No lúmen do intestino médio da larva de Tenebrio molitor existem 4 β-glicosidases (denominadas 1, 2, 3a e 3b), que não estão presentes na comida do animal. Elas foram purificadas usando-se técnicas de eletroforese e cromatografias de troca iônica e interação hidrofóbica. A β-Glicosidase 1 (Mr 59.000) é instável a 30°C mas é estabilizada na presença do substrato. Ela praticamente não tem atividade sobre galactosídeos e cliva di- e oligossacarídeos. A enzima possui apenas 1 sítio ativo que apresenta 4 subsítios para ligação de glicose. Seu papel fisiológico deve ser o da clivagem de oligo- e principalmente dissacarídeos. A β-Glicosidase 2 (Mr 67.000) é muito instável a 30°C e hidrolisar com maior eficiência galactosídeos sintéticos, cliva muito mal lactose e é incapaz de clivar glucosídeos. Ela apresenta dois sítios ativos sendo que um deles cliva MUβDgal e lactose, que é ativado por Triton X-100, enquanto o outro não é ativado pelo detergente e hidrolisa NPβDgal e NPβDfuc. O papel fisiológico para esta enzima não está claro, mas imagina-se que ela esteja envolvida na digestão de galcatolipídeos. As β-Glicosidases 3a e 3b (Mr 59.000) parecem ser isoformas, uma vez que elas têm parâmetros cinéticos semelhantes, perfis de eluição, de peptídeos gerados por clivagem proteolítica, em HPLC idênticos e a mesma seqüência de aminoácidos para um peptídeo interno comum. Um anticorpo específico produzido contra a β-Glicosidase 3a reconhece a β-Glicosidase 3b, mas não reconhece as β-Glicosidases 1 e 2. Dois clones foram obtidos usando esse anticorpo para selecionar uma biblioteca de cDNA obtida dos rnRNAs do intestino médio de Tenebrio molitor. O resultado final mostrou um cDNA de 1.570 pb codificando para uma proteína madura de 485 aminoácidos. As proteínas codificadas pelos dois cDNAs têm somente 4 aminoácidos de diferentes e podem corresponder às β-Glicosidases 3a e 3b. As seqüências mostraram uma alta similaridade com proteínas da família 1 de glicosídeo hidrolases e codificam todos os peptídeos seqüenciados a partir da clivagem das β-Glicosidases 3a e 3b purificadas. Através de imunocitolocalização usando o anticorpo que reconhece as β-Glicosidases 3a e 3b, foi mostrado que essas são secretadas na parte posterior do intestino médio por uma via exocítica. Essas enzimas tem quatro subsítios para a ligação da glicose e podem hidrolisar di- e oligossacarídeos, alquil glicosídeos e glicosídeos tóxicos de plantas. Experimentos de competição entre substratos, mostraram que elas têm só um sítio ativo responsável para a hidrólise de todos os substratos. Seu papel deve ser principalmente a digestão intermediária de hemiceluloses e celulose. / In the midgut lumen of Tenebrio molitor larvae there are 4 β-glycosidases (named 1, 2, 3a and 3b), not present in the animal food. They were purified with electrophoresis, ion exchange and hydrophobic chromatographies. β-glycosidase 1 (relative molecular weight - Mr 59,000) is unstable at 30°C but is stabilized by substrates. The enzyme hydrolyses di- and oligoglucosides and has a residual activity against galactosides. It has 4 subsites for glucose binding in the active site and its physiological role is the hydrolysis of oligo- and mainly disaccharides. β-glycosidase 2 (Mr 67,000) is unstable at 30°C and hydrolyses efficiently only synthetic galactosides, has poor activity against lactose and is unable to use glucosides as substrates. This enzyme has two active sites. One of them is activated by Triton X-100 and hydrolyses MUβDgal. The other active site is not activated by the detergent and act upon NPβDgal and NPβDfuc. The physiological role ofthis enzyme may be the digestion of galactolipids. The β-glycosidases 3a and 3b (Mr 59,000) are likely isoforms, since they have similar kinetic parameters, identical HPLC peptide elution patterns after proteolytic cleavage and the same amino acid sequence of an internal peptide. A specific antibody raised against β-glycosidase 3a recognizes β-glycosidase 3b, but not β-glycosidase 1 and 2. Two clones were obtained screening a cDNA library, trom Tenebrio molitor midgut mRNA, with this antibody. The final result showed a cDNA of 1,570 pb coding for 485 amino acids in mature protein. The protein sequences showed high similarity with family 1 glycoside hydrolases and have the same amino acid sequence determined for peptides obtained after proteolytic hydrolysis of β-glycosidase 3a and 3b. The immunocytolocalization with this antibody showed that β-glycosidase 3a and 3b are secreted by exocytosis of small vesicles present in posterior midgut. These enzymes have four subsites for glucose binding and can hydrolyse di- and oligosaccharides, alkyl glucosides and toxic plant glucosides. Substrate competition experiments showed that they have only one active site responsible for the hydrolysis of all substrates. Their role may be mainly the intermediate digestion of hemicelluloses and cellulose.

Orientador: Hélia Harumi Sato / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-22T00:21:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Angelotti_JoelisedeAlencarFigueira_D.pdf: 2410193 bytes, checksum: f20b18fe7228677edbc62681e14fd595 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O presente trabalho visou o estudo da produção da ?-glicosidase pela linhagem de Aspergillus sp. utilizando-se resíduos agrícolas como o farelo de trigo, casca de maracujá e bagaço de cana-de-açúcar, a imobilização da enzima em diferentes suportes como lentes PVA - Lentikats®, sol-gel, Eupergit, Amberlite, gelatina e alginato de cálcio, e a aplicação da enzima livre e imobilizada na conversão de isoflavonas glicosiladas de soja em isoflavonas agliconas. O fungo foi identificado como Aspergillus niger LBA 02. O extrato enzimático bruto obtido de A. niger LBA 02 apresentou atividade de ?-glicosidase, CM -celulase, amilase, poligalacturonase e pectinase. Foi obtida maior atividade de ?-glicosidase (44,81 U/g) na fermentação da linhagem A. niger LBA 02 em meio semissólido composto por 25 g de farelo de trigo e 5,7 mL de água destilada, após 240 h de fermentação a 30°C. Os efeitos da adição do extrato de levedura e dos sais KH2PO4, NH4NO3, MgSO4.7H2O, no meio de farelo de trigo, para a produção de ?-glicosidase por A. niger LBA 02 não foram significativos nos níveis estudados. Os resíduos casca de maracujá e bagaço de cana-de-açúcar adicionados no meio de farelo de trigo não atuaram como indutores da produção de ?