Made available in DSpace on 2015-03-26T13:30:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 841800 bytes, checksum: 783321f8508db8b49dbbe62fa1a549c8 (MD5) Previous issue date: 2014-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The spider mite Tetranychus evansi interferes in the lipoxygenases pathway of plant defenses respond where are produced jasmonic acid that activates expressing genes of proteinase inhibitors which affect the capability of digest proteins in herbivores. The not PI induction ability of T. evansi promotes his performance and reproduction but other species too like the spider mite T. urticae. Until now, there has not been study how digestive enzyme activity of these and other herbivores could be affected by T. evansi interference in tomato defense respond neither which digestive enzymes are present in this particular plant- herbivore relation what became in our research objective. Tomato plants were infested with T. evansi, T. urticae or moth larvae Tuta absoluta, while some plants were infested with a combination of T.evansi with each one of the other species simultaneously. When T. evansi was in the same plant with T. urticae the defense respond by lipoxygenases pathway were induced and the proteinase inhibitors were equal that plants attacked by only T.urticae, and plants attacked by T. evansi and T. absoluta simultaneously. T. evansi oviposition rate were only affected in plants previously attacked by T. urticae. In plants previously attacked by the combination of herbivores or just T. absoluta the oviposition rate doesn t differs of rates in clean plants, despite of high PI concentration. This suggests that T. evansi performance is affected by PI but for T. urticae plant injuries and traces and T. evansi has to overcome more factors involved in food competition. Digestive enzymes profile suggest a higher serine than cysteine proteinase activity been mainly tripsyn-like proteinases. In spider mites, tripsyn-like proteinases increase when PI were higher, possible to overcome PI toxic effects plus a higher aminoacids demand in T. evansi when competes with T. urticae for food resources. The quimotripsyn-like proteinases seems to be sensible to PI and decrease with high tripsyn-like ativity. / O ácaro Tetranychus evansi interfere na resposta de defesa pela via das lipoxigenases do tomateiro, na qual ocorre a produção de ácido jasmônico que ativa os genes que expressam inibidores de proteases os quais afetam a capacidade dos herbívoros para digerir proteínas. Ao não induzir inibidores de proteases, T. evansi favorece o seu desenvolvimento e reprodução, mas também de outros herbívoros como T. urticae. Ate agora não tem sido demostrado quais enzimas digestivas e como a suas atividades em este e outros herbívoros podem ser afetados por essa interferência na reposta de defensa do tomateiro, o que consistiu em nosso objetivo de trabalho. Plantas de tomate foram infestadas com ácaros das espécies T. evansi, T. urticae e com a lagarta Tuta absoluta, outras foram infestadas com uma combinação de T. evansi com as outras duas espécies. Quando T. evansi esteve na mesma planta com T. urticae a reposta de defesa pela via das lipoxigenases foi induzida e a concentração de inibidores de proteases igual que a indução gerada por T. urticae, o mesmo quando T. evansi esteve junto com T. absoluta na planta. A oviposição de T. evansi foi afetada em plantas que foram infestadas unicamente com T. urticae, mas em plantas atacadas pela combinação de herbívoros ou unicamente por T. absoluta a oviposição não diferiu com aquela em plantas limpas, apesar das altas concentrações de IP. Isto sugere que a oviposição de T. evansi não é afetada só pelos IP, mas possivelmente pelos danos e rastros deixados por T. urticae nas folhas. O perfil das enzimas digestivas indica uma maior atividade de serino proteases que de cisteíno proteases, sendo as Tripsinas-like as de maior atividade. Nos ácaros as tripsinas incrementam com a concentração de IP, possivelmente pela necessidade de superar o efeito deletério destes e no caso de T. evansi de digerir mais aminoácidos quando compete com T. urticae. As quimotripsinas-like parecem ser mais sensíveis aos IP e diminuir com o incremento da atividade das tripsinas.

Submitted by Anderson Silva (avargas@icict.fiocruz.br) on 2012-10-16T16:18:56Z No. of bitstreams: 1 ana_carolina_r_guimaraes_ioc_bcm_0008_2010.pdf: 7783704 bytes, checksum: c55aa365e04b94c51640b1937be9e63d (MD5) / Made available in DSpace on 2012-10-16T16:18:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ana_carolina_r_guimaraes_ioc_bcm_0008_2010.pdf: 7783704 bytes, checksum: c55aa365e04b94c51640b1937be9e63d (MD5) Previous issue date: 2010 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Laboratório de Genômica Funcional e Bioinformática. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / O estudo da reconstrução metabólica em diversos organismos expõe a existência de compostos cruciais para a sua sobrevivência. Dentre estes compostos, estão as enzimas, responsáveis pela catálise das reações bioquímicas em vias metabólicas. Diferentemente das enzimas homólogas, as enzimas análogas (também conhecidas como enzimas isofuncionais não homólogas) são capazes de catalisar as mesmas reações, mas sem apresentar similaridade de sequência significativa no nível primário e, possivelmente, com diferentes estruturas tridimensionais. Um estudo detalhado destas enzimas pode desvendar novos mecanismos catalíticos, adicionar informações sobre a origem e evolução de vias bioquímicas e revelar alvos potenciais para o desenvolvimento de drogas. Para muitas enfermidades causadas por parasitas, as opções terapêuticas permanecem ineficientes ou inexistentes, exigindo a busca de novos alvos. Estes podem ser proteínas específicas do parasita ausentes no hospedeiro ou compostos presentes em ambos, mas com estrutura tridimensional substancialmente diferente, como as enzimas análogas. A ferramenta AnEnPi, capaz de identificar, anotar e comparar enzimas homólogas e análogas, foi desenvolvida e utilizada para reconstruir computacionalmente as vias metabólicas de alguns organismos modelo, como os tripanossomatídeos. Uma análise mais focada no metabolismo de aminoácidos de Trypanosoma cruzi identificou alvos promissores para o desenvolvimento de novas drogas. Além disso, uma revisão do metabolismo geral de T. cruzi foi realizada em outras vias metabólicas, levando em consideração esta nova abordagem de busca por potenciais alvos terapêuticos. Uma