Ureases (EC 3.5.1.5) são enzimas dependentes de níquel que catalisam a hidrólise da uréia para formar amônia e dióxido de carbono. Elas têm sido isoladas de uma ampla variedade de organismos incluindo plantas, fungos e bactérias, porém não são sintetizadas por animais. As sementes de Canavalia ensiformis são ricas em isoformas de urease, tal como a Canatoxina (CNTX) e JBU (jackbean urease, do inglês). A CNTX é uma proteína neurotóxica, causando diversos efeitos biológicos após injeção por via intraperitoneal em ratos e camundongos, entre eles, atividades pró- inflamatórias e indutora de agregação plaquetária, convulsões, e finalmente, morte dos animais. A CNTX também apresenta efeitos inseticida e antifúngico, potencialmente relevantes para a defesa da planta de origem. Após anos de estudos com a CNTX, verificou-se que JBU também compartilha essas atividades biológicas, como efeitos inseticida e fungitóxico, ativação de plaquetas e de células inflamatórias, incluindo letalidade em ratos e camundongos (por via intravenosa). Na busca pelo mecanismo de ação inseticida, identificou-se um fragmento da urease com efeito letal em insetos, denominado Jaburetox (Jbtx). Indícios da interação desses polipeptídeos com membranas lipídicas nos levou a estudar de que forma esse fenômeno ocorre. Fragmentos do Jbtx originados de mutações sítio-dirigidas foram testados a fim de investigar a relação estrutura X função. Foram usados neste estudo, além de JBU e Jbtx, a porção amino-terminal do Jbtx isolada, chamada de Jbtx N-ter, a sua região carboxi-terminal, ou Jbtx C-ter, e ainda o peptídeo com a região do grampo beta removida, ou Jbtx Δ-β. Por meio de ensaios com lipossomos, foi possível certificar-se que todas as proteínas ligam-se e interagem com as vesículas de maneira muito similar. A capacidade das moléculas de inserção em bicamadas lipídicas foi confirmada através da técnica de planar lipid bilayer, determinando-se as propriedades biofísicas dos canais formados, e sugerindo que o peptídeo Jbtx representa a principal região da JBU capaz de interagir com membranas biológica. Os resultados contribuem para a compreensão mais aprofundada dos mecanismos de ação de ureases e peptídeos derivados, assim como das relações estrutura x função implicadas nesses mecanismos. / Ureases (EC 3.5.1.5) are niquel dependent enzymes that hydrolyse urea into ammonium and carbon dioxide. They have been isolated from many organisms, including plants, fungi and bacteria, but are not synthesized by animals. Canavalia ensiformis seeds are source of urease isoforms, like Canatoxin (CNTX) and jackbean urease (JBU). CNTX is a neurotoxic protein, displaying several biological effects after intraperitoneal injection in rats or mice, including proinflammatory and platelet aggregation activity, and convulsions followed by death of the animals. CNTX also presents insecticidal and fungitoxic effects, which are probably relevant for defense mechanisms of the source plant. After some years of studies, it was found that JBU also share these biological activities, such as entomotoxic and antifungal effects, activation of platelets and inflammatory cells, including lethality in rats and mice (intravenously). In the search for the insecticidal mode of action, an urease fragment lethal to insects was identified and named Jaburetox (Jbtx). Evidence of the interaction of these polypeptides with lipid membranes led us to investigate how this phenomenom takes place. Site-directed mutagenesis to obtain Jbtx fragments was applied in the search for structure X function relationships. Besides JBU and Jbtx, a peptide corresponding to Jbtx’s amino-terminal half (Jbtx N-ter), a peptide corresponding to Jbtx’s carboxi-terminal half (Jbtx C-ter) and a mutant with deletion of a beta hairpin motif (Jbtx Δ-β) were used in the present study. Working with liposomes it was possible to verify that all proteins bind and interact with vesicles, in a similar way. The ability of these molecules to insert into lipid bilayers was confirmed through the planar lipid bilayer technique. The biophysical properties of the ion channels formed by each polypeptide were characterized, suggesting that Jbtx is the main region from JBU able to interact with lipid membranes. The results contribute to deepen our understanding of the modes of action of JBU and derived peptides, as well as of the structure X function relationships involved in these mechanisms.