A fenilcetonúria (PKU) é caracterizada bioquimicamente pelo acúmulo de fenilalanina (Phe) e seus metabólitos nos tecidos dos pacientes afetados. O dano neurológico é a marca da PKU e a Phe é considerada o principal agente neurotóxico nesta doença, cujos mecanismos de neurotoxicidade são pouco conhecidos. A alanina (Ala) é nutricionalmente um aminoácido não essencial. Ela é o principal aminoácido gliconeogênico porque pode originar piruvato e glicose, tendo sido, por este motivo, usada como um suplemento dietético em combinação com o hormônio de crescimento no tratamento de crianças subnutridas afetadas por algumas doenças metabólicas herdadas, para induzir o anabolismo. O principal objetivo do presente trabalho foi medir as atividades dos complexos da cadeia respiratória mitocondrial (CCR) e succinato desidrogenase (SDH) no córtex cerebral de ratos Wistar sujeitos à hiperfenilalaninemia (HPA) quimicamente induzida e à administração crônica de Ala, desde o 6± até o 21± dia de vida pós-natal. Também investigamos o efeito in vitro da Phe e Ala nas atividades da SDH e CCR em córtex cerebral de ratos de 22 dias de idade. Os resultados mostraram uma redução nas atividades da SDH e complexos I + III no córtex cerebral de ratos sujeitos à HPA e também no córtex cerebral de ratos sujeitos à administração de Ala. Também verificamos que ambos: Phe e Ala inibiram in vitro a atividade dos complexos I + III por competição com NADH. Considerando a importância da SDH e CCR para a sustentação do suprimento energético para o cérebro, nossos resultados sugerem que o déficit energético possa contribuir para a neurotoxicidade da Phe em PKU. Em relação à Ala, ficou evidenciado que mais investigações serão necessárias antes de considerar a suplementação com Ala como uma terapia adjuvante válida para crianças com estas doenças.

O objetivo deste trabalho foi investigar o possível efeito preventivo do piruvato e da creatina (substâncias energéticas e antioxidantes) sobre as alterações comportamentais e bioquímicas provocadas pela administração intra-hipocampal da fenilalanina (Phe) em ratos Wistar. Foi desenvolvido um modelo químico experimental de fenilcetonúria (PKU) pela administração intra-hipocampal de Phe a ratos Wistar adultos atingindo níveis semelhantes aos encontrados no cérebro dos pacientes afetados. Piruvato e creatina preveniram alterações de comportamento induzidas pela Phe nas tarefas de habituação no campo aberto. O piruvato e a creatina, isoladamente, não exerceram efeito sobre os animais nas tarefas de campo aberto, mas preveniram os efeitos da Phe sobre a atividade exploratória. A Phe, o piruvato e a creatina não tiveram efeito sobre a emocionalidade dos animais. Também foram investigados parâmetros de estresse oxidativo procurando evidências de um possível mecanismo pelo qual a alta concentração de Phe poderia resultar em prejuízo da habituação dos ratos ao campo aberto. A Phe provocou o aumento de TRAP, que é uma medida da concentração de substâncias antioxidantes não enzimáticas, principalmente GSH e tioredoxina, e de TAR, que é a medida da qualidade das substâncias antioxidantes não enzimáticas, bem como das sulfidrilas totais, que compreendem GSH, tioredoxina e grupos tióis de proteínas, as quais foram aumentadas no hipocampo de ratos que receberam Phe. TBARS, que é uma medida de lipoperoxidação, diminuiu pela administração de Phe. O piruvato e a creatina, isoladamente, não exerceram efeito sobre os parâmetros de estresses oxidativo, mas o aumento das defesas antioxidantes não enzimáticas induzido pela Phe no hipocampo foi totalmente prevenido pelo pré-tratamento com creatina ou piruvato, dois potentes antioxidantes, reforçando a hipótese de que o primeiro contato do hipocampo com Phe provoca a formação de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio, induzindo o aumento de defesas antioxidantes. Estes resultados também sugerem uma possível relação entre a inibição das atividades da piruvato quinase e da creatina quinase nas alterações de comportamento causadas por Phe. Em perspectiva, piruvato e creatina são suplementos dietéticos a serem considerados como agentes coadjuvantes para a atual terapia dos pacientes fenilcetonúricos baseada apenas em uma dieta restrita em Phe. / The objective of this work was to investigate the possible preventive effect of pyruvate and creatine (substances with energetic and antioxidant properties) on the behavioral and biochemical alterations caused by intrahippocampal administration of phenylalanine (Phe) in Wistar rats. It was developed a experimental chemical model of phenylketonuria(PKU) by injecting Phe into the hippocampus of adult Wistar rats, achieving similar levels than