A Doença de Gaucher (DG) é a doença lisossômica de depósito mais frequente, sendo causada pela deficiência da atividade da enzima β-glicosidase ácida (GBA), que é responsável pela degradação de glicosilceramidas nos lisossomos. Seu déficit resulta no acúmulo intracelular de glicosilceramidas formando as chamadas Células de Gaucher. A DG é dividida em três grupos baseada na ausência (tipo 1) ou presença e gravidade de envolvimento do sistema nervoso central (tipo 2 e 3). A demonstração da deficiência da atividade da GBA é considerada o método padrão ouro para o diagnóstico, sendo complementada pela medida da atividade da enzima quitotriosidase (QT), que é considerada um biomarcador para a DG. Embora a função exata das células de Gaucher ainda permaneça desconhecida, acredita-se que elas secretam fatores que induzem resposta inflamatória e a produção de espécies reativas. Sabe-se que a instituição do tratamento por reposição enzimática (TRE) diminui significativamente a atividade da QT, porém essa diminuição não chega até os níveis de normalidade. A deficiência da GBA na DG também induz uma cascata de eventos, culminando secundariamente na produção de espécies reativas. Visto isso, o objetivo deste trabalho foi mensurar os níveis de citocinas próinflamatórias (IL-6, TNF-α e IL-17a), proteína S100B em pacientes com DG com e sem tratamento por reposição enzimática e relacioná-los com a atividade da QT, e também, determinar o nível de alguns marcadores de dano oxidativo como substancias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), conteúdo de carbonilas, atividade da catalase (CAT) e superoxido dismutase (SOD) e mensurar o conteúdo total de sulfidrilas (SH), marcadores da defesa antioxidante, visando um método auxiliar para o diagnóstico e acompanhamento do tratamento destes pacientes. Observamos que os níveis de IL-6 em pacientes DG sem tratamento foi duas vezes maior do que os encontrados nos indivíduos saudáveis e que a instituição do TRE provoca uma diminuição significativa nos níveis de IL-6 no soro dos pacientes. Também foi observada uma correlação positiva entre os níveis de IL-6 e a atividade da QT, ou seja, quanto maior a atividade da QT, maior os níveis de IL-6 no soro de pacientes em tratamento. Já as outras citocinas pró-inflamatórias mensuradas, TNF-α e IL-17a, não apresentaram diferença significativa entre os indivíduos saudáveis e os pacientes Gaucher, bem como a medida da proteína S100B. Nos fatores oxidativos observamos alterações na CAT, SOD e sulfidrilas, o que sugere que pacientes DG sofrem mudanças na produção de espécies reativas quando comparados aos indivíduos normais. Este aumento na CAT, SOD e sulfidrilas poderia estar relacionado com a prevenção do aumento do peróxido de hidrogênio e a prevenção de danos lipídicos. No entanto, os outros três parâmetros (TBARS, carbonila e relação SOD / CAT) não demonstraram uma diferença significativa entre os grupos. Com isso, concluímos que a IL-6 mostrou-se a melhor ferramenta a ser utilizada juntamente com a QT para auxiliar no diagnóstico e acompanhamento do tratamento de pacientes DG.

Os carboidratos são componentes essenciais de muitos produtos naturais de grande importância medicinal. As porções carboidrato podem aumentar a solubilidade em água de drogas, diminuir a toxicidade e/ou contribuir para a bioatividade dos produtos naturais. A síntese de C-glicosídeos, a partir de D-glicose, é de grande interesse porque estes são úteis como blocos de construção para a síntese de vários tipos de moléculas com grande potencial de utilização em princípios ativos para tratamento de câncer, diabetes, HIV, como antivirais, entre outros. Os C-glicosídeos são essencialmente inertes à degradação porque o centro anomérico natural (um O- ou N-acetal instável) foi transformado hidroliticamente em ligação éter. Como resultado, uma atenção significativa tem sido dedicada para o desenvolvimento de novas vias sintéticas. A reação de Knoevenagel, descrita há mais de um século, consiste na condensação de aldeídos com moléculas contendo metileno ativo, tais como o ácido malônico ou o seu éster e dicetonas. Embora consista de uma desidratação, surpreendentemente, a reação é favorecida em meio aquoso, em alguns casos. A condensação de carboidratos desprotegidos com dicetonas tem atraído crescente interesse com a crescente cobrança da sociedade por tecnologias mais limpas (verdes). Nesse sentido, baseando-se no conceito de Química Verde e seus Doze princípios, buscou-se a redução ou troca de solventes orgânicos por outros mais verdes, adaptação dos sistemas de reação para operação em temperaturas mais brandas e substituição de matérias-primas por outras mais verdes. O objetivo principal consistiu na preparação da cetona-?