação a uma abordagem puramente cinética. Cabe ressaltar ainda que o modelo HAZ possibilitou um maior entendimento físico e químico ao identificar os processos dominantes locais. / Gasification is a thermochemical conversion process consisting of partial oxidation of a fuel to convert it to a gas mixture (“syngas”). Generally, the gasification process modeling uses a kinetic detailed description, or approach it to a chemical equilibrium state. Both approaches have advantages and disadvantages, as well as limitations. The objective of this work was to develop a new phenomenological modeling of gasification processes through a “hybrid” model here called hybrid adaptive zone model (HAZ). This proposed modeling assumed the gasifier is represented by two types of zones: one dominated by chemical kinetics, represented by a kinetic model, and another where chemical kinetics is fast so chemical species are assumed in chemical equilibrium states, represented by an equilibrium model. A transition criterion between zones was defined by a Damköhler number (Da) which relates residence time and chemical reaction time. Therefore, the HAZ model can adapted according to the dominant processes in each zone. Firstly, a multi-phase equilibrium model (ME) was developed and applied to study the coal-biomass co-gasification of Brazilian sources. Hereafter, the HAZ model was built using the technique of equivalent reactor network (ERN) with the ME model and a kinetic model developed in this work. A methodology of use of the HAZ model was proposed, applied and validated for two configurations of gasifiers: two cases of biomass bubbling fluidized-bed gasifiers and one case of coal entrained-flow gasifier. In the first two cases the transition was estimated to occur on Da ≥ 10+5 and in the last case; we estimated on Da ≥ 10+3. The application of the HAZ model proved to be satisfactory since it could reduce the computation time by at least 40% compared to a pure kinetic approach. It should already be emphasized that the HAZ model allowed a better physical and chemical understanding of gasification by identifying the dominant local processes.

Uma técnica de projeção é usada para tratar o problema de condição inicial na teoria quântica de campos. Neste formalismo, equações de movimento do tipo cinético são deduzidas para o conjunto de variáveis dinâmicas de um corpo. Estas equações são submetidas a uma expansão não perturbativa. Tratamos esta expansão em ordem mais baixa, correspondente a aproximacão de campo médio, para um sistema uniforme de muitos fermions fora do equilíbrio descrito pelo modelo fermiônico quiral de gross-neveu. Nesta aproximação recuperamos os resultados existentes na literatura, tais como, geração dinâmica de massa, liberdade assintótica e o fenômeno de transmutação dimensional. Estudando ainda nesta aproximção o regime de pequenas oscilações em torno do equilíbrio, obtemos soluções analíticas para a evolução dinâmica de nossas variáveis. Verificamos também as condições para existencias de estados ligados neste regime. / A time-dependent projection technique is used to treat the initial value problem in Quantum Field Theory. On the basis of the general dynamics of the fields, we derive equations of kinetic type for the set of one-body dynamics variables. A non-perturbative expansion can be written for these equations. We treat this expansion in lowest order, which corresponds to the Mean-Field Approximation, for a non-equilibrium uniform many-fermions system described by Chiral Gross-Neveu Model. Several literature results are obtained such as dynamical mass generation, dimensional transmutation and asymptotic freedom. In this approximation we study the small oscillations regime obtaining analytical solution for one-body dynamical variables. We have also examined the condition for the existence of bound-state in this case.