those verified in the brain of affected patients. Pyruvate and creatine prevented behavioral alterations induced by Phe in habituation in the open field task. Pyruvate and creatine did not cause effect on animal behaviour in the open field task, but they prevented the Phe effects on exploratory activity. Phe, pyruvate and creatine did not compromise emotionality of the animals in the open field task. Stress oxidative parameters were measured looking for evidences of a mechanism for which the high Phe concentration could result in the behavioral alterations. Phe provoked the increase of TRAP, which is a measure of the concentration of nonenzymatic antioxidant substances, mainly GSH and thioredoxin, and of TAR, which is a measure of the quality of nonenzymatic antioxidant substances, as well as of the Total sulfhydryl groups, which is a measure of GSH, thioredoxin and thiol-groups of proteins, in the hippocampus of the rats. TBARS, which is a measure of lipoperoxidation, was decreased by Phe administration. Pre-treatment with pyruvate and creatine did not altered stress oxidative parameters, but fully prevented the alterations induced by Phe administration, reinforcing the hypothesis that the first contact of the hippocampus with Phe provokes reactive oxygen and nitrogen species formation, inducing increase of antioxidant defenses. These results also suggest a possible relationship between the inhibition of piruvate kinase and creatine kinase activities in the behavioral alterations caused by Phe. In perspective, pyruvate and creatine are diet supplements to be considered as adjuvant agents to the present therapy of phenylketonuric pacients based only on Phe-restricted diet.

A fenilcetonúria é um erro inato do metabolismo causado pela deficiência severa da atividade da enzima fenilalanina hidroxilase, a qual converte fenilalanina em tirosina. O bloqueio desta hidroxilação resulta em acúmulo tecidual de fenilalanina e seus metabólitos, ácidos fenilpirúvico, feniláctico e fenilacético. Cabe salientar que a concentração cerebral destes metabólitos está correlacionada positivamente aos níveis plasmáticos de fenilalanina. A doença caracteriza-se por sintomas neurológicos graves tais como retardo mental e convulsões. Apesar de ser uma das aminoacidopatias mais freqüentes e mais estudadas, a neuropatologia da fenilcetonúria ainda não é totalmente compreendida. No presente trabalho, foram investigados os efeitos in vitro dos ácidos fenilpirúvico, feniláctico e fenilacético sobre o estresse oxidativo em homogeneizado de cérebro de ratos jovens, a fim de melhor entender o envolvimento destes metabólitos na disfunção neurológica presente na doença. Foram estudados os seguintes parâmetros: quimiluminescência, substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS), potencial antioxidante total (TRAP), reatividade antioxidante total (TAR), conteúdo de tióis totais e de grupos carbonila, conteúdo de glutationa (GSH), conteúdo de 2’, 7’ diclorofluoresceína (DCF) e atividade das enzimas antioxidantes: catalase (CAT), superóxido dismutase (SOD) e glutationa peroxidase (GSH-Px). Observamos que o ácido fenilpirúvico aumentou a quimiluminescência, o TBA-RS e o conteúdo de grupos carbonila, de maneira dose-dependente, ainda, este ácido reduziu o TRAP, de maneira dose-dependente, e o conteúdo de GSH. O ácido feniláctico aumentou a quimiluminescência e o TBA-RS, diminuiu o TRAP e o conteúdo de GSH. Já, na presença do ácido fenilacético, houve um aumento significativo do TBA-RS e do conteúdo de DCF. Os três metabólitos testados não alteraram a atividade da enzima antioxidante SOD, porém reduziram a atividade da GSH-Px, de maneira dosedependente, e da CAT. Os resultados obtidos mostram que os metabólitos da fenilalanina alteram parâmetros de estresse oxidativo em cérebro de ratos. Aliados a diversos estudos anteriores em modelo animal e em pacientes com fenilcetonúria, que demonstram que a fenilalanina altera parâmetros de estresse oxidativo, nossos resultados indicam que os metabólitos deste aminoácido também podem estar envolvidos na fisiopatologia dos danos cerebrais observados na fenilcetonúria, sugerindo que o benefício de uma suplementação com antioxidantes à dieta dos pacientes seja estudado a fim de prevenir possíveis danos causados por radicais livres. / Phenylketonuria is an inborn error of metabolism caused by severe deficiency of phenylalanine hydroxylase activity, which converts phenylalanine to tyrosine, leading to tissue accumulation of phenylalanine and its metabolites (phenylpyruvic acid, phenyllactic acid and phenylacetic acid). The concentrations of these metabolites into the brain correlate positively with plasma phenylalanine