Proteínas Inativadoras de Ribossomos (RIPs) são rRNA N-glicosilases capazes de inibir a síntese protéica pela remoção de uma adenina específica do RNA ribossomal. São geralmente classificadas em tipo 1 e tipo 2, sendo as últimas divididas em altamente tóxicas e não tóxicas. A maior parte das RIPs tipo 2 identificadas pertence a espécies de dicotiledôneas, como é o caso da pulchellina. As cadeias tóxicas das RIPs possuem uma região C-terminal hidrofóbica conservada, a qual se atribui a capacidade de interação com a membrana do retículo endoplasmático (RE), durante o transporte retrógrado da toxina para o citosol. Neste trabalho duas abordagens diferentes foram aplicadas para o estudo das RIPs tipo 2: identificação e caracterização de novos integrantes desta família de proteínas, e investigação da interação da cadeia-A da pulchellina (PAC) com sistemas miméticos da membrana celular. Na primeira abordagem, uma busca in silico em bancos de dados genéticos públicos permitiu identificar quatro novas RIPs do tipo 2 de monocotiledôneas. A análise da estrutura primária das proteínas identificadas mostrou a ocorrência de mutações em alguns dos principais aminoácidos que formam o sítio ativo nas RIPs, indicando uma possível perda de função. O representante de Saccharum officinarum (cana-de-açúcar) foi então analisado em maior detalhe, sendo sua cadeia-A clonada (soRIPA), expressa em sistema heterólogo e caracterizada em termos de atividade e estrutura secundária. Os ensaios in vitro mostraram que a soRIPA não foi capaz de depurinar ribossomos eucariotos. Porém, os ensaios de inibição da síntese proteica mostraram uma possível atividade inibitória da soRIP, que precisa ainda ser confirmada. A presença dos transcritos no banco do SUCEST sugere que estes genes não sejam pseudogenes, embora não tenha sido possível purificar a proteína a partir de extratos de folhas. Isto indica que se a soRIP está sendo traduzida, deve sofrer um rápido turnover, tornando difícil a sua detecção e purificação ou, ainda, que a ausência de sítios de ligação à galactose funcionais na cadeia-B impediu sua purificação por cromatografia de afinidade à galactose. A outra abordagem no estudo das RIPs tipo 2 foi centrada na cadeia-A recombinante da pulchellina (rPAC), estudando sua interação com monocamadas de Langmuir. Foram construídos 3 mutantes da rPAC, cada um com diferentes deleções na região C-terminal visando determinar a região responsável pela interação com a membrana do RE. A cinética de adsorção e pressão superficial exercida pela rPAC sobre a monocamada, assim como o estudo com os mutantes demontraram que a proteína interage fortemente com a monocamada fosfolipídica e que esta interação in vitro é dependente da presença da região C-terminal. De forma geral, os resultados obtidos neste trabalho contribuíram com novas informações sobre esta família de proteínas, identificando e analisando novos integrantes e, ainda, adicionando detalhes do mecanismo funcional do tráfego das toxinas RIPs. / Ribosome Inactivating Proteins (RIPs) are rRNA N-glycosilases which are able to inhibit the protein synthesis by removing a specific adenine from the ribosomal RNA. They are usually classified as type 1 and type 2, being the latter divided into highly toxic and nontoxic. The majority of type 2 RIPs currently identified are found in species of dicotyledons, as the pulchellin. The toxic chain of RIPs has a conserved hydrophobic C-terminal region, which is believed to be responsible for the interaction with the lipid membrane of the endoplasmic reticulum ER during the retrograde transport of the toxin to the cytosol. In this work, two different approaches were applied in the study of type 2 RIPs: identification and characterization of new members of this protein family, and investigation of the interaction of the pulchellin\'s A-chain (PAC) with systems that mimic the cellular membrane. In the first approach, an in silico search in public genetic databases was performed and allowed us to identify four new type 2 RIPs in monocots. The primary structure analysis of the identified proteins showed the presence of mutations in key amino acids that form the active site of RIPs, indicating a possible interference on its catalytic activity. The representative of Saccharum officinarum (sugar cane) was then analyzed in greater detail. Its A-chain clone (soRIPA) was expressed in a heterologous system and characterized in terms of activity and secondary structure. In vitro experiments showed that soRIPA was not able to perform the depurination of eukaryotic ribosomes. However, the inhibition of protein