Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Ceilândia, Programa de Pós-graduação em Ciências e Tecnologias em Saúde, 2015. / A associação de polímeros na criação de novos sistemas de liberação modificada é um meio crescente entre os desenvolvimentos de tecnologias em saúde. Os polímeros híbridos formados por siloxano-poliéter estão entre os mais usados e estudados recentemente. O interesse está associado a capacidade de formação de filme sobre a pele com elevada bioadesão, a possibilidade de incorporação de compostos ativos a fim de controlar sua taxa de liberação. O filme pode assumir funções bacteriostáticas, antipruriginosa, antálgica e propriedades curativas, dependendo do composto ativo utilizado na formulação. O estudo proposto neste trabalho envolve a obtenção de um nanocompósito preparado através da mistura de um polímero híbrido orgânico-inorgânico do tipo siloxano poliéter (SP), com 5 tipos de hidrogéis (Bis-Acrilamida, Hidroxipropilmetilcelulose, Poli Ácido Acrílico, Poli Acrilamida - co - Ácido Acrílico e Polivinilpirrolidona) em seis proporções distintas 25%, 15%, 5% 2,5%, 1,5% e 5% em relação a massa total do nanocompósito. Para cada nanocompósito preparado foi incorporado 1% em massa do anti-inflamatório não esteroidal Piroxicam. A estrutura molecular das amostras foi estudada por meio de espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), analisando o ativo incorporado nas matrizes nanocompósitas. Através da técnica de difração de raios X (DRX) obteve o perfil cristalino dos nanocompósitos determinando para uma das amostras do trabalho um limite de solubilidade do Piroxicam. A análise nanoestrutural foi realizada por Espalhamento de Raios X a baixo ângulo (SAXS), avaliando o perfil da cinética de agregação dos agregados de siloxano em três diferentes amostras estudadas. Os ensaios de liberação foram realizados para elucidar os mecanismos de transporte do ativo através dos nanocompósitos formulados, onde observou uma taxa de liberação modulada para cada tipo de hidrogel e suas respectivas proporções. Assim como apresentou uma faixa de liberação entre 1,88 à 8,46 %. A partir do ensaio de permeação in situ observou que a forma do nanocompósito altera o resultado final. De acordo com ensaio toxicológico determinou-se a influência do pH das amostras ao meio de cultura. Todos os resultados apresentados neste trabalho contribuem para aos estudos de novos sistemas de liberação de ativo. / The polymer association in creating new modified release systems is a growing middle between the development of health technologies. The hybrid polymers formed by siloxane-polyether are among the most used and studied recently. The interest is associated with the film-forming capacity on the skin with high bioadhesion, the possibility of incorporation of active compounds in order to control its release rate. The film may take bacteriostatic functions, antipruritic, analgesic and healing properties, depending on the active compound used in the formulation. The studies proposed in this work involves obtaining a nanocomposite prepared by mixing a polymer hybrid organic-inorganic siloxane-polyether (SP) with 5 types of hydrogels (bis-acrylamide, hydroxypropylmethylcellulose, poly acrylic acid, poly acrylamide - co - Acrylic acid and polyvinylpyrrolidone) in six proportions 25%, 15%, 5% 2.5%, 1.5% and 5% (w/w) relative to the total weight of the nanocomposite. For each nanocomposite prepared was incorporated 1% by weight of non-steroidal anti-inflammatory Piroxicam. The molecular structure of the samples was studied by spectroscopy in the infrared (FTIR), analyzing the active incorporated in nanocomposite arrays. By X-ray diffraction method (XRD) profile of the obtained crystalline nanocomposites determining for a sample from a work solubility of Piroxicam. The nanostructural analysis was performed by scattering X-ray small angle (SAXS), evaluating the profile of aggregation of siloxane aggregates kinetics in three different samples. The release assays were performed to elucidate the active transport mechanisms through formulated nanocomposites, where he observed a modulated release rate for each type of hydrogel and their respective proportions. As presented a range of between 1.88 to 8.46 percent release. From the permeation test in situ noted that the form of the nanocomposite change the final result. According to toxicological testing we determined the influence of pH in the culture medium. All data will contribute to the studies of new active release systems.