levels. This disease is characterized by serious neurological features, such as mental retardation and seizures. Although phenylketonuria is one of the most frequent and studied aminoacidopatias, the neuropathology of this disease is poorly understood. In the present work, the in vitro effect of the phenylpyruvic acid, phenyllactic acid and phenylacetic acid on oxidative stress were investigated in brain homogenates of young rats, in order to be better understand the involvement of these metabolites in the neurological dysfunction present in this disease. The following parameters were studied: chemiluminescence, thiobarbituric acid reactive substances (TBA-RS), total radical-trapping antioxidant potential (TRAP), total antioxidant reactivity (TAR), total thiol and carbonyl groups, glutathione (GSH), 2’, 7’ dichlorofluorescein (DCF) and the activities of antioxidants enzymes catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD), and glutathione peroxidase (GSH-Px). We observed that phenylpyruvic acid increased chemiluminescence, TBA-RS and the content of carbonyl groups (in a dosedependent way) and that this acid reduced TRAP (in a dose-dependent way) and GSH levels. Phenyllactic acid increased chemiluminescence and TBA-RS, and reduced TRAP and GSH levels. Phenylacetic acid increased TBA-RS and the measurement of DCF. Any of the metabolites altered the activity of SOD, whereas all of them reduced the activities of GSH-Px (in a dose-dependent way) and CAT. The results show that phenylalanine metabolites alter many parameters of oxidative stress in brain homogenates of young rats. Other studies have been demonstrated that oxidative stress seems to be involved in phenylketonuric animal models and patients. Taking together, these studies and our results suggest that the benefit of an antioxidant supplementation to the diet of these patients might be studied in order to prevent possible damage produced by free radicals.

A fenilcetonúria é um erro inato do metabolismo causado pela deficiência severa da atividade da enzima fenilalanina hidroxilase, a qual converte fenilalanina em tirosina. O bloqueio desta hidroxilação resulta em acúmulo tecidual de fenilalanina e seus metabólitos, ácidos fenilpirúvico, feniláctico e fenilacético. Cabe salientar que a concentração cerebral destes metabólitos está correlacionada positivamente aos níveis plasmáticos de fenilalanina. A doença caracteriza-se por sintomas neurológicos graves tais como retardo mental e convulsões. Apesar de ser uma das aminoacidopatias mais freqüentes e mais estudadas, a neuropatologia da fenilcetonúria ainda não é totalmente compreendida. No presente trabalho, foram investigados os efeitos in vitro dos ácidos fenilpirúvico, feniláctico e fenilacético sobre o estresse oxidativo em homogeneizado de cérebro de ratos jovens, a fim de melhor entender o envolvimento destes metabólitos na disfunção neurológica presente na doença. Foram estudados os seguintes parâmetros: quimiluminescência, substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS), potencial antioxidante total (TRAP), reatividade antioxidante total (TAR), conteúdo de tióis totais e de grupos carbonila, conteúdo de glutationa (GSH), conteúdo de 2’, 7’ diclorofluoresceína (DCF) e atividade das enzimas antioxidantes: catalase (CAT), superóxido dismutase (SOD) e glutationa peroxidase (GSH-Px). Observamos que o ácido fenilpirúvico aumentou a quimiluminescência, o TBA-RS e o conteúdo de grupos carbonila, de maneira dose-dependente, ainda, este ácido reduziu o TRAP, de maneira dose-dependente, e o conteúdo de GSH. O ácido feniláctico aumentou a quimiluminescência e o TBA-RS, diminuiu o TRAP e o conteúdo de GSH. Já, na presença do ácido fenilacético, houve um aumento significativo do TBA-RS e do conteúdo de DCF. Os três metabólitos testados não alteraram a atividade da enzima antioxidante SOD, porém reduziram a atividade da GSH-Px, de maneira dosedependente, e da CAT. Os resultados obtidos mostram que os metabólitos da fenilalanina alteram parâmetros de estresse oxidativo em cérebro de ratos. Aliados a diversos estudos anteriores em modelo animal e em pacientes com fenilcetonúria, que demonstram que a fenilalanina altera parâmetros de estresse oxidativo, nossos resultados indicam que os metabólitos deste aminoácido também podem estar envolvidos na fisiopatologia dos danos cerebrais observados na fenilcetonúria, sugerindo que o benefício de uma suplementação com antioxidantes à dieta dos pacientes seja estudado a fim de prevenir possíveis danos causados por radicais livres. / Phenylketonuria is an inborn error of metabolism caused by severe deficiency of phenylalanine hydroxylase activity, which converts