Starved cells of Ant-300, a psychrophilic marine Vibrio, maintained binding and transport systems for glutamic acid, arginine, proline, and leucine. The uptake of these amino acids was inhibited by the uncoupler 2,4-dinitrophenol indicating that an energized membrane was necessary for binding and was maintined in starved cells. The levels of macromolecular synthesis and CO₂ production decreased after the cells had starved for 24 hours and remained low for 30 days of starvation. Most of the amino acid taken up by starved cells was held in shock releasable pools. The substrate affinity of the leucine and arginine binding proteins increased after 48 hours of starvation while the velocity decreased. These starvation induced changes remained constant throughout the 20 day starvation time of the experiment. The maintenance of binding proteins and an energized membrane by a starved cell which has no energy input means that the cell is not committed to total inactivity. The survival form is more of a 'ready and waiting' form, capable of maintaining itself in an unfavorable environment while retaining the ability to take advantage of any favorable shift in its surroundings. / Graduation date: 1981

Thesis (M.S.)--Rutgers University, 2009. / "Graduate Program in Biology." Includes bibliographical references (p. 57-58).

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Call number: LD2668 .T4 1950 T5 / Master of Science

Inspirados em reações catalisadas por enzimas a partir de micro-organismos encontrados em ambientes marinhos severos (psicrofílicos), em que a quantidade de oxigênio é restrita, observou-se que a Arthrobacter sp. CCT 7749 realizou diferentes transformações químicas mudando de condições reacionais anaeróbias para aeróbias. Dependendo da presença ou ausência de oxigênio, ambas desracemização de alcoóis ou redução de cetonas com seletividades enantiocomplementares foram realizadas pelo mesmo microorganismo. Estes conceitos foram aplicados tanto para desracemização quanto para redução enantiosseletiva de compostos contendo heteroátomos (silício, fósforo, estanho e boro). Visando a identificação molecular das enzimas responsáveis pelas reações de oxido-redução, buscou-se desenvolver uma metodologia de purificação enzimática usando diferentes técnicas. Inicialmente a lise celular da Arthrobacter sp. CCT 7749 empregando a liticase na presença de β-mercaptoetanol e usando ondas ultrassônicas produziu 28 mg/mL de proteínas. A purificação da oxidorredutase ocorreu através de colunas cromatográficas de troca iônica DEAE FF, seguida por ANX FF. O extrato protéico contendo a enzima parcialmente pura apresentou atividade específica de 4,23 U/mg na oxidação do (R,S)-1-(4-metilfenil)etanol à cetona correspondente. Através do uso das técnicas native-PAGE e zimografia detectou-se uma massa molecular da enzima de ≈240 kDa e que provavelmente se encontrava na forma hetero-hexamérica apresentando três subunidades em ~35 kDa e três em ~45 kDa. Observou-se que, surpreendentemente, a fração protéica parcialmente pura também foi capaz de reduzir a 4-metilacetofenona obtendo-se 17% do (S)-1-(4-metilfenil)etanol com excelente excesso enantiomérico >99%. / Inspired by enzyme-catalyzed reactions with microorganisms found in harsh marine environments (psychrophilic), in which the amount of oxygen is restrict, we have shown that Arthrobacter sp. CCT 7749 can perform different chemical transformations by switching from anaerobic to aerobic reaction conditions. Depending on the presence or absence of oxygen, either alcohol deracemization or ketone reduction with enantiocomplementary selectivities can be performed by the same microorganism. These concepts were applied for both deracemization and enantioselective reduction of heteroatom-containing molecules (silicon, phosphorus, tin and boron). Aiming Enzyme purification, different techniques were employed. Cell lysate of Arthrobacter sp. CCT 7749. Was prepared using lyticase and β-mercaptoethanol bu ultrasonication. Purification of this enzyme occurred through chromatographic columns of DEAE FF ion exchange, followed by ANX FF. The partially pure oxidoreductase presented specific activity of 4.23/mg in the oxidation (RS)-1-(4- methylphenyl)ethanol to the corresponding ketone. Native-PAGE and zymography have shown that the enzyme had ≈240 kDa molecular mass, probably in the form hetero-hexameric with 3 subunits ~35 kDa and three ~45 kDa. Surprisingly, the partially pure protein fraction was able to reduce the 4- methylacetophenone giving 17% of (S)-1-(4-methylphenyl)ethanol with excellent enantiomeric excess >99%.