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:37:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Robson Rodrigo Miranda.pdf: 3117830 bytes, checksum: 06e1c7195d09d214dbcc6eeb5412efe4 (MD5) Previous issue date: 2015-03-10 / Chagas disease is one of the seventeen neglected tropical diseases according to the World Health Organization. In the recent decades, new parasite metabolic pathways were identified, what brings perspectives for the development of more specific and less toxic drugs, towards crucial target pathways. Once the therapeutic target is identified, a structural and biochemical characterization of the enzymes involved becomes necessary. It may be speculated that one possible therapeutic target to combat Chagas disease is the Histidine Ammonia-Lyase enzyme, which participates in the catabolic pathway of histidine. Therefore, in order to contribute to the structural and biochemical understanding of this enzyme, their heterologous production in E. coli was performed. The product protein was purified by affinity chromatography and used in various techniques for initial characterization. The activity was determined by kinect assay, the thermal stability and secondary structure content were investigated by Circular Dichroism (CD) and the oligomerization stated in solution was analyzed by Dynamic Light Scattering (DLS). The X ray diffraction technique was used to elucidate the three dimensional structure. TcHAL was expressed and purified satisfactorily. The activity proved adequate protein folding and the Circular Dichroism indicated a predominance of α-helix secondary structure and the start of the thermal denaturation at 68°C. TcHAL was crystallized and provided suitable diffraction patterns for the 3D structure elucidation. These biochemical and structural studies advanced the understanding of this enzyme and of the inhibition potentialities. / A Doença de Chagas é uma das dezessete doenças tropicais negligenciadas de acordo com a Organização Mundial da Saúde. Nas últimas décadas foram descritas novas vias metabólicas deste parasita, o que abre perspectivas para o desenvolvimento de medicamentos mais específicos e menos tóxicos, para vias cruciais como alvo. Uma vez identificado o alvo terapêutico, passa a ser necessária a caracterização estrutural e bioquímica das enzimas envolvidas. Especula-se como alvo terapêutico para combater a Doença de Chagas a enzima Histidina Amônio Liase, que participa da via catabólica da histidina. Sendo assim, visando contribuir com o entendimento estrutural e bioquímico desta, foi realizada a sua produção heteróloga em E. coli. Esta foi purificada por cromatografia de afinidade e utilizada em diversas técnicas para caracterização inicial. A atividade foi determinada em ensaio cinético, a estabilidade térmica e as estruturas secundárias foram investigadas por Dicroísmo Circular (CD) e o estado de oligomerização em solução foi analisado por Espalhamento Dinâmico de Luz (DLS). A técnica de difração de raios X foi empregada para elucidação da estrutura tridimensional. A TcHAL foi expressa e purificada de maneira satisfatória. A atividade revelou um adequado enovelamento protéico e o Dicroísmo Circular indicou predominância de estruturas secundárias hélices-α e início da desnaturação térmica próximo a 68 °C. A TcHAL foi cristalizada e forneceu padrões de difração suficientes para elucidação da estrutura 3D. Os estudos bioquímicos e estruturais avançaram o entendimento desta enzima e das possibilidades de sua inibição.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2018-11-29T18:26:31Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Cibeli May.pdf: 3927669 bytes, checksum: 83b271f172e7367bd94016252ee517c4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-29T18:26:31Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Cibeli May.pdf: 3927669 bytes, checksum: 83b271f172e7367bd94016252ee517c4 (MD5) Previous issue date: 2018-04-13 / O texto deste trabalho esta dividido em três capítulos. No Capítulo 1 tem-se a revisão bibliográfica onde é apresentada a aplicação dos compostos orgânicos bromados, a principal forma de síntese destes e as mudanças que vêm ocorrendo devido o uso de solventes prejudiciais à camada de ozônio. Serão descritos métodos alternativos de sínteses, sendo que o mais abordado é o método eletroquímico usado, portanto neste trabalho, por meio do qual é possível realizar a bromação de anéis aromáticos e bromação de aromáticos na posição benzílica. Também serão apresentadas as aplicações dos compostos sintetizados: α, α α’, α’-tetrabromo-pxileno e α, α, α’, α’-tetrabromo-2,5-diciano-p-xileno. No Capítulo 2 são apresentados os estudos experimentais e teóricos, onde se buscou uma explicação para as diferenças observadas na reação química tradicional de tetrabromação benzílica no 