synthesis assays presented a possible low inhibitory activity of the soRIP, which still needs to be further investigated. The presence of transcripts on the bank of SUCEST indicates that these genes are not pseudogenes, although it was not possible to purify the protein from leaf extracts. If the soRIP is being translated, this may indicate that it undergoes a quick turnover, preventing its detection and purification. It is also possible that the absence of functional galactose binding sites in the B-chain has prevented its purification by galactose affinity chromatography. Our second approach to the study of type 2 RIPs was focused on the recombinant pulchellin A-chain (rPAC), by investigating its interaction with Langmuir monolayers. We have constructed three mutants of rPAC, each one with different deletions at the C-terminal to determine the region responsible for interaction with the membrane of the ER. The adsorption kinetic and surface pressure applied by rPAC on the monolayer, as well as the study of the mutants, have demonstrated that the protein has a strong interaction with the phospholipid monolayer and that this interaction in vitro is dependent on the presence of the C-terminal. The results of this work have provided new information about the type 2 RIP protein family, identifying and analyzing new members, and also bringing new details about the functional mechanism of the RIP\'s toxin traffic.

Proteínas Inativadoras de Ribossomos (RIPs) são rRNA N-glicosilases capazes de inibir a síntese protéica pela remoção de uma adenina específica do RNA ribossomal. São geralmente classificadas em tipo 1 e tipo 2, sendo as últimas divididas em altamente tóxicas e não tóxicas. A maior parte das RIPs tipo 2 identificadas pertence a espécies de dicotiledôneas, como é o caso da pulchellina. As cadeias tóxicas das RIPs possuem uma região C-terminal hidrofóbica conservada, a qual se atribui a capacidade de interação com a membrana do retículo endoplasmático (RE), durante o transporte retrógrado da toxina para o citosol. Neste trabalho duas abordagens diferentes foram aplicadas para o estudo das RIPs tipo 2: identificação e caracterização de novos integrantes desta família de proteínas, e investigação da interação da cadeia-A da pulchellina (PAC) com sistemas miméticos da membrana celular. Na primeira abordagem, uma busca in silico em bancos de dados genéticos públicos permitiu identificar quatro novas RIPs do tipo 2 de monocotiledôneas. A análise da estrutura primária das proteínas identificadas mostrou a ocorrência de mutações em alguns dos principais aminoácidos que formam o sítio ativo nas RIPs, indicando uma possível perda de função. O representante de Saccharum officinarum (cana-de-açúcar) foi então analisado em maior detalhe, sendo sua cadeia-A clonada (soRIPA), expressa em sistema heterólogo e caracterizada em termos de atividade e estrutura secundária. Os ensaios in vitro mostraram que a soRIPA não foi capaz de depurinar ribossomos eucariotos. Porém, os ensaios de inibição da síntese proteica mostraram uma possível atividade inibitória da soRIP, que precisa ainda ser confirmada. A presença dos transcritos no banco do SUCEST sugere que estes genes não sejam pseudogenes, embora não tenha sido possível purificar a proteína a partir de extratos de folhas. Isto indica que se a soRIP está sendo traduzida, deve sofrer um rápido turnover, tornando difícil a sua detecção e purificação ou, ainda, que a ausência de sítios de ligação à galactose funcionais na cadeia-B impediu sua purificação por cromatografia de afinidade à galactose. A outra abordagem no estudo das RIPs tipo 2 foi centrada na cadeia-A recombinante da pulchellina (rPAC), estudando sua interação com monocamadas de Langmuir. Foram construídos 3 mutantes da rPAC, cada um com diferentes deleções na região C-terminal visando determinar a região responsável pela interação com a membrana do RE. A cinética de adsorção e pressão superficial exercida pela rPAC sobre a monocamada, assim como o estudo com os mutantes demontraram que a proteína interage fortemente com a monocamada fosfolipídica e que esta interação in vitro é dependente da presença da região C-terminal. De forma geral, os resultados obtidos neste trabalho contribuíram com novas informações sobre esta família de proteínas, identificando e analisando novos integrantes e, ainda, adicionando detalhes do mecanismo funcional do tráfego das toxinas RIPs. / Ribosome Inactivating Proteins (RIPs) are rRNA N-glycosilases which are able to inhibit the protein synthesis by removing a specific adenine from the ribosomal RNA. They are usually