phenylalanine to tyrosine, leading to tissue accumulation of phenylalanine and its metabolites (phenylpyruvic acid, phenyllactic acid and phenylacetic acid). The concentrations of these metabolites into the brain correlate positively with plasma phenylalanine levels. This disease is characterized by serious neurological features, such as mental retardation and seizures. Although phenylketonuria is one of the most frequent and studied aminoacidopatias, the neuropathology of this disease is poorly understood. In the present work, the in vitro effect of the phenylpyruvic acid, phenyllactic acid and phenylacetic acid on oxidative stress were investigated in brain homogenates of young rats, in order to be better understand the involvement of these metabolites in the neurological dysfunction present in this disease. The following parameters were studied: chemiluminescence, thiobarbituric acid reactive substances (TBA-RS), total radical-trapping antioxidant potential (TRAP), total antioxidant reactivity (TAR), total thiol and carbonyl groups, glutathione (GSH), 2’, 7’ dichlorofluorescein (DCF) and the activities of antioxidants enzymes catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD), and glutathione peroxidase (GSH-Px). We observed that phenylpyruvic acid increased chemiluminescence, TBA-RS and the content of carbonyl groups (in a dosedependent way) and that this acid reduced TRAP (in a dose-dependent way) and GSH levels. Phenyllactic acid increased chemiluminescence and TBA-RS, and reduced TRAP and GSH levels. Phenylacetic acid increased TBA-RS and the measurement of DCF. Any of the metabolites altered the activity of SOD, whereas all of them reduced the activities of GSH-Px (in a dose-dependent way) and CAT. The results show that phenylalanine metabolites alter many parameters of oxidative stress in brain homogenates of young rats. Other studies have been demonstrated that oxidative stress seems to be involved in phenylketonuric animal models and patients. Taking together, these studies and our results suggest that the benefit of an antioxidant supplementation to the diet of these patients might be studied in order to prevent possible damage produced by free radicals.

Estudos anteriores realizados no Laboratório de Erros Inatos do Metabolismo demonstraram que fenilalanina (Phe) 2,0 mM ou fenilpiruvato (PP) 5,0 mM, um metabólito desaminado da Phe, reduzem a atividade da ATP-difosfoidrolase em sinaptossomas de córtex cerebral de ratos. Já estudos do efeito da Phe e do fenilactato sobre a atividade da Na+K+-ATPase, enzima envolvida na manutenção do potencial de membrana e na integridade celular no cérebro, demonstraram seus efeitos inibitórios, bem como a reversão destes efeitos pela alanina (Ala), competitivamente. Por outro lado, quando testada isoladamente, a alanina não altera a atividade da enzima. Resultados semelhantes foram observados em relação à fosforilação de proteínas de citoesqueleto neuronal na presença de Phe e/ou Ala. O presente estudo teve como principal objetivo caracterizar a inibição causada por Phe ou PP sobre a atividade da ATP-difosfoidrolase. Considerando que a ATP- difosfoidrolase participa com a 5’-nucleotidase na síntese de adenosina a partir do ATP e do ADP, decidimos investigar também os efeitos “in vitro” da Phe ou do PP sobre a atividade da 5’-nucleotidase na mesma fração. Além disso, considerando que a alanina reverte o efeito inibitório da Phe sobre algumas enzimas, decidimos investigar o efeito daquele aminoácido sobre as atividades da ATP-difosfoidrolase e da 5’-nucleotidase, bem como a possibilidade da alanina reverter efeitos inibitórios provocados pela Phe ou pelo PP sobre a atividade da ATP-difosfoidrolase. Os sinaptossomas foram preparados a partir de córtex cerebral de ratos com idade entre 25 e 35 dias para determinação das atividades da ATP-difosfoidrolase e da 5’-nucleotidase. A Phe ou o PP inibiram a atividade da ATP- difosfoidrolase em aproximadamente 20%, no entanto, a atividade da 5’-nucleotidase não foi afetada pelos dois metabólitos. Os resultados dos estudos cinéticos realizados com ATP-difosfoidrolase sugerem que ADP, Phe e PP agem sobre o mesmo sítio da enzima. A alanina não altera as atividades da ATP-difosfoidrolase e da 5’-nucleotidase e, quando testada em associação com Phe 1,5 mM ou com PP 5,0 mM, não reverteu os efeitos inibitórios provocados pelos mesmos. Considerando a importância da atividade da ATP- difosfoidrolase para a degradação do neurotransmissor ATP em sistema nervoso central, se os efeitos observados “in vitro” também ocorrerem “in vivo”, a inibição da enzima pode ser um dos mecanismos que levam ao dano cerebral característico da fenilcetonúria.