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:28:59Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7985_1.pdf: 410655 bytes, checksum: 0f57696723204db7ac286ad6c176ca7e (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / O presente estudo objetivou determinar quantitativamente os níveis séricos do peptídeo natriurético cerebral em pacientes com cardiopatia chagásica crônica e em indivíduos com sorologia positiva para Doença de Chagas sem comprometimento cardíaco. A doença de Chagas afeta cerca de 16 milhões de pessoas na América Latina, destes estima-se que 6 a 8 milhões são brasileiros. O PNB por sua potente ação vasodilatadora e natriuretica, encontra-se elevado nos quadros congestivos, sugerindo ser uma resposta compensatória do organismo nos casos de falência da função da bomba cardíaca. Constatou-se ser esta elevação correspondente ao grau de insuficiência cardíaca, daí ser usado para quantificar o grau de disfunção ventricular esquerda, com o marcador prognóstico e também para monitorar a eficácia terapêutica. Concentrações séricas de peptídeo natriurético cerebral foram determinadas por imunofluorescência, através do Kit comercialmente disponível, TriageÒ - BNP Test produzido pela BIOSITEÒ . Foi avaliado o PNB sérico de 25 indivíduos oriundos do Ambulatório de Doença de Chagas do Hospital Universitário Oswaldo Cruz. Os participantes foram distribuídos em dois grupos sendo um composto por 13 indivíduos portadores de sorologia positiva para doença de chagas, assíntomaticos e sem nenhuma cardiopatia detectável pelo eletrocardiograma, Telerradiografia do Tórax e ecocardiograma (G1). O segundo grupo (G2) integrado por doze pacientes, portadores da Doença de Chagas com comprometimento cardíaco. O comprometimento cardíaco foi definido por alteração eletrocardiográfica ou à teleradiografia do tórax ou ainda ao ecoDopplercardiograma, em indivíduos que não fossem portadores de outra cardiopatia associada. Níveis significativamente mais elevados de PNB foram detectados nos pacientes chagásicos com comprometimento cardíaco [G1=4,4(DP=4,4) e G2=293,0(DP=460,2) p<0,01]. Em ambos os grupos não houve correlação dos níveis séricos de PNB com a idade ou com o sexo. Estes níveis foram diretamente proporcionais, a classe funcional, e a área cardíaca no estudo radiológico do tórax. Todavia apesar de demonstrar um tendência de elevação no comprometimento da função sistólica, não houve uma correlação linear com a fração de ejeção ao ecocardiograma. A existência de marca passo definitivo implantado e as alterações eletrocardiográficas encontradas também não modificaram os níveis séricos de PNB. Observou-se que os indivíduos com sorologia positiva para Doença de Chagas, assintomáticos e sem evidencia de disfunção ventricular, possuem níveis séricos de PNB semelhantes aos da população em geral

Orientador: Pedro L. O. Volpe / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-20T13:03:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Basilio_CarmelitaAparecida_D.pdf: 8571891 bytes, checksum: 0a50639f606b123c07a704e885789a2f (MD5) Previous issue date: 1994 / Doutorado