-C-glicosídeo (CG) e seus derivados, a partir da D-glicose, com potencial aplicação como intermediários de fármacos. Nesse trabalho, foram preparados derivados do CG e da D-glicose: CG peracetilado, D-glicose peracetilada, CG perbenzoilado, D-glicose perbenzoilada, CG peracetilado clorado, CGAr1 ((E)-4-(4-metoxifenil)-1-(3,4,5-trihidroxi-6- (hidroximetil)-tetrahidro-2H-piran-2-il)but-3-en-2-ona), CGAr1 peracetilado e CGAr1 peracetilado bromado. O CG foi preparado em meio aquoso ou em EtOH-água 4:1, pH alcalino (35-80%). O CG peracetilado (2,3,4,6-tetracetil-1-C-(?-D-glicopiranosil)propan-2-ona) e a Dglicose peracetilada (1,2,3,4,6-pentacetil-1-C-(?-D-glicopiranosil)) foram preparados (71 e 77,5%) usando quatro metodologias: duas usando AcONa/Ac2O a 50-90 °C, uma com AcONa/py/DMAP a t.a. e uma com I2/Ac2O a 28 °C. O CG perbenzoilado (2,3,4,6-tetrabenzoil- 1-C-(?-D-glicopiranosil)propan-2-ona) e a D-glicose perbenzoilada (1,2,3,4,6-pentabenzoil-1-C- (?-D-glicopiranosil) foram preparados (31 e 83%), respectivamente, usando sete metodologias: duas em solução de NaOH a t.a., quatro com py e DCM e/ou tolueno como solvente a 65 °C, uma com py/DCM a 5 °C. O CG peracetilado clorado (2-(acetoximetil)-6-(3-cloro-2- oxopropil)tetrahidro-2H-piran-3,4,5-triil triacetato) foi preparado (19,6%) usando NH4Cl/oxone em MeOH sob refluxo. O CGAr1 foi preparado a partir do CG bruto com p-anisaldeído, L-prolina e TEA em MeOH a t.a (33,5%). O CGAr1 peracetilado ((E)-2-(acetoximetil)-6-(4-(4-metoxifenil)- 2-oxobut-3-en-1-il)-tetrahidro-2H-piran-3,4,5-triil triacetato) foi preparado (54%) usando três metodologias: Ac2O/AcONa a 50 °C, I2/Ac2O a 28 e a 50°C. O CGAr1 peracetilado bromado foi preparado (78%) usando Br2/CCl4 a t.a. / Carbohydrates are essential components of many natural products of great medicinal importance. The carbohydrate portions may increase the water solubility of drugs, decrease toxicity and/or contribute to the bioactivity of the natural products. The synthesis of Cglycosides, from D-glucose, is of great interest because they are useful as building blocks for the synthesis of various types of molecules with great potential as active principles for the treatment of cancer, diabetes, HIV, as antivirals, among others. C-glycosides are essentially inert to degradation because their natural anomeric center (an unstable O- or N-acetal) has been hydrolytically transformed into an ether linkage. Thus, significant attention has been devoted to the development of new synthetic routes. The Knoevenagel reaction, described over a century ago, consists of the condensation of aldehydes with molecules containing active methylene, such as malonic acid or its ester and diketones. Although it consists of a dehydration, surprisingly, the reaction is favored in aqueous medium in some cases. The condensation of unprotected carbohydrates with diketones has attracted increasing interest with the growing society\'s demand for cleaner (green) technologies. Based on the concept of Green Chemistry and its Twelve Principles, the aim was to reduce or substitute organic solventes for greener ones, adapt reaction systems to operate at milder temperatures and substitute raw materials for greener ones. The main goal was to prepare ketone-?-C-glucoside (CG) and its derivatives, from D-glucose, with potential application as drug intermediates. In this work, CG and D-glucose derivatives were prepared: peracetylated CG, peracetylated D-glucose, perbenzoylated CG, perbenzoylated D-glucose, chlorinated peracetylated CG, CGAr1 ((E)-4-(4- methoxyphenyl)-1-(3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)-tetrahydro-2H-pyran-2-yl)but-3-en-2- one), peracetylated CGAr1 and brominated peracetylated CGAr1. CG was prepared (35-80%) in water or EtOH-water (4:1), alkaline pH. Peracetylated CG (2,3,4,6-tetraacetyl-1-C-(?-Dglucopyranosyl) propan-2-one) and peracetylated D-glucose (1,2,3,4,6-pentacetyl-1-C-(?-Dglucopyranosyl)) were prepared (71 and 77,5%), using four methodologies: two using AcONa/ Ac2O at 50-90 °C, one with AcONa/py/DMAP at rt and one with I2/Ac2O at 28 °C. The perbenzoylated CG (2,3,4,6-tetrabenzoyl-1-C-(?-D-glucopyranosyl)propan-2-one) and perbenzoylated D-glucose (1,2,3,4,6-pentabenzoyl-1-C-(?-D-glucopyranosyl) were prepared (31 and 83%) using seven methodologies: two in NaOH aqueous solution, four with py and DCM and/or toluene as solvent at 65 °C. Chlorinated peracetylated CG (2-(acetoxymethyl)-6-(3- chloro-2-oxopropyl)tetrahydro-2H-pyran-3,4,5-triyl triacetate) was prepared (19,6%) using NH4Cl/oxone in MeOH under reflux. CGAr1 was prepared from crude CG with p-anisaldehyde, L-proline and TEA in MeOH at rt (33,5%). The peracetylated CGAr1 ((E)-2-(acetoxymethyl)-6- (4-(4-methoxyphenyl)-2-oxobut-3-en-1-yl)-tetrahydro-2H-pyran-3,4,5-triyl triacetate) was prepared (54%) using three methodologies: Ac2O/AcONa at 50 °C, I2/Ac2O at 28 and at 50 °C. Brominated peracetylated CGAr1 was prepared (78%) using Br2/CCl4 at rt.