2,5-diciano-p-xileno em comparação ao p-xileno. Para isso se realizou para cada composto a reação de Wohl-Ziegler por 10 horas, recolhendo-se amostras em cada tempo determinado, estas amostras formam analisadas por Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio (RMN de H1) e Cromatografia Gasosa acoplada a Espectrometria de Massas (CG-MS). Também foi realizado um estudo teórico de carga a partir de simulação computacional. O que se observa é que o composto contendo o substituinte nitrila apresenta uma reação de bromação mais lenta com a formação de quatro compostos intermediários, enquanto que para o composto sem substituinte a reação é mais rápida e apenas dois compostos intermediários são observados. No Capítulo 3 é descrito um método alternativo de síntese para a tetrabromação benzílica do 2,5-diciano-p-xileno e do p-xileno. A obtenção destes compostos ocorre usando-se reações eletroquímicas, onde não é necessário o uso de solventes de venda proibida (CCl4). Também se realizou um acompanhamento cinético, analisando-se as amostras coletadas por RMN de H1 e CG-MS, para fazer a comparação de síntese pelo método tradicional e eletroquímico. Sendo que a principal diferença observada é que no método eletroquímico as reações são mais lentas, também com este método é possível continuar adicionando bromos na posição benzílica ao composto p-xileno, obtendo-se este composto pentabromado e hexabromado. / The text of this paper is divided into three chapters. In Chapter 1 there is a bibliographic review where the application of brominated organic compounds is presented, the main form of synthesis of these and the changes that have been occurring due to the use of solvents harmful to the ozone layer. It will be described alternative methods of synthesis, and the most approached is the electrochemical method used, therefore in this work, through which it is possible to perform the bromination of aromatic rings and bromination of aromatics in the benzylic position. The applications of the synthesized compounds: α, α, α', α'-tetrabromo-p-xylene and α, α, α ', α'-tetrabromo-2,5-dicyano-p-xylene will also be presented. In Chapter 2 we present experimental and theoretical studies, where an explanation was sought for the differences observed in the traditional chemical reaction of benzylic tetrabromination in 2,5-dicyano-p-xylene compared to p-xylene. In order to do this, the reactions of Wohl-Ziegler were carried out for 10 hours. Samples were collected at each determined time. These samples were analyzed by Hydrogen Nuclear Magnetic Resonance (H1 NMR) and Gas Chromatography Coupled to Mass Spectrometry (CG-MS). A theoretical load study was also carried out from a computer simulation. What is observed is that the compound containing the nitrile substituent has a slower bromination reaction with the formation of four intermediate compounds, whereas for the compound without substituent the reaction is faster and only two intermediate compounds are observed. In Chapter 3 an alternative method of synthesis for the benzylic tetra-bromination of 2,5-dicyano-p-xylene and p-xylene is described. The production of these compounds occurs using electrochemical reactions, where it is not necessary to use solvents of prohibited sale (CCl4). Also, a kinetic monitoring was performed, analyzing the samples collected by H1 NMR and CG-MS, to make the comparison of synthesis by the traditional and electrochemical method. As the main difference observed is that in the electrochemical method the reactions are slower, also with this method it is possible to continue adding bromines in the benzylic position to the compound p-xylene, obtaining this compound pentabromado and hexabromado.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mariana_ sbizzaro.pdf: 1501907 bytes, checksum: 5610159e30f98d52848320f90146f751 (MD5) Previous issue date: 2016-02-12 / The agricultural sector has great influence in Brazilian economy. Furthermore, agricultural yield has been associated with pesticides application during crop cycle, which atrazine is applied for example, since it can cause environmental contamination when it does not reach its target. Thus, there are some essential and imperative options that can minimize contamination and negative impacts during agricultural practices. So, present study aimed at evaluating the ability of three biochars in atrazine adsorption. Therefore, three biochars produced from bamboo culm were used, whose species is Phyllostachys aurea, and temperature ranged at 350 ºC, 450 ºC and 550 ºC. The three studied biochars were named as BE350, BE450 and BE550. They were characterized based on their physical and chemical properties by elemental analysis, characterization of functional groups (Infrared Spectroscopy Fourier Transform - FTIR), surfaces morphology evaluation (Scanning