Submitted by Carolina Tatiani Alves Ferreira null (carolinatatiani@hotmail.com) on 2016-10-11T17:47:48Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_final.pdf: 2971956 bytes, checksum: ff2c42bfe3830597c9ccad5a4c364c97 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-10-18T17:04:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ferreira_cta_me_sjrp.pdf: 2971956 bytes, checksum: ff2c42bfe3830597c9ccad5a4c364c97 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-18T17:04:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ferreira_cta_me_sjrp.pdf: 2971956 bytes, checksum: ff2c42bfe3830597c9ccad5a4c364c97 (MD5) Previous issue date: 2016-08-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Estudos recentes têm explorado o comportamento de macromoléculas em solução e a implicação das mudanças conformacionais. Apesar da importância deste assunto, há um número limitado de técnicas para observar as alterações nestes sistemas. Isto se deve a complexidade e aos altos custos envolvidos. Uma técnica que apresenta vantagens com relação aos tamanhos das proteínas estudadas e baixos custos em comparação à outras similares é o espalhamento de raios-X à baixo ângulo , ou SAXS - do inglês small angle X-ray scattering. Entretanto, os resultados possuem uma baixa resolução, pois consiste apenas no "envelope" da partícula e não possui nenhuma informação sobre as estruturas secundárias, terciárias ou quaternárias. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma ferramenta capaz de descrever teoricamente estruturas terciárias em solução, baseado no conhecimento das estruturas secundárias e do perfil de espalhamento de SAXS. As simulações geram novas conformações por um algoritmo de pivot. O critério de Metropolis minimiza a energia potencial formada pela energia de Lennard-Jones e um termo associado à similaridade entre os perfis de espalhamento teórico e experimental. Esta ferramenta obteve resultados iniciais satisfatórios e, após uma fase de calibração, estará disponível online à comunidade científica, no site: http://oliveira.df.ibilce.unesp.br/. / Recent studies have been exploring the dynamical behavior of macromolecules in solution and the implication of conformational changes. Despite all the importance revolving this subject, there are a limited number of techniques to observe these system variations. This is due to the complexity and costs involved. One interesting technique that presents no protein size limitations and has relatively low costs is the Small Angle X-ray Scattering (SAXS). However, it provides low-resolution results, consisting only of the particle’s “envelope” that does not provide any accuracy on secondary, tertiary or quaternary structures. This work aims the development of a tool to provide theoretical structural description of representative conformations in solution based only on the secondary structure informations and the experimental scattering profile. The simulations generates new conformations by a pivot algorithm. The Metropolis criteria minimizes the potential energy composed by a Lennard-Jones term and an energetic term related to the similarity of the experimental and theoretical scattering profiles. The software achieved some satisfactory initial results and it will be available online to the scientific community, after a calibration phase, at http://oliveira.df.ibilce.unesp.br/.

A proteína tirosina fosfatase eta de rato (rPTPeta), é uma RPTP transmembranar do tipo classe I. A rPTP eta e seu homólogo DEP-1 provenientes, respectivamente, de ratos e de humanos, estão inibidas em células neoplásicas. Este fenótipo maligno é revertido após reconstituição exógena, o que sugere que a capacidade restauradora da rPTP eta pode ser uma ferramenta importante na terapia de alguns tipos de câncer. Portanto, o objetivo deste projeto incluiu o estudo molecular, biofísico e estrutural do domínio catalítico da rPTPeta (rPTPetaDC). Para isso, sub-clonamos no vetor pET-28a(+) o inserto que codifica para a região C-terminal da rPTPeta . Em seguida, bactérias E. coli da linhagem BL21 (DE3) foram transformadas com o plasmídeo e a proteína recombinante expressada e purificada. A His6-rPTPetaDC purificada teve a cauda de histidina subseqüentemente removida por digestão com trombina. O ponto isoelétrico de 7,3 da proteína de 41kDa foi medido experimentalmente e a sua funcionalidade acessada pelo ensaio de hidrólise do pNPP. A enzima apresentou uma atividade específica de 9nmol/min/microg a qual é compatível com as atividades específicas descritas para as RPTPu, RPTPalfa, PTPB1 e SHP2. A estrutura secundária e a estabilidade da rPTPetaDC recombinante foi analisada por dicroísmo circular e espectroscopia de fluorescência. A rPTPetaDC mostrou-se estável a 18 graus Celsius e propriamente enovelada (Santos, et al., Prot. Expr. Purif., 2005. Anexo A). A proteína foi, em seguida, submetida a diferentes condições de cristalização e a estudos estruturais em solução. Nas condições de 0,1M de MES, pH 6,5 e 20% PEG 