Tripsinas e quimotripsinas, enzimas pertencentes à classe das serina proteinases, são as principais enzimas proteolíticas digestivas presentes no intestino médio de insetos de diversas ordens. Entretanto, enzimas de diferentes insetos possuem propriedades cinéticas distintas, sendo os motivos dessas diferenças especulados. Precipitações por sulfato de amônio das tripsinas de Tenebrio molitor, Diatraea saccharalis e Spodoptera frugiperda mostram que insetos Lepidópteros possuem serina proteinases mais hidrofóbicas, que foi confirmado através de cromatografias de interação hidrofóbica e da análise de acesso do solvente às superfícies protéicas em modelagens tridimensionais de seqüências. Tal fato está relacionado à formação de oligômeros e resistência a defesas de plantas. Inativações por TPCK mostram que quimotripsinas digestivas de S. frugiperda, inseto polífago, reagem duas ordens de grandeza mais lentamente e possui um deslocamento do pH ótimo de modificação em mais de uma unidade quando comparada com dos outros dois organismos, fato relacionado à resistência a cetonas presentes em diversas plantas. A tripsina digestiva de Periplaneta americana foi purificada e microsseqüenciada, resultando na seqüência VSPAFSYGTG e associada a um alérgeno (denominado PaTry), expresso nos cecos e na região anterior do ventrículo. O anticorpo anti-tripsina de M. domestica reconheceu apenas uma banda no intestino de P. americana e foi utilizado para imunocitolocalizar tripsinas nos tecidos epiteliais, demonstrando que esta é secretada por exocitose nos cecos e na região anterior do ventrículo, como esperado. Por último, a atividade majoritária de quimotripsina se localiza surpreendentemente na região posterior do ventrículo de M. domestica. Apesar disso, apenas 28% dessa atividade é perdida através das fezes, pois 31% da atividade enzimática se encontra firmemente aderida à membrana, e 41% na fração celular solúvel (associada ao glicocálice), sendo a atividade solúvel luminal correspondente a apenas 12%, indicando a existência de pelo menos duas espécies moleculares distintas, uma solúvel e uma aderida à membrana, comprovado inativações térmicas das duas atividades (solúvel e aderida à membrana) na presença e na ausência de Triton X-100, sendo que a atividade aderida à membrana apresentou uma maior meia vida com uma cinética de primeira ordem nos dois casos. Ensaio em gel demonstrou que o homogeneizado possui apenas uma banda de atividade quimotríptica de 30 kDa. A atividade solúvel majoritária foi purificada até a homogeneidade, apresentando uma banda de 30 kDa em SDS-PAGE, pH ótimo de 7,4 e é 90% inativada por TPCK 0,1 mM em pH 8,5 em 15 min. Ela prefere substratos contendo Phe em P1, apesar clivar substratos contendo Tyr e Leu. Uma seqüência contígua similar a quimotripsina foi obtida a partir de uma biblioteca de cDNA de intestino médio de M. domestica, formada por 71 ESTs (de 826 seqüências obtidas ao acaso), indicando que esta deve corresponder à atividade majoritária. Essa seqüência, denominada MdChy1, prediz uma proteína madura de 28.639,2 Da e foi clonada e expressa de maneira recombinante em E. coli BL21 (DE-3) Star, sendo utilizada para produção de anticorpos policlonais em coelhos, que reconheceram uma banda de 30 kDa no ventrículo anterior e posterior, mas não no médio. Esses anticorpos foram utilizados para imunomarcações e reconheceram proteínas no lúmem, nas microvilosidades e em pequenas vesículas do epitélio, demonstrando que a quimotripsina é secretada ao lúmem por exocitose e indicando que o MdChy1 corresponde à atividade majoritária de quimotripsina. Análises de expressão em M. domestica indicam a existência de dois conjuntos de serina proteinases digestivas, um expresso na região anterior e um segundo na região posterior do ventrículo. O MdChy1 é expresso na região posterior, local em que se encontra a atividade majoritária de quimotripsina. Uma reconstrução filogenética dos genes similares a quimotripsinas de Drosophila melanogaster e de M. domestica demonstram que a MdChy1 se agrupa com genes expressos no intestino médio, portanto, com função digestiva. / Trypsins