-glicosidase, nos níveis estudados. Dentre os 7 métodos de imobilização testados, as técnicas de sol-gel e lentes PVA - Lentikats® apresentaram melhores resultados para a imobilização da enzima ?-glicosidase. A enzima livre apresentou atividade ótima a 65°C e pH 4,5, enquanto a enzima imobilizada em sol-gel mostrou atividade ótima na faixa de 60 - 65°C. A temperatura de 50°C foi fixada como temperatura ótima de trabalho para a enzima imobilizada em lentes PVA - Lentikats®, pois acima da temperatura de 60°C ocorreu a fusão das lentes. A imobilização da ?-glicosidase não alterou o pH ótimo de atividade da enzima, permanecendo em 4,5. A imobilização resultou em um pequeno aumento da estabilidade térmica da ?-glicosidase. A ?-glicosidase imobilizada em lentes PVA - Lentikats® apresentou-se mais estável do que a enzima livre, após 3 h de tratamento na faixa de 45 a 55°C. O tempo de meia vida da ?-glicosidase imobilizada em sol-gel a 70°C foi 0,88 h. A ?-glicosidase imobilizada em sol-gel apresentou cerca de 10% de atividade residual após 3 h a 70°C, enquanto que a enzima livre foi inativada após 1 hora a 70°C. A ?-glicosidase imobilizada em sol-gel apresentou valores de KM na faixa de 1,0 a 1,25 mM de celobiose, a 60°C, estimados pelos métodos de Lineweaver - Burk, Hanes - Woolf e Solver, enquanto que a enzima livre apresentou valores de 0,92 a 1,69 mM de celobiose, sugerindo que não houve alteração da afinidade da enzima pelo substrato celobiose com a imobilização. A imobilização da enzima em lentes PVA - Lentikats® resultou em um aumento dos valores de KM estimados em 3,61; 2,7 e 3,03 mM de celobiose, a 50°C, respectivamente, pelos métodos de Lineweaver - Burk, Hanes - Woolf e Solver indicando que a imobilização resultou em diminuição da afinidade da enzima imobilizada pelo substrato. A taxa de conversão relativa da solução 1,5 mM de celobiose em tampão acetato 0,5 M pH 5,0 a 50°C, utilizando-se ?-glicosidase imobilizada em lentes PVA - Lentikats® em processo contínuo foi de 100% após 5 h, entretanto a porcentagem de conversão diminuiu para 40% após 148 h. A ?-glicosidase livre e imobilizada produzida pelo micro-organismo A. niger LBA 02 foi capaz de hidrolisar as isoflavonas glicosiladas de soja em suas formas agliconas. O teor da isoflavonas agliconas aumentou no extrato de isoflavonas de soja tratadas com ?-glicosidase livre e imobilizada em lentes PVA - Lentikats® e sol-gel, sendo que a daidzeína aumentou aproximadamente 2,6; 10,8 e 12,2 vezes e o teor de genisteína aumentou 11,7; 11,4 e 11,4 vezes quando aplicada a enzima ?-glicosidase livre e imobilizada em lentes PVA - Lentikats® e sol-gel, respectivamente, ao final de 24 h / Abstract: This work aimed to study the production of ?-glucosidase by Aspergillus sp. strain using agricultural residues such as wheat bran, passion fruit peel and sugarcane bagasse, the immobilization of the enzyme in different support such as lens - shaped PVA - Lentikats®, sol-gel, Eupergit, Amberlite, gelatin and calcium alginate and the application of free and immobilized enzyme in the conversion of isoflavone glucosides in soy isoflavone aglycones. The fungus was identified as Aspergillus niger LBA 02. The crude enzyme extract obtained from A. niger LBA 02 showed activity of ?-glucosidase, CM-cellulase, amylase, polygalacturonase and pectinase. It was obtained higher ?-glucosidase activity (44.81 U / g) in the fermentation of strain A. niger LBA 02 in semisolid media composed of 25 g of wheat bran and 5.7 mL of distilled water, after 240 h of fermentation at 30 °C. The effects of the addition of yeast extract and salts KH2PO4, NH4NO3, MgSO4.7H2O in wheat bran medium for production of ?-glucosidase by A. niger LBA 02 were not significant in the levels studied. The passion fruit peel waste and sugarcane bagasse added in the culture media of wheat bran did not act as inducers of the production of ?-glucosidase levels studied. Among the methods of immobilization tested, the sol-gel technique and lens - shaped PVA - Lentikats® showed better results for ?-glucosidase immobilization. The free enzyme showed optimum activity at 65 °C and pH 4.5, while the enzyme immobilized in sol-gel showed optimum activity in the range of 60 - 65 °C. A temperature of 50 °C was set as the working optimum temperature for the enzyme immobilized in lens - shaped PVA - Lentikats® because above 60 °C occurred melting of the lenses. Immobilization of ?-glucosidase did not alter the optimum pH of the enzyme activity, remaining at pH 4.5. Immobilization resulted in a small increase in the thermal stability of ?-glucosidase. The ?-glucosidase immobilized in lens - shaped PVA - Lentikats® showed to be more stable than the free enzyme after 3 h of treatment in the range of 45 to 55 °C. The half-life of the ?-glucosidase immobilized in sol-gel at 70 °C was 0.88 h. The ?-glucosidase immobilized in sol-gel showed about 10% residual activity after 3 h at 70 °C while free enzyme was inactivated after 1 h at 70 °C. The ?-glucosidase immobilized in sol-gel showed KM in the range of 1.0 to 1.25 mM of cellobiose at 60 °C, estimated by the method of Lineweaver - Burk, Hanes - Woolf and Solver while free enzyme showed KM values in the range of 0.92 to 1.69 mM of cellobiose, suggesting no change in the affinity of the enzyme for the substrate cellobiose after immobilization. The immobilized enzyme in lens - shaped PVA - Lentikats® resulted in an increase in the KM values estimated 3.61, 2.7 and 3.03 mM of cellobiose at 50 °C, respectively, by methods Lineweaver - Burk, Hanes - Woolf and Solver indicating that immobilization resulted in decreasing affinity of the immobilized enzyme to the substrate. Relative conversion rate of 1.5 mM cellobiose solution in acetate buffer 0.5 M pH 5.0 at 50 °C, using ?-glucosidase immobilized in lens - shaped PVA - Lentikats® in continuous process was 100% after 5 h, but the conversion decreased to 40% after 148 h. The ?-glucosidase produced by the micro-organism A. niger LBA 02, free and immobilized was able to hydrolyze isoflavone glycosides from soy in their aglycone forms. The content of isoflavone aglycones increased in soy isoflavones extract treated with ?-glucosidase free and immobilized in lens - shaped PVA - Lentikats® and sol-gel, and the daidzein increased approximately 2.6, 10.8 and 12.2 times, and genistein increased content of 11.7, 11.4 and 11.4 fold when applied to ?-glucosidase enzyme free and immobilized in lens - shaped PVA - Lentikats ® and sol-gel, respectively, at the end of 24 h / Doutorado / Ciência de Alimentos / Doutora em Ciência de Alimentos