Introdução: A artrite reumatoide é caracterizada pela invasão de fibroblastos sinoviais no interior da cartilagem e pela erosão do osso ocasionando uma progressiva destruição da articulação. A invasão de fibroblastos in vitro é correlacionada com o dano articular na AR, entretanto pouco é sabido sobre esta regulação. O peptídeo liberador da gastrina (GRP) é um homólogo funcional da bombesina e sua sinalização através de seu receptor está envolvida em diversas funções, incluindo a resposta inflamatória. O GRP e seu receptor (GRPR) têm sido encontrados na membrana sinovial e no fluído de pacientes com AR, mas o envolvimento dos mesmos na AR não está completamente elucidado. Em paralelo, estudos tem mostrado que a sinalização GRP/GRPR está relacionada com a sinalização PI3K/AKT. Esta última, é uma via de sinalização que apresenta um papel chave em diversos processos celulares, como proliferação, migração e invasão celular. O RC-3095 é um antagonista do GRPR. Objetivo: Avaliar o envolvimento do GRP e do GRPR no comportamento invasivo dos FLS de camundongo com artrite, bem como o envolvimento do GRP na sinalização da via PI3K/AKT Métodos: FLS foram isolados das articulações de camundongos com artrite induzida por colágeno. A expressão de GRPR foi investigada por imunocitoquímica e por western blot. A proliferação celular foi avaliada pelo ensaio de sulforodamina B após o tratamento dos FLS com GRP e/ou RC-3095 (antagonista do GRP), e/ou Ly294002 (inibidor da via PI3K/AKT) e a capacidade invasora dessas células após o tratamento com GRP, RC-3095 ou Ly249002 foi avaliada utilizando um ensaio de invasão em matrigel. A fosforilação da AKT foi analisada através de western blot. Resultados: A proteína GRPR foi detectada por imunocitoquímica e western blot. A exposição ao GRP aumentou cerca de duas vezes a invasão comparado com células não tratadas (p<0,05), enquanto que o RC-3095 reverteu este efeito (p<0,001). O GRP também aumentou a expressão de AKT fosforilada. Por fim, quando adicionado Ly294002 com GRP, o mesmo preveniu o aumento da invasão induzida por GRP (p<0.001). Conclusão: Esta é a primeira vez que a expressão de GRPR está sendo demonstrado nos FLS. Além disso, este trabalho sugere que o GRP aumenta o comportamento invasor dos FLS. Este efeito ocorre em parte através da ativação da AKT. Entretanto, mais estudos devem ser realizados sobre a via GRP/GRPR, já que a mesma pode ser relevante para o desenvolvimento de terapias cujo alvo são os FLS. / Introduction: Rheumatoid Arthritis (RA) is characterized by invasion of fibroblast-like synoviocytes (FLS) into de articular cartilage and by bone erosion leading to progressive joint destruction. FLS in vitro invasiveness correlates with articular damage in RA, yet little is known about this regulation. Gastrin-releasing peptide (GRP) is a functional homologue of bombesin, and its receptor signaling is involved in several functions, including the inflammatory response. GRP and its receptor (GRPR) have been found in synovial membrane and fluid of RA patient, but their involvement with RA is not completely elucidated. In parallel, studies have shown that GRP/GRPR is related with PI3K/AKT signaling. This pathway plays a key role in multiple cellular processes such as cell proliferation, migration and invasion. RC-3095 is an antagonist of GRPR. Objective: To examine the role of gastrin-releasing peptide (GRP) and its receptor (GRPR) on the invasive behavior of fibroblast-like synoviocytes (FLS) from arthritic mice, as well as to evaluate GRP-induced signaling on PI3K/AKT pathway Methods: FLS were isolated from the joints of mice with collagen-induced arthritis (CIA). Expression of GRPR in FLS was investigated by immunocytochemistry and western blot (WB). FLS treated with GRP and/or RC-3095 (GRP antagonist), and/or Ly294002 (inhibitor of PI3K/AKT pathway) were assessed for proliferation by sulforhodamine B assay over a three-day period, and for invasion using a Matrigel-coated transwell system over 24 hours. Akt phosphorylation was assessed by WB. Results: GRPR protein was detected in FLS by immunocytochemistry and WB. Exposure to GRP increased FLS invasion by nearly two-fold, compared with untreated cells (p<0.05), while RC-3095 reversed that effect (p<0.001). GRP also increased phosphorylated AKT expression in FLS. When Ly294002 was added with GRP, it prevented the GRP-induced increased cell invasiveness (p<0.001). Conclusion: GRPR was expressed on FLS and mediates the GRP-induced increased invasiveness. This effect occurs at least in part through the AKT activation. Further understanding of the GRP/GRPR pathway could be relevant in the development of FLS-targeted therapy for RA.