vez que a estrutura tridimensional é importante no estudo de analogia, a ferramenta MHOLline foi utilizada para a obtenção de modelos 3D a partir de homólogos, análogos e proteínas específicas de T. cruzi versus Homo sapiens. As estratégias utilizadas nesse trabalho apóiam o conceito de análise estrutural, juntamente com a análise funcional de proteínas, como uma interessante metodologia computacional para detectar potenciais alvos para o desenvolvimento de novas drogas. / The study of metabolic reconstruction in different organisms exposes the existence of crucial compounds for its survival. Examples of these compounds are the enzymes that are responsible for the catalysis of biochemical reactions in metabolic pathways. Unlike the homologous enzymes, the analogous enzymes (also known as non- homologous isofunctional enzymes) are able to catalyze the same reactions, but without significant sequence similarity at the primary level and possibly with different three-dimensional structures. A detailed study of these enzymes may exhibit new catalytic mechanisms, add information about the origin and evolution of biochemical pathways and reveal potential targets for drug development. For many diseases caused by parasites, therapeutic options remain inefficient or nonexistent, requiring the search for new drug targets. These targets may be specific proteins of the parasite (absent in the host) or compounds present in the both organisms but with different three-dimensional structure, like analogous enzymes. The tool AnEnPi approach was able to identify, annotate and compare homologous and analogous enzymes. It was developed and used to reconstruct computationally the metabolic pathways of some model organisms such as trypanosomes. A more focused analysis on the amino acids metabolism of Trypanosoma cruzi identified promising targets for the development of new drugs. Furthermore, a review of the general metabolism of T. cruzi was carried out in other metabolic pathways, taking into account this new approach in the search for potential therapeutic targets. Since the three-dimensional structure is important in the study of analogy, the tool MHOLline was used to obtain 3D models for homologous, analogous and specific proteins of T. cruzi versus Homo sapiens. The strategies used in this study support the concept that structural analysis together with protein functional analysis could be an interesting computational methodology to detect potential targets for structure-based rational drug design.

Made available in DSpace on 2016-12-23T13:48:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vitor de Laia Nascimento - texto.pdf: 8002320 bytes, checksum: d923e8ffb747554b279471742bf9ad9d (MD5) Previous issue date: 2013-02-22 / O abacaxizeiro (Ananas comosus var. comosus) é uma das frutíferas tropicais mais produzidas no mundo. O Brasil destaca-se mundialmente na produção desta fruta e o Espírito Santo vem mostrando potencial nacional de produtividade. Doenças e pragas constituem fatores restritivos para o alcance de uma produtividade ideal em qualquer cultura agrícola. O abacaxizeiro é uma planta que pode ser afetada por várias doenças causadas por fungos, bactérias e vírus, destacando-se em importância econômica a fusariose. As respostas de hipersensibilidade são os primeiros eventos que ocorrem nas células das plantas em resposta aos estresses bióticos e abióticos. Há síntese de espécies reativas de oxigênio (EROs) como peróxido de hidrogênio (H2O2), hidroxila (OH-) e superóxido (O2 -) que podem produzir danos oxidativos nos seres vivos como forma de proteção. As plantas possuem um sistema de defesa bem desenvolvido contra as EROs, constituído por uma complexa gama de antioxidantes enzimáticos e não enzimáticos que protegem as células dos danos oxidativos. O processo de infecção de diversos fungos, como o causador da fusariose do abacaxizeiro, é dependente de injúria nos tecidos da planta. O aumento da expressão e atividade das enzimas antioxidantes está correlacionado com a defesa de plantas à fitopatógenos e pragas. O objetivo foi caracterizar a resposta diferencial entre duas cvs de abacaxizeiro, Vitória (resistente à fusariose) e Pérola (susceptível à fusariose), ao estresse oxidativo gerado pela injúria foliar. Para isso foi determinada a concentração de proteínas solúveis totais das duas cvs, Vitória e Pérola, com e sem injúria foliar, quantificado e comparado à atividade das enzimas superóxido dismutase (SOD EC 1.15.1.1), peroxidase do ascorbato (APX EC 1.11.1.11) e catalase (CAT EC 1.11.1.6) após o tratamento de injúria foliar em diferentes tempos e caracterizado os perfis das proteínas solúveis totais e das isoenzimas de SOD e CAT em SDS-PAGE nos tempos em que houver melhor resposta. Como primeiro resultado, temos que não há diferença das proteínas solúveis totais entre as cultivares e os tratamentos nos tempos analisados. Também foi demonstrado que as enzimas antioxidantes da cv Vitória apresentam significativa diferença de atividade em relação às da Pérola. A SOD da cv. Vitória apresentou pico de resposta aos 15 minutos após a injúria. A APX apresentou resposta diferencial, para Vitória, aos 30 e 45 minutos após injúria foliar. Já a CAT da cv. Vitória apresentou um pico de resposta diferencial aos 45 minutos. As análises em SDS-PAGE com padrões de SOD e CAT, aos 15, 30 e 45 minutos após a injúria foliar demonstraram que não há diferença quantitativa entre as enzimas analisadas. Na cv Vitória há correlação entre a atividade de enzimas antioxidantes e a resposta à injúria foliar. Porém a atividade não está diretamente relacionada à concentração das enzimas. Por não haver grande diferença na expressão protéica sugere-se que reguladores e cofatores dessas enzimas apresentem fundamental importância nestes mecanismos / The pineapple (Ananas comosus var. comosus) is a tropical fruit of the most produced in the world. The Brazil stands out worldwide in the production of this fruit and the Espirito Santo state are showing potential national productivity.Diseases are limiting factors for the achievement of an optimum productivity in any crop. The pineapple is a plant that can be affected by various diseases caused by fungi, bacteria and viruses, especially in economic importance fusariosis. The hypersensitivity responses are the first events that occur in the cells of plants in response to biotic and abiotic stresses. There synthesis of reactive oxygen species (ROS) such as hydrogen peroxide (H2O2), hydroxyl (OH-) and superoxide (O2 -) that