A Doença de Gaucher (DG) é a doença lisossômica de depósito mais frequente, sendo causada pela deficiência da atividade da enzima β-glicosidase ácida (GBA), que é responsável pela degradação de glicosilceramidas nos lisossomos. Seu déficit resulta no acúmulo intracelular de glicosilceramidas formando as chamadas Células de Gaucher. A DG é dividida em três grupos baseada na ausência (tipo 1) ou presença e gravidade de envolvimento do sistema nervoso central (tipo 2 e 3). A demonstração da deficiência da atividade da GBA é considerada o método padrão ouro para o diagnóstico, sendo complementada pela medida da atividade da enzima quitotriosidase (QT), que é considerada um biomarcador para a DG. Embora a função exata das células de Gaucher ainda permaneça desconhecida, acredita-se que elas secretam fatores que induzem resposta inflamatória e a produção de espécies reativas. Sabe-se que a instituição do tratamento por reposição enzimática (TRE) diminui significativamente a atividade da QT, porém essa diminuição não chega até os níveis de normalidade. A deficiência da GBA na DG também induz uma cascata de eventos, culminando secundariamente na produção de espécies reativas. Visto isso, o objetivo deste trabalho foi mensurar os níveis de citocinas próinflamatórias (IL-6, TNF-α e IL-17a), proteína S100B em pacientes com DG com e sem tratamento por reposição enzimática e relacioná-los com a atividade da QT, e também, determinar o nível de alguns marcadores de dano oxidativo como substancias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), conteúdo de carbonilas, atividade da catalase (CAT) e superoxido dismutase (SOD) e mensurar o conteúdo total de sulfidrilas (SH), marcadores da defesa antioxidante, visando um método auxiliar para o diagnóstico e acompanhamento do tratamento destes pacientes. Observamos que os níveis de IL-6 em pacientes DG sem tratamento foi duas vezes maior do que os encontrados nos indivíduos saudáveis e que a instituição do TRE provoca uma diminuição significativa nos níveis de IL-6 no soro dos pacientes. Também foi observada uma correlação positiva entre os níveis de IL-6 e a atividade da QT, ou seja, quanto maior a atividade da QT, maior os níveis de IL-6 no soro de pacientes em tratamento. Já as outras citocinas pró-inflamatórias mensuradas, TNF-α e IL-17a, não apresentaram diferença significativa entre os indivíduos saudáveis e os pacientes Gaucher, bem como a medida da proteína S100B. Nos fatores oxidativos observamos alterações na CAT, SOD e sulfidrilas, o que sugere que pacientes DG sofrem mudanças na produção de espécies reativas quando comparados aos indivíduos normais. Este aumento na CAT, SOD e sulfidrilas poderia estar relacionado com a prevenção do aumento do peróxido de hidrogênio e a prevenção de danos lipídicos. No entanto, os outros três parâmetros (TBARS, carbonila e relação SOD / CAT) não demonstraram uma diferença significativa entre os grupos. Com isso, concluímos que a IL-6 mostrou-se a melhor ferramenta a ser utilizada juntamente com a QT para auxiliar no diagnóstico e acompanhamento do tratamento de pacientes DG.

Orientador: João Alexandre Ribeiro Gonçalves Barbosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:09:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valerio_AmandaAbdalla_D.pdf: 3553304 bytes, checksum: 97ba97062f1c23d4b29447c0b9a7316d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Glicosídeo hidrolases (EC 3.2.1.-) são enzimas que hidrolisam ligações glicosídicas. Neste trabalho realizamos estudos funcionais e estruturais de duas glicosídeo hidrolases: a celulase XF0810 de Xylella fastidiosa e a lisozima digestiva 1 de Musca domestica (MdL1). A celulase XF0810 está anotada no genoma da X. fastidiosa como membro da família 5 das glicosídeo hidrolases (EC 3.2.1.4). Após a amplificação, clonagem, expressão e purificação da mesma; prosseguimos com os experimentos de filtração em gel analítica, dicroísmo circular, DLS, ensaio enzimático e cristalização desta proteína. Foi feito um estudo de modelagem onde ficou evidenciado que a XF0810 não pertenceria à família 5 pois quatro dos sete resíduos conservados que caracterizam esta família foram substituídos, incluindo os dois resíduos catalíticos de glutamato essenciais para o mecanismo de clivagem de retenção. Isto foi comprovado através da ausência de atividade nos ensaios feitos com a proteína purificada. A MdL1 pertence à família 22 das glicosídeo hidrolases (EC 3.2.1.17) e foi cristalizada com o ligante Nacetilquitotetraosídeo para a difração de raios X. A resolução da estrutura (2H5Z no PDB) foi realizada por meio do método de substituição molecular tendo como modelo a estrutura nativa. A análise comparativa da MdL1 com outras lisozimas de quatro classes diferentes de animais mostrou grande semelhança e pequenas diferenças apenas na região das voltas. Estas diferenças foram utilizadas para explicar as características especiais de uma lisozima com função digestiva. A volta na região definida pelos resíduos 98-100 apresenta uma deleção na MdL1, tornado-a menos exposta ao solvente, podendo justificar a resistência à proteólise. O resíduo Gln100 participa de uma interação com o ligante. Os resíduos Thr107 e Asn46 são apontados como responsáveis pelo decréscimo dos pKa dos grupos carboxilas dos resíduos catalíticos Glu32 e Asp50, respectivamente. A diminuição dos pKa explica o pH ótimo mais ácido característico de lisozimas digestivas / Abstract: Glycoside hydrolases (EC 3.2.1.