Nesse projeto trabalhamos com uma β-glicosidase digestiva da larva da lagarta Spodoptera frugiperda (Sfβgli50, 50 kD - AF052729), expressa na forma de proteína recombinante em E.colli. O nosso objetivo foi estudar o papel de dois resíduos de aminoácidos envolvidos na atividade catalítica da Sfβgli50. O primeiro resíduo estudado foi o Y456, envolvido na afinidade pela porção redutora do substrato (aglicone), o segundo resíduo foi o N329 envolvido na modulação do pH ótimo. Estudo do papel do resíduo Y456 na afinidade pelo aglicone do substrato. O sítio-ativo da Sfβgli50 é formado por quatros subsítios (-1, +1, +2, e +3). O subsítio que acomoda a porção não-redutora do substrato (glicone) recebe numeração negativa (-1), já os subsítios que acomodam a porção redutora do substrato (aglicone) recebem números positivos (+1, +2 e +3). Trabalhando com duas β-glicosidases de plantas (milho e sorgo), Cicek et al. (2000) demonstraram que uma pequena porção da extremidade C-terminal destas β-glicosidases (462SSGYTERF469 - numeração da enzima do sorgo) está envolvida na especificidade pelo aglicone do substrato, sendo que muitos desses aminoácidos são conservados em outras β-glicosidases da família 1. O alinhamento das sequências destas duas enzimas com a Sfβgli50 sugere que Y456 pode fazer parte do sítio de ligação do aglicone nesta β-glicosidase de inseto. Utilizando experimentos de mutação sítio-dirigida, o Y456 foi substituído por uma alanina (mutante Y456A) sendo que este foi expresso na forma de proteína recombinante em bactérias BL21 DE3 utilizando o vetor pT7-7. O mutante Y456A foi parcialmente purificado através de uma cromatografia hidrofóbica em sistema de FPLC, e caracterizado utilizando diversos inibidores competitivos (glucono δ-lactona, celobiose, celotriose, pentilbglicosídeo e octilbtioglicosídeo). Comparando os Kis obtidos para a Sfβgli50 selvagem e mutante Y456A com os inibidores glucono δ-lactona, celobiose e celotriose, foi proposto que Y456 encontra-se no subsítio +1 do sítio ativo da Sfβgli50. Já através da comparação entre os inibidores octilβtioglicosídeo e pentilβglicosídeos constatou-se que Y456 interage com uma porção polar do aglicone do substrato, talvez através de uma ligação de hidrogênio. Baseando-se nestes Kis foi calculada a energia de associação de resíduos de glicose e grupos alquila nos subsítios +1 e +2, indicando que o subsítio +1 do mutante Y456A tem uma especificidade mais ampla frente à ligantes polares (glicose) e apolares (grupos butil) do que a enzima selvagem. Sabendo que este resultado foi obtido removendo-se um resíduo com um grupo polar na cadeia lateral (Y456), estes dados estão de acordo com a hipótese de que a especificidade dos subsítios da região de ligação do aglicone é determinada por um balanço entre resíduos polares e apolares (Marana et al., 2001). Estudo do papel do resíduo N329 na modulação do pH ótimo. O mecanismo de catálise da Sfβgli50 é dependente de dois resíduos de ácido glutâmico: um doador de prótons (E187 - pKa= 7,5) e um nucleófilo (E399 - pKa = 5,0). Sendo o pH ótimo da Sfβgli50 (6,2) uma média aritmética dos pKas destes dois resíduos catalíticos. Uma análise estrutural do sítio ativo da Sfβgli50 mostra que o resíduo N329 forma ligações de hidrogênio com o resíduo E187 (doador de prótons), talvez atuando na modulação do seu pKa. Para estudar o papel do resíduo N329 na atividade da Sfβgli50 foram construídos 3 mutantes, nos quais tal resíduo foi substituído por alanina (N329A), ácido aspártico (N329D) e uma glutamina (N329Q). Os mutantes foram expressos na forma de proteína recombinante em bactérias BL21 DE3 utilizando os vetores pT7-7 e pCal-n-Flag. Entretanto, tentativas de purificação das SfΒgli50 mutantes através de cromatografia hidrofóbica foram infrutíferas, sugerindo uma possível inativação destas enzimas. Esta hipótese foi reforçada pela purificação das Sfβgli50 mutantes e selvagem contendo o peptídeo de fusão CBP (calmodulin binding peptide) através de cromatografia de afinidade. Este experimento demonstrou que as enzimas mutantes eram de fato inativas. Frente à estes resultados não foi possível concluir a caracterização do efeito do pH na atividade catalítica das Sfβgli50 mutantes N329A, N329D e N329Q. Por fim, foi proposto que a inativação da Sfβgli50 devido à mutações na posição N329 pode resultar de uma desnaturação das enzimas mutantes ou do reposicionamento do ácido catalítico devido à perda ou alteração da interação com o resíduo 329. / In this project it was studied the role of two residues (N329 and Y456) in the catalytic activity of a digestive β-glycosidase from Spodoptera frugiperda (SfΒgli50 - AF052729). N329 is believed to modulate the enzyme pH optimum, whereas Y456 may participate in the binding of the substrate aglycone. Role of Y456 The peptide 462SSGYTERF469 of the sorghum β-glycosidase is proposed to be part of the aglycone binding site in that enzyme. Some of those residues are conserved in Sfβgli50, among them Y456. Using site-directed mutagenesis Y456 was replaced by A and this mutant (Y456A) expressed in bacteria. Following that, this mutant enzyme was partially purified using hydrophobic chromatography. Inhibition experiments showed that binding of δ-gluconolactone, which occupies subsite -1, is not affected by that mutation. In contrast, Ki values for cellobiose (that binds to subsites -1 and +1) and cellotriose (that binds to subsites -1, +1 and +2) are two-fold higher than those of wild-type enzyme, indicating that mutation Y456A decrease the interaction with these oligocellodextrins. Moreover, binding of pentyl and octylβglucosides is not affected by mutation Y456A, suggesting that Y456 interacts with aglycone polar groups. Finally, evaluation of glucose and butyl binding energies in subsite +1 revealed that mutant Y456A specificity is broader than that of wild-type enzyme. Role of N329 A structural model of Sfβgli50 active site revealed that catalytic proton donor (E187) may interact with N329. In order to study the role of this interaction in the activity of Sfβgli50, N329 was replaced by A, D and Q (mutants N329A, N329D and N329Q, respectively). These mutants were expressed as recombinant proteins in bacteria and purified through affinity chromatography, revealing that Sfβgli50 was inactivated by those mutations. It was proposed that this inactivation may be due to protein desnaturation or a wrong positioning of the catalytic proton donor.