Resíduos ricos em queratina são produzidos em grande quantidade por atividades agroindustriais, como é o caso das penas oriundas de abatedouros de aves, e seu acúmulo pode ocasionar problemas ambientais. Microrganismos queratinolíticos e suas queratinases são objeto de interesse biotecnológico, apresentando inúmeras aplicações. Este estudo avaliou o potencial queratinolítico de Bacillus sp. P45, a otimização da produção de queratinases, e a caracterização de uma queratinase extracelular. Esta linhagem degradou aproximadamente 90% das penas após 72 h de cultivo em caldo contendo 1% (m/v) de penas inteiras, sendo observadas a produção de proteases e queratinases extracelulares e o aumento do conteúdo de proteínas solúveis e de grupos tiol. A produção de queratinases extracelulares foi avaliada utilizando diferentes substratos, e o maior rendimento ocorreu em meio contendo farinha de penas (FP). A adição de carboidratos inibiu a produção de enzimas em meio FP, possivelmente através de repressão catabólica; contudo, a adição de NH4Cl ocasionou incremento na produção. Utilizando experimento fatorial 22 observou-se que a variável FP foi mais significativa para a produção de enzimas do que NH4Cl, sendo estabelecidas as concentrações 43-50 g/L de FP e 1,8-8,6 g/L de NH4Cl para produção máxima de queratinases. A queratinase bruta apresentou atividade ótima a 50 °C e pH 7,0, sendo amplamente inibida por EDTA. Uma queratinase extracelular foi purificada e caracterizada como uma serino protease similar à subtilisina. Esta enzima, com aproximadamente 26 kDa, apresentou atividade ótima a 55 °C e pH 8,0, baixa estabilidade térmica e a capacidade de hidrolisar diversos substratos protéicos, como caseína e farinha de penas; a hidrólise de queratinas nativas ocorreu de forma restrita, possivelmente pela presença de pontes dissulfeto. Tetrapeptídeos contendo aminoácidos aromáticos e hidrofóbicos na posição P1 foram hidrolisados preferencialmente. A enzima apresentou maior atividade e estabilidade térmica na presença de cálcio (3 mM) ou magnésio (4 mM). A inativação térmica seguiu, aparentemente, uma cinética de primeira ordem, e os parâmetros cinéticos e termodinâmicos obtidos indicam que o íon cálcio é essencial para a estabilidade térmica da enzima. / Keratin-rich wastes are produced in high amounts by agroindustrial activities, as in the case of feathers derived from poultry processing, and its accumulation might result in environmental problems. Keratinolytic microorganisms and its keratinases are biotechnologically interesting targets, presenting several applications. This study evaluated the keratinolytic potential of Bacillus sp. P45, the optimization of keratinase production, and the characterization of an extracellular keratinase. This strain degraded almost 90% of feathers after 72 h of cultivation in broth containing 1% (m/v) of whole feathers, with the observed production of proteases and keratinases, and the increase on the contents of both soluble protein and thiol groups. Extracellular keratinase production was evaluated with different growth substrates, and the higher enzyme yield occurred in media containing feather meal (FM). Addition of carbohydrates to FM medium inhibited enzyme production, possibly through catabolite repression; however, addition of NH4Cl caused a higher keratinase production. From a 22 factorial design it was observed that the FM variable was most significant for enzyme production than NH4Cl, with 43-50 g/L of FM and 1.8-8.6 g/L of NH4Cl as the concentrations for maximal keratinase production. Crude keratinase showed optimum activity at 50 °C and pH 7.0, being largely inhibited by EDTA. An extracellular keratinase was purified, and characterized as a subtilisin-like serine protease. This enzyme, with approximately 26 kDa, presented optimum activity at 55 °C and pH 8.0, low thermal stability, and the ability to hydrolyze various protein substrates, such as casein and feather meal; only a limited hydrolysis of the native keratin substrates was observed, possibly due to the presence of disulfide bridges. Tetrapeptides containing aromatic and hydrophobic amino acid residues at position P1 were preferably hydrolyzed. The enzyme showed higher activity and thermal stability in the presence of calcium (3 mM) or magnesium (4 mM). Thermal inactivation followed an apparent first-order kinetics, and the obtained kinetic and thermodynamic parameters indicate that calcium ion is essential for enzyme thermal stability.