Diante da biodiversidade de micro-organismos existentes na natureza e da necessidade de descobrir novos biocatalisadores para a síntese de bloco de construções quirais e de produtos químicos de alto valor agregado, o presente trabalho teve como objetivo realizar a bioprospeção de micro-organismos para aplicação em reações de oxidação enantiosseletiva de álcoois. Os micro-organismos foram obtidos pelo processo de isolamento induzido de amostras de solo/sedimento coletadas no Parque Estadual Turístico do Alto Ribeira (PETAR) e na Antártica. A partir das amostras coletadas (43 de solo e 13 de sedimento) foram isolados 130 microorganimos mesofílicos (isolados de amostras de solo do PETAR) e 232 microorganimos psicrofílicos/psicrotróficos (isolados de amostras de solo/sedimento da Antártica). Realizamos também a avaliação do espectro de atividade enzimática dos micro-organismos em reações de oxidação enantiosseletiva, e para isso empregamos derivados para substituídos do (R,S)-1-(fenil)etanol. Dentre os micro-organismos estudados, 15 psicrofílicos/psicrotróficos e 11 micro-organismos mesofílicos apresentaram álcool desidrogenases que catalisaram a oxidação do enantiômero (S) do álcool racêmico à sua correspondente cetona. Nesses casos, as linhagens possuem atividade de álcool desidrogenase em que o rendimento de obtenção da cetona foi > 10 % e excesso enantiomérico > 60 %. Por outro lado 6 micro-organismos mesofílicos apresentaram álcool desidrogenases que catalisam a oxidação do enantiômero (R) do álcool racêmico à sua correspondente cetona. Foi realizada a caracterização taxonômica para alguns micro-organismos através do sequenciamento do 16S rDNA. Dentre os micro-organismos caracterizados, destacaram-se as bactérias Flavobacterium sp., Arthrobacter sp., Acinetobacter sp., e o Bacillus sp. por apresentar excelente atividade enzimática. Flavobacterium sp. e a Arthrobacter sp. foram selecionadas para o estudo de otimização da reação de oxidação do (R,S)-1-(4- metilfenil)etanol. Nesse processo foram utilizadas as células ressuspensas em tampão fosfato em diferentes temperaturas (5-30 ºC) e tempos reacionais (24-72 horas). A partir desse estudo, observou-se que a Flavobacterium sp. possui uma excelente atividade enzimática a 10 ºC e a Arthrobacter sp. a 25 ºC. Foram determinadas curvas de crescimentos destas bactérias em 15, 20 e 25 ºC, em que ambas apresentaram crescimento ótimo a 25 ºC, indicando que estas bactérias são psicrotróficas / In the view of the microorganisms biodiversity in nature and the necessity to discover new biocatalysts for chiral synthesis of building blocks and high value-added chemical products, the present work was aimed at making the bioprospection of microorganisms for application in enantioselective oxidation reactions of alcohols. Microorganisms were isolated by enrichment technique from soil/sediment samples collected from the State Park of Alto Ribeira (PETAR) and Antarctic. 130 Mesophilic microorganisms were isolated from soil samples of PETAR, and 232 psychrophilic/psychrotrophic microorganisms from soil/sediment samples of Antarctic. We also evaluated the enzymatic activity of the microorganisms in enantioselective oxidation reactions, by using derivatives of substituted para (RS)-1- phenylethanol as substrates. Among the studied microorganisms, 15 psychrophile/psychrotrophic and 11 mesophilic strains contain alcohol dehydrogenases that catalyze the (S)-enantiomer oxidation of racemic alcohols to its corresponding ketone. In these cases, the strains showed alcohol dehydrogenase activity in which the ketone yields were higher than 10 % and the enantiomeric excess >60 %. Moreover, 6 mesophilic microorganisms showed alcohol dehydrogenases that catalyze the R)-enantiomer oxidation of racemic alcohols to its corresponding ketone. It was performed taxonomic characterization for some microorganisms by sequencing the 16S rDNA. Among the characterized microorganisms, Flavobacterium sp., Arthrobacter sp., Acinetobacter sp. and Bacillus sp. showed excellent enzymatic activity. The Flavobacterium sp. and Arthrobacter sp. were selected for optimization study of oxidation of the (R,S)-1-(4-methyl-phenyl)ethanol. In this process, bacterial cells were resuspended in phosphate buffer at different temperatures (5-30 °C) and reaction times (24-72 h). From these studies, it was observed that the Flavobacterium sp. has an excellent enzymatic activity at 10 ºC and Arthrobacter sp. at 25 ºC. We determined the growth curves of these bacteria in 15, 20 and 25 ° C. Both strains showed optimum growth at 25 ° C, indicating that these bacteria are psychrotrophics.