and chymotrypsins, serine proteinases enzymes, are the major proteolytic activities present in the midgut of insects. However, enzymes obtained from different insects present different kinetic properties, and the reason for the differences are speculated. Trypsin precipitation of Tenebrio molitor, Diatraea saccharalis and Spodoptera frugiperda with ammonium sulfate showed that Lepidopteran insects possess serine proteinases with a higher superficial hydrophobicity than insects belonging to other orders, which may be associated to oligomerization of enzymes and resistance to inhibitors present in the food. This was confirmed by hydrophobic interaction chromatography and analysis of solvent access to serine proteinases surface. Moreover, inactivations of chymotrypsins by TPCK showed that S. frugiperda chymotrypsins react one order slower and has an optimum pH of modification more than 1 unit higher than chymotrypsins of D. saccharalis and T. molitor, which was related with the resistance of the enzyme to the presence of plant ketones, since S. frugiperda is a polyphagous organism. The digestive trypsin from Periplaneta americana midgut was purified microssequenced, resulting in the sequence VSPAFSYGTG, coincident to the MPA3 allergen (named PaTry), which is expressed in the caeca and anterior ventriculus. Western blot using M. domestica trypsin antisera recognized a single band, and immunohistochemical assays using this antisera showed that the P. americana trypsin is secreted by exocitosys in caeca and anterior ventriculus, which is coincident to the expression data. Although the major M. domestica chymotrypsin activity is present in the posterior ventriculus, only 28% of the activity is lost in feces, because 31% of activity is membrane-bound, and 41% is in the cellular soluble fraction (glycocalix-associated), and only 12% of total activity is soluble in the lumen, indicating the existence of at least two molecular species of chymotrypsins. Thermal inactivations of both activities (soluble and membrane-bound) showed that they may represent two different molecular enzymes, since the membrane-bound activity has a higher half-life than the soluble both in the presence and in the absence of Triton X-100. Both activities presented a linear first-order inactivation kinetic. In gel assays showed the presence of only one activity band in the midgut of 30 kDa. The major soluble activity was purified through one affinitychromatography, and active fractions presented a single 30 kDa band, a optimum pH of 7.4 and was 90% modified by TPCK 0.1 mM at pH 8.5 during 15 min. This enzyme preferentially cleaves substrates containing Phe residues in P1, although it cleaves substrates containing Tyr and Leu. A contig of a chymotrypsin-like sequence was randomly obtained from a cDNA library of M. domestica midguts from 71 ESTs (a total of 826 sequences), indicating that this sequence corresponds to the major activity present in the lumen. This sequence, named MdChy1, predicted a protein with 28639.2 Da which was cloned, recombinantly expressed in E. coli BL21 (DE-3) Star, this recombinant MdChy1 was used to raise polyclonal antibodies in rabbit. A western blot using this antisera recognised a single band in the anterior and posterior ventriculus, but not in the middle. Imunno-gold labeling of epithelium marked proteins in the lumen, at the microvilli and inside small vesicles, demonstrating that chymotrypsin is secreted through exocytosis in M. domestica and reinforcing that MdChy1 corresponds to the major chymotryptic activity found in the midgut. A semi-quantitative RT-PCR of M. domestica serine proteinase-like genes demonstrated that there are two set of genes, one expressed in the anterior and another in the posterior ventriculus, as visualized in western blot. MdChy1 is expressed in the posterior ventriculus, where the major chymotryptic activity is found. A phylogenetic reconstruction of Drosophila melanogaster chymotrypsin-like sequences and M. domestica chymotrypsins showed that MdChy1 branched with sequences expressed in midgut, thus coding proteins involved in digestion.