can produce oxidative damage in living beings as a form of protection. The plants have a well-developed defense system against ROS comprising a complex array of enzymatic and non-enzymatic antioxidants that protect cells from oxidative damage. The infection process of Fusarium pineapple is dependent on mechanical stress, foliar wound. The literature demonstrates that the cultivar (cv) Vitória, resistant to fusarium wilt has accelerated healing compared to a susceptible cv, Peróla. Increased expression and activity of antioxidant enzymes is correlated with plant defense to pathogens and pests. The objective was to characterize the differential response between two cultivars of pineapple, Vitória and Peróla, to the oxidative stress generated by foliar wound. For it was determined the concentration of total soluble protein of the two cvs, Vitória and Peróla, with and without foliar wound, quantified and compared the activity of superoxide dismutase (SOD - EC 1.15.1.1), ascorbate peroxidase (APX - EC 1.11.1.11) and catalase (CAT - EC 1.11.1.6) after treatment of foliar wound at different times and characterized the profiles of total soluble proteins and isozymes of SOD and CAT in SDS-PAGE at the times in which there is better response. Initially we have no difference of total soluble proteins between cvs and treatments for the times analyzed. It was also demonstrated that the antioxidant enzymes cv Vitória exhibit significant difference in activity compared to the Pérola. Vitória/ s SOD showed a peak response at 15 minutes after injury. APX showed differential response to Vitória at 30 and 45 minutes after foliar wound. Already / Vitória/ CAT peaked differential response at 45 minutes. The analysis on SDS-PAGE with patterns of SOD and CAT, at 15, 30 and 45 minutes after foliar wound showed no difference between the enzymes quantitatively analyzed. Cultivar / Vitória/ presents correlation between the activity of antioxidant enzymes and response to foliar wound. However the activity was not directly related to the enzymes concentration. Since there is no difference in protein expression we suggest that enzymes regulators and cofactors are important in these mechanisms

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:39:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1382721 bytes, checksum: 5a1b7a840049538702c0b7c565923ecc (MD5) Previous issue date: 2012-02-16 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The study was conducted at the Laboratory of Postharvest of Department of Plant Science in order to evaluate the effects of hydrocooling and packing in the postharvest quality of the leaves of Pereskia aculeata Mill. stored in room temperature (25°C) and cold storage (5ºC). The experiments were conducted in a split plot, with the treatments to the plots and storage time in sub plots in randomized block design. It was evaluated: amount estimated by the SPAD chlorophyll, the loss of fresh mass (LFM), the relative water content (WC), the levels of total soluble sugars (TSS), reducing sugar (RED), non-reducing sugar (NRED) and starch of the leaves. The data were submitted to ANOVA, Tukey test at 5% probability and regression. The shelf life of refrigerated storage was increased by up to seven times depending on the treatment applied. There were no significant effect of treatment or time on the chlorophyll content of leaves. Independent of treatment, the leaves remained green throughout the shelf life. In leaves stored at 25°C the LMF accumulated was greater in the hydrocooled leaves due to evaporation of water absorbed and accumulated in the leaf surface during treatment. The packaging was effective in controlling LFM in both storage temperatures. The greater TRA was provided by perforated plastic bag with or without prior hydrocooling, which prevented for a longer period of time the leaf wilting. The levels of TSS, RED, and starch NRED varied as a function of the treatment in response to the effect of concentration or dilution coupled to TRA. There was no effect of storage time on the levels of AST and starch. The contents of RED decreased with storage time at 25°C, unlike the levels of NRED at both storage temperatures, which increased due to the concentration effect. It is recommended to hydrocooling, perforated plastic bag and cold storage in the postharvest P. aculeata. / O trabalho foi realizado no Laboratório de Pós-colheita do Departamento de Fitotecnia da Universidade Federal de Viçosa com o objetivo de avaliar os efeitos do hidroresfriamento e da embalagem plástica perfurada na qualidade pós-colheita das folhas de ora-pro-nobis (Pereskia aculeata Mill.) armazenadas em temperatura ambiente (25ºC) e em ambiente refrigerado (5ºC). Os experimentos foram instalados segundo o esquema de parcelas subdivididas, tendo os tratamentos nas parcelas e o tempo de armazenamento nas subparcelas no delineamento em blocos casualizados. Avaliou-se a quantidade de clorofila estimada pelo SPAD, a perda de massa fresca (PM), o teor relativo de água (TRA), os teores de açúcares solúveis totais (AST), redutores (RED), não redutores (NRED) e amido das folhas. Os dados foram submetidos à análise de variância, teste Tukey a 5% de probabilidade e regressão. A vida de prateleira em armazenamento refrigerado foi aumentada em até sete vezes, dependendo do tratamento aplicado. Não houve efeito significativo dos tratamentos ou do tempo no teor de clorofila das folhas. Independente do tratamento, as folhas permaneceram verdes durante todo o tempo de prateleira. Nas folhas armazenadas à 25ºC houve maior PM acumulada pelas folhas hidroresfriadas devido à evaporação da água absorvida e acumulada na superfície das folhas durante o tratamento. A embalagem foi efetiva no controle da PM acumulada em ambas as temperaturas de armazenamento. O maior TRA foi proporcionado pelo uso de embalagem plástica perfurada com ou sem o hidroresfriamento prévio, a qual evitou por maior período de tempo o murchamento das folhas. Os teores de AST, RED, NRED e amido oscilaram em função do tratamento aplicado em resposta ao efeito de concentração ou diluição atrelado ao TRA. Não houve efeito do tempo de armazenamento nos teores de AST e amido. Os teores de RED decresceram com o tempo de armazenamento à 25ºC, diferentemente dos teores de NRED em ambas as temperaturas de armazenamento, os quais aumentaram devido ao efeito de concentração. Recomenda-se o hidroresfriamento, a embalagem plástica perfurada e o armazenamento refrigerado na pós-colheita de P. aculeata.

