Complexos celulolíticos possuem aplicações principalmente nas indústrias alimentícia, do vestuário e do papel; entretanto, seu uso de maior potencial é a hidrólise da celulose, componente dos resíduos lignocelulósicos, visando à produção do etanol. Dentre os microorganismos produtores de celulases, destacam-se os mutantes do gênero Trichoderma, que são os mais estudados e utilizados industrialmente. Mutantes de Penicillium echinulatum também estão entre os micro-organismos atualmente estudados para a produção de celulases. Neste trabalho, são apresentados dados de produção de celulases por P. echinulatum em cultivos submersos em frascos agitados e em biorreatores com agitação mecânica e airlift de circulação interna, na presença de celulose e sorbitol. A caracterização do meio e o tempo de adição do indutor e fontes de carbono também foram estudados, inicialmente, em frascos sob agitação recíproca. As condições que apresentaram os melhores resultados em frascos foram testadas em biorreatores com agitação mecânica e airlift. Estudaram-se condições hidrodinâmicas, como velocidade de fluxo e aeração em biorreator airlift para a otimização da produção de celulases, bem como composições de meios em biorreator com agitação mecânica, onde o oxigênio dissolvido foi mantido em níveis mínimos de 20% da saturação. Como indicadores de avaliação, foram realizadas análises enzimáticas de FPA (atividade sobre papel filtro), β-glicosidase, endoglicanase e xilanase; concentração de biomassa; consumo da fonte de carbono e variação do pH. Os resultados obtidos em frascos sob agitação mostraram que sorbitol, ao ser empregado como substituto parcial da celulose, apresenta vantagem na produção enzimática e na reologia do cultivo. Também, constatou-se que o tempo de adição da celulose influencia a produção enzimática em cultivos submersos e que a lactose, associada ao sorbitol, promove maiores títulos enzimáticos. Em relação ao uso dos biorreatores, verificaram-se melhores resultados em airlift para o meio contendo 0,25% (m/v) de sorbitol e 0,75% (m/v) de celulose, quando comparado ao biorreator com agitação mecânica. Ensaios com alimentação em três estágios não apresentaram resultados relevantes quanto à produção enzimática e à produtividade volumétrica. Testes iniciados com sorbitol e alimentados com celulose apresentaram melhores resultados com relação aos realizados em regime de batelada. Ensaios iniciados com 0,25% (m/v) de sorbitol apresentaram maior produtividade volumétrica quando comparados aos iniciados com 1% (m/v). Constatou-se que a celulose pode ser substituída, também, por uma fonte de carbono insolúvel, de baixo custo e de fácil obtenção, o bagaço de cana de açúcar. Em frascos sob agitação, a atividade de celulases e xilanases em cultivos com bagaço apresentaram atividade similar a cultivos contendo celulose cristalina. / Cellulolytic enzymes have many uses, particularly in the food, textile, and paper industries. However, their major potential use is in the hydrolysis of cellulose a component of lignocellulosic residues for ethanol fuel production. Among the cellulase-producing microorganisms, mutants of the Trichoderma genus are the most studied and most widely used in the industry. Penicillium echinulatum mutants are also among those microorganisms currently being studied for cellulase production. The present study provides data on cellulase production by P. echinulatum in submerged culture in flasks under agitation and in stirred tank and internal circulation airlift bioreactors, in the presence of cellulose and sorbitol. Medium composition and supplementation timing of inducers and carbon sources, initially for flasks under agitation, were also studied. Assay conditions showing the best results in flasks were tested in bioreactors with mechanical agitation and airlift. Hydrodynamic conditions, such as flow speed and aeration in airlift bioreactor for cellulase production optimization, as well as medium formulations in bioreactor with mechanical agitation, with oxygen maintained at a minimum 20% saturation level, were studied. Enzymatic analyses of FPA (filter paper activity), β-glucosidase, endogluconase, and xylanase; biomass concentration; carbon source consumption; and pH variation were used as evaluation indicators. Results obtained in flasks under agitation showed that sorbitol might be used as a partial substitute of cellulose, in favor of enzymatic production and cultivation rheology. It was further observed that cellulose supplementation influences the enzymatic production in submerged cultures, and that lactose in association with sorbitol produces higher enzymatic titers. With regard to bioreactors, the best results were obtained with the airlift bioreactor for a medium containing 0.25% (w/v) sorbitol and 0.75% (w/v) cellulose, when compared to the bioreactor with mechanical agitation. Assays with 3-phase supplementation did not show any relevant results with regard to enzymatic production and volumetric productivity. Assays initiated with sorbitol and supplemented with cellulose showed better results when compared to those conducted in the batch-production model. Assays initiated with 0.25% (w/v) sorbitol showed higher volumetric productivity compared to those initiated with 1% (w/v) sorbitol. It was found that cellulose might be replaced by sugar cane bagasse, a low-cost and readily available source of insoluble carbon.