Electron Microscopy - SEM) as well as specific surface area (ASEBET) and porosity. A kinetic study was carried out to determine the equilibrium period of adsorption process and the kinetic mechanism that controls such process. Langmuir and Freundlich isotherms were also modeled during this trial. Atrazine determination, after the adsorption test, was carried out by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The obtained analyses showed that the adsorption capacity of biochars decreased in the following order: BE 450> BE 350 > BE 550, and such capacity has been associated with the physical and chemical characteristics of biochars. The three studied biochars are well represented by the kinetic model of pseudo-second order. At last, all biochars have shown high affinity to adsorb atrazine; however, the biochar that was produced at 450 ºC has shown the highest adsorption capacity. / O setor agrícola possui grande destaque na economia brasileira, a produção agrícola está associada ao uso de pesticidas durante o ciclo das culturas, como é o caso da atrazina, que pode causar a contaminação do ambiente, quando não atinge seu alvo. Sendo assim, alternativas que minimizem as contaminações e impactos negativos da prática agrícola são essenciais e urgentes. Desta forma, o presente estudo teve por objetivo avaliar a capacidade de três biocarvões, em adsorver o herbicida atrazina. Para tanto, foram utilizados três biocarvões, produzidos a partir do colmo de bambu, da espécie Phyllostachys aurea à 350ºC, 450ºC e 550ºC, nomeados BE350, BE450 e BE550. Os biocarvões foram caracterizados quanto as propriedades físicas e químicas, por meio de análise elementar, caracterização de grupos funcionais (Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier - FTIR), avaliação da morfologia das superfícies (Microscopia Eletrônica de Varredura - MEV), bem como, área superficial específica (ASEBET) e porosidade. Estudo cinético foi realizado, visando determinar o tempo de equilíbrio do processo de adsorção, bem como, o mecanismo cinético que controla o processo. Também foram modeladas isotermas de Langmuir e Freundlich. A determinação da atrazina, após os ensaios de adsorção, foi realizada por Cromatografia Líquida de Alta Performance (CLAE). As análises realizadas apontaram que a capacidade de adsorção dos biocarvões diminuiu na ordem de BE 450 > BE 350 > BE 550, e tal capacidade está associada às características físicas e químicas dos biocarvões. Os três biocarvões são bem representados pelo modelo cinético de pseudo-segunda ordem. Todos biocarvões exibiram elevada afinidade para a adsorção do herbicida atrazina, contudo, o biocarvão produzido à 450 ºC demonstra maior capacidade de adsorção

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mariana_ sbizzaro.pdf: 1501907 bytes, checksum: 5610159e30f98d52848320f90146f751 (MD5) Previous issue date: 2016-02-12 / The agricultural sector has great influence in Brazilian economy. Furthermore, agricultural yield has been associated with pesticides application during crop cycle, which atrazine is applied for example, since it can cause environmental contamination when it does not reach its target. Thus, there are some essential and imperative options that can minimize contamination and negative impacts during agricultural practices. So, present study aimed at evaluating the ability of three biochars in atrazine adsorption. Therefore, three biochars produced from bamboo culm were used, whose species is Phyllostachys aurea, and temperature ranged at 350 ºC, 450 ºC and 550 ºC. The three studied biochars were named as BE350, BE450 and BE550. They were characterized based on their physical and chemical properties by elemental analysis, characterization of functional groups (Infrared Spectroscopy Fourier Transform - FTIR), surfaces morphology evaluation (Scanning Electron Microscopy - SEM) as well as specific surface area (ASEBET) and porosity. A kinetic study was carried out to determine the equilibrium period of adsorption process and the kinetic mechanism that controls such process. Langmuir and Freundlich isotherms were also modeled during this trial. Atrazine determination, after the adsorption test, was carried out by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The obtained analyses showed that the adsorption capacity of biochars decreased in the following order: BE 450> BE 350 > BE 550, and such capacity has been associated with the physical and chemical characteristics of biochars. The three studied biochars are well represented by the kinetic model of pseudo-second order. At last, all biochars have shown high affinity to adsorb atrazine; however, the biochar that was produced at 450 ºC has shown the highest adsorption capacity. / O setor agrícola possui grande destaque na economia brasileira, a produção agrícola