-) are enzymes that hydrolyze glycoside bonds. In this work we studied functional and structural features of two glycoside hydrolases: the cellulase XF0810 of Xylella fastidiosa and the digestive lysozyme 1 of Musca domestica (MdL1). The cellulase XF0810 is annotated in the genome of X. fastidiosa as member of family 5 of glycoside hydrolases (EC 3.2.1.4). After the amplification, cloning, expression and purification of XF0810; we continued with the experiments of analytical gel filtration, circular dichroism, DLS, enzymatic assay and crystallization of this protein. A homology model was built which showed that XF0810 did not belong to family 5 because four of seven conserved residues that characterize the family were substituted, including the two catalytic residues of glutamate that are essential for the retention hydrolysis mechanism. This was further confirmed by the absence of activity in the assays (exocellulase with PNPc) performed with the purified protein. The MdL1 belongs to the family 22 of glycoside hydrolases (EC 3.2.1.17) and was crystallized with the ligand N-acetilchitotetraose for X-ray diffraction. The resolution of the structure (2H5Z in PDB) was accomplished by molecular replacement with the native structure as the searching model. The comparative analysis of MdL1 with other lysozymes of four different classes of animals showed a high similarity and few differences appeared only in the loops¿ regions. These differences were used to explain the special characteristics of the lysozyme with a digestive function. The loop in the region defined by residues 98-100 presents one deletion in the MdL1, becoming less exposed to the solvent, this might justify the proteolysis resistance. The residue Gln100 participates directly in an interaction with the ligand. The residues Thr107 and Asn46 are pointed out as responsible for a reduction in the pKa of the carboxyl groups of catalytic residues Glu32 e Asp50, respectively. The reduction in pKa explains the more acidic pH optimum that characterizes the digestive lysozymes / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Fabio Marcio Squina, Roberto Ruller / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T02:46:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hoffmam_ZairaBruna_M.pdf: 4922807 bytes, checksum: df6edae9e54a10424f07783fcf889151 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O etanol de segunda geração, produzido a partir dos polissacarídeos da biomassa lignocelulósica, apresenta-se como uma alternativa promissora para tornar a matriz energética brasileira sólida e, em grande parte, renovável. A biomassa é composta basicamente por celulose, hemicelulose e lignina. Celulose e hemicelulose devem ser hidrolisadas a açúcares monoméricos fermentescíveis para produzir etanol. Entretanto, a tarefa de propor um processo enzimático de hidrólise eficiente e de baixo custo com a finalidade de sacarificar a biomassa é desafiadora, pois os polissacarídeos que a compõem são complexos e recalcitrantes. Embora as hemiceluloses representem cerca de 30% dos açúcares do bagaço da cana-de-açúcar, uma das biomassas mais promissoras para a produção de etanol de segunda geração no Brasil, ainda poucos estudos são direcionados ao estudo da sacarificação dessa fração de polissacarídeos. Hemicelulases são glicosídeo hidrolases que catalisam a hidrólise dos polissacarídeos hemicelulósicos, e que em atuação sinérgica com celulases promove a hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar de maneira mais eficiente que as classes de enzimas isoladamente. A primeira parte dessa dissertação apresenta a caracterização bioquímica e biofísica de uma arabinofuranosidase GH51 do micro-organismo Bacillus subtilis 168. ?-L-arabinofuranosidases são hemicelulases que hidrolisam terminais não redutores de polissacarídeos contendo arabinose. A AbfA mostrou-se robusta, atuando numa ampla faixa de temperatura, e capaz de liberar monômeros de arabinose hidrolisando 1,5-?-L-arabinoheptaose a partir da extremidade não-redutora. A análise dos dados de SAXS combinada com simulações de dinâmica molecular mostrou que a AbfA em solução é hexamérica, com cada subunidade contendo uma molécula com domínio catalítico em enovelado na forma de barril (?/?)8 seguido por um domínio acessório ?-sandwich. Esses dados evidenciam que a estrutura quaternária pode ser importante para o desempenho de atividade das arabinofuranosidases da família 51. A segunda parte da dissertação aborda uma avaliação da influência dos domínios de ligação a carboidratos na atividade de xilanases mesofílicas e termofílicas. Xilanases são hemicelulases que catalisam a hidrólise de ligações endo-1,4-?-D-xilosídicas na molécula de xilano. Fusões gênicas uniram end-to-end um CBM6 de Clostridium thermocellum aos domínios catatalíticos xilanásicos das enzimas GH10 termofílica (de Thermotoga petrophila) e GH11 mesofílica (de Bacillus subtilis 168). O CBM6 alterou o padrão de hidrólise das quimeras termofílicas e aumentou a constante de eficiência da quimera mesofílica, quando comparadas as enzimas nativas respectivas. Além disso, na hidrólise da biomassa da cana-de-açúcar a xilanase quimérica mesofílica suplementou o coquetel comercial Accellerase 1500, liberando mais açúcares redutores. Dessa forma a fusão ao CBM6 mostrou-se uma alternativa para construir enzimas com melhor desempenho cinético / Abstract: The second generation ethanol, produced from lignocellulosic biomass polysaccharides, presents itself as a promising alternative to make the Brazilian energy matrix solid and largely renewable. Biomass is composed mainly of cellulose, hemicellulose and lignin. Cellulose and hemicellulose must be hydrolyzed in fermentable monomeric sugars to produce ethanol. However, the task of proposing