Diversos estudos buscam identificar novas moléculas com ações regulatórias sobre a via de sinalização da insulina e consequentemente na homeostase da glicose. Assim, este trabalho visa avaliar o potencial de extratos de frutos no controle da homeostase glicêmica. Os frutos avaliados foram o morango (cv. Toianoca, Camarosa, Oso Grande e Camino Real), a amora-preta e a framboesa vermelha, em dois tempos de amostragem, sendo considerado como tempo A1 e tempo A2. As amostras foram caracterizadas quanto ao seu conteúdo de fenólicos totais, conteúdo de antocianinas monoméricas, capacidade antioxidante, avaliada pelos métodos DPPH e ORAC, ácido elágico total, capacidade de inibição da alfa-glicosidase e captação de glicose e lipólise em tecido adiposo de camundongos (ensaio explante). Dentre os frutos, no primeiro tempo de amostragem, a amora-preta e o morango, cv Oso Grande, foram os que apresentaram maior conteúdo de fenólicos totais (62,36 e 34,89 mg AG/g, respectivamente) no entanto não foram mantidos esses valores no segundo tempo de amostragem, com concentração 30% e 60% inferior, respectivamente; e maior concentração de antocianinas monoméricas (45,33 mg/g e 3,09 mg/g, respectivamente). Em relação a inibição da enzima alfa-glicosidase, avaliado em extrato metanólico, o fruto framboesa vermelha e o morango cv. Camino Real foram as que apresentaram alto potencial inibitório nos dois tempos de amostragem (IC50 0,47 mg FT e IC50 0,57 mg FT para framboesa vermelha e IC50 0,50 mg FT e IC50 0,46 mg FT para Camino Real). Quando avaliado os extratos enriquecidos em fenólicos, o valor de IC50 com maior potencial dentre os frutos avaliados foi da amora-preta, nos dois tempos A1 e A2 (0,0023 mg FT e 0,0021 mg FT, respectivamente). Para captação de glicose em tecido adiposo explate, ao utilizar a insulina para estimular a captação de glicose juntamente com o tratamento (extrato), esse estimulo foi efetivo no aumento da captação de glicose somente com as amostras cv. Camino Real e cv. Oso Grande. Isso pode ser explicado pela alta correlação encontrada de antocianinas identificadas no fruto, como pelargonidina-3-O-glicosídeo. Por outro lado, somente a amora-preta A1 aumentou a lipólise em condição basal, mas nenhuma fruta foi eficiente para reduzir a lipólise em condição estimulada pelo isoproterenol. Sendo assim, frutas vermelhas podem ser boas fontes de compostos bioativos, principalmente antocianinas, as quais podem ter corroborado positivamente com os resultados. / Several studies seek to identify new molecules with regulatory actions on the insulin signaling pathway and consequently on glucose homeostasis. Thus, this work aims to evaluate the potential of fruit extracts in the control of glycemic homeostasis. The fruits evaluated were strawberry (cv. Toianoca, Camarosa, Oso Grande and Camino Real), blackberry and red raspberry, in two sampling times, being considered as time A1 and time A2. Fruits were evaluated for total phenolic, monomeric anthocyanins and contents, antioxidant capacity, evaluated by DPPH and ORAC methods, alpha-glycosidase inhibition capacity and glucose uptake and lipolysis in adipose tissue of mice (explant assay). Among the fruits, in the first sampling period, blackberry and strawberry, cv. Oso Grande, showed the highest total phenolic content (62.36 and 34.89 mg AG / g, respectively), with a decrease of the 30% and 60%, respectively, in the second sampling time; and higher monomeric anthocyanins concentration (45.33 mg/g and 3.09 mg/g, respectively). The methanolic extracts of raspberry and the strawberry cv Camino Real (A1 and A2) presented the highest alpha-glucosidase inhibitory potential. Otherwise, the enriched-polyphenol extract of blackberry (A1 and A2) presented the highest potential among the evaluated fruits. Adipose tissue treated with strawberry cv. Camino Real and cv. Oso Grande was effective in increasing glucose uptake stimulated by insulin. This can be explained by the high correlation with the anthocyanins pelargonidin-3-O-glycoside identified in this fruit. In addition, blackberry A1 was the only sample to increase the lipolysis in basal condition, but all other fruits were not effective to decrease lipolysis in stimulated condition. Thus, berries could be a good sources of bioactive compounds to maintain the glucose homeostasis.

Foi realizado o pirossequenciamento de duas bibliotecas de cDNA do intestino médio de Tenebrio molitor e as sequências foram submetidos à montagem através do programa Newbler. Visando sanar alguns questionamentos a respeito de muitos tipos de transportadores que pudessem estar envolvidos com funções presumíveis em tamponamento luminal, absorção de nutrientes, envolvimento em mecanismos de secreção de enzimas como a α-manosidases e secreção e absorção de água, foram analisadas sequências de interesse que pudessem esclarecer os fenômenos fisiológicos em questão. O pirossequenciamento revelou 19 sequencias de α-manosidases. Após alinhamentos múltiplos, desconfiou-se que o contig 12 era a continuação da sequência original da α-manosidase. Utilizando-se de iniciadores apropriados, a suspeita foi confirmada e uma sequência completa foi obtida e denominada de TmMan1. Através de cladogramas gerados com as sequências de todos os contigs obtidos, assim como de sequências representativas das famílias 38 e 47 das glicosídeos hidrolases, mostrou que todas a nossas sequências, exceto o contig 6 e 7, pertencem à família 38. Todas as sequências com mais de 100 reads (exceto o contig 9) tiveram a sua expressão tecidual avaliada por RT-PCR. Os resultados mostraram que só são expressos no intestino ou intestino e túbulo de Malpighi, implicando na possibilidade de serem digestivas. Dessas sequências, as únicas com peptídeo sinal são a TmMan1 (contig 12) e o contig 14 e, portanto, devem corresponder às atividades Man1 e Man2. Levando em conta o número de reads, TmMan1 deveria corresponder a Man2 e o contig 14 à Man1. É possível, embora necessite de confirmação, que os contigs 8 e 15 sejam de expressão lisossômica. Um peptídeo sintetizado que correspondia a sequencia única da TmMan1 foi usado para gerar anticorpos, que reconheceram a Man2, mas não a Man1, confirmando a identificação de TmMan1 com a Man2. Esse anticorpo foi também utilizado para imunolocalizar a TmMan1 nas células intestinais de T. molitor. Os resultados mostraram que a TmMan1 é secretada de forma apócrina pela região anterior de intestino de T. molitor. Esse trabalho é o primeiro que mostra a ocorrência de α-manosidases com especificidade similar àquelas lissossômicas, mas que são secretadas apócrinamente para fora da célula, devendo agir no lúmen intestinal, removendo resíduos de manoses de oligossacarídeos manosilados. Foram identificados 10 tipos diferentes de transportadores e na elaboração dos modelos fisiológicos só foram levados em conta aqueles expressos exclusivamente no intestino médio ou no intestino médio e túbulos de Malpighi. A V-ATPase em T.molitor parece ser uma bomba usada para energizar muitos dos transportes ao longo do intestino médio como, por exemplo, o de oligopeptídeos. Já as bombas de Na+ e K+ são responsáveis pelo equilíbrio de cargas e, portanto estão presentes na maioria dos tipos celulares. Duas sequências de cotransportadores de oligopeptídeos/H+ foram encontradas no pirossequenciamento e sua expressão é maior na região posterior, uma vez que ali é a última possibilidade de absorção dos oligopeptídeos que ainda estiverem no lúmen, remanescentes da digestão final de proteínas. Foi demonstrado que T.Molitor absorve aminoácidos e açúcares ao longo de todo o intestino médio, pois estes tipos de transportadores possuem uma expressão uniforme ao longo do intestino médio. Já a expressão dos transportadores de NH3/NH4+ em T.molitor, encontra-se confinada ás regiões onde o pH do intestino médio do inseto é mais ácida. Também há uma expressão de transportadores de cloreto que se manifesta mais intensamente na região anterior. Podemos visualizar que a distribuição dos contigs dos transportadores de bicarbonato encontra-se mais expressiva na região posterior do intestino médio. Os resultados sugerem que a acidificação na região anterior do intestino de T.molitor pode resultar da secreção de NH4+ acompanhado do íon cloreto e a alcalinização na região