Estudos anteriores realizados no Laboratório de Erros Inatos do Metabolismo demonstraram que fenilalanina (Phe) 2,0 mM ou fenilpiruvato (PP) 5,0 mM, um metabólito desaminado da Phe, reduzem a atividade da ATP-difosfoidrolase em sinaptossomas de córtex cerebral de ratos. Já estudos do efeito da Phe e do fenilactato sobre a atividade da Na+K+-ATPase, enzima envolvida na manutenção do potencial de membrana e na integridade celular no cérebro, demonstraram seus efeitos inibitórios, bem como a reversão destes efeitos pela alanina (Ala), competitivamente. Por outro lado, quando testada isoladamente, a alanina não altera a atividade da enzima. Resultados semelhantes foram observados em relação à fosforilação de proteínas de citoesqueleto neuronal na presença de Phe e/ou Ala. O presente estudo teve como principal objetivo caracterizar a inibição causada por Phe ou PP sobre a atividade da ATP-difosfoidrolase. Considerando que a ATP- difosfoidrolase participa com a 5’-nucleotidase na síntese de adenosina a partir do ATP e do ADP, decidimos investigar também os efeitos “in vitro” da Phe ou do PP sobre a atividade da 5’-nucleotidase na mesma fração. Além disso, considerando que a alanina reverte o efeito inibitório da Phe sobre algumas enzimas, decidimos investigar o efeito daquele aminoácido sobre as atividades da ATP-difosfoidrolase e da 5’-nucleotidase, bem como a possibilidade da alanina reverter efeitos inibitórios provocados pela Phe ou pelo PP sobre a atividade da ATP-difosfoidrolase. Os sinaptossomas foram preparados a partir de córtex cerebral de ratos com idade entre 25 e 35 dias para determinação das atividades da ATP-difosfoidrolase e da 5’-nucleotidase. A Phe ou o PP inibiram a atividade da ATP- difosfoidrolase em aproximadamente 20%, no entanto, a atividade da 5’-nucleotidase não foi afetada pelos dois metabólitos. Os resultados dos estudos cinéticos realizados com ATP-difosfoidrolase sugerem que ADP, Phe e PP agem sobre o mesmo sítio da enzima. A alanina não altera as atividades da ATP-difosfoidrolase e da 5’-nucleotidase e, quando testada em associação com Phe 1,5 mM ou com PP 5,0 mM, não reverteu os efeitos inibitórios provocados pelos mesmos. Considerando a importância da atividade da ATP- difosfoidrolase para a degradação do neurotransmissor ATP em sistema nervoso central, se os efeitos observados “in vitro” também ocorrerem “in vivo”, a inibição da enzima pode ser um dos mecanismos que levam ao dano cerebral característico da fenilcetonúria.