O sistema bombesina / peptídeo liberador de gastrina (gastrin-releasing peptide - GRP) está implicado na regulação de vários aspectos neurofisiológicos e comportamentais. Em ambos estudos aqui reportados utilizamos o antagonista dos receptores GRP, (D-Tpi6, Leu13 psi[CH2NH]-Leu14) bombesin (6-14), RC-3095, como ferramenta farmacológica para ampliar o conhecìmento sobre a ação do sistema bombesina / GRP na memória na amígdala basolateral (ABL) e hipocampo. No primeiro estudo demonstramos que os receptores GRP na ABL estão envolvidos na memória aversiva. Ratos Wistar machos adultos foram treinados em tarefa de esquiva inibitória de teste único e avaliados 24 horas após para a retenção da memória. No primeiro experimento, a administração sistêmica do RC-3095 após o treino causou redução da retenção da memória. No segundo experimento, a microinfusão póstreino bilateral de RC-3095 intra-amigdaliana reduziu de maneira dose-dependente a retenção da tarefa. Consistentemente, quando a ABL foi inativada funcionalmente com o agonista GABAérgico muscimol, no terceiro experimento, o efeito da admnistração sistêmica do RC-3095 foi bloqueado. Estes resultados sugerem que a ABL medeia o efeito de inibição da memória aversiva causado pelo bloqueio de receptores GRP. No segundo estudo avaliamos o papel dos receptores GRP no hipocampo dorsal de ratos no medo inato e na formação da memória aversiva. Os ratos receberam microinfusões bilaterais de salina ou RC-3095 no hipocampo dorsal cinco minutos antes do treino em tarefa de esquiva inibitória, sendo testados 24 horas após para a retenção. Foi utilizada esquiva inibitória de múltiplos testes, e o RC-3095 não afetou a aquisição da tarefa; a retenção foi prejudicada na dose de 0,4 μg. Entretanto, em avaliação no aparato do labirinto em cruz elevado, o RC-3095 não demonstrou ter afetado o medo inato ou ansiedade. Em resumo, nossos experimentos indicam que os receptores GRP na amígdala basolateral e hipocampo estão envolvidos na consolidação da memória aversiva em ratos, e que a ABL é uma região crucial na mediação dos efeitos inibidores de memória do antagonista GRP RC-3095. / The bombesin / gastrin-releasing peptide (GRP) receptor system has been implicated in regulating several neurophysiologic and behavioral aspects. In both studies here reported we used the GRP receptor antagonist D-Tpi6, Leu13 psi[CH2NH]-Leu14 bombesin (6-14), RC-3095, as a pharmacological tool in order to extend the knowledge about the actions of bombesin / GRP system in the basolateral amygdala (BLA) and hippocampus in memory. In the first paper we show that GRP receptors in the BLA are involved in the consolidation of aversively motivated memory. Adult Wistar male rats were trained in a single-trial step-down inhibitory avoidance task and tested for retention 24 hours later. In the first experiment, post-training systemic injection of RC-3095 impaired memory retention. In the second experiment, post-training bilateral microinfusion of RC-3095 into the BLA dose-dependently impaired retention. Consistently, when BLA was functionally inactivated by the GABAergic agonist muscimol, in the third experiment, the memoryimpairing effect of RC-3095 was blocked. These results suggest that BLA mediates the memory-impairing effect of GRP receptors. Next, reported in the second paper, we evaluated the role of GRP receptors in the rat dorsal hippocampus in formation of fear-motivated memory and innate fear. Adult male Wistar rats were given a bilateral microinfusion of saline or RC-3095 into the dorsal hippocampus 5 minutes before they were trained in a continuous multiple trial inhibitory avoidance task, and tested 24 hours later. RC-3095 did not affected acquisition, but at the dose of 0,4 μg impaired retention test performance. RC-3095 did not affect innate fear and anxiety assessed in an elevated plus maze. In summary, our experiments indicate that GRP receptors in BLA and hippocampus are involved in regulating aversive memory consolidation in rats, and that the BLA is a crucial area mediating the memory-impairing effects of the GRP antagonist RC-3095.

