<p dir="ltr">Photosynthesis is the basis of primary productivity on Earth. Oxygenic photosynthesis utilizes the nearly inexhaustible energy of radiant solar light to fix atmospheric carbon dioxide into usable forms of chemical energy and produces dioxygen as a product. Central to this process are several large hetero-oligomeric protein complexes that comprise the photosynthetic electron transport chain. Photosystem II (PSII) initiates electron transport through the light-driven oxidation of water, in-turn relinquishing protons and oxygen. Through this reaction, electrons are used to form the reductant NADPH, while protons form a proton-motive gradient that is used to drive synthesis of ATP. As a result of this highly energetic reaction, PSII is often subject to oxidative photodamage due to the production of reactive oxygen species. Inevitably, accumulation of oxidative photodamage disrupts the catalytic activity of PSII, resulting in a loss of photosynthetic activity. To deal with the nearly constant incurred photodamage to PSII, oxygenic photoautotrophs undergo a disassembly and repair cycle that results in the complete turnover of the damaged D1 subunit of PSII. Due to its high tendency for damage, the D1 subunit has a half-life of under one hour in high light intensity. Despite our current understanding of photoinhibition and PSII repair, it is still unclear how D1 is replaced so rapidly in response to damaging conditions. Previous research has indicated a role for phosphorylation of PSII in D1 turnover, however the mechanism has not been totally resolved. In the first chapter of this thesis, our current understanding of PSII phosphorylation and oxidative damage is reviewed in the context of PSII repair. In the second chapter, the role of protein phosphorylation in the PSII repair cycle is investigated in the model organism <i>Arabidopsis</i>. Using several PSII phosphorylation mutants, we demonstrate that phosphorylation seems to mediate disassembly of large PSII supercomplexes and dimers into smaller subcomplexes. In the third chapter, the role of oxidative photodamage is investigated in mediating PSII disassembly. Here, we use several <i>in vitro</i> assays to demonstrate that photodamage is sufficient to induce the disassembly of smaller PSII subcomplexes. In the fourth chapter, a technique for determining the stoichiometry of photosynthetic complexes is examined, with implications for understanding PSII repair. Finally, in the fifth chapter, several conclusions and unanswered questions from this thesis are discussed.</p>

O consumo alimentar residual (CAR) é uma medida de eficiência alimentar independente do crescimento e do peso à maturidade. O melhoramento genético para CAR pode reduzir o custo de alimentação de bovinos, porém uma melhor compreensão dos processos biológicos relacionados ao CAR é necessária. Além disso, associações entre CAR e qualidade de carcaça têm sido pouco investigadas em raças zebuínas. Desta forma, o objetivo com este estudo foi avaliar o metabolismo protéico, a composição corporal, as características de carcaça e a qualidade de carne em bovinos zebuínos com alto e baixo CAR. Adicionalmente, foi testada a hipótese da existência de interações entre CAR e peso vivo ao abate para características de carcaça e composição corporal. Setenta e dois novilhos da raça Nelore (16 a 21 meses de idade, 334±19 kg de peso vivo inicial [PV]) foram mantidos em confinamento e alimentados ad libitum (74,5% NDT; 14,3%PB) por 70 dias. O consumo de matéria seca (CMS) e o ganho médio de peso (GMD) diários foram medidos individualmente. Os 12 novilhos com maior CAR e os 12 com menor CAR foram classificados como grupos de alto e baixo CAR, respectivamente (fase de seleção) e foram alimentados até quando alcançassem pesos vivo ao abate de 460, 490, 520 e 550 kg (fase de terminação). Antes do abate, foi realizada colheita total de urina para a determinação da excreção diária de 3-metil-histidina e da taxa fracional de degradação miofibrilar. A composição química corporal foi estimada pelo método de diluição isotópica utilizando óxido de deutério. A maciez objetiva da carne e a atividade de proteases