Tripsinas e quimotripsinas são classes de serina peptidases amplamente estudadas e fortemente responsáveis pela digestão proteica, pela clivagem de ligações peptídicas no lado carboxila de L-aminoácidos de cadeia lateral básica e hidrofóbica, respectivamente. Três processos regulam finamente a ação dessas peptidases: secreção, ativação do precursor (zimogênio) e o sítio de reconhecimento do substrato. No presente trabalho é apresentada uma análise filogenética detalhada das tripsinas e quimotripsinas de três ordens de insetos holometábolos, revelando características divergentes nas enzimas de Lepidóptera em relação a Coleóptera e Díptera. Em particular, o sub-sítio S1 das tripsinas foi observado como mais hidrofílico em Lepidóptera do que em Coleóptera e Díptera, enquanto os sub-sítios S2-S4 parecem mais hidrofóbicos, sugerindo diferente preferências pelo substrato. Além disso, Lepidóptera mostrou um grupo de tripsinas bastante específico a um grupo taxonômico, compreendendo somente proteínas de espécies da família Noctuidae. Evidências de eventos de auto-ativação facilitada foram também observadas em todas as ordens de insetos estudadas, com as características do motivo de ativação do zimogênio complementárias ao sítio ativo das tripsinas. Em contraste, as quimotripsinas de insetos não parecem ter uma história evolutiva peculiar com respeito a, por exemplo, seus homólogos em mamíferos. Em geral, os presentes resultados sugerem que a necessidade de uma rápida taxa de autoativação fez os insetos holometábolos selecionarem grupos especializados de tripsinas com altas taxas de auto-ativação e também destacam que a evolução das tripsinas culminou em um grupo especializado de enzimas em Lepidóptera. / Trypsins and chymotrypsins are well-studied classes of serine peptidases largely responsible for the digestion of proteins by cleavage of the peptide bond at the carboxyl side of basic and hydrophobic L-amino acids, respectively. Three processes mainly regulate the action of these peptidases: secretion, precursor (zymogen) activation and substrate-binding site recognition. In the present work is presented a detailed phylogenetic analysis of trypsins and chymotrypsins in three orders of holometabolous insects revealing divergent characteristics in the Lepidoptera enzymes in relation to Coleoptera and Diptera. In particular, trypsin subsite S1 was observed to be more hydrophilic in Lepidoptera than in Coleoptera and Diptera, whereas subsites S2-S4 appeared more hydrophobic, suggesting different substrate preferences. Furthermore, Lepidoptera displayed a very specific taxonomic trypsin group, only encompassing proteins from the Noctuidae family. Evidences for facilitated trypsin auto-activation events were also observed in all the insect orders at hand, with the characteristic zymogen activation motif complementary to the trypsin active site. In contrast, insect chymotrypsins did not seem to have a peculiar evolutionary history with respect to e.g. their mammal counterparts. Overall, the present findings suggest that the need for fast digestion made holometabolous insects evolve specialized groups of trypsins with high autoactivation rates and highlight that the evolution of trypsins culminated in a specialized group of enzymes in Lepidoptera.