está associada ao uso de pesticidas durante o ciclo das culturas, como é o caso da atrazina, que pode causar a contaminação do ambiente, quando não atinge seu alvo. Sendo assim, alternativas que minimizem as contaminações e impactos negativos da prática agrícola são essenciais e urgentes. Desta forma, o presente estudo teve por objetivo avaliar a capacidade de três biocarvões, em adsorver o herbicida atrazina. Para tanto, foram utilizados três biocarvões, produzidos a partir do colmo de bambu, da espécie Phyllostachys aurea à 350ºC, 450ºC e 550ºC, nomeados BE350, BE450 e BE550. Os biocarvões foram caracterizados quanto as propriedades físicas e químicas, por meio de análise elementar, caracterização de grupos funcionais (Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier - FTIR), avaliação da morfologia das superfícies (Microscopia Eletrônica de Varredura - MEV), bem como, área superficial específica (ASEBET) e porosidade. Estudo cinético foi realizado, visando determinar o tempo de equilíbrio do processo de adsorção, bem como, o mecanismo cinético que controla o processo. Também foram modeladas isotermas de Langmuir e Freundlich. A determinação da atrazina, após os ensaios de adsorção, foi realizada por Cromatografia Líquida de Alta Performance (CLAE). As análises realizadas apontaram que a capacidade de adsorção dos biocarvões diminuiu na ordem de BE 450 > BE 350 > BE 550, e tal capacidade está associada às características físicas e químicas dos biocarvões. Os três biocarvões são bem representados pelo modelo cinético de pseudo-segunda ordem. Todos biocarvões exibiram elevada afinidade para a adsorção do herbicida atrazina, contudo, o biocarvão produzido à 450 ºC demonstra maior capacidade de adsorção

Aquesta tesi se centra en l’estudi de les possibles glicosiltransferases de Micoplasma genitalium involucrades en la síntesi de glicolípids. Aquests compostos formen part de la membrana plasmàtica del microorganisme, únic envolcall que el protegeix del seu entorn ja que no disposa de paret cel•lular. La hipòtesi sobre la qual s’ha desenvolupat el treball és la possibilitat que aquests glicolípids i els enzims encarregats de la seva producció, les glicosiltransferases, siguin essencials per a la viabilitat del micoplasma i per tant, la seva inhibició sigui una forma d’eradicar les infeccions causades pel patògen. De les tres seqüències classificades com a glicosiltrasferases en el genoma de Mycoplasma genitalium, mg025, mg060 i mg517, s’ha determinat que mg025 és l’únic dels tres gens que no és essencial per al bacteri, tot i que s’ha observat que els tres s’expressen tant a la fase exponencial com a la fase estacionària del seu creixement. La funció de mg025 i mg060 és encara desconeguda, mentre que mg517 és la glicosiltransferasa encarregada de la síntesi dels dos principals glicolípids del micoplasma, el monoglicosildiacilglicerol (MGlcDG) i el diglicosildiacilglicerol (DGlcDG). En aquesta tesi s’ha desenvolupat un protocol d’expressió per a la glicosiltransferasa codificada per mg517, anomenada GT-MG517, el qual fa ús d’una coexpressió amb xaperones i solubilitza la proteïna amb detergents, glicerol i una elevada força iònica. Aquesta metodologia ha estat necessària ja que GT-MG517 és una proteïna associada a membrana i la seva expressió recombinant en E.coli presenta dificultats. La proteïna s’ha purificat mitjançant cromatografia d’afinitat per Ni, tot i que el grau de puresa assolit no ha estat suficient per a intentar la seva cristal•lització. Les diverses proves realitzades usant cromatografia d’exclusió molecular han permès determinar que GT-MG517 forma oligòmers d’alt pes molecular. A partir de la proteïna purificada s’ha realitzat un estudi cinètic de la seva doble activitat glicosildiacilglicerolsintasa. D’aquest estudi s’extreu que GT-MG517 pot transferir un sucre, Glc o Gal, a una molècula principalment hidrofòbica, com és el DOG, i a una molècula molt més hidrofílica, com el MGlcDG. Ambdós compostos però posseeixen un alcohol primari sobre el qual té lloc la transferència creant l’enllaç (16). Amb qualsevol dels substrats acceptors provats, l’enzim presenta activitats específiques superiors si el substrat donador és UDP-Gal. L’acceptor preferit de GT-MG517 és el lípid DOG, però la glicosiltransferasa és capaç d’elongar, ja sigui amb una Glc o amb una Gal, glicolípids com el MGlcDG i el MGDEG, preferint en aquest cas el compost amb una Gal a l’extrem no reductor. Tot i això, l’afinitat de l’enzim és superior per a donadors amb Glc (KM inferiors a les dels donadors amb Gal). D’altra banda, s’ha demostrat que el lípid aniònic DOPG es comporta com a activador de l’activitat enzimática. GT-MG517 posseeix un teòric domini d’unió d’UDP-Glc a l’extrem N-terminal. Aquesta zona presenta similitud de seqüència amb altres glicosiltransferases