Orientador: Oswaldo Durival Rossi Junior / Banca: Luiz Augusto do Amaral / Banca: Ana Maria Centola Vidal Martins / Resumo: A deterioração "blown pack" é caracterizada por abundante produção de gás, induzindo a completa distensão da embalagem durante o processo de estocagem sob refrigeração. Quando a embalagem é aberta, há um odor desagradável, levemente fecal. O gás presente na embalagem é composto por dióxido de carbono e hidrogênio e por vários tipos butíricos do metabolismo fermentativo. O objetivo deste experimento foi determinar possíveis causadores deste tipo de deterioração, quantificando as populações de bactérias da família Enterobacteriaceae, e caracterizando-as nos principais gêneros e espécies encontradas, o número de bactérias ácido-lácticas, a freqüência de Clostridium estertheticum e do Clostridium gasigenes, em carnes próprias para o consumo e em carnes que apresentaram a deterioração "blown pack". Para contagem e identificação dos membros da família Enterobacteriaceae e contagem de bactérias ácido-lácticas utilizou-se de técnicas microbiológicas clássicas. Já para pesquisa do C. estertheticum e C. gasigenes fez-se uso de técnicas de biologia molecular. Os microrganismos da família Enterobacteriaceae e bactérias ácido-láticas estavam presentes em populações elevadas e em maior número nas carnes com deterioração "blown pack". A espécie mais freqüentemente encontrada foi a Hafnia alvei. As amostras com deterioração "blown pack' apresentaram maior positividade para o C. estertethicum que amostras não deterioradas. Não houve diferença estatística de positividade para a presença do C. gasigenes entre amostras com deterioração "blown pack" e carnes não deterioradas. A principal forma de controle desta deterioração é a prevenção da contaminação da carne por material fecal. / Abstract: The "blown pack" spoilage is characterised by abundant gas production, leading to complete gross distention pack during refrigerated storage. When the packaging is opened, there is an unpleasant smell, lightly fecal. The gas present in the package is composed of carbon dioxide and hydrogen and also of several butyric types of metabolism fermentation. The purpose of this experiment was to determine possible causes of this spoilage type, quantifying the populations of bacteria of the family Enterobacteriaceae, and characterizing them in the major genera and species found, the number of lactic acid bacteria, the frequency of Clostridium estertheticum and Clostridium gasigenes in meat proper for consumption and meat which showed the "blown pack" spoilage. In order to enumerate and identify the members of the Enterobacteriaceae family, and to enumerate the lactic acid bacteria the procedure was classical microbiological techniques. However to search the C. estertheticum and C. gasigenes the procedure was molecular biology techniques. The microorganisms of the family Enterobacteriaceae and lactic acid bacteria were present in large populations and in greater numbers in meat with "blown pack" spoilage. The species which were found more often was the Hafnia alvei. Samples of "blown pack" spoilage had greater positive features for C. estertethicum than samples not damaged. There was no statistical difference of positive features for the presence of C. gasigenes between samples of "blown pack" spoilage and not damaged meat. The main way to control this spoilage is the prevention of contamination of meat by fecal material. / Mestre