10000 cresceram cristais que difrataram na resolução de 1,87Å. Os cristais pertencem ao grupo espacial P2(1)2(1)2(1) com parâmetros de célula unitária: a=46,46; b=63,07; c=111,64 Å, e com uma única molécula por unidade assimétrica (Matozo, et al., Acta crystallogr. F, 2006. Anexo B). A estrutura da rPTPetaDC, em solução, foi analisada usando-se a técnica de SAXS e medidas de anisotropia de fluorescência. Os dados de SAXS mostraram que a proteína, forma dímeros alongados, com Rg de 2,65nm e Dmax de 8,5nm. A conformação da rPTPetaDC analisada por modelos de homologia sugere que seu dímero está mais próxima da estrutura cristalográfica dimérica da RPTPalfa-D1. Alem disso, a caracterização da rPTPetaDC por anisotropia de fluorescência demonstrou que o Kd do dímero da rPTPetaDC é de 21,6 + 2,0uM e a variação da energia livre de Gibbs dímero-monômero é de 7,2kcal/mol (Mtozo, et al., Biophys. J., 2007. Anexo C ). / The rat protein tyrosine phosphatase eta, rPTPeta, is a transmembrane RPTP, with an intracellular portion composed of a unique catalytic region. The rPTPeta and the human homolog DEP-1 are down-regulated in rat and human neoplastic cells, respectively. However, the malignant phenotype is reverted after exogenous reconstitution of rPTPeta, suggesting that its function restoration could be an important tool for gene therapy of several types of cancer. Therefore, the objective of our project aimed on the molecular, biophysical and structural study of the catalytic domain of rPTPeta, rPTPetaDC. We began our study cloning the rPTPetaDC into PET28a(+) vector, followed by its expression in Escherichia coli, and purification. The His6-tag from the rPTPetaDC purified was subsequently removed by thrombin digestion. PhastGel IEF electrophoresis demonstrated that the isoelectric point of the 41kDa was 7.3. To assess the functionality of the rPTPetaDC we used the pNPP hydrolysis assay and observed that the enzyme has a specific activity of 9nmol/min/ug. The experimentally determined rPTPetaDC specific activity showed to be in the same range as the previously reported activities for RPTPu, RPTPalfa, PTPB1 and SHP2. The secondary structure and stability of the recombinant protein was analyzed by circular dichroism and fluorescence spectroscopy. The results demonstrated that rPTPetaDC was stable at 18 Celsius and properly folded (Santos, et al., Prot. Expr. Purif., 2005. In attachment A). Then, the purified protein was submitted to different crystallization conditions and structural studies in solution. Crystals appeared at 0.1M MES, pH 6.5 and 20% PEG 10,000 and diffracted with resolution of 1.87Å. The crystals belong to spatial group P2(1)2(1)2(1) with unit cell parameters of a=46.46, b=63.07, c=111.64Å and contained one molecule for asymmetric unit (Matozo, et al., Acta crystallog. F, 2006. In attachment B). Also, the structural of rPTPetaDC, in solution, was analyzed by SAXS and fluorescence anisotropy. SAXS data showed that the protein forms elongated dimers in solution with an Rg of 2.65nm and a Dmax of 8.5nm. The rPTPetaDC conformation in solution, studied by homology models, suggested that the rPTPetaDC dimer architecture is more closely related to the crystal structure of RPTPalfa-D1. The characterization of rPTPetaDC by fluorescence anisotropy measurements demonstrated that the Kd of the dimer is 21.6 + 2.0uM and the energy Gibbs dimer-monomer is equal to 7.2kcal/mol (Matozo, et al., Bioph. J., 2007. In attachment C).

A parede das plantas é formada por uma matriz composta principalmente por celulose, hemicelulose e lignina. Celulose é o principal polissacarídeo das paredes das plantas, apresentando alta cristalinidade e recalcitrância. Xiloglucano (XyG) é um polissacarídeo complexo envolvido no controle da expansão celular e na biossíntese de componentes da parede celular vegetal. Uma complexa rede entre XyG e celulose é mediada por ligações de hidrogênio. A eficiente hidrólise de XyG e celulose é uma estratégia promissora na desconstrução da biomassa lignocelulósica pela ação orquestrada de CAZymes. Aqui são descritas as caracterizações funcional e estrutural de três novas enzimas das hidrolase de glicosídeos das famílias 9 (BlCel9), 48 (BlCel48) e 74 (XcGH74). XcGH74 é uma xiloglucanase de Xanthomonas campestris altamente específica para XyG. Durante a hidrólise do XyG por XcGH74 XX e XG são os produtos finais. A estrutura cristalográfica dessa enzima foi resolvida e as razões moleculares para sua alta permissibilidade no reconhecimento de XyG analisadas. Os resultados sugerem que XcGH74 cliva XyG preferencialmente entre motivos X–X; no entanto, não hidrolisa entre os motivos L–L, onde uma substituição da cadeia lateral é um pré-requisito para o reconhecimento do substrato. BlCel9 e BlCel48 são celulases de Bacillus licheniformis. BlCel48 é cataliticamente estável em uma ampla gama de temperaturas e pHs exibindo atividade em celulose inchada com ácido fosfórico (PASC) e celulose bacteriana (BC). BlCel48 libera predominantemente