cálcio-dependentes foram determinadas no músculo Longissimus. Na fase de seleção, novilhos com baixo CAR tiveram menores CMS, conversão alimentar, CAR e ganho de gordura sobre a garupa que novilhos com alto CAR, mas nenhuma diferença foi observada no GMD, no PV final, na gordura subcutânea e na área do Longissimus. Na fase de terminação, nenhuma interação foi observada entre CAR e PV ao abate. Não houve diferenças entre animais mais e menos eficientes quanto ao peso e rendimento de carcaça, gordura renal, pélvica e inguinal, vísceras, área de Longissimus, gordura subcutânea, marmorização, aparas e porção comestível. Novilhos com baixo CAR apresentaram menos gordura sobre o trato gastrintestinal (TGI) que novilhos com alto CAR. Não foram observadas diferenças quanto ao índice de fragmentação miofibrilar, força de cisalhamento e atividade do sistema calpaína. As taxas fracionais de degradação, síntese e acréscimo protéico foram similares entre os grupos de CAR. Novilhos Nelore com baixo CAR depositaram menos gordura subcutânea na carcaça em pesos vivos entre 340 e 460 kg. Em pesos mais elevados (460-550 kg), as características de carcaça e a composição corporal não foram influenciadas pelo CAR, mas indivíduos menos eficientes apresentaram maior massa de gordura visceral. A seleção de bovinos zebuínos para baixo CAR pode diminuir a ingestão de alimentos e melhorar sua eficiência alimentar, sem comprometer a qualidade da carne. / Residual feed intake (RFI) is a feed efficiency trait that is independent of growth rate and mature weight. Genetic improvement in RFI may reduce the costs of feeding cattle, however a better understanding of biological processes underlying variation in RFI is necessary. Moreover, associations between RFI and carcass quality have been poorly investigated in Zebu breeds. Therefore, this study aimed to evaluate protein metabolism, body composition, carcass traits and meat quality in high- and low-RFI Zebu cattle. In addition, the hypothesis that there are interactions between RFI and harvest body weight for carcass traits and body composition was investigated. Seventy-two Nellore steers (16 to 21 month-old, 334±19 kg initial body weight [BW]) were fed a finishing ration (74.5% TDN, 14.3%CP) on an ad libitum basis, for 70 days. Daily dry matter intake (DMI) and body weight gain (ADG) were measured individually. The 12 lowest and the 12 highest RFI steers were classed as low- and high-RFI groups, respectively (selection phase), and were fed until reaching slaughter BW of 460, 490, 520 and 550 kg (finishing phase). Before slaughter, total urine was collected for determination of daily 3-methylhistidine excretion and myofibrillar protein breakdown rates. Body chemical composition was estimated by the isotope dilution method using deuterium oxide. Objective tenderness and Ca+2-dependent protease activities were measured on Longissimus muscle. In the selection phase, low-RFI steers had lower DMI, feed:gain, RFI, and ultrasound rump fat thickness gain than high-RFI cattle, but no differences were observed for ADG, final BW, ultrasound fat thickness and Longissimus area. In the finishing phase, no interactions were observed between RFI and slaughter BW. No differences between more and less efficient cattle were observed for hot carcass weight, dressing percentage, kidney, pelvic and inguinal fat, visceral mass, Longissimus area, backfat thickness, marbling score, trimmings and retail product yield. Low-RFI steers presented less fat on the gastrointestinal tract (GIT) than high-RFI cattle. No differences were observed for myofibrillar fragmentation index, Warner-Bratzler shear force and calpain system activities. Fractional rates of protein degradation, synthesis and accretion were similar between high- and low-RFI cattle. Low-RFI Nellore steers may store less subcutaneous carcass fat at body weights ranging from 340 and 460 kg. At higher body weights (460-550 kg), carcass traits and body composition are not affected by RFI, but least efficient cattle present greater visceral fat mass. Breeding zebu cattle for improved RFI may decrease feed intake and improve feed efficiency without compromising meat quality.