classified as type 1 and type 2, being the latter divided into highly toxic and nontoxic. The majority of type 2 RIPs currently identified are found in species of dicotyledons, as the pulchellin. The toxic chain of RIPs has a conserved hydrophobic C-terminal region, which is believed to be responsible for the interaction with the lipid membrane of the endoplasmic reticulum ER during the retrograde transport of the toxin to the cytosol. In this work, two different approaches were applied in the study of type 2 RIPs: identification and characterization of new members of this protein family, and investigation of the interaction of the pulchellin\'s A-chain (PAC) with systems that mimic the cellular membrane. In the first approach, an in silico search in public genetic databases was performed and allowed us to identify four new type 2 RIPs in monocots. The primary structure analysis of the identified proteins showed the presence of mutations in key amino acids that form the active site of RIPs, indicating a possible interference on its catalytic activity. The representative of Saccharum officinarum (sugar cane) was then analyzed in greater detail. Its A-chain clone (soRIPA) was expressed in a heterologous system and characterized in terms of activity and secondary structure. In vitro experiments showed that soRIPA was not able to perform the depurination of eukaryotic ribosomes. However, the inhibition of protein synthesis assays presented a possible low inhibitory activity of the soRIP, which still needs to be further investigated. The presence of transcripts on the bank of SUCEST indicates that these genes are not pseudogenes, although it was not possible to purify the protein from leaf extracts. If the soRIP is being translated, this may indicate that it undergoes a quick turnover, preventing its detection and purification. It is also possible that the absence of functional galactose binding sites in the B-chain has prevented its purification by galactose affinity chromatography. Our second approach to the study of type 2 RIPs was focused on the recombinant pulchellin A-chain (rPAC), by investigating its interaction with Langmuir monolayers. We have constructed three mutants of rPAC, each one with different deletions at the C-terminal to determine the region responsible for interaction with the membrane of the ER. The adsorption kinetic and surface pressure applied by rPAC on the monolayer, as well as the study of the mutants, have demonstrated that the protein has a strong interaction with the phospholipid monolayer and that this interaction in vitro is dependent on the presence of the C-terminal. The results of this work have provided new information about the type 2 RIP protein family, identifying and analyzing new members, and also bringing new details about the functional mechanism of the RIP\'s toxin traffic.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:16:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernando Medeiros Bastos.pdf: 1326982 bytes, checksum: fa537bd70ed08e84642f9fc192266e56 (MD5) Previous issue date: 2008-05-30 / Endoxylanases are the main group of enzymes involved in the hydrolysis of xylan. This enzymes have application in industrial proposes, like as drink, food, feed, clothes industries and for bleaching cellulose paper pulps. In bread making the xylanases have been used to improve processing and product quality of loaf, leading soft dough and loaf with larger volume as well as an improved crumb structure. The xylanolitic enzymes produced by filamentous fungi constitute an enzymatic pool with distinct activities which make their use in industrial process more difficult, the obtainment of recombinant microorganisms constitutes a strategy to achieve suitable enzymes to industrial process. The thermophilic fungus Humicola grisea var. thermoidea has proved to be a good source of xylanolitic enzymes. The gene Hxyn2 from H. grisea codes a xylanase with 23 kDa that belongs to G/11 family of glycosil-hydrolases. Its cDNA was cloned in the vector pHILD2 and expressed in yeast Pichia pastoris under the control of the promoter AOX1. The transformants were chosen trough genetic stability and capacity to produce and secrete the enzyme HXYN2r into culture medium. The purified HXYN2r showed a high xylanolitic activity with an optimum temperature of 60 ºC and an optimum pH value of 6.5. The aim of this project was the production, purification and application of HXYN2r enzyme in bread making tests. The production in the optimized medium obtained 100 mg of active xylanase per liter of medium BMMY-U. This quantify of enzyme presented 