Orientador: Maria Lígia Rodrigues Macedo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T23:17:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bezerra_CezardaSilva_M.pdf: 16272882 bytes, checksum: c9bdf2bf628fb555d1bc1ccc47c972c5 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Os inibidores de proteases de plantas têm sido amplamente estudados como uma alternativa para o controle de insetos-praga devido à capacidade de inibir enzimas envolvidas na digestão. Assim sendo, o objetivo deste trabalho foi estudar a atividade biológica do inibidor de tripsina de sementes de Inga vera (IVTI) sobre o desenvolvimento, fisiologia nutricional e atividade enzimática de Anagasta kuehniellla. Larvas neonatas (n=40) foram mantidas em dieta artificial sem inibidor (controle) ou contendo 1% de IVTI (p/p) até atingirem o quarto e quinto instares. As análises realizadas determinaram o efeito sobre o desenvolvimento destas, desde período larval até emergência dos adultos. Através de outras aferições elaboramos uma tabela de parâmetros nutricionais. A atividade proteolítica do homogenato intestinal e fecal foi analisada através de zimograma e ensaios enzimáticos in vitro, utilizando BApNA e Suc-AAPF-pNA como substratos para tripsina e quimotripsina, respectivamente. IVTI foi incubado com o homogenato intestinal larval para verificar a degradação do mesmo. O consumo de IVTI pelas larvas provocou uma redução de cerca de 50% no peso médio larval e uma redução significativa taxa de sobrevivência de 15%, bem como o prolongamento do período larval em 8 dias. A análise dos índices nutricionais revelou uma redução na eficiência de conversão do alimento ingerido e digerido e um aumento no custo metabólico, sugerindo que IVTI apresenta efeito antinutricional para esta espécie. IVTI alterou a atividade proteolítica intestinal das larvas com a redução atividade tríptica e o aumento da atividade quimotríptica. Na análise fecal, os níveis da atividade tríptica foram semelhantes tanto nas fezes das larvas alimentadas em dieta controle quanto contendo inibidor, entretanto foi observado um aumento no nível da atividade quimotríptica nas larvas alimentadas com inibidor. IVTI não foi degradado pelas enzimas intestinais, sendo excretado nas fezes e permanecendo com sua atividade inibitória ativa. O zimograma não revelou nenhuma forma variante de enzima nas larvas alimentadas com inibidor, mas foi possível observar quais sofreram influências pelo mesmo. Com base nesses resultados, IVTI apresentou uma atividade tóxica e antinutricional contra A. kuehniella / Abstract: Plant protease inhibitors have been extensively studied as an alternative for the control of insect pests because of their ability to inhibit enzymes digestive enzymes. In this work, the biological activity of trypsin inhibitor of Inga vera seed (IVTI) on the development, nutritional physiology and enzyme activity of Anagasta kuehniellla was evaluated. Neonate larvae (n=40) were maintained on artificial diet without inhibitor (control) or containing 1% IVTI (w / w) until fourth and fifth instar. This bioassay determined the effect on the development from the larval period to adult emergence. Through other measurements prepared a table of nutritional parameters. The proteolytic activity of intestinal and fecal homogenate was analyzed by zymography and enzymatic assays, in vitro, using BApNA and Suc-AAPF-pNA as substrates for trypsin and chymotrypsin, respectively. IVTI was incubated with the larval gut and check the degradation of the inhibitor. IVTI consumption by the larvae resulted in a reduction of about 50% of larval weight and a significant larval survival rate of 15%, as well as the extension of the larval period to 8 days. Nutritional analyses showed a reduction of efficiency of conversion of food eaten and digested and an increase in metabolic cost, suggesting that IVTI produces an anti-nutritional effect for this specie. IVTI changed the proteolytic activity in the gut of the larvae with decrease of trypsin activity and increase of chymotrypsin activity. Fecal analyses, the levels of trypsin activity were similar in the feces of larvae fed on control diet as containing inhibitor, however there was an increase in the level of chymotrypsin activity in larvae fed with inhibitor. IVTI was not degraded by intestinal enzymes, but it excreted in the feces and their inhibitory activity remained active. Zymogram revealed no variant form of the enzyme in the larvae fed inhibitor, but was observed which were influenced by it. Based on these results, IVTI presented an anti-nutritional and toxic activity against A. kuehniella / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Orientadores: Maria Lígia Rodrigues Macedo, Maria das Graças Machado Freire / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T18:00:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_CarlosHenriqueZanini_M.pdf: 3256360 bytes, checksum: 92dcd99d5853476244d7668b4ceb774b (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The abstract is available with the full electronic document / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Introduction: Chronic wounds are a great burden to care-givers and patients alike and are the main cause of many preventable amputations. Such wounds are treated with wound dressings but providing a wound environment that is conducive to proper wound healing is not always possible with such dressings. Absorbatox™ is a natural zeolite that has been manipulated to increase its cationic exchange capacity and has its main functionality as a potential wound healing agent in its strong capillary action. This quality enables the zeolite to absorb excess wound exudate and thus prevent wound infection and maceration. Absorbatox™ was characterised to determine its effects on wound healing. Methods: The physical characterisation of two grades of Absorbatox™ - granular and micronised - was conducted using nitrogen adsorption to determine pore size and surface area, and laser particle sizing to determine the particle sizes of the Absorbatox™ particles. Full-thickness wounds of 8 x 8 mm were created on the backs of pigs and treated with Absorbatox™, a positive and a negative control. The wound dimensions were measured and recorded. The wounds were then excised on selected days of each phase of wound healing and fixed in formalin. The wound sections were analysed by mass spectrometry imaging and abundant wound proteins were identified from the tryptic digests using BLAST against the Swiss-Prot database. Results: The surface areas of the micronised and granular Absorbatox™ were 14.43 and 11.23 m2/g, respectively. The micronised Absorbatox™ particle sizes ranged between 0.8 µm to approximately 300 µm with an average pore diameter of 28.2 nm. The granular Absorbatox™ particle sizes ranged between 2 µm and 875 µm with average pore diameters of 43.8 nm. Absorbatox™ showed better wound healing by delaying wound contraction and causing more rapid shallowing of the wound depths compared to the negative control. The difference observed in the wound healing rates of the Absorbatox™-treated and positive control groups were statistically significant and the histological evaluations of the wounds treated with Absorbatox™ showed wound closures that were associated with qualities that more closely resembled normal, healthy tissue than the positive control wounds. The protein activity in the trypsin-digested tissue including within the wound area and the surrounding healthy tissue was successfully imaged using MALDI-MSI. BLAST software was used at an e-value of 30 to identify possible proteins from the tryptic digests and were identified as proteins involved in wound healing. Discussion: Micronised Absorbatox™ treated wounds showed more rapid healing than the other treatments most likely due to the smaller particles and pores which results in strong capillary action to absorb excess exudate. Mass spectrometry imaging allowed monitoring of the protein fluctuations that occur during wound healing. The proteins detected were then identified using BLAST and MASCOT database comparison tools which identified that the abundant proteins detected by mass spectrometry were not those typically observed in wound healing but rather those involved in molecular aspects of wound healing like nerve regeneration, cell proliferation, survival, and migration. / Dissertation (MSc)--University of Pretoria / Pharmacology / unrestricted

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We used the GENECONV program, the Hsu et al. (2010) method and phylogenetic analyses to analyze the gene conversions which occurred in the growth hormone, folate receptor and trypsin gene families of six primate species. Significant positive correlations were found between sequence similarity and conversion length in all but the trypsin gene family. Converted regions, when compared to non-converted ones, also displayed a significantly higher GC-content in the growth hormone and folate receptor gene families. Finally, all detected gene conversions were found to be less frequent in conserved gene regions and towards functionally important genes. This suggests that purifying selection is eliminating all gene conversions having a negative functional impact.