O consumo alimentar residual (CAR) é uma medida de eficiência alimentar independente do crescimento e do peso à maturidade. O melhoramento genético para CAR pode reduzir o custo de alimentação de bovinos, porém uma melhor compreensão dos processos biológicos relacionados ao CAR é necessária. Além disso, associações entre CAR e qualidade de carcaça têm sido pouco investigadas em raças zebuínas. Desta forma, o objetivo com este estudo foi avaliar o metabolismo protéico, a composição corporal, as características de carcaça e a qualidade de carne em bovinos zebuínos com alto e baixo CAR. Adicionalmente, foi testada a hipótese da existência de interações entre CAR e peso vivo ao abate para características de carcaça e composição corporal. Setenta e dois novilhos da raça Nelore (16 a 21 meses de idade, 334±19 kg de peso vivo inicial [PV]) foram mantidos em confinamento e alimentados ad libitum (74,5% NDT; 14,3%PB) por 70 dias. O consumo de matéria seca (CMS) e o ganho médio de peso (GMD) diários foram medidos individualmente. Os 12 novilhos com maior CAR e os 12 com menor CAR foram classificados como grupos de alto e baixo CAR, respectivamente (fase de seleção) e foram alimentados até quando alcançassem pesos vivo ao abate de 460, 490, 520 e 550 kg (fase de terminação). Antes do abate, foi realizada colheita total de urina para a determinação da excreção diária de 3-metil-histidina e da taxa fracional de degradação miofibrilar. A composição química corporal foi estimada pelo método de diluição isotópica utilizando óxido de deutério. A maciez objetiva da carne e a atividade de proteases cálcio-dependentes foram determinadas no músculo Longissimus. Na fase de seleção, novilhos com baixo CAR tiveram menores CMS, conversão alimentar, CAR e ganho de gordura sobre a garupa que novilhos com alto CAR, mas nenhuma diferença foi observada no GMD, no PV final, na gordura subcutânea e na área do Longissimus. Na fase de terminação, nenhuma interação foi observada entre CAR e PV ao abate. Não houve diferenças entre animais mais e menos eficientes quanto ao peso e rendimento de carcaça, gordura renal, pélvica e inguinal, vísceras, área de Longissimus, gordura subcutânea, marmorização, aparas e porção comestível. Novilhos com baixo CAR apresentaram menos gordura sobre o trato gastrintestinal (TGI) que novilhos com alto CAR. Não foram observadas diferenças quanto ao índice de fragmentação miofibrilar, força de cisalhamento e atividade do sistema calpaína. As taxas fracionais de degradação, síntese e acréscimo protéico foram similares entre os grupos de CAR. Novilhos Nelore com baixo CAR depositaram menos gordura subcutânea na carcaça em pesos vivos entre 340 e 460 kg. Em pesos mais elevados (460-550 kg), as características de carcaça e a composição corporal não foram influenciadas pelo CAR, mas indivíduos menos eficientes apresentaram maior massa de gordura visceral. A seleção de bovinos zebuínos para baixo CAR pode diminuir a ingestão de alimentos e melhorar sua eficiência alimentar, sem comprometer a qualidade da carne. / Residual feed intake (RFI) is a feed efficiency trait that is independent of growth rate and mature weight. Genetic improvement in RFI may reduce the costs of feeding cattle, however a better understanding of biological processes underlying variation in RFI is necessary. Moreover, associations between RFI and carcass quality have been poorly investigated in Zebu breeds. Therefore, this study aimed to evaluate protein metabolism, body composition, carcass traits and meat quality in high- and low-RFI Zebu cattle. In addition, the hypothesis that there are interactions between RFI and harvest body weight for carcass traits and body composition was investigated. Seventy-two Nellore steers (16 to 21 month-old, 334±19 kg initial body weight [BW]) were fed a finishing ration (74.5% TDN, 14.3%CP) on an ad libitum basis, for 70 days. Daily dry matter intake (DMI) and body weight gain (ADG) were measured individually. The 12 lowest and the 12 highest RFI steers were classed as low- and high-RFI groups, respectively (selection phase), and were fed until reaching slaughter BW of 460, 490, 520 and 550 kg (finishing phase). Before slaughter, total urine was collected for determination of daily 3-methylhistidine excretion and myofibrillar protein breakdown rates. Body chemical composition was estimated by the isotope dilution method using deuterium oxide. Objective tenderness and