Orientador: Eleni Gomes / Banca: Regina Teresa Rosim Monteiro / Banca: João Claudio Thomeo / Banca: Ricardo Andrade Reis / Banca: Daniela Alonso Bocchini Martins / Resumo: No presente trabalho vinte de cinco linhagens de basidiomicetos, estocadas na coleção de microrganismos do Laboratório de Bioquímica e Microbiologia Aplicada, foram avaliadas com relação aos seus potenciais de produção de enzimas ligninolíticas. A finalidade dessas enzimas é complementar um preparado enzimático (contendo xilanases e celulases) para ser aplicado em dietas de ruminantes. A produção das enzimas nos resíduos/subprodutos farelo de trigo, farelo de algodão, polpa cítrica e bagaço de cevada foi considerável. Farelo de trigo e bagaço de cevada proporcionaram as melhores quantidades da enzima lacase. O fungo Coriolopsis byrsina produziu altos níveis de lacase extracelular, com baixa atividade de celulase. A atividade de feruloil esterase foi detectada no extrato enzimático bruto desse mesmo fungo quando cultivado em bagaço de cevada. A lacase foi estável até 60 °C por 1 hora, apresentando duas temperaturas ótimas, a 40 e 55 °C. Foi estável em ampla faixa de pH (4,0 - 8,0), apresentando pH ótimo 4,5 e mantendo 20% de sua atividade em pH 7,0. Além disso, apresentou 30% da sua atividade após 6 horas de incubação nas condições do ambiente ruminal. O tratamento das fibras vegetais com o extrato enzimático bruto de C. byrsina (alta atividade de lacase) misturado com o extrato enzimático bruto Trichoderma reesei (celulase + xilanase) melhorou o percentual de hidrólise, disponibilizando os carboidratos fermentáveis para posterior fermentação ruminal. A digestibilidade in vitro por produção de gases apresentou aumento significativo em todos os alimentos (forragens) avaliados / Abstract: At the present research work twenty five basidiomycete strains kept in the colection of microrganisms in the Processing Biochemistry and Applied Microbiology laboratory at IBILCE were evaluated according to their ligninolytic enzymes production potential. The objective of these enzymes would be to complement an enzymatic mix (containing xylanases and cellulases) to be added to ruminants diets. The enzyme production in the byproducts like wheat bran, cotton bran, citrus pulp and brewer's spent grain were considerably high. The wheat bran and the brewer's spent grain presented the highest quantity of laccase. The fungal Coriolopsis byrsina produced high levels of extracellular laccase with low cellulose activity. The feruloyl esterase activity was detected in the crude enzyme of the same fungal when cultivated in brewer's spent grain. Laccase was stable at 60 °C for 1 hour, presenting two optimal temperature at 40 and 55 °C. It was stable at (4.0 - 8.0) pH range, presenting optimal pH at 4.5 and keeping 20% of its activity at pH 7.0. Besides that, it presented 30% of its activity after 6 hours of incubation under ruminal conditions. The vegetable fiber treatment with C. byrsina crude enzyme (laccase high activity) mixed to Trichoderma reesei crude enzyme (cellulose + xylanase) improved the hydrolysis percentage releasing sugars for further ruminal fermentation. In vitro gas production digestibility showed significant increase in various crops / Doutor

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O oxigênio é importante não só por sua participação no metabolismo energético, mas também por sua conversão em derivados parcialmente reduzidos, as espécies reativas de oxigênio (ERO). ERO participam de funções importantes em diversas vias do metabolismo, entretanto, em concentrações desequilibradamente elevadas deflagram a peroxidação lipídica, processo deletério que forma aldeídos tóxicos, como o 4-hidroxi-2-nonenal (4-HNE). A manutenção de concentrações não deletérias das ERO é realizada por moléculas componentes do sistema antioxidante. Peixes podem ser expostos a grandes variações das concentrações de oxigênio, o que provoca ciclos oxidantes. A maioria dos estudos usa fígado e rim para avaliar estresse oxidante por meio de ensaios das atividades antioxidantes, o que requer o sacrifício dos animais. Contudo, o sangue sofre efeitos das ERO e avaliações no sangue podem permitir o estudo de antioxidantes no mesmo animal, sem a necessidade de sacrifício. Em consequência, foram nossos objetivos estabelecer uma técnica de cateterismo branquial em peixes, a padronização dos ensaios e a avaliação em sangue de componentes do sistema antioxidante de duas espécies de teleósteos em diferentes tensões de oxigênio. Pacus e tilápias foram avaliados em 6,0 mg de O2.L-1 e em hipoxia a 0,5 mg de O2.L-1 por 42 horas . Para os ensaios de hiperoxia os animais foram avaliados em 6,0 mg de O2.L-1, depois de 6 horas em 9,5 mg de O2.L-1 e depois de 30 horas de recuperação a 6,0 mg de O2.L-1. A utilização de materiais para o cateterismo de humanos permitiu a implantação de um acesso branquial. Infelizmente, houve formação de trombo após 24 horas. Mesmo assim, a observação de fluxo sanguíneo no interior da cânula e a sobrevida dos animais testados, confirmam a viabilidade da técnica. Verificamos em sangue uma maior atividade da enzima glutationa S-transferase (GST) sobre o 4-HNE em relação ao 1-cloro-2-dinitrobenzeno (CDNB). Isto reflete a importância de avaliações de atividade de enzimas, como a GST, sobre substratos endógenos. As respostas enzimáticas de tilápias mostraram-se mais sensíveis que as dos pacus quando comparadas em diferentes tensões de oxigênio. / Oxygen is important not only for their role in energy metabolism, but also for its conversion into partially reduced derivatives, the reactive oxygen species (ROS). ROS participate in important roles in several metabolic pathways, however, at concentrations lopsidedly high they trigger lipid peroxidation process to form deleterious toxic aldehydes such as 4-hydroxy-2-nonenal (4-HNE). Maintenance of non deleterious concentrations of ROS molecules is performed by components of the antioxidant system. Fish may be exposed to large variations in the concentrations of oxygen, which causes