posterior do lançamento no lúmen de bicarbonato. A importância dos canais de cloreto é que o mesmo balanceia as cargas e desta forma pode ser útil juntamente com o transporte de NH4+, que gera uma carga no lado onde é transportado. Há absorvição de água (junto com glicose) ao longo de todo o intestino médio, enquanto que a secreção de água ocorreria apenas nos dois terços finais do intestino médio com o auxílio de aquaporinas complementado por transportadores de íons, teria como consequência a abosorção líquida de água na região anterior e uma secreção líquida no final do intestino médio. Isso esclarece qual a base molecular para a ocorrência do contrafluxo intestinal evidenciado por experimentos fisiológicos. / Pyrosequencing was performed with two cDNA libraries in the midgut of Tenebrio molitor and the sequences were subjected to assembly with the Newbler program. In order to tackle questions concerning proteins which may be involved in midgut buffering, nutrient absorption, in the secretion of enzymes such as α-mannosidases , and water absorption and secretion, sequences of interest were analyzed in order to clarify those physiological phenomena. The pyrosequencing revealed 19 sequences of α- mannosidases . After multiple alignments, it was suspected that the contig 12 was the continuation of the original sequence of the α-mannosidase. Using appropriate primers, the hypothesis was confirmed and a complete sequence was obtained and named TmMan . Through cladograms generated from the sequences of the contigs obtained, as well as of sequences representing families 38 and 47 of glycoside hydrolases, it was showed that all sequences except the contig 6 and 7 belong to family 38. All sequences with over 100 reads (except contig 9) had their tissue expression assessed by RT-PCR. The results showed that they are expressed only in the midgut or midgut and Malpighian tubules, implying the possibility of having a digestive function. Among these sequences, the only ones with a signal peptide are TmMan1 (contig 12) and contig 14 and therefore they should correspond to the activities Man1 and Man2. Taking into account the number of reads, TmMan1 should correspond to Man2 and contig 14 to Man1. It is possible, though it requires confirmation, that the contigs 8 and 15 are lysosomal. A peptide corresponding to the unique sequence TmMan1 was synthesized and used to generate antibodies that recognized Man2 , but not Man1, confirming the identification of TmMan1 with Man2. This antibody was also used to immunolocalyze TmMan1 in the midgut cells of T. molitor. The results showed that TmMan1 is secreted in an apocrine way by the anterior region of T. molitor midgut. This is the first study that shows the occurrence of α-mannosidases with similar specificity to those lysosomal, but that are secreted in an apocrine way, acting in the midgut lumen, removing mannoses from mannosylated oligosaccharides. We identified 10 different types of carriers and in the development of physiological models it was only taken into account those expressed exclusively in the midgut or midgut and Malpighian tubules . The V- ATPase in T.molitor appears to be a pump used for powering many transports along the midgut, as of oligopeptides. The Na+ and K+ pumps are responsible for charge load balancing and therefore are present in most cell types. Two sequences of oligopeptide / H+ cotransporters were found in the transcriptome and their expression is higher in the posterior region. This agrees with the fact that there is the last possibility of oligopeptides remaining in the lumen to be absorbed. It is highly probable that T.molitor absorbs amino acids and sugars throughout the midgut, once these types of carriers have a uniform expression throughout the midgut . The expression of NH3/NH4+ transporters in T.molitor is confined to the regions where the pH of the insect midgut is more acidic. There is also chloride transporter expression there. The expression of bicarbonate transporters is more significant in the posterior midgut. The results suggest that acidification in the anterior T.molitor midgut may result from the secretion of NH4+ and chloride ions together, whereas the alkalization in the posterior midgut results from bicarbonate release. There is water absortion (along with glucose) throughout the midgut , while the water secretion occurs only in the final two-thirds of the midgut with the aid of aquaporins, complemented by ion transporters. It would result in the net absorption and net secretion of water in the anterior and postertior midgut, respectively. This clarifies the molecular basis of the midgut countercurrent fluxes evidenced by physiological experiments.

Os artrópodes constituem as formas mais abundantes de vida animal no planeta. O sistema digestivo dos Arthropoda é uma das mais importantes superfícies de contato com o ambiente. Pouco se conhece a respeito do sistema digestivo dos aracnídeos. Identificamos as principais carboidrases digestivas em três Arachnida modelo: Tityus serrulatus, Amblyomma cajennense e Nephilengys cruentata. As α-fucosidases são glicosídeo hidrolases que catalisam a hidrólise de ligações glicosídicas entre uma fucose ligada a outro carboidrato ou outro tipo de molécula. Estas enzimas são fundamentais no processamento de glicoproteínas e glicolipídeos. Observamos altas atividades de α-fucosidases em todas as espécies estudadas e estas enzimas foram isoladas e caracterizadas. / Arthropods are the most abundant animal life form on the planet. The digestive system of Arthropoda is one of the most important areas of contact with the environment. The study of Arachnida digestive enzymes has been sporadic and remains a largely unexplored area. We identified the most important digestive carbohydrases in three Arachnida models: Tityus serrulatus, Amblyomma cajennense and Nephilengys cruentata. The α-fucosidases are glycoside hydrolases that catalyze the hydrolysis of glycosidic links between a fucose linked to other carbohydrate or another type of molecule. These enzymes are essential in the processing of glycoprotein and glycolipids. We showed that all models tested presented high activities of digestive α-fucosidases and these enzymes were isolated and characterized.

Introdução: Polifenóis não-extraíveis (NEPPs) são uma fração de polifenóis que não são extraídos da forma convencional por estarem associados à parede celular de produtos de origem vegetal. Um corpo crescente de estudos tem evidenciado seus potenciais efeitos benéficos, especialmente associados à saúde intestinal e interações com a microbiota. O guaraná (Paullinia cupana), fruto típico da biota amazônica, é conhecidamente rico em polifenóis da família dos flavanóis, mas ainda existe uma lacuna a respeito da fração de polifenóis não-extraíveis em sua composição. Objetivo: Caracterizar a fração de polifenóis não-extraíveis quanto a sua composição química, e avaliar sua potencial capacidade de inibição enzimática. Métodos: O guaraná em pó foi submetido a extração aquo-orgânica para obtenção da fração extraível, e o resíduo proveniente dessa extração foi submetido a hidrólise ácida e hidrólise básica para obtenção dos NEPPs. A capacidade redutora total (CRT) foi quantificada pelo método de Folin-Ciocalteu. A quantificação de taninos condensados foi realizada pelo método de Porter. A determinação do perfil de fenólicos foi realizada por HPLC-ECD e LC-MS para as frações extraíveis e hidrolisáveis, e MALDi-TOF/TOF para a fração condensada. Os testes enzimáticos foram realizados com base na cinética de estado estacionário. Os testes estatísticos foram realizados utilizando softwares Excel e SPSS. Resultados: O perfil de fenólicos para a fração extraível consiste na presença de catequina e epicatequina como componentes majoritários, com 5,45 ± 0,15 e 5,95 ± 0,22 mg/g de guaraná em pó (base seca), respectivamente, além de proantocianidinas B1 e B2 e trímero de tipo A. Já o perfil fenólico da fração não-extraível contém uma mistura complexa de monômeros como catequina, leucoantocianidina, cianidina e delfinidina. A fração NEPP também contém dímeros, trímeros, tetrâmeros e pentâmeros de flavanóis, tanto de tipo A quanto de tipo B, com alta variabilidade de grau de hidroxilação. O ensaio enzimático com α-glicosidase resultou