celobiose, e também pequenas quantidades de celotriose, celotetraose como produtos do PASC e tem processividade aparente 4,6 vezes maior em BC do que em PASC. Análises de espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS) mostraram que essa enzima é globular e monomérica em solução. A estrutura cristalográfica de BlCel48 foi resolvida na presença de ligantes nas posições -5 a -2 e +1 a +2 no sítio catalítico. A especificidade no reconhecimento de celo-oligossacarídeo foi investigada por cromatografia de troca aniônica de alto desempenho (HPLC-PAD), cristalografia de proteínas e análise de acoplamento estatístico, mostrando que esta enzima possui endo iniciação durante a hidrólise de PASC. BlCel9 é uma endoglucanase que exibe eficiência catalítica máxima em pH 7,0 e 60 °C. Tem maior atividade em PASC, seguida por BC e, em menor grau, carboximetilcelulose (CMC). A análise por HPAEC-PAD dos produtos hidrolíticos demonstrou que o produto final da hidrólise é principalmente celobiose. Análises de dados cristalografia de raios X e SAXS mostraram que essa enzima é monomérica em solução, conforme estimado a partir dos dados do SAXS. Tem uma forma alongada composta por um módulo de ligação à carboidratos (CBM3c) N-terminal ligado ao domínio catalítico (GH9) C-terminal por um linker de 20 aminoácidos. Os domínios estão intimamente justapostos em uma conformação estendida e formam uma estrutura relativamente rígida em solução, indicando que as interações entre os domínios catalíticos e CBM3c desta enzima têm um papel cooperativo no reconhecimento da celulose. Juntos, esses resultados lançam alguma luz sobre a relação entre estrutura e função das hidrolases glicosídicas das famílias 9, 48 e 74. / Plant cell walls form a matrix composed mainly of cellulose, hemicellulose, and lignin. Cellulose is the main polysaccharide of the plant cell walls with high crystallinity and recalcitrance. Xyloglucan (XyG) is a complex polysaccharide involved in the control of cell expansion and biosynthesis of cell walls components. A complex crosslink between XyG and cellulose is mediated by H-bonds. An efficient hydrolysis of XyG and cellulose is a promising strategy to achieve an effective lignocellulosic biomass deconstruction by orchestrated action of CAZymes. Here are described the functional and structural characterization of three novel enzymes belonging to glycoside hydrolase families 9 (BlCel9), 48 (BlCel48) and 74 (XcGH74). XcGH74 is a highly specific xyloglucanase from Xanthomonas campestris . During the XyG hydrolysis, XX and XG are its end products. We also solved the structure of this enzyme and analyzed molecular reasons for its high permissibility in XyG recognition. These results suggest that the XcGH74 is able to cleave XyG preferentially between X-X motifs; however, it is unable to hydrolyze the polysaccharide between L-L motifs where a side-chain substitution is a prerequisite to improved substrate recognition. The BlCel9 and BlCel48 are cellulases from Bacillus licheniformis. BlCel48 is catalytically stable in a broad range of temperatures and pH conditions, exhibiting hydrolytic activity against phosphoric acid swollen cellulose (PASC) and bacterial cellulose (BC). BlCel48 releases predominantly cellobiose, and also small amounts of cellotriose and cello-tetraose as products from PASC with apparent processivity 4.6-times greater performance on BC than on PASC. Small-angle X-ray scattering (SAXS) data analysis revealed a globular molecular shape and monomeric state in solution. The crystal structure of BlCel48 was solved and used in presence of ligands spanning -5 to -2 and +1 to +2 subsites into the catalytic site. The specificity of the recognition of the cello-oligosaccharide was investigated by high-performance anion exchange chromatography (HPLC-PAD), protein crystallography, and statistical coupling analysis, which showed that this enzyme has an endo-like initiation on PASC. BlCel9 is a processive endoglucanase exhibiting maximum catalytic efficiency at pH 7.0 and 60 °C, exhibiting highest hydrolytic activity against PASC, followed by BC, and to a lesser extent carboxymethyl-cellulose (CMC). The HPAEC-PAD analysis of the hydrolytic products demonstrated that the end product of the enzymatic hydrolysis is primarily cellobiose. SAXS and X-ray crystallographic data analyses revealed that this enzyme adopts a monomeric state in solution, as estimated from SAXS data; has an elongated shape composed of an N-terminal family 3 carbohydrate-binding module (CBM3c) and a C-terminal GH9 catalytic domain joined together by 20 amino acid residue long linker peptides. The domains are closely juxtaposed in an extended conformation and form a relatively rigid structure in solution, indicating that the interactions between the CBM3c and GH9 catalytic domains might play a key role in cooperative cellulose recognition. Together, these results shed some light on the structure-function relationship of glycoside hydrolases from families 9, 48 and 74.