oxidative cycles. Most studies use liver and kidney to assess oxidative stress through antioxidant activities assay, which requires the sacrifice of animals. However, the blood undergoes effects of ROS and evaluations in blood may allow the study of antioxidants in the same animal, without the need of sacrifice. Consequently, our objectives were to establish a catheterization technique in fish gill, standardization of testing and evaluation of components of blood antioxidant system of two species of teleost in various oxygen tensions. Pacus and tilapias were evaluated at 6.0 mg O2.L-1 hypoxia and 0.5 mg O2.L-1 for 42 hours. For assays of hyperoxia animals were evaluated at 6.0 mg O2.L-1, after 6 hours at 9.5 mg O2.L-1 and after 30 hours recovery at 6.0 mg O2.L-1. The use of materials of human catheterization allowed the implantation of a gill access. Unfortunately, there was thrombus formation after 24 hours. Nevertheless, the observation of blood flow within the cannula and survival of the animals tested, confirm the viability of the technique. We found blood in a higher activity of glutathione S-transferase (GST) on the 4-HNE compared to 1-chloro-2-dinitrobenzene (CDNB). This reflects the importance of assessing the activity of enzymes, such as GST with endogenous substrates. The enzymatic responses of tilapia were more sensitive than those of pacus when compared to different oxygen tensions.

Proteínas tirosina-fosfatases (PTPs) catalisam a hidrólise de fosfotirosina de outras proteínas e, assim, regulam importantes processos bioquímicos. Dois representantes desta família são as fosfatases de dupla especificidade VHR e CDC25B. A primeira etapa de reação catalisada é um ataque nucleofílico da cadeia lateral de uma cisteína sobre o fósforo do substrato, com uma possível transferência de H+ de um ácido geral para o grupo de saída, formando uma PTP intermediária tiofosforilada e desfosforilando o substrato. Dúvidas ainda persistem sobre esta etapa, envolvendo os estados de protonação do substrato e do nucleófilo enzimático, a inatividade de certos mutantes e a identificação do ácido geral nas CDC25s. Procuramos solucionar estas questões por simulações computacionais das reações catalisadas pela VHR e pela CDC25B. Inicialmente, caminhos das reações de tiólise e alcoólise de ésteres de fosfato na fase gasosa foram determinados por cálculos de estrutura eletrônica ab initio e analisados como referências da reatividade intrínseca de ésteres de fosfato e como modelos da atividade enzimática. Um potencial híbrido de mecânica quântica e mecânica molecular foi amplamente testado e calibrado, empregando estes caminhos de reação e outros dados ab initio. A calibração permitiu que conclusões semiquantitativas pudessem ser obtidas a partir das simulações enzimáticas. Potenciais de força média foram determinados com o potencial híbrido para desfosforilação de diferentes substratos catalisada pelas PTPs selvagens e por suas mutantes. Os resultados mostram que o mecanismo da reação catalisada segue uma adição e eliminação simultânea, com um estado de transição dissociativo com caráter de metafosfato. As barreiras calculadas são bastante próximas às energias de ativação experimentais. O substrato enzimático é um diânion desprotonado e o nucleófilo está ionizado. As reações do substrato ou do nucleófilo protonados apresentam barreiras, no mínimo, 15 kcal/mol mais altas que os valores experimentais. A VHR mutante cisteína para serina no sítio ativo é inativa, porque a serina está protonada. As CDC25s não utilizam um ácido geral para catálise, ao contrário das outras PTPs. Propostas de que o ácido geral poderia ser o próprio substrato ou um dos ácidos glutâmicos presentes no sítio ativo são energeticamente inacessíveis. / Protein tyrosine phosphatases (PTPs) catalyse the hydrolysis of phosphotyrosine from other proteins and, hence, regulate important biochemical processes. Two members from this family are the dual specificity phosphatases VHR and CDC25B. The first step of the catalysed reaction is the nucleophilic attack from the side chain of a cystein towards the substrate, with a possible H+ transfer from a general acid to the leaving group, forming a PTP thiophosphorylated intermediate and dephosphorylating the substrate. There are still some doubts about this step, involving the protonation states of the substrate and the nzymatic nucleophile, the inactivity of certain mutants and the identification of the general acid in CDC25s. We tried to solve this questions by computer simulations of the reactions catalysed by VHR and by CDC25B. Initially, reaction pathways of phosphate esters thiolysis and alcoholysis in the gas-phase were determined by ab initio electronic structure calculations and analysed as benchmarks for the intrinsic reactivity of phosphate esters and as models of the enzymatic activity. A hybrid potential of quantum mechanics and molecular mechanics was fully tested and calibrated, employing these reaction pathways and other ab initio data. The calibration allowed that semiquantitative conclusions could be obtained from the enzymatic simulations. Potentials of mean force were determined with the hybrid potential for the dephosphorylation of different substrates catalysed by the wild-type PTPs and their mutants. The results show that the catalysed reaction mechanism follows a concerted addition and elimination, with a dissociative transition state with metaphosphate-like. The calculated barriers are very close to the experimental activation energies. The enzymatic substrate is a deprotonated dianion and the nucleophile is ionised. The reactions of the protonated substrate or nucleophile have barriers, at least, 15 kcal/mol higher than the experimental results. The active site cystein to serine VHR mutant is inactive because the serine is protonated. The CDC25s do not employ a general acid for catalysis, differently from the other PTPs. Proposals that the general acid is the substrate or one of the glutamic acids present in the active site are not energetically accessible.