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES

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As enzimas glicose-frutose oxidorredutase (GFOR) e glicono-d-lactonase (GL), presentes em células da bactéria Zymomonas mobilis, têm a capacidade de catalisar a formação de ácido lactobiônico (AL), ou seus sais, e sorbitol utilizando lactose e frutose como substratos. O AL e o lactobionato de sódio têm importantes aplicações na área médica e na indústria de cosméticos. As enzimas GFOR e GL apresentam suas maiores atividades em pH 6,4, por esta razão, durante a produção do AL há a necessidade de corrigir o pH do meio a fim de mantê-lo em torno deste valor. A separação do ácido lactobiônico por eletrodiálise é possível, uma vez que esta substância é o único componente iônico da bioconversão. O processo de remoção do AL durante o processo de formação pode ser vantajoso, pois tornaria desnecessária a adição de base ao meio reacional, além de otimizar e desonerar o processo de purificação. Este trabalho teve como objetivo avaliar a viabilidade da utilização da técnica de eletrodiálise (ED) como alternativa para separação do ácido lactobiônico de soluções contendo lactose, frutose e sorbitol, provenientes de processo biotecnológico catalisado pela enzimas GFOR e GL de Z. mobilis. Foram utilizadas membranas Ionicsâ aniônica AR204-SZRA e catiônica CR67-HMP com 11cm² de área permeante. Os ensaios foram realizados em um sistema de ED de três compartimentos de 120mL de volume cada. No compartimento intermediário foi alimentada a solução ou o meio de bioconversão contendo o ácido lactobiônico, enquanto os compartimentos anódico e catódico continham solução de NaCl (20g.L-1). A passagem dos eletrólitos através das membranas foi acompanhada indiretamente pela medida da condutividade elétrica e, também, pela concentração de AL e das demais substâncias presentes no meio de bioconversão, as quais foram determinadas por cromatografia em fase líquida (HPLC). Com densidade de corrente elétrica constante, a diferença de potencial (ddp) elétrica aplicada variava ao longo do tempo. Deste modo, a fim de evitar um aumento excessivo da ddp e um conseqüente aumento na resistência elétrica do sistema, que poderia ocasionar uma polarização por concentração, optou-se por operar o sistema com diferença de potencial constante. A melhor condição foi determinada pela variação da ddp (5, 15, 30 e 60V) ao longo do tempo, para diferentes concentrações de ácido lactobiônico (1, 5, 10, 20 e 30g.L-1). A partir dos resultados percentuais de recuperação de AL, da velocidade máxima de redução da condutividade e da resistência aparente do sistema, a melhor ddp para operação do sistema de ED foi determinada em 15V. Nesta condição, a recuperação de ácido lactobiônico cristalizado com solvente orgânico (ALC), utilizado como padrão, presente na concentração de 20g.L-1, foi de 38,7% em 250min de ensaio. Quando comparada a uma solução padrão contendo todos os componentes presentes na bioconversão (lactose, frutose e sorbitol) a recuperação foi afetada pela presença das substâncias não iônicas e a eficiência de recuperação de ALC decresceu para 16,2%. O mesmo comportamento foi observado quando o teste foi realizado com um meio de bioconversão real diluído e previamente submetido a tratamento de microfiltração para remoção de impurezas, em que a recuperação foi de 14%. Apesar da eficiência relativamente baixa, em razão das limitações do sistema de ED utilizado, os resultados na permeação do ácido lactobiônico podem ser considerados satisfatórios. Maiores eficiências de recuperação poderiam ser obtidas com o aumento da área permeante, seja aumentando a área de membrana ou o número de compartimentos do sistema de eletrodiálise. Os resultados sugerem que a recuperação de ácido lactobiônico por eletrodiálise, simultaneamente ao processo biotecnológico de produção, pode ser viável uma