i permet la classificació de GT-MG517 dins de la família GT-2. En canvi, el seu extrem C-terminal presenta una seqüència particular que no s’alinea amb altres proteïnes. En aquesta tesi es formula la hipòtesi que aquesta zona podria ser d’interacció amb la membrana i, a més, que aquesta interacció podria regular l’activitat enzimàtica. Per això es preparen diverses formes truncades de GT-MG517, en les quals s’eliminen alguns aminoàcids de l’extrem C-terminal, i una forma en la qual només es conserva l’hipotètic domini d’unió d’UDP-Glc. Aquestes noves proteïnes s’expressen, solubilitzen i purifiquen aplicant el protocol establert per a la forma completa. Amb l’anàlisi dels glicolípids sintetitzats s’estableix que els deu últims aminoàcids de GT-MG517 són prescindibles per a la seva activitat, ja que les formes truncades corresponents continuen tenint la capacitat de sintetitzar glicolípids. No obstant, l’eliminació d’un nombre superior de residus, inactiva la proteïna. La purificació de l’hipotètic domini d’unió d’UDP-Glc posa de manifest que forma oligòmers, de la mateixa forma que ho fa la proteïna completa. / Esta tesis se centra en el estudio de las posibles glicosiltransferasas de Mycoplasma genitalium involucradas en la síntesis de glicolípidos. Estas moléculas constituyen parte de la membrana plasmática del miroorganismo, única estructura de protección frente al entorno ya que los micoplasmas carecen de pared celular. La hipótesis sobre la cual se ha desarrollado el trabajo es la posibilidad que los mencionados glicolípidos y las enzimas encargadas de su producción, las glicosiltransferasas, sean esenciales para la viabilidad del micoplasma y, por tanto, su inhibición sea una forma de erradicar las infecciones causadas por el patógeno. De las tres secuencias clasificadas como glicosiltransferasas en el genoma de Mycoplasma genitalium, mg025, mg060 y mg517, se determinó que mg025 es el único de los tres genes que no es esencial para la bacteria, aunque se observó que los tres se expresan tanto en la fase exponencial como en la fase estacionaria de su crecimiento. Se desconoce todavía la función de mg025 y mg060. En cambio, se conoce que mg517 es la glicosiltransferasa responsable de la síntesis de los dos principales glicolípidos del micoplasma, el monoglicosildiacilglicerol (MGlcDG) y el diglicosildiacilglicerol (DGlcDG). En esta tesis se desarrolló un protocolo de expresión para la glicosiltransferasa codificada por mg517, llamada GT-MG517, el cual emplea una coexpresión con chaperonas y solubiliza la proteína con detergentes, glicerol y una fuerza iónica elevada. Dicha metodología fue necesaria ya que GT-MG517 es una proteína asociada a membrana y su expresión recombinante en E.coli presenta dificultades. La proteína se purificó mediante cromatografía de afinidad por Ni pero el grado de pureza obtenido no fue suficiente para intentar su cristalización. Distintas pruebas realizadas usando cromatografía d’exclusión molecular permitieron determinar que GT-MG517 forma oligómeros de alto peso molecular. Con la proteína purificada se realizó un estudio cinético de su doble actividad glicosildiacilglicerolsintasa. De este estudio se extrae que GT-MG517 puede transferir un azúcar, Glc o Gal, a una molécula principalmente hidrofóbica, como es el DOG, y a una molécula mucho más hidrofílica, como el MGlcDG. Pese a su diferencia, los dos compuestos poseen un alcohol primario sobre el que tiene lugar la transferencia creándose el enlace (16). Con cualquiera de los sustratos aceptores probados, la enzima presenta actividades específicas superiores si el sustrato dador es UDP-Gal. El aceptor preferido de GT-MG517 es el lípido DOG, aunque la glicosiltransferasa es capaz de elongar, ya sea con una Glc o con una Gal, glicolípidos como el MGlcDG y el MGDEG, prefiriendo en este caso el compuesto con una Gal en el extremo no reductor. Aún así, la afinidad de la enzima es superior para dadores con Glc (KM inferiores a las de los dadores con Gal). Por otro lado, se demostró que el lípido aniónico DOPG se comporta como activador de la actividad enzimática. GT-MG517 posee un dominio teórico de unión de UDP-Glc en su extremo N-terminal. Esta zona presenta similitud de secuencia con otras glicosiltransferasas y permite la clasificación de GT-MG517 dentro de la familia GT-2. En cambio, su extremo C-terminal presenta una secuencia particular que no se alinea con otras proteínas. En esta tesis se formula la hipótesis que dicha zona podría ser de interacción con la membrana y, además, que dicha interacción podría regular la actividad enzimática. Por eso se prepararon distintas formas trucadas de GT-MG517, en las cuales se eliminaron algunos aminoácidos del extremo C-terminal, y una forma en la cual sólo se conservó el hipotético dominio de unión de UDP-Glc. Las nuevas