A proteína tirosina fosfatase eta de rato (rPTPeta), é uma RPTP transmembranar do tipo classe I. A rPTP eta e seu homólogo DEP-1 provenientes, respectivamente, de ratos e de humanos, estão inibidas em células neoplásicas. Este fenótipo maligno é revertido após reconstituição exógena, o que sugere que a capacidade restauradora da rPTP eta pode ser uma ferramenta importante na terapia de alguns tipos de câncer. Portanto, o objetivo deste projeto incluiu o estudo molecular, biofísico e estrutural do domínio catalítico da rPTPeta (rPTPetaDC). Para isso, sub-clonamos no vetor pET-28a(+) o inserto que codifica para a região C-terminal da rPTPeta . Em seguida, bactérias E. coli da linhagem BL21 (DE3) foram transformadas com o plasmídeo e a proteína recombinante expressada e purificada. A His6-rPTPetaDC purificada teve a cauda de histidina subseqüentemente removida por digestão com trombina. O ponto isoelétrico de 7,3 da proteína de 41kDa foi medido experimentalmente e a sua funcionalidade acessada pelo ensaio de hidrólise do pNPP. A enzima apresentou uma atividade específica de 9nmol/min/microg a qual é compatível com as atividades específicas descritas para as RPTPu, RPTPalfa, PTPB1 e SHP2. A estrutura secundária e a estabilidade da rPTPetaDC recombinante foi analisada por dicroísmo circular e espectroscopia de fluorescência. A rPTPetaDC mostrou-se estável a 18 graus Celsius e propriamente enovelada (Santos, et al., Prot. Expr. Purif., 2005. Anexo A). A proteína foi, em seguida, submetida a diferentes condições de cristalização e a estudos estruturais em solução. Nas condições de 0,1M de MES, pH 6,5 e 20% PEG 10000 cresceram cristais que difrataram na resolução de 1,87Å. Os cristais pertencem ao grupo espacial P2(1)2(1)2(1) com parâmetros de célula unitária: a=46,46; b=63,07; c=111,64 Å, e com uma única molécula por unidade assimétrica (Matozo, et al., Acta crystallogr. F, 2006. Anexo B). A estrutura da rPTPetaDC, em solução, foi analisada usando-se a técnica de SAXS e medidas de anisotropia de fluorescência. Os dados de SAXS mostraram que a proteína, forma dímeros alongados, com Rg de 2,65nm e Dmax de 8,5nm. A conformação da rPTPetaDC analisada por modelos de homologia sugere que seu dímero está mais próxima da estrutura cristalográfica dimérica da RPTPalfa-D1. Alem disso, a caracterização da rPTPetaDC por anisotropia de fluorescência demonstrou que o Kd do dímero da rPTPetaDC é de 21,6 + 2,0uM e a variação da energia livre de Gibbs dímero-monômero é de 7,2kcal/mol (Mtozo, et al., Biophys. J., 2007. Anexo C ). / The rat protein tyrosine phosphatase eta, rPTPeta, is a transmembrane RPTP, with an intracellular portion composed of a unique catalytic region. The rPTPeta and the human homolog DEP-1 are down-regulated in rat and human neoplastic cells, respectively. However, the malignant phenotype is reverted after exogenous reconstitution of rPTPeta, suggesting that its function restoration could be an important tool for gene therapy of several types of cancer. Therefore, the objective of our project aimed on the molecular, biophysical and structural study of the catalytic domain of rPTPeta, rPTPetaDC. We began our study cloning the rPTPetaDC into PET28a(+) vector, followed by its expression in Escherichia coli, and purification. The His6-tag from the rPTPetaDC purified was subsequently removed by thrombin digestion. PhastGel IEF electrophoresis demonstrated that the isoelectric point of the 41kDa was 7.3. To assess the functionality of the rPTPetaDC we used the pNPP hydrolysis assay and observed that the enzyme has a specific activity of 9nmol/min/ug. The experimentally determined rPTPetaDC specific activity showed to be in the same range as the previously reported activities for RPTPu, RPTPalfa, PTPB1 and SHP2. The secondary structure and stability of the recombinant protein was analyzed by circular dichroism and fluorescence spectroscopy. The results demonstrated that rPTPetaDC was stable at 18 Celsius and properly folded (Santos, et al., Prot. Expr. Purif., 2005. In attachment A). Then, the purified protein was submitted to different crystallization conditions and structural studies in solution. Crystals appeared at 0.1M MES, pH 6.5 and 20% PEG 10,000 and diffracted with resolution of 1.87Å. The crystals belong to spatial group P2(1)2(1)2(1) with unit cell parameters of a=46.46, b=63.07, c=111.64Å and contained one molecule for asymmetric unit (Matozo, et al., Acta crystallog. F, 2006. In attachment B). Also, the structural of rPTPetaDC, in solution, was analyzed by SAXS and fluorescence anisotropy. SAXS data showed that the protein forms elongated dimers in solution with an Rg of 2.65nm and a Dmax of 8.5nm. The rPTPetaDC conformation in solution, studied by homology models, suggested that the rPTPetaDC dimer architecture is more closely related to the crystal structure of RPTPalfa-D1. The characterization of rPTPetaDC by fluorescence anisotropy measurements demonstrated that the Kd of the dimer is 21.6 + 2.0uM and the energy Gibbs dimer-monomer is equal to 7.2kcal/mol (Matozo, et al., Bioph. J., 2007. In attachment C).