vez que o custo envolvido com a aplicação desta técnica é justificado pelo alto valor agregado do produto. / Glicose-fructose oxidoreductase (GFOR) and glicono-d-lactonase (GL) enzymes are present in Zymomonas mobilis bacteria cells. These enzymes are capable to catalyze lactobionic acid (AL) formation (or formation of its correspondent salts) together with sorbitol from lactose and fructose. Lactobionic acid and sodium lactobionate have important applications in medical area and cosmetic industry. GFOR and GL enzymes present higher activity at pH 6.4, thus being necessary correction of pH medium during AL formation process, in order to maintain pH around 6.4. Lactobionic acid separation using electrodialysis is possible since this acid is the only ionic component in bioconversion. Extraction of AL simultaneously to its formation could be advantageous since addition of alkali to the reaction medium would be unnecessary, besides optimizing and making less expensive the purification process. This work aims to evaluate the technical viability by utilizy electrodialysis (ED) technique as an alternative to separate lactobionic acid, from solutions containing lactose, fructose, and sorbitol, produced by biotechnological processes catalyzed by GFOR and GL of Z. mobilis. Ionics® membranes were used in this study, with AR204-SZRA specification for anion exchange membrane and CR67-HMP specification for cation exchange membrane, with 11cm² of permeating area for each one. Experiments were performed in a three-compartment ED stack with 120mL of volume each. Intermediate compartment received feed solution or bioconversion medium containing lactobionic acid, whilst anodic and cathodic compartments contained a sodium chloride solution (20gL-1). Electrolytes passage through the membrane was indirectly observed by measuring conductivity in the intermediate compartment. Lactobionic acid concentration, as well as concentration of other substances present in bioconversion medium, was determined by high performance liquid chromatography (HPLC). When using a constant current density, the applied voltage presented variation along the time. Thus, in order to avoid excessive increase of voltage and consequently an increase of electrical resistance of the system - that would result in concentration polarization - it was chosen to operate the system with a constant voltage. The best condition for the system was determined combining different voltages (5, 15, 30 ad 60V) with different lactobionic acid concentrations (1, 5, 10, 20 and 30gL-1). From lactobionic acid recovery results, maximum conductivity decreasing velocity, and apparent resistance of the system, the best voltage for the system operation was determined as 15V. Under this condition, crystallized lactobionic acid (ALC) recovery from a 20gL-1 standard solution was 38.7% in a 250min experiment. When compared to a standard solution containing all bioconversion components (lactose, fructose and sorbitol) the recovery was affected due to the presence of non-ionic substances, thus ALC recovery efficiency decreased to 16.2%. The same behavior was observed when the test was performed using a real diluted bioconversion medium, previously treated by micro-filtration for removal of impurities. Under these conditions, recovery was 14%. Despite relatively low efficiency due to the limitations of ED system used, the results of lactobionic acid permeation can be considered satisfactory. Higher recovery efficiencies could be obtained by increasing permeating area, either increasing membrane area or increasing the number of compartments in electrodialysis stack. The results suggest that lactobionic acid recovery using electrodialysis simultaneously to the biotechnological process of production can be feasible, since the costs involved with the application of this technique are justified by the added value of the product.