Introdução e objetivos: β-glicosidases da família GH1 das glicosil-hidrolases possuem um dobramento do tipo barril (β/α)8. Propõe-se que proteínas com este dobramento, que usualmente classificam-se como tendo um único domínio, na verdade são compostas por dois domínios, cada um deles correspondendo a um \"meio barril\" (β/α)4. Assim, as proteínas com dobramento barril (β/α)8 seriam provenientes de uma duplicação e fusão gênica de um ancestral \"meio barril\" (β/α)4. O objetivo geral deste projeto é investigar a existência de dois domínios (β/α)4, as metades N- e C-terminal, na estrutura (β/α)8 barril da β-glicosidase A de Thermotoga maritima (bglTm) e β-glicosidase B de Paenibacillus polymyxa (bglB) por meio de análise da desnaturação térmica e química dessas enzimas. Resultados: Para atingir esse objetivo foram introduzidas mutações que rompem contatos não covalentes entre os supostos domínios destas β-glicosidases. Os segmentos de DNA que codificam as enzimas selvagem e mutantes foram clonados em plasmídeo de expressão pLATE51 e as enzimas recombinantes expressas em Escherichia coli BL21(DE3). Foram purificadas com sucesso as enzimas selvagens e duas mutantes de bglTm, denominadas T1 e T2, que possuem 2 e 4 mutações respectivamente em resíduos na interface inter-metades. Para confirmar o enovelamento destas proteínas recombinantes foi empregada a análise de estruturas secundárias por dicroísmo circular, também o espectro de fluorescência intrínseca de triptofano e sua supressão por acrilamida e finalmente foram determinados parâmetros cinéticos. Observou-se que não houve mudanças significativas na exposição dos triptofanos das proteínas recombinantes, sugerindo que se encontram enoveladas, o que está de acordo com a observação de que as proteínas recombinantes mantêm sua atividade catalítica. Já pela análise de dicroísmo circular concluiu-se que a mutante T1 possui dobramento semelhante à selvagem bglTm e que T2 apresenta diferenças significativas, sendo as porcentagens de α-hélice de 21%, 22% e 10% para bglTm, T1 e T2, respectivamente. Em seguida demonstrou-se que T1 mantém a termo estabilidade semelhante à selvagem, enquanto que T2 tem termo estabilidade reduzida, apresentando kobs de 0,3 min-1 em 80°C e de 0,06 min-1 em 75 °C.. O cálculo de Tm através de Differential Scanning Fluorimetry foi feito para bglB e T2 (42 e 81.7 °C respectivamente), enquanto que bglTm e T1 mantiveram-se estáveis na faixa de temperatura analisada (até 95°C). Na análise do efeito da temperatura sobre a estrutura das mutantes T1 e T2 não se observou nenhuma evidência da presença dos dois supostos domínios (β/α)4. A análise da desnaturação por cloreto de guanidina mostrou que o c50 diminuiu para T2 (2,4 M), mas não mostrou alteração para T1 (4,5 M) em comparação à bglTm (4,3 M). Coerentemente, a estabilidade da enzima selvagem e de T1 na ausência de desnaturante é a mesma (ΔGH2O = 5,2 kcal/mol), mas se reduziu para a T2 (ΔGH2O = 3,5 kcal/mol). Os cálculos do parâmetro m mostraram uma cooperatividade semelhante na desnaturação de bglTm, T1 e T2, não evidenciando independência entre os dois supostos domínios (β/α)4. Em conclusão, a análise estabilidade da β-glicosidase bglTm frente à temperatura e ao cloreto de guanidina não revelaram a presença dos domínios (β/α)4 que correspondem às metades N- e C-terminal desta β-glicosidase. / Introduction and Aims: β-glucosidases from the family GH1 of the glycosil-hidrolases presents a (β/α)8 barrel folding. These proteins are usually classified as single domain, however it has been alternatively proposed that they actually are formed by two \"half barrel\" (β/α)4. Thus, (β/α)8 barrel proteins had evolved from an \"half barrel\" ancestor that underwent a duplication-fusion event. The general goal of this project is the search for the two putative (β/α)4 domains, which form the N- and C-terminal ends of the β-glucosidase A from Thermotoga maritima (bglTm) and β-glucosidase B from Paenibacillus polymyxa (bglB), detecting their presence through the thermal and chemical stability of these (β/α)8 barrel proteins. Results: Site-directed mutagenesis was employed to replace residues forming non-covalent interaction between the putative (β/α)4 domains. DNA segments coding for bglB, bglTm and mutant bglTm were cloned into the pLATE51 expression vector and produced as recombinant proteins in E. coli BL21(DE3). The bglB, bglTm and two mutant bglTm, hereafter called T1 and T2, with 2 and 4 mutations respectively on residues in the interface between the protein halves, were purified. They were stable folded as shown by detecting their catalytic activity upon two different substrates and also by circular dichroism (CD) and tryptophan fluorescence analysis. Nevertheless, T2 showed a decrease in the α-helix content (10 %) in the CD analysis, whereas bglTm and T1 are similar (22 %). The wild-type bglTm and T1 are thermostable, whereas T2 was inactivated after pre-incubation at high temperature (kobs = 0,3 min-1 at 80 °C and 0,06 min-1 at 75 °C). The Differential Scanning Fluorimetry experiments revealed Tm of 42 e 81.7 °C for bglB and T2, respectively, whereas wild-type bglTm and mutant T1 did not