a process for enzymatic hydrolysis efficient and low cost in order to saccharify the biomass is challenging because its polysaccharides are complex and recalcitrant, so it requires the presence of several different catalytic activities for hydrolysis. Although hemicelluloses represent about 30% of sugars from sugarcane bagasse, one of the most promising biomass for the production of second generation ethanol in Brazil, few studies are directed to the saccharification study of this polysaccharidic fraction. Hemicellulases are glycoside hydrolases that catalyze the hydrolysis of hemicellulosic polysaccharides and works synergistically with cellulases promoting the hydrolysis of sugarcane bagasse more efficiently than each one class of enzymes alone. The first part of this dissertation presents the biochemistry and biophysics characterization of a GH51 arabinofuranosidase from microorganism Bacillus subtilis 168. ?-Larabinofuranosidases are hemicellulases that hydrolyze linkages in terminal nonreducing ends of polysaccharides containing arabinose. The AbfA showed itself robust, working in a wide temperature range, and able to release arabinose monomers hydrolyzing 1,5-?-L-arabinoheptaose from the non-reducing end. The analysis of SAXS data in combination with molecular dynamics simulations showed that AbfA solution is hexameric, with each subunit containing a molecule with catalytic domain coiled in the form of barrel (?/?)8 followed by a ?-sandwich domain accessory. These results evidence and corroborate data that the quaternary structure may be important for the activity of GH51 arabinofuranosidases family. The second part of the thesis adresses an evaluation of the influence of carbohydratebinding modules, non-catalytic domains of polysaccharides recognition, in the activity of mesophilic and thermophilic xylanases. Xylanases are hemicellulases that catalyze the hydrolysis of endo-1 ,4-?-D-xylosidic linkages in xylan molecule. Gene fusions joined end-to-end a CBM6 from Clostridium thermocellum to catalytic xylanasic domains of enzymes thermophilic GH10 (from Thermotoga petrophila) and mesophilic GH11 (from Bacillus subtilis 168). The CBM6 changed the hydrolysis pattern of thermophilic chimeras increased the efficiency constant of mesophilic chimera, when compared to the respective native enzymes. Furthermore, in the sugarcane biomass hydrolysis mesophilic chimeric xylanase supplemented the commercial cocktail Accellerase 1500, releasing more reducing sugars. In conclusion, the CBM6 fusion proved itself an alternative to construct enzymes with better kinetic performance / Mestrado / Bioquimica / Mestra em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Munir Salomão Skaf / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T07:03:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_ThiagoCostaFerreira_D.pdf: 13438556 bytes, checksum: add103a09a2f775dbe590afd1507f3e4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nesta Tese foram investigados sistemas biológicos relacionados à hidrólise da biomassa lignocelulósica. O trabalho de tese está subdividido em três partes. Na primeira parte foram investigadas, mediante simulações por dinâmica molecular, as características estruturais e dinâmicas que conferem termoestabilidade a laminarinases, enzimas da família das glicosideo hidrolases de grande interesse no desenvolvimento de tecnologias viáveis para a produção industrial de etanol celulósico. Na segunda parte do trabalho, desenvolvemos e tornamos publicamente disponível um programa de computador, denominado cellulose-builder, que visa automatizar a construção de arquivos em formato PDB que representem cristalitos de celulose. Os arquivos em formato PDB gerados pelos nosso programa podem ser utilizados como configuração inicial em simulações por dinâmica molecular de sistemas que contenham fases cristalinas da celulose. O programa permite gerar cristalitos de forma e tamanho arbitrários, permitindo expor qualquer face cristalográfica de quatro alomorfos da celulose cristalina. Visando contribuir para o melhor entendimento em nível molecular da estrutura da parede celular vegetal e elucidar os modos de interação entre a celulose e a hemicelulose (dois componentes importantes da parede celular vegetal), na terceira parte deste trabalho empregamos o programa cellulose-builder para construir cristais de celulose com xilanos (hemiceluloses) adsorvidos em diversas faces cristalográficas e utilizamos simulações por dinâmica molecular para estudar em nível atômico a interação entre xilanos e diversas faces cristalográficas do alomorfo I-beta da celulose. Também investigamos o efeito de substituintes comumente presentes em hemiceluloses (acetil e glucuronil) nos parâmetros geométricos e energéticos da interação entre celulose e hemicelulose / Abstract: This Thesis comprises the study of biological systems related to the hydrolysis of lignocellulosic biomass. The work is divided in three parts. In the first part we investigated, by means of molecular dynamics simulations, the structural and dynamical features that confer thermostability to laminarinases, enzymes belonging to the glycoside hydrolase family, which are of great interest in the development of viable tecnologies aiming the industrial production of cellulosic ethanol. In the second part of the Thesis work we developed and made publicly available a computer program, named cellulose-builder, whose purpose is to automatize the construction of PDB-format files representing cellulose crystallites. The PDB-format files generated by our program can be used as starting configurations in molecular