Ácidos maltobiônico e lactobiônico são formados pela oxidação de maltose ou lactose, ao passo que, em base equimolar, sorbitol é formado pela redução de frutose, por meio da ação catalítica do complexo enzimático glicose-frutose oxidorredutase (GFOR) e glicono-δ-lactonase (GL), enzimas periplasmáticas de Zymomonas mobilis, os quais têm importantes aplicações na indústria farmacêutica e de cosméticos. Este trabalho objetivou avaliar a síntese biocatalítica de sorbitol e dos ácidos maltobiônico e lactobiônico pelo complexo enzimático GFOR/GL utilizando células/enzimas de Z. mobilis permeabilizadas livres ou imobilizadas em alginato de cálcio e empregando, além de maltose e lactose, matérias-primas complexas como xarope de maltose (42% maltose) e soro do leite (79% de lactose). Em ensaios enzimáticos utilizando maltose e frutose, 0,19 e 0,22mol/L foram obtidos, respectivamente, como constantes de Michaelis-Menten e Vmáx de 25 unidades de GFOR/GL por grama de células secas (U/g), onde U corresponde a mmol de produto formado por hora. As constantes cinéticas foram também definidas para xarope de maltose e frutose, com a obtenção de KM de 0,03 e 0,39 mol/L, respectivamente, e Vmáx de 56 U/g, indicando o efeito da maior afinidade relativa à presença de glicose no xarope. Em bioconversões de maltose e xarope de maltose com células permeabilizadas livres, foram atingidas concentrações dos ácidos orgânicos de 550 e 600 mmol/L, com rendimentos médios de 80 e 90%, respectivamente. Utilizando-se lactose ou soro do leite liofilizado, nas mesmas condições de processo, foram atingidas concentrações finais de ácidos orgânicos de 490 e 430 mmol/L, nessa ordem, com rendimentos aproximados de 76 e 66%. Foram conduzidas, também, bioconversões com células imobilizadas, a partir de maltose e xarope de maltose, resultando 570 e 580 mmol/L em concentração de produto e rendimentos aproximados de 90%. Empregando-se lactose e soro do leite, nas mesmas condições operacionais, obteve-se 490 e 430mmol/L de ácidos orgânicos com conversões de 76 e 65%, respectivamente. Frente aos resultados obtidos com maltose, avaliou-se o efeito do pH (entre 6,0 e 7,2) e da temperatura (de 36 a 47°C), com o sistema GFOR/GL imobilizado em alginato de cálcio. Condições mais favoráveis em termos de formação de produto foram pH 6,4 e 39°C. O controle do pH da bioconversão, por meio da adição de NaOH, resultou na formação dos sais de sódio, maltobionato ou lactobionato, de acordo com o substrato empregado. Esses sais foram precipitados com o uso de etanol, procedimento que demonstrou-se eficiente, favorecendo a recuperação/purificação dos produtos finais. / Maltobionic and lactobionic acid are formed through the oxidation of maltose and lactose, whereas sorbitol is formed in equimolar amount through the reduction of fructose, by means of the catalytic action of the glucose-fructose oxidoreductase (GFOR) and glucono-δ-lactonase (GL) enzymatic complex, periplasmic enzymes from Zymomonas mobilis, which have important applications in the pharmaceutic and cosmetic industries. This work aimed to evaluate the biocatalytic synthesis of sorbitol and maltobionic and lactobionic acids by the enzymatic complex GFOR/GL using permeabilized cells/enzymes of Z. mobilis, free or immobilized in calcium alginate, and employing, besides maltose and lactose, complex raw materials such as maltose syrup (42% maltose) and whey (79% lactose). In enzymatic assays using maltose and fructose, 0.19 and 0.22 mol/L were obtained, respectively, as Michaelis-Menten constants, and a Vmax of 25 units of GFOR/GL per dry cell gram (U/g) was obtained, where U corresponds to mol of product formed per hour. Kinetic constants for maltose and fructose syrups were also defined, with the attainment of KM of 0.03 and 0.39 mol/L, respectively, and Vmax of 56 U/g, indicating the effect of higher affinity related to the presence of glucose syrup. In bioconversions of maltose and glucose syrup with free permeabilized cells, concentrations of organic acids of 550 and 600 mmol/L were achieved, with mean yields of 80 and 90 %, respectively. Using lactose or lyophilized whey, under the same process conditions, final concentrations of organic acids of 490 and 430 mmol/L were achieved, in this sequence, with aproximate yields of 76 and 66%. Bioconversions with immobilized cells were also performed from maltose and maltose syrup, resulting in 570 and 580 mmol/L of products and a yield of approximately 90%. Employing lactose and whey, under the same operational conditions, 490 and 430 mmol/L of organic acids were obtained with conversions of 76 and 65%, respectively. In face of the results obtained with maltose, the effect of pH (between 6.0 and 7.2) and temperature (from 36 to 47°C) were evaluated, with the GFOR/GL system immobilized in calcium alginate. The most favorable conditions in terms of product formation were pH 6.4 and 39°C. The pH control of the bioconversion, through NaOH addition, resulted in the formation of maltobionic and lactobionic sodic salts, in accordance with the substrate employed. These salts were precipitated with ethanol, procedure that was demonstrated to be efficient, promoting the recuperation/purification of final products.