showed any thermal transition up to 95 °C. Indeed, the analysis of the thermal stability of T1 and T2 did not reveal any evidence of the putative (β/α)4 domains. Following that, the analysis of the protein denaturation by guanidine hydrochloride showed that the c50 for T2 was reduced (2.4 M), whereas no modification was observed for bglTm and T1 (4,3 and 4,5 M, respectively). In agreement the stability of bglTm and T1 (ΔGH2O = 5,2 kcal/mol) is similar, but it was reduced for T2 (ΔGH2O = 3,5 kcal/mol). The m parameter showed a similar cooperative denaturation for wild-type bglTm and mutants T1 and T2, but no evidence of the independent unfolding of the putative (β/α)4 domains was found. Conclusion: In conclusion, the analysis of the thermal and chemical stability of the bglTm did not reveal the presence of the putative (β/α)4 domains that form the N- and C-terminal end of these β-glucosidase.

Na última década, a análise da estrutura proteica baseada em teoria de redes/grafos tem emergido. A abstração da estrutura tridimensional proteica em forma de uma rede, leva em consideração os resíduos de aminoácidos e suas interações através do espaço, e apresenta um conjunto de conexões e propriedades mais complexas do que aquelas visualizadas apenas com a estrutura covalente. A análise da estrutura proteica identificou que as proteínas pertencem às redes de classes de \"mundo pequeno\" (small-world) e \"sem escala\" (scale-free), o que significa que seus resíduos de aminoácidos são altamente agregados e que existem poucas conexões entre 2 resíduos quaisquer da proteína. A identificação dos resíduos com alto grau de conexão, chamados centrais (\"resíduos hubs\"), é feita pela determinação do caminho mais curto que conecta um dado resíduo aos demais compreendidos nesta rede. A remoção destes resíduos centrais (hubs) afeta a integridade da rede de forma mais contundente diferentemente da remoção de resíduos que não são centrais. Até o momento estes \"resíduos hubs\" ainda não foram experimentalmente correlacionados com as propriedades enzimáticas de proteínas. Para tal finalidade, a estrutura terciária de uma β-glicosidase de Spodoptera frugiperda (Sfβgli) foi analisada como uma rede. Após calcular-se os caminhos médios entre todos os pares de aminoácidos da β-glicosidase, encontrou-se 11 resíduos centrais (\"resíduos hubs\"). Alinhamento de sequências e comparações estruturais indicaram alta conservação destes \"resíduos hubs\". Nosso objetivo foi produzir esta β-glicosidase mutando-se a maioria dos \"resíduos hubs\" e 3 aminoácidos não centrais (\"não hubs\"), expressar estes mutantes em E. coli, determinar suas propriedades enzimáticas como atividade catalítica e preferência pelo substrato e verificar a estabilidade destes mutantes em experimentos de inativação térmica. Os resultados obtidos sugerem que mutações nos \"resíduos hubs\" não afetam as propriedades catalíticas, contudo as enzimas com mutações nos \"resíduos hubs\" apresentaram uma menor estabilidade térmica. Estes resultados sugeriram que os \"resíduos hubs\" são relevantes na difusão da energia cinética (vibração) introduzida na estrutura desta β-glicosidase pelo seu aquecimento / In recent years, graph-theoretic approaches have established that protein structures can be modeled as complex networks of interacting residues. Proteins structures can be represented as small-world and scale-free networks that are usually highly clustered with few links connecting any pair of nodes. The identification of nodes with high connection degrees, called hubs, is made by determining the shortest path linking one amino acid to the further nodes comprising the network. Targeted removal of the hubs has greater affect on the integrity of the network structure in contrast to a random removal of amino acid residues comprising the network. Nevertheless these hubs had not previously been correlated with enzymatic properties. The tertiary structure of β-glycosidase from S. furgiperda (Sfβgly) was analyzed as a network. After calculating the averaged paths between all pairs of amino acid residues of Sfgly, we defined 11 hubs, which have the highest centrality on the network. Sequence alignment and structural comparison showed that these hubs residue are conserved among β-glycosidases. Our goal was to mutate most hubs and 3 ´non-hubs´ residues from Sfβgly, express these mutant enzymes in E. coli, test their enzymatic properties as catalytic efficiency and substrate preference, and verify the thermal stability of these mutants. The results implied that mutations in these hubs do not cause changes in catalytic properties although enzymes containing mutations in hubs showed lower thermal stability. Based on that, it was suggested that hub residues are important in the diffusion of kinetic energy (vibrations) introduced in the Sfβgly structure by heating