Estudos anteriores realizados no Laboratório de Erros Inatos do Metabolismo demonstraram que fenilalanina (Phe) 2,0 mM ou fenilpiruvato (PP) 5,0 mM, um metabólito desaminado da Phe, reduzem a atividade da ATP-difosfoidrolase em sinaptossomas de córtex cerebral de ratos. Já estudos do efeito da Phe e do fenilactato sobre a atividade da Na+K+-ATPase, enzima envolvida na manutenção do potencial de membrana e na integridade celular no cérebro, demonstraram seus efeitos inibitórios, bem como a reversão destes efeitos pela alanina (Ala), competitivamente. Por outro lado, quando testada isoladamente, a alanina não altera a atividade da enzima. Resultados semelhantes foram observados em relação à fosforilação de proteínas de citoesqueleto neuronal na presença de Phe e/ou Ala. O presente estudo teve como principal objetivo caracterizar a inibição causada por Phe ou PP sobre a atividade da ATP-difosfoidrolase. Considerando que a ATP- difosfoidrolase participa com a 5’-nucleotidase na síntese de adenosina a partir do ATP e do ADP, decidimos investigar também os efeitos “in vitro” da Phe ou do PP sobre a atividade da 5’-nucleotidase na mesma fração. Além disso, considerando que a alanina reverte o efeito inibitório da Phe sobre algumas enzimas, decidimos investigar o efeito daquele aminoácido sobre as atividades da ATP-difosfoidrolase e da 5’-nucleotidase, bem como a possibilidade da alanina reverter efeitos inibitórios provocados pela Phe ou pelo PP sobre a atividade da ATP-difosfoidrolase. Os sinaptossomas foram preparados a partir de córtex cerebral de ratos com idade entre 25 e 35 dias para determinação das atividades da ATP-difosfoidrolase e da 5’-nucleotidase. A Phe ou o PP inibiram a atividade da ATP- difosfoidrolase em aproximadamente 20%, no entanto, a atividade da 5’-nucleotidase não foi afetada pelos dois metabólitos. Os resultados dos estudos cinéticos realizados com ATP-difosfoidrolase sugerem que ADP, Phe e PP agem sobre o mesmo sítio da enzima. A alanina não altera as atividades da ATP-difosfoidrolase e da 5’-nucleotidase e, quando testada em associação com Phe 1,5 mM ou com PP 5,0 mM, não reverteu os efeitos inibitórios provocados pelos mesmos. Considerando a importância da atividade da ATP- difosfoidrolase para a degradação do neurotransmissor ATP em sistema nervoso central, se os efeitos observados “in vitro” também ocorrerem “in vivo”, a inibição da enzima pode ser um dos mecanismos que levam ao dano cerebral característico da fenilcetonúria.

A possibilidade da proteção de plantas de sorgo contra fungos fitopatogênicos por diferentes preparações obtidas a partir de células da levedura Saccharomyces cerevisiae, um não patógeno, tem sido demonstrada nos últimos anos por vários pesquisadores. Aparentemente, a proteção pode ocorrer por indução de resistência ou por ação da levedura como agente de controle biológico. Contudo, os mecanismos fisiológicos e bioquímicos que são ativados nas plantas durante o fenômeno de proteção não estão esclarecidos. Foram utilizados dois cultivares de sorgo, sendo um resistente ao Colletotrichum sublineolum (cv. Brandes) e outro suscetível (cv. Tx398B). Mesocótilos, plantas com 14 dias e folhas com 30 dias foram tratados com água, S. cerevisiae ou C. sublineolum e avaliados quanto aos parâmetros de expressão gênica da enzima fenilalanina amônia-liase (FAL) e o acúmulo de compostos fenólicos totais. Os resultados obtidos evidenciaram que C. sublineolum induziu o tecido resistente a expressar os genes desta enzima em plantas com 14 dias e folhas de sorgo com 30 dias e também foi responsável pelo acúmulo de compostos fenólicos no decorrer do tempo em mesocótilos. Por sua vez, S. cerevisiae não induziu a expressão gênica da FAL em tecidos de sorgo, bem como não alterou o acúmulo de compostos fenólicos nos mesocótilos. Dessa maneira, a proteção de plantas de sorgo contra fitopatógenos por S. cerevisiae pode envolver outros passos do metabolismo fenólico / not available

Esta tese de doutorado descreve os estudos realizados para elucidar a biologia molecular da bioluminescência fúngica e sua relevância ecológica na natureza. A recente descoberta de que a luciferina fúngica é a 3-hidroxihispidina permitiu a caracterização do metabolismo secundário da fenilalanina nos genomas recém-sequenciados e transcriptomas de micélios das espécies luminescentes Panellus stipticus e Neonothopanus gardneri. Adicionalmente os genomas e transcriptomas de variedades não luminescente de P. stipticus e Lentinula edodes serviram como respectivos controles. Em geral, os genes envolvidos no metabolismo secundário da fenilalanina em amostras luminescentes tinham expressão igual ou superior àquela de espécies não luminescentes. Um agrupamento de genes relacionados com a biossíntese de fenilalanina foi encontrado em ambos os genomas luminescentes e não luminescentes de P. stipticus. A abundância de genes transcritos neste agrupamento foi semelhante para as espécies luminescentes e não luminescentes de P. stipticus, mas a policetídeo