Resumo não disponível

O sistema bombesina / peptídeo liberador de gastrina (gastrin-releasing peptide - GRP) está implicado na regulação de vários aspectos neurofisiológicos e comportamentais. Em ambos estudos aqui reportados utilizamos o antagonista dos receptores GRP, (D-Tpi6, Leu13 psi[CH2NH]-Leu14) bombesin (6-14), RC-3095, como ferramenta farmacológica para ampliar o conhecìmento sobre a ação do sistema bombesina / GRP na memória na amígdala basolateral (ABL) e hipocampo. No primeiro estudo demonstramos que os receptores GRP na ABL estão envolvidos na memória aversiva. Ratos Wistar machos adultos foram treinados em tarefa de esquiva inibitória de teste único e avaliados 24 horas após para a retenção da memória. No primeiro experimento, a administração sistêmica do RC-3095 após o treino causou redução da retenção da memória. No segundo experimento, a microinfusão póstreino bilateral de RC-3095 intra-amigdaliana reduziu de maneira dose-dependente a retenção da tarefa. Consistentemente, quando a ABL foi inativada funcionalmente com o agonista GABAérgico muscimol, no terceiro experimento, o efeito da admnistração sistêmica do RC-3095 foi bloqueado. Estes resultados sugerem que a ABL medeia o efeito de inibição da memória aversiva causado pelo bloqueio de receptores GRP. No segundo estudo avaliamos o papel dos receptores GRP no hipocampo dorsal de ratos no medo inato e na formação da memória aversiva. Os ratos receberam microinfusões bilaterais de salina ou RC-3095 no hipocampo dorsal cinco minutos antes do treino em tarefa de esquiva inibitória, sendo testados 24 horas após para a retenção. Foi utilizada esquiva inibitória de múltiplos testes, e o RC-3095 não afetou a aquisição da tarefa; a retenção foi prejudicada na dose de 0,4 μg. Entretanto, em avaliação no aparato do labirinto em cruz elevado, o RC-3095 não demonstrou ter afetado o medo inato ou ansiedade. Em resumo, nossos experimentos indicam que os receptores GRP na amígdala basolateral e hipocampo estão envolvidos na consolidação da memória aversiva em ratos, e que a ABL é uma região crucial na mediação dos efeitos inibidores de memória do antagonista GRP RC-3095. / The bombesin / gastrin-releasing peptide (GRP) receptor system has been implicated in regulating several neurophysiologic and behavioral aspects. In both studies here reported we used the GRP receptor antagonist D-Tpi6, Leu13 psi[CH2NH]-Leu14 bombesin (6-14), RC-3095, as a pharmacological tool in order to extend the knowledge about the actions of bombesin / GRP system in the basolateral amygdala (BLA) and hippocampus in memory. In the first paper we show that GRP receptors in the BLA are involved in the consolidation of aversively motivated memory. Adult Wistar male rats were trained in a single-trial step-down inhibitory avoidance task and tested for retention 24 hours later. In the first experiment, post-training systemic injection of RC-3095 impaired memory retention. In the second experiment, post-training bilateral microinfusion of RC-3095 into the BLA dose-dependently impaired retention. Consistently, when BLA was functionally inactivated by the GABAergic agonist muscimol, in the third experiment, the memoryimpairing effect of RC-3095 was blocked. These results suggest that BLA mediates the memory-impairing effect of GRP receptors. Next, reported in the second paper, we evaluated the role of GRP receptors in the rat dorsal hippocampus in formation of fear-motivated memory and innate fear. Adult male Wistar rats were given a bilateral microinfusion of saline or RC-3095 into the dorsal hippocampus 5 minutes before they were trained in a continuous multiple trial inhibitory avoidance task, and tested 24 hours later. RC-3095 did not affected acquisition, but at the dose of 0,4 μg impaired retention test performance. RC-3095 did not affect innate fear and anxiety assessed in an elevated plus maze. In summary, our experiments indicate that GRP receptors in BLA and hippocampus are involved in regulating aversive memory consolidation in rats, and that the BLA is a crucial area mediating the memory-impairing effects of the GRP antagonist RC-3095.