proteínas se expresaron, solubilizaron y purificaron aplicando el protocolo establecido para la forma completa. Con el análisis de los glicolípidos sintetizados se determinó que los diez últimos aminoácidos de GT-MG517 eran prescindibles para su actividad, ya que las correspondientes formas truncadas conservaban su capacidad de sintetizar glicolípidos. No obstante, la eliminación de un número superior de residuos inactiva la proteína. La purificación del hipotético dominio de unión de UDP puso de manifiesto que forma oligómeros, de la misma forma en que lo hace la proteína completa. / This thesis is focused on the glycolipid producing glycosyltransferases from Mycoplasma genitalium. Glycolipids are part of the microorganism plasma membrane, which is the external covering of mycoplasmas since they lack a cell wall. Our working hypothesis is that glycolipids and the enzymes responsible for their production are essential to mycoplasma. Thus, glycosyltransferase inhibition could be a way to eradicate this pathogen caused infections. There are three genes described as putative glycosyltransferases in Mycoplasma genitalium genome, mg025, mg060 and mg517. We determined that mg025 is the only one essential to the bacteria, although the three of them are expressed both during the exponential and stationary growth phases. The function of mg025 and mg060 still remains unknown, whereas mg517 codifies for the glycosyltransferase responsible for monoglycosyldiacylglycerol (MGlcDG) and diglycosyldiacylglycerol (DGlcDG) synthesis, main mycoplasma glycolipids. In this work an expression protocol for mg517 codified glycosyltransferase was designed. The protocol included chaperone coexpression and protein solubilization with detergents, glycerol and high ionic strength. This methodology was necessary since GT-MG517 is a membrane associated protein and its recombinant expression in E.coli presents some difficulties. GT-MG517 was purified by Ni affinity chromatography. However, a suitable purity degree to attempt protein crystallization was not achieved. Some experiments using size exclusion chromatography revealed that GT-MG517 forms high molecular weight oligomers. A kinetic study of the protein double glycosyldiacylglycerol synthase activity was performed. From this study we learned that GT-MG517 is able to transfer a sugar moiety, Glc or Gal, both to a hydrophobic molecule such as DOG or to a more hydrophilic compound such as MGlcDG. These acceptor substrates share a primary alcohol where the sugar transfer takes place forming a (16) bond. The enzyme presents higher specific activities when UDP-Gal acts as reaction donor, regardless of the acceptor tested. DOG is the preferred acceptor although the enzyme is able to transfer Glc or Gal moieties to glycolipids such as MGlcDG and MGDEG. In this case, the reaction is faster with acceptors with Gal in the non-reducing end. As for donor substrate, enzyme’s affinity is higher for Glc containing molecules, with lower KM values than for Gal donors. In addition, our study proved the anionic lipid DOPG to act as an enzymatic activity enhancer. GT-MG517 has a putative binding domain for UDP-Glc in the N-terminal end. This sequence is similar to other glycosyltransferases and allows its classification in Cazy’s GT-2 family. On the contrary, the C-terminal end has a particular sequence which does not match up with any other protein. Our hypothesis was that this C-terminal end of GT-MG517 could contain a membrane interaction sequence, which could at the same time modulate enzymatic activity. To test this hypothesis some truncated forms of GT-MG517, where C-terminal aminoacids had been removed, were prepared. Moreover, a form where only the putative UDP-Glc binding domain was conserved was also expressed. All these proteins were expressed, solubilized and purified with the same protocol used for the full-length form of GT-MG517. Glycolipids produced by truncated forms were analysed and results implied that the last ten aminoacids were not involved in the enzyme’s activity. Elimination of a higher number of aminoacids caused protein inactivation. When the putative UDP-binding domain was purified, it showed high molecular weight oligomers such as those developed by the complete form of the protein.