A catepsina L, uma cisteína proteinase da família da papaína, é a principal proteinase digestiva do besouro Tenebrio molitor. Estudos anteriores do nosso grupo mostraram que existem três catepsinas L no intestino médio do T. molitor, uma delas é lisossômica (CAL 1) e as outras duas são digestivas (CAL 2 e CAL 3). As estruturas 3D das enzimas digestivas foram recentemente elucidadas. Com o objetivo de estudar em detalhes as propriedades das enzimas digestivas, CAL 3 foi expressa como um zimógeno em E. coli, purificada por cromatografia de afinidade e autoativada em meio ácido. Foram realizados ensaios de atividade com 63 peptídeos FRET derivados da sequência Abz-KLRSSKQ-EDDnp em um espectrofluorímetro termostatizado a 30 ºC, monitorando-se continuamente a variação de fluorescência em 320 nm (λex) e 420 nm (λem). Os parâmetros kcat e KM obtidos foram utilizados na determinação da hidrofobicidade dos subsítios (H) e da função de cada subsítio através da razão das energias livres de ativação do complexo enzima-substrato (ΔG‡T) e de ligação da enzima com o substrato (ΔGs). Os resultados mostram que o subsítio S2 está envolvido prioritariamente em catálise e é bastante seletivo para substratos com resíduos hidrofóbicos em P2. Esse subsítio é o mais hidrofóbico dentre os analisados, encontrando-se num bolsão localizado no interior da enzima. O subsítio S\'2, por outro lado, é o que apresentou a menor especificidade dentre os analisados. Este subsítio está envolvido prioritariamente na ligação com o substrato e se localiza na superfície da enzima, o que pode facilitar a acomodação de diferentes cadeias laterais em P\'2 do substrato, não oferecendo muitas restrições espaciais. O subsítio S1, hidrofílico, não é muito seletivo, o que pode ser consequência de sua localização na superfície da enzima. Esse subsítio está prioritariamente envolvido na ligação com o substrato. O subsítio S\'1, assim como S1, está localizado na superfície da enzima, é hidrofílico e não muito seletivo. No entanto, esse subsítio tem papel na catálise além de atuar na ligação do substrato. Numa análise inicial da estrutura 3D deste subsítio, sua função catalítica foi atribuída à presença de parte da cavidade oxiânica. Uma enzima com mutação no resíduo W187, pertencente à cavidade oxiânica e a S\'1, foi produzida e purificada, no entanto essa enzima não apresentou atividade. Uma análise mais aprofundada mostrou que a falta de atividade pode ser atribuída ao fato do resíduo de aminoácido mutado fazer parte de um cluster aromático essencial à estabilização da tríade catalítica. Os dados obtidos na caracterização de S\'1 e S\'2 permitem inferir que a acilação é o passo limitante da reação da CAL 3. Além disso, os resultados deste trabalho mostram que o conceito de hidrofobicidade de subsítios proposto anteriormente pelo grupo parece ser aplicável a subsítios que apresentem especificidades mais restritas. / Cathepsin L, a cysteine proteinase of the papain family, is the major digestive proteinase in the beetle Tenebrio molitor. Previous studies of our group showed that there are three cathepsins L in T. molitor midgut, one is lysosomal (CAL1) and two are digestive (CAL2 and CAL3). The 3D structures of the digestive enzymes were recently elucidated. With the aim to study in details the digestive enzymes specificities, CAL3 was expressed in E. coli as a zymogen, purified by affinity chromatography and autoactivated in acid conditions. Activity assays were performed in a thermostated spectrofluorometer at 30 ºC with 63 FRET peptides derived from the lead sequence Abz-KLRSSKQ-EDDnp, continuously monitoring the fluorescence changes at 320 nm (λex) and 420 nm (λem). The parameters kcat and KM were used in the determination of subsite hydrophobicity (H) and subsite role based on the ratio of complex enzyme-substrate activation energy (ΔG‡T) and free energy of substrate binding (ΔGs). The data obtained suggest that the S2 is mainly involved in catalysis and is very selective to substrates with hydrophobic residues in P2. This subsite is the most hydrophobic among the analyzed and is located in a pocket in the enzyme interior. S\'2, on the other hand, is the less selective subsite and is mainly involved in substrate binding and is located on the enzyme surface, what can ease the accommodation of different side chains located in P\'2 by not imposing many spatial restrictions. S1, is hydrophilic and not very selective, what may be a consequence of its location on the enzyme surface. This subsite is mainly involved in substrate binding. S\'1, just like S1, is located on the enzyme surface, is hydrophilic and not very selective. However this subsite has a role in catalysis besides the role in substrate binding. In an initial 3D structure analysis its catalytic function was attributed to the presence of a part of the oxyanion hole. An enzyme with mutation in the residue W187, which apparently belonged both to the oxyanion hole and S\'1, was produced and purified, but this enzyme was inactive. A better analysis showed that the lack of activity can be attributed to the fact that the mutated residue belongs to an aromatic cluster that is essential to the catalytic triad stabilization. The data obtained in S\'1 and S\'2 characterization suggest that acylation is the limiting step in CAL 3 reaction. The results presented in this work support the concept of subsite hydrophobicity previously proposed by our group, which seems to be true to subsites with more restrict specificities