sintase tipo I em P. stipticus não luminescentes foi significativamente sub-regulada. Não foi encontrado agrupamento semelhante nos genomas de N. gardneri e L. edodes, sendo que os correspondentes homólogos estavam espalhados em diferentes loci. Extratos de fungos podem ser preparados in vitro, com a adição de 3-hidroxihispidina para produzir luz verde em abundância. A preparação de extratos proteicos de luciferase foi melhorada e a estrutura da luciferase, parcialmente purificada, foi investigada por espectrometria de massas. A presença de luciferase nos géis de purificação foi revelada usando-se luciferina e molécula similares à luciferina advindas de extratos de plantas. O nicho ecológico nas vizinhas de cogumelos bioluminescentes foi investigado de duas maneiras, armadilhas adesivas com cogumelos artificiais de acrílico, iluminados com luz LED verde e através da observação direta de cogumelos bioluminescentes com fotografia no infravermelho com lapso de tempo. Os estudos ecológicos foram conduzidos nos biomas da Mata Atlântica e da Mata dos Cocais, no Brasil. Baratas, aranhas, tesourinhas, grilo e vagalumes tec-tecs foram os animais mais comuns que interagiram com os cogumelos. Todos estes animais podem agir como dispersores de propágulos e, em alguns casos, como defensores dos cogumelos. / This PhD thesis describes the studies performed to elucidate the molecular biology of fungal bioluminescence and the ecological significance of the trait in the wild. The recent discovery that the fungal luciferin is 3-hydroxyhispidin has allowed for the characterization of phenylalanine secondary metabolism in the newly sequenced genomes and mycelium transcriptomes of luminescent Panellus stipticus and Neonothopanus gardneri, additionally the genomes and transcriptomes of a non-luminescent variety of P. stipticus and Lentinula edodes served as respective controls. In general the genes involved in phenylalanine secondary metabolism had greater or equal expression in luminescent samples than non luminescent. A cluster of genes related to the secondary metabolism of phenylalanine was found in both luminescent and non luminescent P. stipticus genomes. Transcript abundance of genes in this cluster was similar in both luminescent and non-luminescent Panellus stipticus, but the type I polyketide synthase in non luminescent Panellus stipticus was significantly down regulated. A similar gene cluster in the N. gardneri and L. edodes genomes was absent with corresponding homologues scattered at different genomic loci. Cell free fungal extracts can be combined in vitro with the addition of 3-hydroxyhispidin to produce abundant green light. Preparation of proteinaceous luciferase extracts was improved and partially purified luciferase samples were investigated by mass spectrometry. The presence of luciferase in the separation gel was also evidenced by using luciferin and luciferin-like molecules from plant extracts. The ecological niche surrounding bioluminescent mushrooms was investigated through two main means, glue traps with acrylic mushroom facsimiles that were internally illuminated with green LED lights and direct observation of bioluminescent mushrooms with infrared time lapse photography. Ecological studies were performed in the Atlantic rainforest (Mata Atlântica) and transitional Coconut Palm forest (Mata dos Cocais) biomes of Brazil. Cockroaches, spiders, earwigs, crickets, and luminescent click beetles were the most common animal interacting with mushrooms. All of these animals may be acting as fungal propagule dispersers and in some cases defense of the mushroom.

Nos últimos anos tem se intensificado o uso de produtos com a finalidade de aumentar a produtividade na cultura da soja. Dentre estes estão os bioestimulantes que podem possuir em sua constituição extratos de algas, aminoácidos e hormônios. No entanto, pouco se sabe sobre o efeito isolado de cada um destes constituintes. Frente a isto, esta pesquisa teve por objetivos avaliar o efeito da aplicação de aminoácidos isolados em plantas de soja. Para isto, o trabalho foi dividido em três experimentos. No primeiro, foi realizada a aplicação via sementes de glutamato, cisteína, fenilalanina e glicina em doses variáveis. Essa etapa foi conduzida em sistema de canteiros e foi avaliada a emergência, índice de velocidade de emergência, acúmulo de massa de matéria seca, metabolismo antioxidante (enzimas superóxido dismutase - SOD, catalase - CAT, peroxidase - POD, teor de peróxido de hidrogênio - H2O2, prolina e peroxidação lipídica - PL) e produtividade. A partir da seleção das melhores doses obtidas na primeira etapa, foi realizado o segundo experimento, conduzido em casa de vegetação. As aplicações desse experimento foram realizadas no tratamento de semente, via foliar ou em ambas as épocas, além disso, foi realizada a aplicação de todos os aminoácidos em associação. Nesse experimento foram avaliados metabolismo antioxidante, enzimas de resistência (polifenoloxidase - PFO e fenilalanina amônia-liase - PAL), metabolismo do nitrogênio (enzimas nitrato redutase e urease, teor de NO3-, NH4+, N-Aa, ureídeos e N-Total), variáveis de crescimento de raíz, acúmulo de massa de matéria seca e produtividade. Já o experimento III foi realizado em campo, utilizando os mesmos tratamentos do experimento II. Foram avaliados o metabolismo antioxidante, enzimas de resistência, metabolismo do nitrogênio, massa de matéria seca e produtividade. Todos os experimentos foram conduzidos em delineamento em blocos casualizados com quatro repetições para cada tratamento. Todos os aminoácidos proporcionaram efeito positivo em diversas variáveis fisiológicas analisadas. O uso de glutamato, fenilalanina, cisteína e glicina de forma isolada repercutiram em melhores efeitos quando a aplicação é realizada somente no tratamento de sementes. A partir da aplicação desses aminoácidos ocorreu incremento da assimilação de nitrogênio e no acúmulo de massa de matéria seca, o que levou a maior produtividade dessas plantas. O maior efeito na produtividade foi observado por meio da aplicação de fenilalanina em todos os experimentos, quando comparados com os demais aminoácidos. Com relação ao metabolismo antioxidante o uso de cisteína no tratamento de sementes proporcionou aumento da atividade das enzimas SOD e PAL e redução da PL. O uso de fenilalanina no tratamento de sementes induz ao incremento da CAT e SOD e o glutamato induz o aumento de PAL e SOD. A utilização de todos os aminoácidos em associação somente foi eficiente na aplicação foliar, o que proporcionou maior desenvolvimento de raíz, maior assimilação de nitrogênio, acúmulo de massa de matéria seca e produtividade. Portanto, foi possível perceber que o glutamato, cisteína, fenilalanina e glicina apresentam importante papel de sinalização em plantas, pois pequenas doses já são suficientes para induzir ao incremento de parâmetros fisiológicos e, consequentemente aumentar a produtividade. / In recent years, the use of products to increase productivity in soybean has been intensified. Bio-stimulants can have in their constitution algae extracts, amino acids and hormones. However, little is known about the isolated effect of each of these constituents. Facing this problem, this research aimed to evaluate the effect of the application of single amino acids to soybeans. For this, the work was divided into three experiments. In the first, the application of amino acids was performed via glutamate, cysteine, phenylalanine and glycine to seeds. This stage was carried out on planting beds and the following variables were evaluated: emergency, emergency speed index, dry matter accumulation, antioxidant metabolism (superoxide dismutase - SOD, catalase - CAT, peroxidase - POD, hydrogen peroxide - H2O2 - content, proline and lipid peroxidation - PL) and productivity. From the selection of the best rates obtained in the first stage, the second experiment was carried out in a greenhouse. The applications of this experiment were performed as seed treatments, foliar application and both procedures; furthermore, the application of all amino acids in combination was also performed. In this experiment, the following variables were evaluated: antioxidant metabolism, resistance enzymes (polyphenol oxidase - PFO and phenylalanine ammonia lyase - PAL), nitrogen metabolism (nitrate reductase and urease, NO3- content, NH4+, N-Aa, ureide and N-Total), root growth, dry matter accumulation and productivity. The third experiment was carried out in the field using the same treatments of the second experiment. The following variables were evaluated: antioxidant metabolism, resistance enzymes, nitrogen metabolism, dry matter and productivity. All experiments were carried out in a randomized block design with four replications for each treatment. All amino acids provided positive effect on several physiological variables. The use of glutamate, phenylalanine, cysteine, and glycine alone lead to the best effect when the application was done only as seed treatment. From the application of these amino acids, the nitrogen assimilation was increased and the dry matter accumulation, which led to higher productivity of the plants. The greatest effect on productivity was observed by application of phenylalanine in all experiments, when compared with other amino acids. Regarding the antioxidant metabolism, cysteine use in seed treatment increased SOD and PAL activity and PL reduction. The phenylalanine use in seed treatment increased CAT and SOD activities and glutamate induced an increase of PAL and SOD activities. The use of all amino acids in association was only effective in foliar application, which provided further development of root, greater assimilation of nitrogen, dry matter accumulation and productivity. So, it was possible to conclude that glutamate, cysteine, phenylalanine and glycine have an important signaling role in plants, because small rates are enough to induce the increase of physiological parameters and consequently increase productivity.