Diante da biodiversidade de micro-organismos existentes na natureza e da necessidade de descobrir novos biocatalisadores para a síntese de bloco de construções quirais e de produtos químicos de alto valor agregado, o presente trabalho teve como objetivo realizar a bioprospeção de micro-organismos para aplicação em reações de oxidação enantiosseletiva de álcoois. Os micro-organismos foram obtidos pelo processo de isolamento induzido de amostras de solo/sedimento coletadas no Parque Estadual Turístico do Alto Ribeira (PETAR) e na Antártica. A partir das amostras coletadas (43 de solo e 13 de sedimento) foram isolados 130 microorganimos mesofílicos (isolados de amostras de solo do PETAR) e 232 microorganimos psicrofílicos/psicrotróficos (isolados de amostras de solo/sedimento da Antártica). Realizamos também a avaliação do espectro de atividade enzimática dos micro-organismos em reações de oxidação enantiosseletiva, e para isso empregamos derivados para substituídos do (R,S)-1-(fenil)etanol. Dentre os micro-organismos estudados, 15 psicrofílicos/psicrotróficos e 11 micro-organismos mesofílicos apresentaram álcool desidrogenases que catalisaram a oxidação do enantiômero (S) do álcool racêmico à sua correspondente cetona. Nesses casos, as linhagens possuem atividade de álcool desidrogenase em que o rendimento de obtenção da cetona foi > 10 % e excesso enantiomérico > 60 %. Por outro lado 6 micro-organismos mesofílicos apresentaram álcool desidrogenases que catalisam a oxidação do enantiômero (R) do álcool racêmico à sua correspondente cetona. Foi realizada a caracterização taxonômica para alguns micro-organismos através do sequenciamento do 16S rDNA. Dentre os micro-organismos caracterizados, destacaram-se as bactérias Flavobacterium sp., Arthrobacter sp., Acinetobacter sp., e o Bacillus sp. por apresentar excelente atividade enzimática. Flavobacterium sp. e a Arthrobacter sp. foram selecionadas para o estudo de otimização da reação de oxidação do (R,S)-1-(4- metilfenil)etanol. Nesse processo foram utilizadas as células ressuspensas em tampão fosfato em diferentes temperaturas (5-30 ºC) e tempos reacionais (24-72 horas). A partir desse estudo, observou-se que a Flavobacterium sp. possui uma excelente atividade enzimática a 10 ºC e a Arthrobacter sp. a 25 ºC. Foram determinadas curvas de crescimentos destas bactérias em 15, 20 e 25 ºC, em que ambas apresentaram crescimento ótimo a 25 ºC, indicando que estas bactérias são psicrotróficas / In the view of the microorganisms biodiversity in nature and the necessity to discover new biocatalysts for chiral synthesis of building blocks and high value-added chemical products, the present work was aimed at making the bioprospection of microorganisms for application in enantioselective oxidation reactions of alcohols. Microorganisms were isolated by enrichment technique from soil/sediment samples collected from the State Park of Alto Ribeira (PETAR) and Antarctic. 130 Mesophilic microorganisms were isolated from soil samples of PETAR, and 232 psychrophilic/psychrotrophic microorganisms from soil/sediment samples of Antarctic. We also evaluated the enzymatic activity of the microorganisms in enantioselective oxidation reactions, by using derivatives of substituted para (RS)-1- phenylethanol as substrates. Among the studied microorganisms, 15 psychrophile/psychrotrophic and 11 mesophilic strains contain alcohol dehydrogenases that catalyze the (S)-enantiomer oxidation of racemic alcohols to its corresponding ketone. In these cases, the strains showed alcohol dehydrogenase activity in which the ketone yields were higher than 10 % and the enantiomeric excess >60 %. Moreover, 6 mesophilic microorganisms showed alcohol dehydrogenases that catalyze the R)-enantiomer oxidation of racemic alcohols to its corresponding ketone. It was performed taxonomic characterization for some microorganisms by sequencing the 16S rDNA. Among the characterized microorganisms, Flavobacterium sp., Arthrobacter sp., Acinetobacter sp. and Bacillus sp. showed excellent enzymatic activity. The Flavobacterium sp. and Arthrobacter sp. were selected for optimization study of oxidation of the (R,S)-1-(4-methyl-phenyl)ethanol. In this process, bacterial cells were resuspended in phosphate buffer at different temperatures (5-30 °C) and reaction times (24-72 h). From these studies, it was observed that the Flavobacterium sp. has an excellent enzymatic activity at 10 ºC and Arthrobacter sp. at 25 ºC. We determined the growth curves of these bacteria in 15, 20 and 25 ° C. Both strains showed optimum growth at 25 ° C, indicating that these bacteria are psychrotrophics.