Orientadores: Maria Lígia Rodrigues Macedo, Odalys Garcia Cabrera, Goran Neshich / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T08:34:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ramos_VanessadaSilveira_D.pdf: 9537452 bytes, checksum: 829f959a45ba9dc3fb47b19126255aca (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Os inibidores de tripsina têm sido utilizados com sucesso para aumentar a resistência das plantas contra os insetos. No presente trabalho avaliamos a eficiência de um inibidor de tripsina de Inga laurina (ILTI) sobre o desenvolvimento de larvas de Diatraea saccharalis e Heliothis virescens, duas importantes pragas da cana-de-açúcar e tabaco, respectivamente. Para estes fins foram utilizadas diversas estratégias (i) purificação da proteína ILTI nativa a partir de sementes de I. laurina e sua utilização para suplementação de dieta artificial fornecida como alimento às larvas dos insetos em estudo. Isto com o intuito de avaliar os efeitos do inibidor no desenvolvimento destes indivíduos; (ii) obtenção da sequência de DNA do gene ilti, clonagem, expressão e purificação da proteína recombinante assim como avaliação da sua atividade inibitória; (iii) obtenção de plantas transgênicas de cana-de-açúcar e tabaco com o gene ilti obtido a partir do DNA genômico de I. laurina ou do gene ilti-s sintetizado quimicamente usando o uso de códons da cana-de-açúcar. A adição de 0,1% (p/p) de ILTI na dieta de D. saccharalis não alterou a sobrevivência larval, mas resultou em uma redução de 56% no peso das larvas. As larvas de H. virescens que foram alimentadas em uma dieta contendo 0,5% (p/p) de ILTI apresentaram uma redução de 84% no peso. Experimentos in vitro mostraram que ILTI não foi digerido pelas proteinases do intestino médio de ambas as espécies de larvas. Ensaios trípticos permitiram observar que não houve alteração nos níveis de tripsina no intestino médio de ambos os insetos. Entretanto, verificou-se uma redução de 55,3% na atividade tríptica das fezes de D. saccharalis e um aumento de 24,1% desta atividade nas fezes de H. virescens. A atividade da tripsina em ambas as espécies alimentadas com ILTI foi sensível ao inibidor, sugerindo que nenhuma nova proteinase resistente à ILTI foi induzida. Adicionalmente, a proteína recombinante reILTI produzida em Escherichia coli apresentou atividade inibitória similar à proteína nativa em testes de atividade anti-tríptica. Com isso, reILTI pode ser considerada como uma potencial ferramenta biotecnológica. Finalmente, larvas de D. saccharalis e H. virescens foram alimentadas com plantas transgênicas de cana-de-açúcar e tabaco - respectivamente - expressando os genes ilti e/ou ilti-s. Os resultados mostraram que os transgênicos foram capazes de interferir no metabolismo dos insetos-praga testados sugerindo que esta estratégia pode ser promissora na obtenção de plantas mais resistentes ao ataque de insetos / Abstract: Trypsin inhibitors have been successfully used to increase plant resistance against insects. In this work, we evaluated the efficiency of a trypsin inhibitor from Inga laurina (ILTI) on the development of Diatraea saccharalis and Heliothis virescens, two important pests of sugarcane and tobacco, respectively. For these purposes, several strategies were employed: (i) purification of the native protein ILTI from I. laurina seeds, and its use as a supplement in the artificial diet provided for the insect larvae. This purpose was performed in order to evaluate the effects of ILTI on the development of these individuals, (ii) elucidation of the DNA sequence of the ilti gene; cloning, expression and purification of the recombinant protein (reILTI) as well as evaluation of its inhibitory activity, (iii) production of transgenic plants of sugarcane and tobacco with the gene ilti from I. laurina genomic DNA or the gene ilti-s, which was chemically synthesized using the sugarcane codon usage. The addition of 0.1% (w/w) ILTI in the diet of D. saccharalisdid not alter larval survival but resulted in a reduction of 56% in the weight of the larvae. The H. virescens larvae that were fed a diet containing 0.5% (w/w) ILTI showed an 84% decrease in weight. In vitro experiments showed that ILTI was not digested by the midgut proteinases of either species of larvae. Triptic assays allowed observe that there was no alteration in the trypsin levels in the midgut of either insect. However, there was a reduction of 55.3% in the triptic activity in the feces of D. saccharalis and an increase of 24.1% of this activity in the feces of H. virescens. The trypsin activity in both species fed with ILTI was sensitive to the inhibitor, suggesting that no novel proteinase resistant to ILTI was induced. Additionally, reILTI showed similar inhibitory activity to those of the native protein in the anti-tryptic assays. Therefore, reILTI can be considered a potential biotechnological tool. Finally, larvae of D. saccharalis and H. virescens were fed with transgenic sugarcane and tobacco plants, respectively. The results showed that transgenic plants were able to interfere with the metabolism of these insect pests, suggesting that this is a promising strategy for the production of plants that are more resistant to insect attack / Doutorado / Bioquimica / Doutora em Biologia Funcional e Molecular