Resíduos ricos em queratina são produzidos em grande quantidade por atividades agroindustriais, como é o caso das penas oriundas de abatedouros de aves, e seu acúmulo pode ocasionar problemas ambientais. Microrganismos queratinolíticos e suas queratinases são objeto de interesse biotecnológico, apresentando inúmeras aplicações. Este estudo avaliou o potencial queratinolítico de Bacillus sp. P45, a otimização da produção de queratinases, e a caracterização de uma queratinase extracelular. Esta linhagem degradou aproximadamente 90% das penas após 72 h de cultivo em caldo contendo 1% (m/v) de penas inteiras, sendo observadas a produção de proteases e queratinases extracelulares e o aumento do conteúdo de proteínas solúveis e de grupos tiol. A produção de queratinases extracelulares foi avaliada utilizando diferentes substratos, e o maior rendimento ocorreu em meio contendo farinha de penas (FP). A adição de carboidratos inibiu a produção de enzimas em meio FP, possivelmente através de repressão catabólica; contudo, a adição de NH4Cl ocasionou incremento na produção. Utilizando experimento fatorial 22 observou-se que a variável FP foi mais significativa para a produção de enzimas do que NH4Cl, sendo estabelecidas as concentrações 43-50 g/L de FP e 1,8-8,6 g/L de NH4Cl para produção máxima de queratinases. A queratinase bruta apresentou atividade ótima a 50 °C e pH 7,0, sendo amplamente inibida por EDTA. Uma queratinase extracelular foi purificada e caracterizada como uma serino protease similar à subtilisina. Esta enzima, com aproximadamente 26 kDa, apresentou atividade ótima a 55 °C e pH 8,0, baixa estabilidade térmica e a capacidade de hidrolisar diversos substratos protéicos, como caseína e farinha de penas; a hidrólise de queratinas nativas ocorreu de forma restrita, possivelmente pela presença de pontes dissulfeto. Tetrapeptídeos contendo aminoácidos aromáticos e hidrofóbicos na posição P1 foram hidrolisados preferencialmente. A enzima apresentou maior atividade e estabilidade térmica na presença de cálcio (3 mM) ou magnésio (4 mM). A inativação térmica seguiu, aparentemente, uma cinética de primeira ordem, e os parâmetros cinéticos e termodinâmicos obtidos indicam que o íon cálcio é essencial para a estabilidade térmica da enzima. / Keratin-rich wastes are produced in high amounts by agroindustrial activities, as in the case of feathers derived from poultry processing, and its accumulation might result in environmental problems. Keratinolytic microorganisms and its keratinases are biotechnologically interesting targets, presenting several applications. This study evaluated the keratinolytic potential of Bacillus sp. P45, the optimization of keratinase production, and the characterization of an extracellular keratinase. This strain degraded almost 90% of feathers after 72 h of cultivation in broth containing 1% (m/v) of whole feathers, with the observed production of proteases and keratinases, and the increase on the contents of both soluble protein and thiol groups. Extracellular keratinase production was evaluated with different growth substrates, and the higher enzyme yield occurred in media containing feather meal (FM). Addition of carbohydrates to FM medium inhibited enzyme production, possibly through catabolite repression; however, addition of NH4Cl caused a higher keratinase production. From a 22 factorial design it was observed that the FM variable was most significant for enzyme production than NH4Cl, with 43-50 g/L of FM and 1.8-8.6 g/L of NH4Cl as the concentrations for maximal keratinase production. Crude keratinase showed optimum activity at 50 °C and pH 7.0, being largely inhibited by EDTA. An extracellular keratinase was purified, and characterized as a subtilisin-like serine protease. This enzyme, with approximately 26 kDa, presented optimum activity at 55 °C and pH 8.0, low thermal stability, and the ability to hydrolyze various protein substrates, such as casein and feather meal; only a limited hydrolysis of the native keratin substrates was observed, possibly due to the presence of disulfide bridges. Tetrapeptides containing aromatic and hydrophobic amino acid residues at position P1 were preferably hydrolyzed. The enzyme showed higher activity and thermal stability in the presence of calcium (3 mM) or magnesium (4 mM). Thermal inactivation followed an apparent first-order kinetics, and the obtained kinetic and thermodynamic parameters indicate that calcium ion is essential for enzyme thermal stability.