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Micelles are thermodynamically stable systems, formed after reaching a minimum concentration of surfactant in the solution, and is called the critical micellar concentration (CMC). The tensoactives are amphiphilic substances, that is, they have a polar region (head) and another apolar (tail) well defined in the molecular structure, being the tensoactive tween 80 chosen for this work. The CMC of this surfactant was found by ultraviolet-visible spectroscopy, through the absorption of a probe molecule that was ibuprofen at work. The CMC value is between 1.10-4 and 2.10-4 mM. Micelles have a great potential in the solubilization of poorly soluble drugs in aqueous solution that are being reused for different purposes than the current ones, besides taking drugs that have previously been abandoned due to their lack of solubility, for example in blood plasma, with we can increase the bioavailability of the same in the body, and can function as nanoreservatories of drugs thus minimizing the side effects of these, and help in the correct direction in which these drugs are discharged. Given this relevance, this work aims to understand how and where the interaction of the tween-80 formed micelles with the drugs, varying the pH and the concentrations of these. The drugs used in this study were carisoprodol, ibuprofen and sodium ibuprofen, since they have different characteristics in relation to the molecular polarity distribution. The technique used to perform these analyzes was the low angle X-ray scattering (SAXS), through which it is possible to analyze changes of shapes and sizes of the nanometric order. From the experimental observations, it was possible to say that for more effective interaction between the micelles and the drugs, it is necessary that they have a well defined and expressive apolar region, in terms of volume, in some region of the molecule, since the carisoprodol did not alter the SAXS curves of the micelles when it was present in the solution. Ibuprofen and sodium ibuprofen were able to cause significant changes in the SAXS curves, either in terms of low or high angle displacement or effects of attractive or repulsive interferences on the micelles. The modeling of the SAXS curves revealed the geometries acquired by the micelles, which at pH 4 and pH 7 alternated between a core and a cylindrical shell with an elliptical or circular cross-section depending on the drug or its concentration and at pH 9, The only cross section presented was elliptical geometry. The internal cylinder size of pH 4 micelles without drug was 33.9 Å, increasing to 43.4 Å with 30 mM ibuprofen and 53.7 Å with 30 mM ibuprofen sodium. At pH 7 and 9, there was little change in these lengths. A theoretical study was also carried out to better understand the micelle-drug interaction and, for this, the atomic charges, the polar and polar light, and the optimization of the structures of the substances used in this work were obtained. Tween 80 was optimized by the semi-empirical method PM3 (Parametric Method Number 3), while both carisoprodol and ibuprofen were optimized by the ab initio DFT (Density Functional Theory) method. / As micelas são sistemas termodinamicamente estáveis, formadas após atingirem uma concentração mínima de tensoativo na solução, que é chamada de concentração micelar crítica (CMC). Já os tensoativos são substâncias anfifílicas, ou seja, possuem uma região polar (cabeça) e outra apolar (cauda) bem definidas na estrutura molecular, sendo o tween 80 o tensoativo escolhido para este trabalho. A CMC deste tensoativo foi encontrada por meio da espectroscopia no ultravioleta-visível, por meio da absorbância de uma molécula sonda que, neste trabalho, foi o ibuprofeno. O valor da CMC está entre 1.10-4 e 2.10-4 mM. As micelas apresentam um grande potencial na solubilização de fármacos pouco solúveis em solução aquosa que estão sendo reutilizados para diversos fins, diferentes dos atuais, além de aproveitar drogas que anteriormente foram abandonadas devido a sua falta de solubilidade, por exemplo, no plasma sanguíneo, com isso, conseguem aumentar a biodisponibilidade dos mesmos no organismo, podendo funcionar como nanoreservatórios de fármacos minimizando, desse modo, os efeitos colaterais destes, além de ajudar no direcionamento correto em que essas drogas deverão ser descarregadas. Diante de tal relevância, este trabalho propõe-se a entender como e onde ocorre a interação das micelas formadas por tween 80 com os fármacos, variando o pH e as concentrações destes. Os fármacos utilizados neste trabalho foram o carisoprodol, o ibuprofeno e o ibuprofeno sódico, uma vez que apresentam características distintas em relação à distribuição de polaridade molecular. A técnica utilizada para realizar essas análises foi a de espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS), por meio da qual é possível analisar mudanças de formas e tamanhos da ordem nanométrica. A partir das observações experimentais, foi possível dizer que para ocorrer interação mais efetiva entre as micelas e os fármacos é necessário que estes tenham uma região apolar bem definida e expressiva, em termos de volume, em alguma região da molécula, tendo em vista que o carisoprodol não alterou as curvas de SAXS das micelas, quando estava presente na solução. Já o ibuprofeno e o ibuprofeno sódico conseguiram causar mudanças significativas nas curvas de SAXS, seja em termos de deslocamento para baixo ou alto ângulo ou efeitos de interferências atrativas ou repulsivas nas micelas. O modelamento das curvas de SAXS revelou as geometrias adquiridas pelas micelas, que em pH 4 e pH 7 alternava-se entre um núcleo e uma