40% of the total proteins in culture supernatants. The proteins of culture supernatants was concentrated by liofylization and fractionated by into a chromatographic column of gel filtration Sephacryl S-100. The purified xylanase presented specific activity of 2250 U/mg and the purification profit was 6.4%. The 23 kDa protein was confirmed by the activity on Zymogram assay. The pure xylanase was added at the rate of 45 and 90 U/Kg of wheat flour in the bread making tests. In this rates it was not observed any effect of xylanase in specific volume either in crumb structure. The HXYN2r enzyme was partially purified by a heat treatment (45 min at 60 °C) and was concentrated by liofylization and a yield of 17.9% was obtained. The partially purified HXYN2r was added at the rates of 500, 1500, 3000, 4500 and 6000 U/kg of wheat flour. The added xylanase improved the specific volume and the crumb structure, but any effect was observed in the moisture content of the loaf. The best result was the rise of 16.0 % in loaf specific volume with the dose of 3000 U/kg of wheat flour. This effect was similar to the obtained with a commercial xylanase added to the dough in equal dose. The results presented suggest that the xylanase from H. grisea can be used in bread making to improve specific volume. / As endoxilanases formam o principal grupo de enzimas hidrolíticas envolvidas na degradação da xilana. Estas enzimas têm vasta aplicação no setor industrial, como nas indústrias de bebidas, alimentícia, têxtil, de rações e de celulose (biobranqueamento). As xilanases têm sido empregadas na panificação para melhorar o processamento e a qualidade do pão, levando a obtenção de uma massa mais macia, pães com maior volume e com melhor estrutura de miolo. As enzimas xilanolíticas produzidas por fungos constituem um conjunto enzimático com atividades distintas, dificultando a sua utilização direta nos processos industriais. Uma estratégia utilizada atualmente se baseia na obtenção de microrganismos recombinantes que produzam enzimas com atividades específicas e adequadas aos diferentes processos industriais. O fungo termofílico Humicola grisea var. thermoidea tem sido uma boa fonte de enzimas xilanolíticas. O gene Hxyn2 deste fungo codifica uma endoxilanase de 23 kDa pertencente a família G/11 das glicosil hidrolases. Para a produção da enzima recombinante HXYN2r, o cDNA correspondente ao gene Hxyn2 (cDNA-xyn2) foi clonado no vetor pHILD2 e expresso na levedura P. pastoris sob o controle do promotor AOX1. Os transformantes foram selecionados quanto à estabilidade genética e capacidade de produzir e secretar a enzima HXYN2r ativa para o meio de cultura. A enzima HXYN2r purificada apresentou temperatura ótima a 60°C e pH ótimo de 6,5. O presente trabalho teve como objetivo a produção, purificação e aplicação da enzima HXYN2r em testes de panificação. A produção da enzima foi realizada em condições ótimas, obtendo 100 mg de proteína/L de meio BMMY-U (Meio de cultura complexo contendo metanol e uréia), sendo que a quantidade de enzima no meio de cultura representou 40% do total das proteínas secretadas. Para a purificação de HXYN2r, as proteínas do sobrenadante de cultura foram concentradas por liofilização e fracionadas por cromatografia de gel filtração S-100. A enzima purificada apresentou uma atividade específica de 2250 U/mg, com um rendimento de purificação de 6,4%. A proteína de aproximadamente 23 kDa foi confirmada pela presença de uma banda de xilanase no gel de zimograma. A enzima pura foi adicionada à massa para testes de panificação nas concentrações de 45 e 90 U /kg de farinha, nestas concentrações não foi observado alteração no volume específico dos pães e nem na estrutura do miolo. A enzima HXYN2r também foi parcialmente purificada por tratamento térmico (60 °C por 45 min) e concentrada por liofilização, obtendo um rendimento de 17,9 %. A enzima HXYN2r parcialmente purificada foi testada na panificação nas concentrações de 500, 1500, 3000, 4500 e 6000 U/Kg de farinha. A suplementação da xilanase aumentou o volume específico dos pães, melhorou a estrutura do miolo e não foi observada nenhuma alteração no conteúdo de umidade dos pães em relação ao pão controle. O melhor resultado apresentado foi o aumento de 16,0 % no volume específico dos pães suplementados com 3000 U de HXYN2r por quilo de farinha, resultado semelhante ao obtido com a adição de uma preparação enzimática comercial contendo xilanase nas mesmas concentrações. Os resultados apresentados sugerem que a xilanase do H. grisea pode ser usada na panificação para a melhoria do volume específico dos pães.