dynamics simulations of systems containing crystalline phases of cellulose. The program enables one to generate crystallites of arbitrary size and shape, making it possible to expose any crystallographic face of four cellulose allomorphs. Aiming to contribute to a better understanding of the plant cell wall structure at the molecular level and to elucidate the modes of interaction between cellulose and hemicellulose (two major components of the plant cell wall), in the third part of this work we employed the computer program cellulose-builder to set up cellulose crystals with xylans (hemicelluloses) adsorbed onto several crystallographic faces and applied molecular dynamics simulations to study, at the atomic level, the interactions between xylans and several crystallographic faces of cellulose's allomorph I-beta. We also investigated the effect of substituents commonly occurring in hemicelluloses (namely acetyl and glucuronyl) in geometric and energetic parameters resulting from the interaction between cellulose and hemicellulose / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Quimica

Nos últimos anos a química é apontada como solução para diversos problemas globais originados por um modo de vida não sustentável, em virtude disso o desenvolvimento econômico e social ficam vinculados aos conhecimentos em ações sustentáveis embasadas na química verde. Neste contexto emerge a indústria química baseada em matérias-primas renováveis, dentre as biomassas renováveis destacam-se os carboidratos com cerca de 75% da biomassa da terra. Os glicosídeos são moléculas orgânicas nas quais o açúcar está ligado à uma porção não-carboidrato (aglicona), dentre eles os C-glicosídeos se destacam por apresentarem tanto resistência à hidrólise ácida quanto à enzimática, característica que confere interesse a indústria de fármacos e às ciências dos materiais apresentando-se como excelentes blocos de construção. A condensação de Knoevenagel é a reação entre um grupo metileno ativado e um aldeído ou cetona levando à formação de um composto β, β-insaturado e é muito relevante na derivatização de C-glicosídeos. O objetivo principal deste trabalho é empregar a D-glicose, como fonte de matéria-prima renovável, na obtenção de Cglicosídeos e potenciais derivados de interesse industrial, visando oferecer ao ambiente uma opção através de processos mais sustentáveis, para isso dividiu-se o trabalho em três etapas: a primeira de preparação da cetona β-C-glicosídeos e reações de proteções, a segunda, de derivações diretas dessas moléculas, por meio das preparações das oximas, das aril cetonas C-glicosídeos, da cicloexenona C-glicosídeo e do metil pentenol C-glicosídeo e a terceira consistiu de derivação de moléculas, obtidas na segunda etapa, em gem halo-nitro, oxima aril e isoxazol aril. Na primeira etapa, síntese da cetona β-C-glicosídeo, fez-se alterações metodológicas e obteve-se um rendimento médio de 92%, o composto foi confirmado por TGA, FT-IR e RMN 13C, nas reações de proteção à cetona β-C-glicosídeo, acetilação e benzoilação, obteve-se rendimentos de 60% e 31,4% respectivamente, os compostos foram confirmados por FT-IR e RMN 13C. Na segunda etapa sintetizou a aril cetona C-glicosídeo, desprotegida e protegida, com 91% e 78% de rendimentos respectivamente, a cicloexenona C-glicosídeo acetilada com 60% de rendimento e o metil pentenil C-glicosídeo acetilado com até 71% de rendimento, oximas a partir da cetona β-C-glicosídeo desprotegida e posterior proteção (economizando uma etapa) e oximas a partir da cetona β-C-glicosídeo acetilada obtendo rendimentos de 73,6 % e 83%, também foi sintetizada a oxima da glicose e sua acetilação gerou o nitrilo da glicose em 60% de rendimento, os compostos foram confirmados por FT-IR e RMN 13C. Na terceira etapa foram obtidos os derivados, gem bromo-nitro C-glicosídeo acetilado 30% (rota desprotegida) e 73% (rota protegida), gemcloro C-glicosídeo acetilados 30% (rota desprotegida) e 72% (rota protegida). A aril cetona C-glicosídeo acetilada, a oxima aril C-glicosídeo acetilada e isoxazol C-glicosídeo acetilado apresentaram rendimentos 45%, 78% e 31% respectivamente, todos confirmados por FT-IR e RMN 13C. A síntese da cetona β-C-glicosídeo desprotegida em meio aquoso alcalino apresenta um alto rendimento e demonstrou uma enorme versatilidade podendo ser empregada na obtenção de muitos derivados, no entanto as reações de proteção são necessárias para derivação dessas moléculas e facilitação da análise. / In recent years, chemistry has been identified as a solution to several global problems caused by an unsustainable way of life, as economic and social development are linked to the knowledge of sustainable actions based on green chemistry. In this context emerges the chemical industry based on renewable raw materials, among the renewable biomasses stand out the carbohydrates with about 75% of the earth\'s biomass. Glycosides are organic molecules in which sugar is bound to a non-carbohydrate (aglycone) moiety, among them the C-glycosides stand out because they have both resistance to acid and enzymatic hydrolysis, which is of interest to the pharmaceutical industry and sciences of materials presenting themselves as excellent building blocks. The Knoevenagel condensation is the reaction between an activated methylene group and an aldehyde or ketone leading to the formation of an β, β-unsaturated compound and is very relevant in the derivatization of Cglycosides. The main objective of this work is to use D-glucose, as a source of renewable raw material, to obtain C-glycosides and potential derivatives of industrial interest, aiming