Ca+2-dependent protease activities were measured on Longissimus muscle. In the selection phase, low-RFI steers had lower DMI, feed:gain, RFI, and ultrasound rump fat thickness gain than high-RFI cattle, but no differences were observed for ADG, final BW, ultrasound fat thickness and Longissimus area. In the finishing phase, no interactions were observed between RFI and slaughter BW. No differences between more and less efficient cattle were observed for hot carcass weight, dressing percentage, kidney, pelvic and inguinal fat, visceral mass, Longissimus area, backfat thickness, marbling score, trimmings and retail product yield. Low-RFI steers presented less fat on the gastrointestinal tract (GIT) than high-RFI cattle. No differences were observed for myofibrillar fragmentation index, Warner-Bratzler shear force and calpain system activities. Fractional rates of protein degradation, synthesis and accretion were similar between high- and low-RFI cattle. Low-RFI Nellore steers may store less subcutaneous carcass fat at body weights ranging from 340 and 460 kg. At higher body weights (460-550 kg), carcass traits and body composition are not affected by RFI, but least efficient cattle present greater visceral fat mass. Breeding zebu cattle for improved RFI may decrease feed intake and improve feed efficiency without compromising meat quality.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:55:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 371875 bytes, checksum: ebd0743d805bcdc1ccc6a45d01681ac4 (MD5) Previous issue date: 2014-03-12 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This paper aimed to propose new models to forecast the chemical composition of the non- carcass component; evaluate the equations proposed by BR-Corte (2010) to predict chemical composition of carcass and empty body from bovines using variables of the body and the section between 9th and 11th ribs from data of crossbred animals 3&#8260;4 Zebu x 1&#8260;4 Dutch; and use 3-methilhistidine (3MH) excretion to study the muscle protein synthesis and degradation in both crossbred males and females, at different stages of growth. In chapter 1, the objectives were to develop equations to estimate the non-carcass components chemical composition and to evaluate the prediction equations of chemical composition of carcass and empty body from bovines, proposed by BR-Corte (2010). Data from 130 animals in three experiments (24 castrated males CM; 24 females; and 82 non-castrated males NCM). Over the three experiments, the slaughter procedure was the same, where the gastrointestinal tract was washed to determine the empty body weight and all components of the animal body were weighed individually. The right half carcass was completely dissected and the weight of flash, fat and bones was measured. A sample from both carcass and non-carcass components were collected to determine the chemical composition. The section between the 9th and 11th ribs (HH section) was removed from all castrated males, all females and from 50 non-castrated males and completely dissected to evaluate the chemical composition prediction equations of carcass and empty body from BR-Corte (2010). Equations to estimate composition of the ethereal extract (EE), crude protein (CP), mineral material, calcium, phosphorus, magnesium, sodium and potassium of non-carcass components were proposed. Also, the BR-Corte (2010) equations to crude protein and ethereal extract contents of carcass and empty body were tested and the ones that did not estimate accordingly the known values were readjusted. The equations from BR-Corte (2010) estimated rightly the EE content in carcass from CM, NCM and females; and the EE content in empty body from CM and females. Thus, the forecast equations of CP in carcass from CM, NCM and female; EE in empty body from NCM; and CP in empty body from CM, NCM and females were readjusted. In Chapter 2, the objective was to evaluate the protein synthesis and degradation from castrated males and females, using 3MH. 20 castrated males and 20 females were used. They were with an average age of 12 months and average initial weight of 299 kg for males and 266,7 kg for females. The animals were separated in four groups with eight animals each group (four females and four males) to be slaughtered at 30, 60, 90 and 120 days of confining. The animals were separated in a completely randomized design, in 4 x2 factorial