casca cilíndrica com seção transversal elíptica ou circular a depender do fármaco ou de sua concentração e em pH 9, a única seção transversal apresentada foi a geometria elíptica. O tamanho do cilindro interno das micelas em pH 4 sem fármaco foi de 33,9 Å, passando para 43,4 Å com 30 mM de ibuprofeno e 53,7 Å com 30 mM de ibuprofeno sódico. Já em pH 7 e 9 houve pouca alteração nesses comprimentos. Foi feito também um estudo teórico para melhor compreender a interação micela-fármaco e, para isso, foram obtidos as cargas atômicas, o raio apolar e polar, além da otimização das estruturas das substâncias utilizadas neste trabalho. O tween 80 foi otimizado pelo método semi-empírico PM3 (Parametric Method Number 3), ao passo que tanto o carisoprodol quanto o ibuprofeno foram otimizados pelo método ab initio DFT (Teoria do Funcional de Densidade). / São Cristóvão, SE

Orientador: Ljubica Tasic / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T07:18:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fattori_Juliana_D.pdf: 11382370 bytes, checksum: c763644c24af47a0076a054c0186f7b1 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O presente estudo teve por objetivo a caracterização estrutural de quatro possíveis chaperonas de secreção da bactéria Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac). Esta caracterização é importante para entender as funções destas proteínas e consequentemente compreender os mecanismos de virulência da Xac que é a causadora do cancro cítrico. Das quatro proteínas estudadas, a XACb0033 é considerada uma possível chaperona de secreção do sistema de secreção do tipo IV; a XAC1346 são possíveis chaperonas de secreção do sistema de secreção do tipo III e a XAC1990, foi identificada em 2007 como uma proteína do sistema flagelar (FlgN). As quatro proteínas, clonadas em pET23a, foram expressas em E. coli, purificadas e obtidas enoveladas conforme as análises de dicroísmo circular (CD). Por CD também se observou um alto conteúdo helicoidal na estrutura secundária das proteínas. Elas foram caracterizadas por filtração em gel analítica, espectrometria de massas, técnicas de difusão de ressonância magnética nuclear (DOSY-NMR) e espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS). Por SAXS obteve-se um modelo do envelope molecular de duas proteínas que foi condizente com a estrutura tridimensional obtida por bioinformática. Baseando-se nos resultados obtidos foi possível especular a classificação da XAC0419 como provável chaperona secretória da classe I e a FlgN (XAC1990) foi classificada como uma chaperona flagelar (classe III); e para a XACb0033 observou-se similaridade estrutural com a VirE1, que é a única chaperona secretória do sistema de secreção do tipo IV conhecida até o momento / Abstract: The aim of this study was the structural characterization of four possible secretion chaperones from the bacterium Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac). This characterization is very important to better understand the function of such proteins and the virulence mechanisms from Xac, which is the bacterium responsible for provoking the citrus canker. Among the target proteins, XACb0033 is a possible secretion chaperone from type IV secretion system, XAC0419 and XAC1346 are possible secretion chaperones from type III secretion system and XAC1990 was earlier identified as a flagellar protein (FlgN). All four target proteins, cloned into pET23a, were expressed in E. coli, purified and found folded as observed in the circular dichroism analyses (CD). It was also verified (CD experiments) that these proteins have a high helical content. These proteins were further characterized by analytical gel filtration, mass spectrometry (MS), diffusion techniques in nuclear magnetic resonance (DOSY-NMR) and small angle X-ray scattering (SAXS). Molecular envelops were built for two target proteins applying the SAXS data. These envelops were in good agreement with the 3D structures predicted by bioinformatics. Finally, XAC0419 was considered a possible class I secretion chaperone based on the obteined results. XAC1990 (FlgN) was confirmed as a flagellar chaperone (class III), while obtained results for XACb0033 pointed structural similarity with VirE1, the unique type IV secretion system chaperone known so far / Doutorado / Quimica Organica / Doutor em Ciências

Lisozima mostrou-se capaz, quando dispersa em certos meios orgânico-aquosos, de gerar sistemas pseudoplásticos que evoluem espontaneamente para redes de caráter viscoelástico. Esse fenômeno foi investigado neste estudo, para lisozima dispersa em uma série de misturas binárias contendo derivados de uréia como componente orgânico. Devido aos notáveis efeitos observados para um de tais derivados, a saber, tetrametiluréia (TMU), especial atenção foi dedicada aos sistemas contendo esse composto. O enfoque experimental incluiu espectroscopia Raman, microcalorimetria, reologia e espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS). O trabalho envolveu o estudo dos sistemas orgânico-aquosos isolados e na presença de proteína. No primeiro caso, foi feita uma investigação espectroscópica e microcalorimétrica dos sistemas quanto a aspectos relativos à segregação de microdomínios na fase liquida e sua conseqüente relação com a deflagração da transição viscoelástica na proteína. Foram observadas descontinuidades nos valores de entalpias de excesso de mistura para o sistema TMU/água em torno de wTMU = 0,6, assim como padrões peculiares de comportamento espectral em torno dessa concentração da mistura binária. No segundo caso, os sistemas complexos de proteínas gerados foram investigados sob o ponto de vista morfológico e dinâmico, através das