Serina endopeptidases de insetos, principalmente tripsinas e quimotripsinas, estão envolvidas na digestão inicial de proteínas. Genes codificadores para estas enzimas estão organizados em famílias multigênicas tendo expressão diferencial de acordo com a dieta do inseto, estando envolvidos no desenvolvimento de resistência a diferentes metabólitos secundários vegetais. Para uma melhor compreensão desta interação, fez-se necessário o isolamento destas enzimas para insetos de diferentes ordens, bem como a caracterização de suas especificidades por duas abordagens: (a) caracterização cinética dos subsítios componentes do sítio de ligação de tripsinas e quimotripsinas, utilizando diferentes substratos, modificadores químicos e inibidores e (b) estudos estruturais por modelagem molecular, clonagem, expressão e cristalização destas enzimas de insetos. Além disso, estudos evolutivos por análise de distância possibilitaram uma caracterização inicial da interação insetoplanta. Estas determinações permitiram verificar que tripsinas de insetos apresentam diferenças de especificidade tanto dentre as diferentes ordens de insetos quanto em relação às tripsinas de vertebrados, sendo que as tripsinas da ordem Lepidóptera apresentam troca de especificidade primária hidrolisando preferencialmente substratos P1 Lys. Foram também observadas diferenças de hidrofobicidade para os subsítios caracterizados sendo que estes apresentam hidrofobicidades crescentes segundo o grau de complexidade dos insetos na sua escala evolutiva. A troca de especificidade e o aumento da hidrofobicidade podem permitir a hidrólise dos inibidores vegetais protéicos. A análise das sequências de tripsinas de insetos por Neighbor Joining (NJ) compõe uma árvore de distâncias topologicamente semelhante à árvore de relações filogenéticas determinadas por morfologia. A sobreposição de estruturas pré -determinadas de tripsina complexada a diferentes inibidores permite a identificação de posições de interação enzima-inibidor que justificam a classificação em grupos distintos de enzimas sensíveis ou resistentes a presença de inibidores na dieta de insetos. Da mesma forma: a caracterização da especificidade das quimotripsinas de insetos permitiu a separação de grupos distintos de quimotripsinas. Estes grupos são sustentados pela substituição do resíduo 59 em insetos polífagos que alimentam-se de plantas que contêm cetonas naturais reativas. Estas caracterizações demonstram a importância de um estudo detalhado da especificidade de serina endopeptidases possibilitando o desenho de moléculas apropriadas para inibição destas e desenvolvimento de estratégias de controle de insetos. / Insect serine endopeptidases, mairily trypsin and chymotrypsin are involved in initial protein digestion. Genes that encode these proteins are members of complex multigene families and are differentially expressed according to insects diet , thus being involved with resistance to plant metabolites. Purification of trypsins from different insect orders and chymotrypsins, as well as, characterization of their specificity are essential to a better understanding of this interaction. Characterization relied on two approaches: (a) kinetic characterization of the binding subsities of trypsins and chymotrypsins using different substrates, chemical modification and inhibition assays and (b) study of protein structure by molecular modelling and cloning, expression and crystallization of these enzymes. Besides that, evolutionary studies performed through distance analysis, permitted the investigation of plantinsect interaction. These characterizations showed that insect trypsins, in terms of specificity, are quite different from vertebrate trypsins and among insect orders. Lepidopterans trypsins have a distinct primary specificity, since they hydrolyses preferentially P1 Lys substrates, and present a crescent subsite hydrophobicity, which is directly correlated with the evolutionary scale. Both, the specificity exchange and the crescent hydrophobicity can allow the hydrolysis of vegetal proteic inhibitors. The analysis of trypsin sequences in Neighbor-Joining (NJ) algorithm yield a distance tree that is coherent with morphological phylogenetic relationships. The superposition of predicted structures of trypsins-inhibitors complexes permits to observe amino acid residues of interaction between enzyme-inhibitor, which support the distinction of different groups between sensitive and insensitive trypsins to the presence of inhibitors on insect diet. Similarly, characterization of insect chymotrypsins according to their specificity allowed us to classify these enzymes into different groups. These groups are supported by residue 59 replacements in polyphagous insects, which feed on plants bearing natural reactive ketones. These studies show the irnportance of a detailed study of serine endopeptidases, which may help in the development of better insect control strategies.