Inspirados em reações catalisadas por enzimas a partir de micro-organismos encontrados em ambientes marinhos severos (psicrofílicos), em que a quantidade de oxigênio é restrita, observou-se que a Arthrobacter sp. CCT 7749 realizou diferentes transformações químicas mudando de condições reacionais anaeróbias para aeróbias. Dependendo da presença ou ausência de oxigênio, ambas desracemização de alcoóis ou redução de cetonas com seletividades enantiocomplementares foram realizadas pelo mesmo microorganismo. Estes conceitos foram aplicados tanto para desracemização quanto para redução enantiosseletiva de compostos contendo heteroátomos (silício, fósforo, estanho e boro). Visando a identificação molecular das enzimas responsáveis pelas reações de oxido-redução, buscou-se desenvolver uma metodologia de purificação enzimática usando diferentes técnicas. Inicialmente a lise celular da Arthrobacter sp. CCT 7749 empregando a liticase na presença de β-mercaptoetanol e usando ondas ultrassônicas produziu 28 mg/mL de proteínas. A purificação da oxidorredutase ocorreu através de colunas cromatográficas de troca iônica DEAE FF, seguida por ANX FF. O extrato protéico contendo a enzima parcialmente pura apresentou atividade específica de 4,23 U/mg na oxidação do (R,S)-1-(4-metilfenil)etanol à cetona correspondente. Através do uso das técnicas native-PAGE e zimografia detectou-se uma massa molecular da enzima de ≈240 kDa e que provavelmente se encontrava na forma hetero-hexamérica apresentando três subunidades em ~35 kDa e três em ~45 kDa. Observou-se que, surpreendentemente, a fração protéica parcialmente pura também foi capaz de reduzir a 4-metilacetofenona obtendo-se 17% do (S)-1-(4-metilfenil)etanol com excelente excesso enantiomérico >99%. / Inspired by enzyme-catalyzed reactions with microorganisms found in harsh marine environments (psychrophilic), in which the amount of oxygen is restrict, we have shown that Arthrobacter sp. CCT 7749 can perform different chemical transformations by switching from anaerobic to aerobic reaction conditions. Depending on the presence or absence of oxygen, either alcohol deracemization or ketone reduction with enantiocomplementary selectivities can be performed by the same microorganism. These concepts were applied for both deracemization and enantioselective reduction of heteroatom-containing molecules (silicon, phosphorus, tin and boron). Aiming Enzyme purification, different techniques were employed. Cell lysate of Arthrobacter sp. CCT 7749. Was prepared using lyticase and β-mercaptoethanol bu ultrasonication. Purification of this enzyme occurred through chromatographic columns of DEAE FF ion exchange, followed by ANX FF. The partially pure oxidoreductase presented specific activity of 4.23/mg in the oxidation (RS)-1-(4- methylphenyl)ethanol to the corresponding ketone. Native-PAGE and zymography have shown that the enzyme had ≈240 kDa molecular mass, probably in the form hetero-hexameric with 3 subunits ~35 kDa and three ~45 kDa. Surprisingly, the partially pure protein fraction was able to reduce the 4- methylacetophenone giving 17% of (S)-1-(4-methylphenyl)ethanol with excellent enantiomeric excess >99%.