to offer the environment an option employing more sustainable processes, for this the work was divided in three stages: the first one of preparation of the ketone β-C-glycosides and reactions of protections, the second, of direct derivations of these molecules, through the preparations of oximes, aryl ketones C-glycosides, cyclohexenone C-glycoside and methyl pentenol C-glycoside and the third step consisted of derivation of molecules obtained in the second step in gem halo-nitro, aryl oxime and isoxazole aryl. In the first step, synthesis of the β-C-glycoside ketone made methodological changes and obtained an average yield of 92%, the compound was confirmed by TGA, FT-IR and 13C NMR, in the protection reactions to β-C-glycoside ketone, acetylation and benzoylation, yields of 60% and 31.4% respectively were obtained, the compounds were confirmed by FT-IR and 13C NMR. In the second step, the unprotected and protected C-glycoside aryl ketone was synthesized in 91% and 78% yields respectively, the acetylated C-glycoside cyclohexenone in 60% yield and the acetylated methyl pentenyl C-glycoside in up to 71% yield, oximes from the deprotected β-C-glycoside ketone and subsequent protection (saving one step) and oximes from acetylated β-C-glucoside ketone yielding 73.6% and 83% yields, the glucose oxime was also synthesized and its acetylation generated the glucose nitrile in 60% yield, the compounds were confirmed by FT-IR and 13 C NMR. In the third stage the derivatives were obtained, gem bromo-nitro C-glycoside acetylated 30% (unprotected route) and 73% (protected route), gem-chloro C-glycoside acetylated 30% (route deprotected) and 72% (protected route). The acetylated C-glycoside aryl ketone, the acetylated C-glycoside aryl oxime and the acetylated C-glycoside isoxazole presented yields of 45%, 78% and 31% respectively, all confirmed by FT-IR and 13C NMR. The synthesis of β-C-glycoside ketone deprotected in alkaline aqueous medium presents a high yield and demonstrated an enormous versatility that can be used to obtain many derivatives, however the protection reactions are necessary for derivation of this molecules and facilitation of the analysis.

Orientador: Munir Salomão Skaf / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T19:29:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silveira_RodrigoLeandro_D.pdf: 21325666 bytes, checksum: e2332474509730ff297050a513a97a70 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A produção de bioetanol a partir da biomassa lignocelulósica integra processos físico-químicos e enzimáticos que comprometem sua viabilidade econômica. A biomassa possui uma estrutura recalcitrante composta de celulose, hemicelulose e lignina. Tal estrutura, bem como os mecanismos das enzimas, não são bem compreendidos. Nesta tese, simulações de dinâmica molecular e a teoria mecânico-estatística 3D-RISM foram utilizada para investigar aspectos moleculares da degradação de biomassa, incluindo: (1) dinâmica estrutural de celulases; (2) base molecular da termofilicidade de laminarinaes; (3) disrupção não-hidrolítica de biomassa por expansinas; (4) nanoarquitetura da parede ceular primária; e (5) forças termodinâmicas da parede celular secundária. No tópico (1), observou-se que a acessibilidade ao substrato em celulases pode ser modulada por alterações na estrutura primária, com consequências para a atividade enzimática. Observou-se também que a inibição por produto está relacionada a alterações conformacionais de resíduos próximos ao sítio de ligação. Adicionalmente, alterações na dinâmica intrínseca das enzimas ocorrem conforme a etapa do processo de hidrólise. No tópico (2), os resultados mostraram que a conformação do sítio de ligação ao substrato de laminarinases é sensível a variações de temperatura. No tópico (3), observou-se que a expansina pode transladar sobre a superfície da celulose e induzir torções em cadeias de glucano, sugerindo a possibilidade de romper ligações de hidrogênio celulose-celulose e/ou celulose/xiloglucano como um zíper. No tópico (4), observou-se que a agregação de nanofibrilas de celulose se dá através de suas faces hidrofílicas e que a presença de hemicelulose estabiliza tal agregação. No tópico (5), os resultados mostraram que as forças de coesão da parede celular secundária são de natureza entrópica e que a composição química da lignina modula as interações lignina-lignina e lignina-hemicelulose / Abstract: Biofuel production from lignocellulosic biomass involves physico-chemical and enzymatic processes that challenge its economic viability. The lignocellulosic biomass is recalcitrant against degradation and is made up of cellulose, hemicellulose and lignin. This structure and the enzyme mechanisms are not fully understood. In this thesis, molecular dynamics simulations and the statistical mechanical theory 3D-RISM were employed to assess molecular aspects of the biomass degradation, including: (1) structural dynamics of cellulases; (2) molecular basis of the thermophilicity of laminarinases; (3) non-hydrolytic disruption of biomass by expansins; (4) primary cell wall nanoarchitecture; and (5) thermodynamic forces of the secondary cell wall. In the topic (1), we observed that cellulase substrate accessibility can be modulated through changes in its primary structure, with consequences to the enzymatic activity. Moreover, the product inhibition is related to conformational changes of residues located close to the substrate binding site. In addition, changes of the intrinsic dynamics allow cellulases change their function according to the hydrolysis step. In the topic (2), we show that