em valores de IC50 de 9,504 e 1,624 µg EAG/mL para a fração extraível e a não-extraível, respectivamente. O modo de inibição para ambas as frações foi classificado como misto, com valores de Ki e K\'i de 0,403 e 1,735 µg/mL para a fração extraível e 0,287 e 0,847 µg/mL para a fração não-extraível. Conclusões: A fração de polifenóis não-extraíveis possui composição variada e complexa quando comparada a fração extraível, e possui potencial de inibição de α-glicosidase que deve ser explorado de maneira mais aprofundada, uma vez que tal potencial é de interesse para o controle de doenças crônicas como o diabetes tipo 2. / Introduction: Non-extractable polyphenols (NEPPs) are a portion of polyphenols that cannot be extracted in the conventional way due to being associated with the cell wall of products of plant origin. A growing number of studies have been showing its potential beneficial effects, especially in relation to gut health and microbiota interactions. The guarana (Paullinia cupana), a fruit native of the Amazon rainforest, is known to be rich in polyphenols from the flavanol family, but there is still a gap about non-extractable polyphenols in its composition. Objective: Characterize the non-extractable polyphenol portion in relation to its chemical composition and evaluate its enzymatic inhibition capacity. Methods: The extractable fraction was obtained by aqueous-organic extraction, and the residue from this extraction was treated with acid and alkaline hydrolysis to obtain the NEPPs. The total reducing capacity (TRC) was quantified by the Folin-Ciocalteu method. The quantification of condensed tannins was performed with the Porter method. The phenolic profile was determined by HPLC-ECD and LC-MS for the extractable and hydrolysable fractions, and MALDi-TOF/TOF for the condensed fraction. The enzymatic assay was carried out using steady-state kinetics. The statistical tests were performed using Excel and SPSS. Results: The phenolic profile of the extractable fraction consists of catechin and epicatechin as major components with 5,45 ± 0,15 and 5,95 ± 0,22 mg/g guarana powder (dry weight), respectively, besides B1 and B2 proanthocyanidins and type A trimer. The phenolic profile of the non-extractable fraction contains a complex mixture of monomers like catechin, leucoanthocyanidin, cyanidin, and delphinidin. The NEPP fraction also contains type A and type B dimers, trimers, tetramers, and pentamers of flavanols, with high variability of the degree of hydroxylation. The α-glucosidase enzymatic assay had IC50 values of 9,504 and 1,624 Introduction: Non-extractable polyphenols (NEPPs) are a portion of polyphenols that cannot be extracted in the conventional way due to being associated with the cell wall of products of plant origin. A growing number of studies have been showing its potential beneficial effects, especially in relation to gut health and microbiota interactions. The guarana (Paullinia cupana), a fruit native of the Amazon rainforest, is known to be rich in polyphenols from the flavanol family, but there is still a gap about non-extractable polyphenols in its composition. Objective: Characterize the non-extractable polyphenol portion in relation to its chemical composition and evaluate its enzymatic inhibition capacity. Methods: The extractable fraction was obtained by aqueous-organic extraction, and the residue from this extraction was treated with acid and alkaline hydrolysis to obtain the NEPPs. The total reducing capacity (TRC) was quantified by the Folin-Ciocalteu method. The quantification of condensed tannins was performed with the Porter method. The phenolic profile was determined by HPLC-ECD and LC-MS for the extractable and hydrolysable fractions, and MALDi-TOF/TOF for the condensed fraction. The enzymatic assay was carried out using steady-state kinetics. The statistical tests were performed using Excel and SPSS. Results: The phenolic profile of the extractable fraction consists of catechin and epicatechin as major components with 5,45 ± 0,15 and 5,95 ± 0,22 mg/g guarana powder (dry weight), respectively, besides B1 and B2 proanthocyanidins and type A trimer. The phenolic profile of the non-extractable fraction contains a complex mixture of monomers like catechin, leucoanthocyanidin, cyanidin, and delphinidin. The NEPP fraction also contains type A and type B dimers, trimers, tetramers, and pentamers of flavanols, with high variability of the degree of hydroxylation. The α-glucosidase enzymatic assay had IC50 values of 9,504 and 1,624 Introduction: Non-extractable polyphenols (NEPPs) are a portion of polyphenols that cannot be extracted in the conventional way due to being associated with the cell wall of products of plant origin. A growing number of studies have been showing its potential beneficial effects, especially in relation to gut health and microbiota interactions. The guarana (Paullinia cupana), a fruit native of the Amazon rainforest, is known to be rich in polyphenols from the flavanol family, but there is still a gap about non-extractable polyphenols in its composition. Objective: Characterize the non-extractable polyphenol portion in relation to its chemical composition and evaluate its enzymatic inhibition capacity. Methods: The extractable fraction was obtained by aqueous-organic extraction, and the residue from this extraction was treated with acid and alkaline hydrolysis to obtain the NEPPs. The total reducing capacity (TRC) was quantified by the Folin-Ciocalteu method. The quantification of condensed tannins was performed with the Porter method. The phenolic profile was determined by HPLC-ECD and LC-MS for the extractable and hydrolysable fractions, and MALDi-TOF/TOF for the condensed fraction. The enzymatic assay was carried out using steady-state kinetics. The statistical tests were performed using Excel and SPSS. Results: The phenolic profile of the extractable fraction consists of catechin and epicatechin as major components with 5,45 ± 0,15 and 5,95 ± 0,22 mg/g guarana powder (dry weight), respectively, besides B1 and B2 proanthocyanidins and type A trimer. The phenolic profile of the non-extractable fraction contains a complex mixture of monomers like catechin, leucoanthocyanidin, cyanidin, and delphinidin. The NEPP fraction also contains type A and type B dimers, trimers, tetramers, and pentamers of flavanols, with high variability of the degree of hydroxylation. The α-glucosidase enzymatic assay had IC50 values of 9,504 and 1,624 µg GAE/mL for the extractable and non-extractable fraction, respectively. The mode of inhibition was classified as mixed for both fractions, with Ki and K\'i values of 0,403 and 1,735 µg/mL for the extractable fraction and 0,287 and 0,847 µg/mL for the non-extractable fraction. Conclusions: The non-extractable polyphenols fraction has a varied and complex composition when compared to the extractable fraction, and it has a α-glucosidase inhibition potential that must be explored in a more detailed fashion since said potential is of interest for the control of chronic diseases such as type 2 diabetes. g GAE/mL for the extractable and non-extractable fraction, respectively. The mode of inhibition was classified as mixed for both fractions, with Ki and K\'i values of 0,403 and 1,735 µg/mL for the extractable fraction and 0,287 and 0,847 µg/mL for the non-extractable fraction. Conclusions: The non-extractable polyphenols fraction has a varied and complex composition when compared to the extractable fraction, and it has a α-glucosidase inhibition potential that must be explored in a more detailed fashion since said potential is of interest for the control of chronic diseases such as type 2 diabetes. g GAE/mL for the extractable and non-extractable fraction, respectively. The mode of inhibition was classified as mixed for both fractions, with Ki and K\'i values of 0,403 and 1,735 µg/mL for the extractable fraction and 0,287 and 0,847 µg/mL for the non-extractable fraction. Conclusions: The non-extractable polyphenols fraction has a varied and complex composition when compared to the extractable fraction, and it has a α-glucosidase inhibition potential that must be explored in a more detailed fashion since said potential is of interest for the control of chronic diseases such as type 2 diabetes.