Orientador: Maria Isabel Rodrigues / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-06T19:12:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maldonado_RafaelResende_M.pdf: 1875683 bytes, checksum: 3c696cbfa231b172b2aec2339aa46426 (MD5) Previous issue date: 2006 / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Benedito de Oliveira Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-07-21T11:00:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Teixeira_SimoneAparecida_M.pdf: 11013825 bytes, checksum: 8435b211df8f9b2d75e3e1cc42b1ace7 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Uma interação entre o sistema renina-angiotensina-aldosterona e o óxido nítrico (NO) foi inicialmente observada por Ribeiro et al. (1992) quando verificaram que na hipertensão experimental causada pela inibição da síntese do NO por análogos da L-arginina, a elevação da pressão arterial era evitada pelo tratamento concomitante com losartan, um antagonista competitivo dos receptores do tipo I de angiotensina II, verificando-se também que os níveis de atividade da renina plasmática se encontravam elevados. No entanto, os resultados obtidos por outros autores sobre tal atividade são um tanto controversos. Ao longo do presente trabalho de tese são mostrados os resultados obtidos sobre o desenvolvimento e padronização de um método para quantificar a atividade da enzima conversora de angiotensina I (ECA) tecidual proveniente de órgãos de ratos. Posteriormente, esta metodologia foi aplicada para avaliar o efeito do tratamento crônico com um inibidor da NOS em ratos (L-NAME, 20 mg/animal/dia, durante 1, 2, 4 e 8 semanas, v.o.) sobre a atividade da ECA proveniente de homogenatos de fígado, pulmão, coração e rim. Ratos tratados com L-NAME mostraram valores de pressão arterial média elevados enquanto que o grupo de animais tratados prévia e simultaneamente com o inibidor competitivo da ECA, o maleato de enalapril, não desenvolveram hipertensão. A atividade da ECA medida em homogenatos de coração, fígado e pulmão não mostrou nenhuma diferença significante entre os grupos tratado e não tratado (controle) a qualquer tempo, mas uma queda na atividade da ECA renal foi observada após 8 semanas de tratamento com L -NAME. Estes resultados sugerem que a ativação do sistema renina-angiotensina-aldosterona decorrente da inibição da NOS não é acompanhada por aumento da atividade de ECA tecidual em ratos. Mecanismos de retroalimentação negativa poderiam explicar a diminuição observada na atividade da ECA renal após um período de 8 semanas de tratamento com L-NAME / Abstract: An interaction between the renin-angiotensin-aldosterone system and nitric oxide (NO) was initially observed by Ribeiro et aI. (1992) when they verified that in experimental hypertension caused by NO synthesis blockade, the raise in arterial pressure could be prevented by concomitant treatment with losartan, a competitive type I angiotensin II receptor antagonist and that plasma renin activity was also increased. However, reports by other investigators have not always confirmed the latter observation. The present work describes the development and standardization of a method for the in vitro quantification of angiotensin I converting enzyme (ACE) activity in rat organs. The method was used to evaluate ACE activity in liver, lung, heart and kidney homogenates from rats treated chronically with the NO synthase (NOS) inhibitor L-NAME (20 mg/animal/day, orally, for 1,2,4 or 8 weeks). L-NAME-treated rats developed hypertension while the animals previously and simultaneously treated with enalapril maleate, a competitive ACE inhibitor, did not. The ACE activities of heart, liver and lung