the substrate binding site conformation of laminarinases is sensitive to temperature variations. In the topic (3), we observed that the expansin can translade over the cellulose surface and induce torsions in free glucan chains, suggesting the possibility of disruption of cellulose-cellulose and cellulose-xyloglucan hydrogen bonds as a ziper. In the topic (4), the results showed that the aggregation of cellulose nanofibrils takes place through their hydrophilic face and that hemicellulose plays roles in stabilizing such aggregation. In the topic (5), we observed that the cohesion forces within the secondary cell wall are of entropic origin and that the lignin chemical composition modulates the lignin-lignin and lignin-hemicellulose interactions / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Orientador: Mário Tyago Murakami / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-23T21:09:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paiva_JoiceHelena_D.pdf: 28922115 bytes, checksum: be729b855c60f1b34aac3a0b43e0aeac (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The abstract is available with the full electronic document / Doutorado / Bioquimica / Doutora em Biologia Funcional e Molecular

Made available in DSpace on 2017-07-21T18:53:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Suelen Brazo.pdf: 3105120 bytes, checksum: d7c908a74b56c6c9c7dbcc45ef93c32a (MD5) Previous issue date: 2015-02-13 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Anthocyanins are natural colorants that provide attractive and bright colors to most plants, coloring them the bright red to violet. Due to its instability facing the food processing steps and their difficulty of extraction are still little used in the food industry. Flavonoids not anthocyanins, amino acids, nucleosides, organic acids and anthocyanins themselves may act as copigments enabling the anthocyanins as natural colorants. The objective was to evaluate the approximate composition, phenolic compounds, antioxidant activity of blackberries Brazo (Morus nigra L.) and the stability of anthocyanins. The effect of the addition of organic acids and polyphenolic extract of Camellia sinensis raw extract of blackberries anthocyanins as copigments. The copigmentation reaction buffer at pH 3.0, was confirmed by UV-Visible absorption and by high high-performance liquid chromatography analysis. The calculated half-life and the color retention percentage. The response surface methodology was effective to estimate the effect of three independent variables on anthocyanins extraction, the optimal values suggested for the extraction with citric acid were time of 60 min., ratio of 1 g / 30 mL and a temperature of 60 ºC and the extraction with hydrochloric acid have been suggested the same conditions of time and ratio, but at 20 ° C. The increase in relation copigmento / anthocyanins was evidenced by the bathochromic and hyperchromic effects. The interaction of anthocyanins was significantly affected by temperature (5 ± 3 ° C and 25 ± 3 ° C) and the environment (light and dark). The stability of anthocyanins with added copigmento increased half-life and the color retention percentage of sample. Maximum stability was achieved in samples with the addition of caffeic acid at a temperature of 5 ° C ± 3 ° C in the dark. Anthocyanins added caffeic acid and malic showed half-life of 242.40 ± 25.40 and 200.48 ± 12.15 days, respectively, bringing prospects for application of this natural dye. / Antocianinas são corantes naturais que proporcionam cores atrativas e brilhantes à maioria das plantas, colorindo-as do vermelho vivo ao violeta. Devido à sua instabilidade frente às etapas de processamento de alimentos e a sua dificuldade de extração ainda são pouco utilizados na indústria alimentícia. Flavonóides não antociânicos, aminoácidos, nucleosídios, ácidos orgânicos e as próprias antocianinas podem agir como copigmentos viabilizando as antocianinas como corantes naturais. O objetivo do trabalho foi avaliar a composição aproximada, os compostos fenólicos totais, a atividade antioxidante de amoras Brazo (Morus nigra L.) e a estabilidade das suas antocianinas. Foi avaliado o efeito da adição dos ácidos orgânicos e extrato polifenólico de Camellia sinensis ao extrato bruto de antocianinas de amora como copigmentos. A reação de copigmentação em solução tampão pH 3,0, foi confirmada por espectrofotometria de absorção UV-Visível e por análise cromatográfica líquida de alta eficiência. Calculou-se o tempo de meia vida e a percentagem de retenção de cor. A metodologia de superfície de resposta foi eficaz para estimar o efeito de três variáveis independentes sobre a extração de antocianinas, os ótimos valores sugeridos para a extração com ácido cítrico foram tempo de 60 min., razão de 1g / 30 mL e uma temperatura de 60°C e para a extração com ácido clorídrico foram sugeridas as mesmas condições de tempo e razão, porém a uma temperatura de 20°C. O aumento na relação copigmento/antocianinas foi evidenciado pelos efeitos batocrômico e hipercrômico. A interação das antocianinas foi significativamente afetada pela temperatura (5±3ºC e 25±3ºC) e o ambiente (luz e escuro). A estabilidade das antocianinas com adição de copigmento aumentou o tempo de meia vida e a porcentagem de retenção de cor das amostras. A estabilidade máxima foi alcançada nas amostras com adição de ácido cafeico em temperatura de 5ºC±3°C e no escuro. As antocianinas adicionadas de ácido cafeico e málico apresentaram tempo de meia vida de 242,40 ± 25,40 e 200,48 ± 12,15 dias, respectivamente, trazendo perspectivas para aplicação deste corante natural.