A busca por novas tecnologias que visam à produção de biocombustíveis renováveis, especialmente bioetanol e outros biomateriais, tem se intensificado nos últimos anos. Há um interesse mundial crescente na limitação dos impactos ambientais e mudanças climáticas através da substituição de produtos petroquímicos por análogos ambientalmente corretos, a fim de alcançar uma economia mais sustentável. Além disso, as plataformas biorrefinarias lignocelulósicas necessárias para a produção de bioetanol representam uma oportunidade de estimular novos mercados para o setor agrícola e aumentar os empregos locais, contribuindo para o desenvolvimento das economias emergentes. No entanto, a maioria dos processos de conversão são baseados no conhecimento empírico, exigindo estudos mais aprofundados sobre os fatores envolvidos na hidrólise enzimática da celulose, tais como características biomassas, a otimização da etapa de pré-tratamento, bem como das atividades das enzimas e seus mecanismos de ação. Assim, com o objetivo de contribuir para a viabilização e implantação das tecnologias de produção do etanol lignocelulósico, na primeira parte deste trabalho de doutorado, foi realizada a purificação da β-glicosidase do fungo Aspergillus Níger (NaBgl1), principal enzima do coquetel comercial Novozymes 188, e sua caracterização bioquímica e biofísica. As análises de espalhamento de raios-x a baixo ângulo revelaram uma organização multidomínios desta enzima, com uma estrutura molecular de girino semelhante ao encontrado para as celulases. A sua estrutura é composta por um domínio catalítico N-terminal e um domínio fibronectina de tipo III (FnIII) na região C-terminal, conectados entre si por um longo linker com uma inserção de 100 resíduos de aminoácidos numa conformação estendida. Apesar desta estrutura molecular incomum, os ensaios de eletroforese capilar revelaram um perfil processividade característico de β-glucosidases, e os ensaios enzimáticos confirmaram, também, a ausência de atividade em substratos poliméricos. Nos ensaios adosrção com diferentes compostos poliméricos, a enzima β-glicosidase mostrou uma capacidade de adsorção elevada em lignina. Os mecanismos de ligação FnIII-lignina foram elucidados por simulações de dinâmica molecular, que confirmaram apresença de vários sítios de ligação à lignina no domínio FnIII da enzima. Como segunda parte da presente tese, diferentes biomassas, como bagaço de cana, resíduos de casca de eucalipto e gramíneas (Panicum maximum, Pennisetum purpureum e Brachiaria brizantha) foram submetidas a vários métodos de pré-tratamento (ácido diluído, alcalino, sulfito e água quente) em diferentes condições de tratamento e avaliadas quanto ao seu potencial para a produção de bioetanol. As biomassas in natura e pré-tratadas foram caracterizadas quanto à sua composição química por métodos cromatográficos, ressonância magnética nuclear e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier; o índice de cristalinidade das amostras foi determinado por método químico e difração de raios-x; as análises morfológicas foram realizadas por microscopia eletrônica de varredura; e os resultados da caracterização foram correlacionados com os perfis de sacarificação enzimática encontrados para cada uma delas. / The search for new technologies aimed at the production of renewable biofuels, specially bioethanol, and other biomaterials has intensified in recent years. There is an increasing world-wide interest in the limitation of environmental impact and climate change by replacing petrochemical products with environment-friendly analogues in order to move towards a sustainable economy. In turn, the lignocellulosic biorefining platforms required for ethanol production present an opportunity to stimulate new markets for the agriculture sector and increase domestic employment, contributing to the development of emerging economies. However, most of conversion processes are based on empirical knowledge, demanding thorough studies about the factors involved on enzymatic hydrolysis of cellulose, such as biomasses characteristics, optimization of pretreatment steps and enzymes activities and molecular action mechanisms. Aiming to contribute for the viability and establishment of lignocellulosic ethanol technologies, on the first part of the present thesis, we performed the purification of main Aspergillus niger β-glucosidase (AnBgl1) from the commercial cocktail Novozymes 188 and its biochemical and biophysical characterization. The small angle x-ray scattering analysis revealed a multidomain organization, with a tadpole-like molecular shape similar to that found for cellulases. Its structure is composed by a N-terminal catalytic domain and a fibronectin type III-like (FnIII) C-terminal domain, connected by a long linker with a 100 aminoacids residues insertion in a extended conformation. In spite of this uncommon molecular structure, capilar zone electrophoresis assays revealed a processivity profile characteristic of β-glucosidases and the enzymatic assays confirmed no-activity on polymeric substrates. On the pull-dowm assays with different polymeric compounds, the β-glucosidase showed a high adsorption ability to lignin. The FnIII-lignin binding mechanisms were elucidated by molecular dynamics simulations, confirming the multiple binding sites to lignin in the enzyme FnIII domain. As a second part of the present thesis, different biomasses such as sugarcane bagasse, eucalyptus bark residues and grasses (Panicum maximum, Pennisetum purpureum and Brachiaria brizantha) were submitted to several pretreatment methods (diluted acid, alkaline, sulfite and hot water) at various conditions and evaluated about their potential to bioethanol production. The raw and pretreated biomasses were characterized about their chemical composition by chromatographic methods, nuclear magnetic ressonance and Fourier transformed infrared spectroscopy; the crystallinity index was determined by chemical method and x-ray diffraction; morphological features were analysed by scanning electron microscopy; and the characterization results were correlated to their enzymatic saccharification profiles.

β-glicosidases da família 1 das glicosídeo hidrolases (GH 1) são um dos mais importantes grupos de enzimas, estando envolvidas em diversos processos biológicos. Neste trabalho o objetivo principal foi o estudo das bases moleculares da especificidade pelo substrato em β-glicosidases GH 1 utilizando como modelo experimental uma β-glicosidase pertencente a larva de Spodoptera frugiperda (Sfβgli50). Na primeira etapa procurou-se analisar através de mutagênese sítio-dirigida e cinética enzimática o papel na modulação da especificidade pelo substrato e na catálise dos resíduos E190, E194, K201 e M453 da Sfβgli50 , os quais correspondem aos encontrados no sítio de ligação do aglicone das β-glicosidases de milho e de sorgo. Os resultados mostraram que E190 favorece a ligação da porção inicial de aglicones do tipo alquil inicial e também da primeira unidade de glicose de aglicones oligossacarídicos. E194 favorece a ligação de radicais alquil, enquanto K201 é mais relevante para a ligação de unidades de glicose em detrimento de radicais alquil. O balanço entre as interações com E194 e K201 determina a preferência entre unidades de glicose versus radicais alquil. M453 favorece a ligação da segunda unidade de glicose de aglicones oligossacarídicos e também da porção inicial de aglicones do tipo alquil. Nenhum destes resíduos interage com a porção terminal de aglicones do tipo alquil. Demonstrou-se que todos estes resíduos contribuem de forma similar e individualmente fraca na estabilização do complexo ES‡ e suas interações com o aglicone não influenciam na ligação do glicone. Na segunda etapa, procurou-se identificar resíduos ou regiões da Sfβgli50 que participem do processo de modulação da especificidade pelo substrato e que ainda não tivessem sido descritos na literatura. Assim, selecionou-se 14 Sfβgli50 mutantes a partir de uma \"biblioteca\" de mutantes geradas por mutagênese aleatória in vivo. As análises de \"contatos\" e de ligações de hidrogênio envolvendo estes resíduos mutados possibilitaram a identificação de outros resíduos e, consequentemente, a construção de mais 32 Sfβgli50 mutantes. Estas 46 Sfβgli50 mutantes foram produzidas em sistema heterólogo de expressão em bactéria, purificadas e caracterizadas cineticamente. A análise dos resultados obtidos sugere que alguns resíduos mutados devem participar da modulação da especificidade pelo substrato formando \"vias de conexão\", de tal forma que mutações em resíduos que compõem uma \"via\" podem ter efeitos propagados através de suas conexões e, assim, atingirem outras