homogenates were not significantly different between the treated and non-treated groups at any time, but a significant decrease in renal ACE activity was observed in the L-NAME treated animals after eight weeks of treatment. These results suggest that activation of the renin-angiotensin-aldosterone system in rats as a result of chronic NOS inhibition is not accompanied by an increase in tissular ACE activity. Negative feed-back mechanisms could explain the decrease in renal ACE activity observed after eight weeks of treatment with L-NAME / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Ciências Biológicas

Orientador: Ladaslav Sodek / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Isntituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-07-22T01:08:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chagas_ElianaPereira_D.pdf: 9581798 bytes, checksum: 49359674666b604ff2cfcba8f66addc7 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: A asparaginase (ASNase-EC 3.5.1.1.) de semente imatura de ervilha (Pisum sativum L.) varo Bolero foi purificada e caracterizada. A ASNase foi dependente de K+ para sua ativação e a presença de íons Ca2+ nos tampões de extração e purificaçcão permitiu uma maior recuperação da atividade da enzima. O Ca2+ pode auxiliar na manutenção da estrutura ativa da enzima. A ASNase apresentou duas isoformas, eluídas separadamente em cromatografia de exclusão. A primeira de 200.000 g/mol com atividade mais baixa e a segunda, com 69.000 g/mol, com a maior atividade, sendo portanto, a principal forma da enzima. A ASNase apresentou pI de 4,5 a 5 e [(m de 2,4 mM para Asn. A enzima foi inibida competitivamente por Gly e Asp, e os resultados indicaram que o Asp seria liberado na reação após o NH4 +. Através das reações imunológicas, foi observado que anticorpo produzido contra a ASNase de semente de ervilha reconheceu bandas na mesma posição que a ASNase de ervilha em extratos de sementes de outras espécies: Crotalaria juncea, C. paulina (ambas dependentes de K+) e C. zanzibarica (independente). A ASNase de ervilha também apresentou reação cruzada com anticorpos produzidos contra ASNase de C. juncea e Lupinus polyphyllus (independente de K+), sugerindo alguma homologia entre as moléculas, e também que a parte da molécula que determina dependência ao K+ não coincide com aquela reconhecida pelo anticorpo / Abstract: Asparaginase (ASNase-EC 3.5.1.1) from immature seed of Pisum sativum L. cv. Bolero was characterized and purified. ASNase from pea seed was dependent upon the presence of K+ for activity and the presence of Ca2+ in the extraction buffers pertmitted a higher recovery of activity. The Ca2+ ions could assist the active ASNase structure. The enzyme showed two active isoforms, eluted separately from exclusion chromatography. The first isoform (200.000 g/mol) presented lower activity and the second (69.000 gjmol) with the highest activity, was the main formo This enzyme showed a pI near to 4,5-5 and a J(m of 2,4 mM for Asn. Gly and Asp were competitive inhibitors of the enzyme. Asp would appear to be released from the enzyme after NH4 +. Western blot analysis demonstrated the presence of bands coinciding with the ASNase from pea seed in seed extract from other species: Crotalaria juncea J Crotalaria paulina (K+dependent) and Crotalaria zanzibarica (K+ -independent). ASN ase from pea seed showed a cross-reaction with antibodies against ASNase from Crotalaria juncea and Lupinus polyphyllus (K+ -independent), suggesting a similarity between the enzymes, and that the part of the molecule involved in the K+ dependency is not coincident with that recognized by the antibody / Doutorado / Doutor em Ciências