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:57:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6815.pdf: 3994382 bytes, checksum: 2a2e4e4a401cef8480b7d85ce94ee511 (MD5) Previous issue date: 2015-03-06 / For biofuels production, the recovery of lignocellulosic feedstock is seen as a promising alternative, both from environmental and economic point of views. Among the lignocellulosic biomasses most important in Brazil, sugarcane straw plays a prominent position regarding the production of second generation ethanol (E2G), due to its great availability in the field. One of the main challenges involving the production of second generation ethanol is to obtain high conversion rates of polysaccharides into fermentable sugars, in the hydrolysis step. A solid knowledge is an important pre-requisite to optimize the conversion of lignocellulosic biomass into ethanol. In this context, the aim of this work is to study the kinetics of the enzymatic hydrolysis of cellulose from hydrothermally pretreated sugarcane straw (HPS) (195oC, 10 min e 200 rpm) and hydrothermally pretreated followed by alkaline pretreatment (NaOH 4% w/v, 30 min, 121oC). The influence of process variables as stirring speed, pH, temperature and, concentration of substrate and enzyme was evaluated. Experiments using HPS were carried out in Erlenmeyers (50oC, pH 5, 5 FPU.gcellulose -1 e 10% solids m/v) with shaking from 0 to 300 rpm. Then, the influences of pH and temperature were analyzed. Initially, the pH was ranged from 3 to 7 and afterwards, the temperature was varied from 40 to 60oC. After determining and setting the ideal conditions of agitation, pH and temperature, it was studied the effect of substrate and enzyme concentration for both pretreated and delignified biomass. In order to verify the effect of substrate concentration, solid load was varied in a range of 2.5 to 10.0% (w/v), in initial velocity and long term assays. Enzyme concentration (Cellic®CTec2 Novozymes S/A) was varied from 275 to 5,000 FPU.Lsolution -1 (5 to 80 FPU.gcellulose -1), with solid load settled at 10% (w/v). Finally, it was possible to fit Michaelis-Menten (MM), modified MM, with and without competitive inhibition by glucose, and Chrastil model. For HPS, modified MM model with inhibition (suitable for heterogeneous system, with high resistance to diffusion) was fitted. For alkaline delignified HPS pseudo-homogeneous and modified MM models were fitted. The Chrastil model was also used to fit long term assays for both pretreated biomass. The fitted models were able to identifying key features of the hydrolysis process, and, therefore, useful within the perspective of engineering bioreactors. / O aproveitamento de resíduos lignocelulósicos é visto como uma alternativa promissora, tanto do ponto de vista ambiental quanto econômico, para produção de biocombustíveis. Dentre as biomassas lignocelulósicas de maior importância no território nacional, a palha de cana-de-açúcar ocupa posição de destaque no que se refere à produção de etanol de segunda geração (E2G) por apresentar grande disponibilidade no campo. Um dos principais desafios que envolvem a produção de E2G é obter altas conversões de polissacarídeos em açúcares fermentescíveis, durante a etapa de hidrólise enzimática, de maneira que otimizar esta etapa requer um bom conhecimento da cinética de reação. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo realizar o estudo cinético da etapa de hidrólise enzimática da fração celulósica da palha de cana-de-açúcar, pré-tratada hidrotermicamente (PTH) (195oC, 10 min e 200 rpm) e pré-tratada hidrotermicamente, seguida de prétratamento alcalino (PA) (NaOH 4% m/v, 30 min, 121oC). Neste estudo, foi analisada a influência das seguintes variáveis de processo: velocidade de agitação, pH, temperatura e concentrações de enzima e substrato. Experimentos empregando palha PTH foram realizados em Erlenmeyers (50oC, pH 5, 5 FPU.gcelulose -1 e 10% sólidos m/v) com agitações de 0 a 300 rpm. Em seguida, foram analisadas as influências do pH e da temperatura. Inicialmente, o pH foi variado de 3 a 7 e, posteriormente, a temperatura foi variada de 40 a 60oC. Após determinadas e fixadas as condições ótimas de agitação, pH e temperatura, estudaram-se os efeitos da concentração de substrato e enzima para ambas as biomassas (PTH e PTH com PTA). Para verificar o efeito da concentração de substrato, a carga de sólidos variou de 2,5 a 10% (m/v), em ensaios de velocidade inicial e de longa duração. A concentração de enzima (Cellic®CTec2 Novozymes S/A) variou de 275 a 5000 FPU.Lsolução -1 (5 a 80 FPU.gcelulose -1), com carga de sólidos fixada em 10% (m/v). Finalmente, foi possível ajustar os modelos de Michaelis-Menten (MM) pseudohomogêneo e MM modificado, com e sem inibição competitiva por glicose, e o modelo de Chrastil. Para a palha PTH um modelo de MM modificado com inibição (adequado para sistemas heterogêneos, com alta resistência à difusão) mostrou-se mais apropriado do que o MM pseudo-homogêneo. Para a palha PTH seguida de PTA, o modelo de MM modificado com inibição também foi mais adequado do que o MM pseudo-homogêneo. O modelo de Chrastil também foi aplicável na modelagem de ambas as biomassas pré-tratadas. Os modelos foram capazes de identificar características essenciais do processo de hidrólise, sendo, úteis dentro da perspectiva da engenharia de biorreatores.