scheme, being two gender condition (castrated males and females) and four confining periods (30, 60, 90 and 120 days). Eight animals (four of each gender) were slaughtered at the beginning of the experiment to determine the initial muscle protein and mass; and four animals of each gender were slaughtered at the end of each period of confining to determine muscle protein and mass. The diet consisted of 45% forage and contained 116.35 g of crude protein / kgDM. To assess protein degradation was performed total collection of urine for three days in all animals slaughtered at the end of each period of confinement for analysis of excretion of 3-methyl-histidine. The urine collection was performed five days before each slaughter. The concentration of 3-methylhistidine in mmol / mmol of creatinine in urine did not differ between males and females (P <0.44) and between periods of confining (P> 0.45). The fractional degradation rate was lower in males than in females (P <0.01) and higher for animals slaughtered at 60, 90 and 120 compared to the slaughter with 30 days of confinement (P <0.01), with no interaction between sex and period of confining (P> 0.38). For the fractional synthesis rate there was no interaction between sex and period of confining (P> 0.31) and sex effect (P> 0.10), but the effect of confinement period (P <0,0,1) was observed, which was lower for animals slaughtered at 30 days compared to the others. The fractional rate of increase showed no interaction between sex and period of confining (P> 0.34), being higher in males (P <0.03) and between different periods of confining (P <0.01), being higher for animals slaughtered at 120 days, followed by 90, 30 and 60 days of confining. It is concluded that the degradation rate is higher in females and the rate of increase is higher in castrated males with no difference between genders for the rate of protein synthesis, which was increased with days on feed. / Objetivou-se com esse trabalho propor novos modelos para predizer a composição química do componente não-carcaça, avaliar com dados de animais cruzados 3&#8260;4 Zebu × 1&#8260;4 Holandês as equações propostas no BR-Corte (2010) para predizer a composição química da carcaça e do corpo vazio de bovinos utilizando variáveis do corpo e seção entre a 9a e 11a costelas e utilizar a excreção de 3-metil-histidina (3MH) para estudar a síntese e degradação proteica muscular em machos e fêmeas cruzados, em diferentes fases de desenvolvimento. No capítulo 1, objetivou-se desenvolver equações para estimar a composição química dos componentes não carcaça e avaliar com dados de animais cruzados 3&#8260;4 Zebu × 1&#8260;4 Holandês, as equações para predição da composição química da carcaça e do corpo vazio propostas pelo BR-Corte (2010) para bovinos. Foram utilizados dados de 130 animais de três experimentos (24 machos castrados (MC), 24 fêmeas e 82 machos não-castrados (MNC)). Nos três experimentos, o procedimento de abate foi o mesmo, onde o trato gastrintestinal foi lavado para determinação do peso de corpo vazio, e todos os componentes do corpo do animal pesados individualmente. A meia carcaça direita foi dissecada completamente, sendo pesadas as quantidades de carne, gordura e ossos. Foram separadas de cada animal uma amostra do componente carcaça e uma amostra do componente não-carcaça para determinação da composição química. Nos machos castrados, fêmeas e 50 dos machos não castrados, foi retirada a seção compreendida entre a 9a e a 11a costelas (seção HH) e realizada sua dissecação completa para avaliação das equações para predição da composição química da carcaça e corpo vazio propostos pelo BR-Corte (2010). Foram propostas equações para estimação da composição de extrato etéreo, proteína bruta, materia mineral, cálcio, fósforo, magnésio, sódio e potássio dos componentes não carcaça; testadas as equações propostas no BR- Corte (2010) para os teores de proteína bruta e extrato etéreo na carcaça e no corpo vazio de bovinos e reajustadas as equações que não estimaram adequadamente os valores observados. As equações propostas pelo BR-Corte (2010) estimaram de forma adequada os teores de EE na carcaça de MC, MNC e fêmeas, e EE no corpo vazio de MC e fêmeas. Assim, foram reajustadas e sugeridas equações para predição da composição da PB da carcaça de MC, MNC e fêmeas, do EE do corpo vazio de MNC e da PB do corpo vazio de MC, MNC e fêmeas. No capítulo 2 objetivou-se avaliar