porções da Sfβgli50, como o sítio ativo. Esta propagação pode se dar através de alterações no posicionamento espacial e no conjunto das interações não-covalentes entre os resíduos envolvidos. Finalmente um ponto em comum aos efeitos mutacionais analisados parece ser uma alteração na plataforma basal do glicone, W444, o que causaria modificações na preferência relativa pelos substratos fucosídeos e glucosídeos. / The β-glycosidases of family 1 of the glycoside hydrolases (GH 1) are one of the most important groups of enzymes. These enzymes are involved in a high diversity of physiological functions. The main objective of this study was the analysis of the molecular bases of the specificity for substrate of a β-glycosidase from the larvae of Spodoptera frugiperda (Sfβgli50). Initially the role of residues E190, E194, K201 and M453 of Sfβgli50 in modulation of the specificity for the substrate was investigated through site-directed mutagenesis experiments and enzyme kinetic analysis. These residues corresponds to the those found in the aglycone binding site of Zea mays and Sorghum bicolor β-glycosidases. The results showed that E190 favors the binding of the initial portion of alkyl-type aglycones (up to the sixth methylene group) and also the first glucose unit of oligosaccharidic aglycones, whereas a balance between interactions with E194 and K201 determines the preference for glucose units versus alkyl moieties. E194 favors the binding of alkyl moieties, while K201 is more relevant for the binding of glucose units, in detriment of its favorable interaction with alkyl moieties. In addition, M453 favors the binding of the second glucose unit of oligosaccharidic aglycones and also of the initial portion of alkyl-type aglycones. None of these residues interact with the terminal portion of alkyl-type aglycones. It was also demonstrated that E190, E194, K201 and M453 similarly contribute to stabilize ES‡. Their interactions with aglycone are individually weaker than those formed by residues interacting with glycone, but their joint catalytic effects are similar. Finally, these interactions with aglycone do not influence glycone binding. In the second part of this study, new Sfβgli50 residues or portions that participated in the modulation of the substrate specificity were identified. In order to reach this objective, 14 Sfβgli50 mutants were seleted from a \"library\" generated by random mutagenesis in vivo. Based on the \"contacts\" or hydrogen bounds involving these 14 mutated residues 32 additional mutant Sfβgli50 were constructed. These 46 Sfβgli50 mutant were produced in bacteria, purificated and characterized. The results suggest that these residues ways be grouped in \"connective pathways\", a set of residues that contact each other. Mutations in residues that compose a \"pathways\" may be propagated through its connections reaching the Sfβgli50 active site. This propagation may be mediated by alterations in the spatial positioning and the set of non covalent interactions of these residues. Finally, several of these \"connective pathways\" contact a common point in the active site, the basal platform of the glycone subsite, W444.

A soja (Glycine max) contém uma variedade de compostos com comprovada atividade biológica, tais como as isoflavonas, que estão presentes em diferentes formas, glicosiladas e agliconas. Além disso, a soja contém uma grande quantidade de proteínas, que são consideradas fontes de peptídeos bioativos. As isoflavonas agliconas, daidzeína e genisteína, possuem maior atividade antioxidante que as glicosiladas, daidzina e genistina. No entanto, os grãos de soja são ricos nas formas glicosiladas das isoflavonas. Estudos mostram que a biotransformação da soja, por micro-organismos e enzimas, leva ao aumento dos teores das isoflavonas agliconas, as quais são liberadas pela ação de enzimas -glicosidases, que clivam as ligações -glicosídicas das isoflavonas glicosiladas, e também pode possibilitar a hidrólise das proteínas da soja. Além disso, pesquisadores têm demonstrado aumento na atividade antioxidante e na prevenção e/ou supressão de certos cânceres após biotransformação da soja. Neste contexto, foi realizada a biotransformação da soja pelo fungo A. awamori, e por uma mistura enzimática, proveniente do processo fermentativo deste fungo na soja. Os extratos da soja biotransformada, não biotransformada, e o extrato comercial isoflavin beta®, rico em isoflavonas, foram avaliados quanto aos perfis cromatográficos, teores de daidzeína, genisteína, proteínas, aminoácidos e/ou peptídeos, potencial antioxidante e atividade citotóxica frente a células de fibroblasto e melanoma. O modo de morte celular das células de melanoma, necrose ou apoptose, também foi avaliado. A biotransformação da soja, pelos dois processos, resultou em extratos enriquecidos com isoflavonas agliconas e aminoácidos e/ou peptídeos, e com maior atividade antioxidante que o extrato da soja não biotransformada. Os dois processos de biotransformação da soja resultaram em extratos com características químicas e biológicas diferentes. O conteúdo de daidzeína, proteínas, aminoácidos e/ou peptídeos encontrados no extrato da soja biotransformada pelo fungo foram 6%, 56% e 357%, respectivamente, superiores ao extrato da soja biotransformada pela mistura enzimática. Ao contrário do observado para o teor de genisteína que foi 48% maior no extrato da soja biotransformada pela mistura enzimática. O extrato da soja biotransformada pelo fungo apresentou maior atividade antioxidante que o extrato da soja biotransformada pela mistura enzimática, além disso, foi o único dos extratos aqui estudados que apresentou citotoxicidade seletiva para as células de melanoma, induzindo morte celular por apoptose destas células cancerosas. Sendo assim, os resultados obtidos pelo extrato da soja biotransformada pelo fungo A. awamori fornecem boas perspectivas para futura utilização deste extrato como antitumoral. / Soybean (Glycine max) contains a variety of compounds with proven biological activity, such as isoflavones, which are present in different forms, glycosides and aglycones. In addition, soybean contains a lot of proteins, which are considered sources of bioactive peptides. The aglycone isoflavones, daidzein and genistein, have higher antioxidant activity than the glucoside ones, daidzin and genistin. However, soybean grains are rich in the glycosylated forms of isoflavones. Studies have shown that the soybean biotransformation, by microorganisms and enzymes, lead to increased levels of aglycone isoflavones, which are released by the action of -glycosidase enzymes, which cleave the -glycosidic bonds of isoflavone glucosides, and can also allow the hydrolysis of soybean proteins. Additionally, researchers have shown an increase in the antioxidant activity and in the prevention and/or suppression of certain cancers after soybean biotransformation. In this context, it was performed the biotransformation of soybeans with the fungus A. awamori, and with an enzyme mixture, from the fermentation process of the fungus in soybean. The biotransformed, the non biotransformed soybean extracts and the marketed isoflavin beta® extract rich in isoflavones, were evaluated regarding their chromatographic profiles, levels of daidzein, genistein, proteins, amino acids and/or peptides, the antioxidant potential and the cytotoxic activity against melanoma cells and fibroblasts. The mode of cell death of melanoma cells, necrosis or apoptosis, was also evaluated. The biotransformation of soybean by the two processes resulted in extracts enriched with aglycone isoflavones and aminoacids and/or peptides, and with antioxidant activity higher than the non biotransformed soybean extract. The two processes of soybean biotransformation resulted in extracts with different chemical and biological characteristics. The contents of daidzein, proteins, aminoacids and/or peptides found in soybean extract biotransformed by the fungus were 6%, 56% and 357%, respectively, higher than the soybeam extract biotransformed by the enzyme mixture. Contrary to what was observed with the genistein content that was 48% higher in the soybean extract biotransformed by the enzyme mixture. The soybean extract biotransformed by the fungus had a higher antioxidant activity than the soybean extract biotransformed by the enzyme mixture, moreover, it was the unique extract among the ones studied in this work that showed selective cytotoxicity to melanoma cells, inducing cell death by apoptosis of these cancer cells. Thus, the obtained results of the soybean extract biotransformed by the fungus A. awamori provide good prospects for future use of this extract as antitumoral.