Tripsinas são enzimas comuns à maioria dos insetos e de fundamental importância para a digestão inicial de proteínas. Desta forma, tornam-se alvos importantes para orientar a construção de plantas transgênicas resistentes a insetos. As tripsinas são serina endopeptidases que clivam cadeias protéicas na porção carboxílica de resíduos de aminoácidos básicos como lisina e arginina, sendo que a hidrólise da ligação peptídica formada por um resíduo de arginina é de duas a dez vezes mais eficiente que a hidrólise da ligação peptídica formada por lisina. A purificação das tripsinas de insetos de diferentes ordens e o estudo da especificidade de seus subsítios utilizando substratos de fluorescência apagada servem de base para a seleção de um método mais eficiente de inibição da sua atividade, assim como para desvendar as tendências evolutivas da especificidade destas enzimas. O trabalho dessa dissertação levou ao desenvolvimento de processos de purificação das tripsinas de Periplaneta americana, Tenebrio molitor, Musca domestica e Diatraea saccharalis. O estudo da especificidade dos subsítios S1, S2, S3 e S1\' das tripsinas demonstraram que, diferentemente das tripsinas dos outros insetos e das tripsinas de mamíferos, a tripsina de Diatraea saccharalis hidrolisa com maior eficiência substratos que apresentem lisina em P1, demonstrando uma diferença na especificidade primária desta enzima. Além disso, é possível verificar ao longo da evolução dos grupos de insetos estudados uma tendência a tornar os subsítios cada vez mais hidrofóbicos. / Trypsins are serine endopeptidases that hydrolyze peptide bonds at the carboxyl side of positively charged residues: arginine and lysine. Mammalian trypsin preferentially cleaves the peptide bond formed by arginine. Site directed mutagenesis has shown that trypsin specificity is related to residues present at the primary specificity site and to structural determinants like two surface loops. Differences in trypsins specificity may be the cause of some insects be resistant to serine endopeptidases plant inhibitors and to Bacillus thuringiensis toxins. Trypsins are usual enzymes in insects and are very important to protein digestion. There are few studies dealing with insect trypsin specificity. They generally consist in analyses of fragments formed by the action of the enzyme on peptide chains like insulin β chain. As these studies were semi-quantitative, insect trypsin specificity requires a better characterization. This dissertation describes the purification of trypsins from Periplaneta americana, Tenebrio molitor, Musca domestica and Diatraea saccharalis and the characterization of the specificity of the subsites S1, S2, S3 e S1\' by the use of quenched fluorescence peptide substrates. The results showed that trypsins from the mentioned insects have different specificities, including the primary specificity. Thus, Diatraea saccharalis trypsin cleaves at Lys more efficiently than at Arg, whereas the eontrary is true for the other insects. The data also showed that trypsin subsites tend to beeome more hydrophobic as the insects are more evolved.