técnicas reológicas e de SAXS. Energias de ativação de fluxo determinadas na região sub-crítica, de comportamento Newtoniano, mostraram uma dependência exponencial direta com wTMU, indicando que mudanças estruturais nos fluidos complexos já ocorrem em regiões de composição do solvente bem abaixo da região de transição em wTMU = 0,6. Na região viscoelástica, 0,6<wTMU<0,9, ensaios de relaxação indicaram a presença de duas populações distintas. A tangente de perda (tg &#948; = G\"/G\') apresentou valores menores que a unidade para todos os casos, indicando o caráter \"solid-like\" das redes nas condições de ensaio. Apesar de seu caráter sólido, as redes mostram-se bastante flexíveis, suportando grandes deformações antes da ruptura, como inferido a partir da larga região viscoelástica linear. A variação nos módulos elástico (G\') e de perda (G\") com a composição do solvente indica a dependência do caráter viscoelástico com a fração de massa de TMU na mistura binária. Na região de baixo conteúdo de água (wTMU = 0,9), um aumento em G\" após a região viscoelástica linear é observado, indicando aumento da estruturação antes da ruptura da rede. As curvas de SAXS foram modeladas em seus fatores de forma e de interferência com uma equação unificada para objetos aleatoriamente distribuídos em um continuum. Os resultados permitiram a construção de um modelo, compatível com as demais evidências experimentais, segundo o qual as moléculas de lisozima encontram-se em duas conformações distintas nas matrizes: uma de conformação estendida e caráter fractal, predominante em wTMU > 0,6, com dimensão máxima de ca. de 160 &#197;, responsável pela interdigitação com espécies fractais vizinhas e uma espécie compacta, minoritária em wTMU > 0,6 (porém predominante em wTMU <0,6), com raio de giro de ca. 48 &#197;, presente nos microdomínios intersticiais aquosos da matriz. Verificou-se ainda a viabilidade de incorporação homogênea de uma metaloproteína, o citocromo-c, às matrizes de lisozima, sem perturbação significativa de sua morfologia, o que constitue um evento de potencial interesse biotecnológico. Os resultados deste trabalho trazem novos suportes experimentais à hipótese de correlação entre inversão na microconfiguração do meio solvente binário e deflagração do processo de transição sol-gel da proteína. / Lysozyme was found to be able, when dispersed in certain organic/aqueous media, to generate pseudoplastic systems that spontaneously evolve to three-dimensional networks with viscoelastic character. This phenomenon was investigated in this study, for lysozyme dispersed in a series of binary mixtures containing urea derivatives as the organic component. Due to the remarkable effects obtained in one of such derivatives, namely, tetramethylurea (TMU), special attention was given to systems containing that compound. The experimental approach included Raman spectroscopy, microcalorimetry, rheology and small angle X ray scattering (SAXS). The work involved the study of the organic/aqueous systems on their own and in the presence of protein. The former consisted of binary liquid mixtures that were spectroscopically and microcalorimetrically investigated as to aspects concerning microdomain segregation in the liquid phase and its consequent relationship with the threshold of the protein viscoelastic transition. Discontinuities in the excess enthalpy of mixture were observed for TMU/water system around wTMU=0.6, as well as peculiar spectral patterns around that same binary mixture concentration. The latter comprised complex protein systems that were investigated both under a morphological and dynamical point of view. Flow activation energies determined in the sub-critical (Newtonian) region showed an exponential increase with wTMU, indicating that structural changes in the comp]ex fluids are under way at solvent concentration regions well below that of the transition, at wTMU = 0.6. In the viscoelastic region, 0.6<wTMU<0.9, relaxation studies indicated the presence of two distinct populations. The loss tangent (tan &#948; = G\"/G\') presented values lower than the unity for all cases, indicating the solid-like character of the matrices, in the assay conditions. Despite their solid character the networks are quite flexible, standing large strains before rupture, as inferred from the large linear viscoelastic region. The variation in elastic (G\') and loss (G\") moduli with solvent composition indicates a dependence of the viscoelastic character on TMU mass fraction in the binary mixture. In the region of low water content (wTMU = 0.9), an increase in G\" after the LVR is observed, indicating increase in network structuring before rupture. SAXS curves were modeled with a unified equation for randomly distributed objects in a continuum. Results allowed the proposal of a model, which is compatible with the experimental evidence obtained through the other techniques in this work, according to which lysozyme molecules occur in two distinct conformations: one expanded and with fractal character, prevailing at wTMU > 0.6, with maximum dimension ca. 160 &#197; and interdigitated with neighbouring fractal species; and a compact conformation, of minor prevalence at wTMU>0.6 (but prevailing at wTMU < 0.6), with radius of gyration ca. 48 &#197;, present in the matrix microdomain interstices. It has also been verified the feasibility of homogeneous incorporation of cytochrome-c into the lysozyme matrices, an event of potential biotechnological interest. Results from this work bring further experimental support to our hypothesis on the correlation between microconfigurational inversion in the binary solvent medium and the sol-gel transition in the protein.