Resíduos ricos em queratina são amplamente disponíveis como subprodutos de agroindústrias, e por sua recalcitrância tornam-se um problema ambiental e econômico por seu acúmulo e difícil manejo. Bactérias que hidrolisam a queratina, através da produção de queratinases, têm mostrado grande potencial biotecnológico. Este trabalho tem como objetivo selecionar, identificar e caracterizar um novo isolado bacteriano, proveniente de solos brasileiros, que seja produtor de queratinases úteis como biodegradadoras de penas, bem como caracterizar sua ação enzimática. Bactérias com atividade proteolítica e produtoras de proteína solúvel a partir de substratos queratinosos foram selecionadas e identificadas através do sequenciamento do 16S do DNAr. O extrato bruto de três linhagens Gram negativas foi caracterizado ao longo de 120 horas de cultivo. Dos 32 isolados, os maiores degradadores de penas foram as bactérias do gênero Bacillus, porém as características do extrato bruto das Gram negativas Aeromonas hydrophila K12, Chryseobacterium indologenes A22 e Serratia marcescens P3 também apresentam promissoras utilizações industriais. Ensaios enzimáticos e zimograma revelaram a produção de uma única protease queratinolítica por isolado, com características de metaloprotease. Utilizando técnicas de planejamento fatorial foi possível gerar um modelo validado estatisticamente para a otimização da produção enzimática. A utilização de sistema aquoso bifásico foi eficiente para a purificação da enzima produzida pela linhagem P3, gerando banda única em SDS-PAGE com massa molecular de aproximadamente 53 kDa. O sequenciamento da protease queratinolítica da linhagem P3, através de espectrômetro de massas, revelou homologia com metaloproteases dependentes de zinco semelhantes às serralisinas. Apesar das serralisinas serem comumente associadas a fatores de virulência, a importância das patogenias causadas por Serratia parece ser menor do que a causada por outras bactérias. Portanto, a enzima de P3, que é facilmente desnaturada por tratamento térmico, pode também ser utilizada biotecnologicamente em processos controlados. / Keratin-rich wastes are widely available as an agroindustrial byproduct. Since these residues are difficult to degrade, they cause economical and environmental problems due to its accumulation and difficult management. Bacteria with keratin-degrading abilities, through keratinase production, have shown several biotechnological applications. This work aimed to select, identify and characterize a novel bacterial isolate from Brazilian soils, which is keratinase producer, useful for feather degradation and characterize its enzymatic activity. Bacteria with proteolytic activity and soluble protein production when cultivated with keratinous wastes were selected and identified based on 16S rDNA gene sequencing. Crude supernatant of three Gram negative strains were characterized over 120 hours of cultivation. Among 32 isolates, the bacteria from Bacillus genus showed higher feather hydrolyses. Although, the characterization of the crude extract produced by the Gram negative Aeromonas hydrophila K12, Chryseobacterium indologenes A22 and Serratia marcescens P3 also revealed their promising use in industrial processes. Enzymatic assays and zimogram analyses indicated the production of a unique proteolytic enzyme by each strain, which have presented metalloprotease characteristics. By using factorial design, a statistically validated model was generated for the optimization of enzymatic production. An aqueous two-phase system was effective for the purification of P3 enzyme, resulting in a single band of approximately 53 kDa on SDS-PAGE. The sequencing of strain P3 keratinolytic protease through mass spectrometry revealed homology with zinc-dependent metaloproteases of the serralysin family. In spite of serralysins being commonly related to virulence factors, the pathogenies caused by Serratia seems to be less concerning than the ones caused by other bacteria. Thus, the enzyme of P3, which is easily denatured by heat treatment, may also be biotechnologically useful in controlled processes.