a degradação e a síntese proteica de bovinos machos castrados e fêmeas, utilizando a excreção de 3-metil- histidina. Foram utilizados 40 bovinos cruzados 3&#8260;4 Zebu × 1&#8260;4 Holandês, sendo 20 machos castrados e 20 fêmeas, com idade média de 12 meses e peso inicial médio de 299 kg para os machos e 266,7 kg para as fêmeas. Os animais foram divididos em quatro grupos de oito animais cada um (sendo quatro machos e quatro fêmeas) para serem abatidos aos 30, 60, 90 e 120 dias de confinamento. Oito animais (quatro de cada sexo) foram abatidos ao início do experimento para determinação também da massa e proteína muscular inicial e quatro animais de cada sexo ao final de cada período de confinamento para determinação da massa e proteína muscular. A dieta foi constituída de 45% de volumoso e continha 116,35 g de proteína bruta / kgMS. Para avaliar a degradação proteica foi efetuada coleta total de urina durante três dias em todos os animais abatidos no final de cada período de confinamento para análise da excreção de 3-metil-histidina. A coleta de urina foi realizada cinco dias antes de cada abate. A concentração de 3-metil-histidina em &#956;mol/mmol de creatinina na urina não diferiu entre machos e fêmeas (P>0,44) e entre períodos de confinamento (P>0,45). A taxa fracional de degradação foi menor nos machos que nas fêmeas (P<0,01) e maior para os animais abatidos aos 60, 90 e 120 em comparação aos abatidos com 30 dias de confinamento (P<0,01), não havendo interação entre sexo e período de confinamento (P>0,38). Para a taxa fracional de síntese não houve interação entre sexo e período de confinamento (P>0,31) e efeito de sexo (P>0,10), mas foi observado efeito de período de confinamento (P<0,0,1) que foi menor para os animais abatidos aos 30 dias em comparação aos demais. A taxa fracional de acréscimo não apresentou interação entre sexo e período de confinamento (P>0,34), sendo maior nos machos (P<0,03) e diferente entre os períodos de confinamento (P<0,01), sendo maior para os animais abatidos aos 120 dias, seguidos dos 90 dias e posteriormente dos 30 e 60 dias de confinamento. Conclui-se que a taxa de degradação é maior nas fêmeas e a taxa de acréscimo é maior nos machos castrados não havendo diferença entre os sexos para a taxa de síntese proteica, que foi aumentada com os dias de confinamento.

Investigou-se os efeitos da L-glutamina (1g/kg de massa corpórea) em camundongos jejuados por 24 horas. A L-glutamina atenuou a perda de massa muscular e a diminuição da área das fibras musculares esqueléticas causadas pelo jejum via Akt-mTOR. No sóleo, a L-glutamina estimulou a Akt (início da via), e no EDL ativou a S6 (final da via). Investigou-se também os efeitos da L-glutamina em miotubos (C2C12) cultivados por 48 horas. A diminuição de L-glutamina no meio (de 2 para zero mM) causou balanço proteico negativo e aumento do conteúdo dos aminoácidos livres, exceto dos produtos da glutaminólise, indicando estimulação de proteólise. O aumento de L-glutamina no meio (de 2 para 8 e 16 mM) não alterou o conteúdo intracelular de proteínas e dos aminoácidos livres. Na presença de 2 mM de glutamina no meio, a insulina teve efeito positivo no balanço proteico via Akt/mTOR/S6K, estimulando a S6K. Na ausência de glutamina, houve maior fosforilação de eIF2&alpha; estimulada por dexametasona e portanto menor síntese proteica. / We investigated the effects of L-glutamine (1g/kg of body mass) on 24 h fasted mice. L-Glutamine attenuated the loss of muscle mass and the reduction of the skeletal muscle fibers area caused by fasting. This attenuation occurred via Akt-mTOR, however, glutamine stimulated Akt (upstream) in the soleus, whereas it activated S6 (dowstream) in EDL. The effects of L-glutamine on myotubes (C2C12) cultured for 48 hours were also examined. The reduction of L-glutamine in the medium (from 2 to zero mM) decreased protein content and increased contents of all amino acids, except products of glutaminolysis, indicating stimulation of proteolysis. The increased L-glutamine levels in the medium (from 2 to 8 and 16 mM) did not change the intracellular contents of protein and free amino acids. In the presence of 2 mM glutamine, insulin had a positive effect on total protein content through Akt/mTOR/S6K pathway, stimulating S6K. In turn, in the absence of L-glutamine, there was increased eIF2&alpha; phosphorylation stimulated by dexamethasone and thus less protein synthesis.