Orientador: Ivan de Godoy Maia / Resumo: Proteínas desacopladoras (UCPs; do inglês uncoupling proteins) são proteínas especializadas no transporte mitocondrial que desacoplam a respiração da síntese de ATP. UCPs geram um fluxo de prótons através da membrana mitocondrial interna, dependente de ácidos graxos e sensível a nucleotídeos purínicos (PN). No presente trabalho, foram realizados vários estudos empregando UCPs de plantas (pUCP). Inicialmente, foi empreendida a caracterização bioquímica de uma UCP de milho (Zea mays; ZmUCP), representativa de espécies monocotiledôneas. Essa proteína, quando expressa em Escherichia coli e reconstituída em lipossomos, foi capaz de induzir um fluxo de prótons dependente de ácido linoléico (LA) e sensível a ATP com valores de Km, Vmax e Ki similares àqueles observados para pUCPs de espécies dicotiledôneas. A ZmUCP foi utilizada para investigar a importância de um par de histidinas presente no segundo loop matricial da UCP1 de mamíferos e ausente nas pUCPs. A introdução do referido par de histidinas na ZmUCP (Lys155His e Ala157His) provocou um aumento na afinidade por LA enquanto que a sua atividade permaneceu inalterada. Em um estudo mais abrangente de estrutura-função, mutações pontuais nos resíduos Lys147, Arg155 e Tyr269, localizados nas chamadas assinaturas das UCPs, e Cys28 e His83, específicos para pUCPs, foram introduzidas na proteína AtUCP1 de Arabidopsis. Os efeitos de tais mutações nas propriedades bioquímicas da AtUCP1 foram examinados usando sistema de reconstituição em lipossomos. O resíduo Arg155 parece ser crucial para a afinidade da AtUCP1 por LA enquanto que His83 tem importante função na atividade de transporte. Os resíduos Cys28, Lys147, e também Tyr269, são importantes para a correta funcionalidade da AtUCP1, já que suas substituições... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Uncoupling proteins (UCPs) are specialized mitochondrial transporter proteins, which uncouple respiration from ATP synthesis. UCPs mediate a fatty acid (FA)-dependent, purine nucleotide (PN)-inhibitable proton flux across the inner membrane mitochondrial. In the present study, several assays on plant UCPs (pUCP) were performed. Firstly, we biochemically characterized an UCP from maize (Zea mays; ZmUCP), a representative uncoupling protein from monocot species. This protein was expressed in Escherichia coli and reconstituted in liposomes. ZmUCP was fully active and induced a linoleic acid-dependent proton flux that was sensitive to ATP. The obtained Km, Vmax and Ki values were similar to those observed for dicot pUCPs. ZmUCP was also used to investigate the importance of a histidine pair present in the second matrix loop of mammalian UCP1 and absent in pUCPs. ZmUCP with the introduced histidine pair (Lys155His and Ala157His) displayed increased LA-affinity while its activity remained unchanged. In a subsequent study using AtUCP1, point mutations were introduced in amino acid residues Lys147, Arg155 and Tyr269, located inside the so-called UCP-signatures, and Cys28 and His83, specific for pUCPs. The effects of amino acid replacements on AtUCP1 biochemical properties were examined using reconstituted liposomes. Residue Arg155 appears to be crucial for AtUCP1 affinity to LA whereas His83 plays an important role in transport activity. Residues Cys28, Lys147, and also Tyr269 are important for correct AtUCP1 function, as their substitutions affected either the AtUCP1 affinity to LA and its transport activity, or sensitivity to PN inhibitors. Furthermore, we analyzed the expression profiles of the six genes encoding pUCP in Arabidopsis thaliana (AtUCP1-6) in response to salt (NaCl) and osmotic (mannitol)... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Ivan de Godoy Maia / Banca: Paulo Eduardo Martins Ribolla / Banca: Marcelo Menossi Teixeira / Resumo: As proteínas desacopladoras pertencem à família de carreadores aniônicos mitocondriais. De maneira geral, as proteínas desacopladoras dissipam o gradiente eletroquímico de prótons gerados na respiração na forma de calor, sendo dependentes de ácidos graxos e sensíveis aos nucleotídeos purínicos. O presente estudo visou investigar o comportamento de plantas transgênicas de tabaco que expressam de forma constitutiva o gene AtUCP1, frente aos estresses osmótico e salino, bem como analisar a atividade das regiões promotoras dos genes AtUCP1 e AtUCP2 de Arabidopsis thaliana, em resposta aos estresses osmótico e de baixa temperatura, e ao ácido abscísico. Numa primeira abordagem foram utilizadas sementes selvagens e de duas linhagens transgênicas, germinadas em meio MS adicionados ou não de NaCl e Manitol. O teste de germinação revelou que as linhagens transgênicas apresentam uma maior tolerância aos referidos estresses. Quando o crescimento radicular foi analisado, uma maior inibição foi constatada no controle não transgênico em relação às duas linhagens transgênicas testadas. Adicionalmente, quando submetidas aos estresses, uma maior acumulação de ânion superóxido foi verificada nas folhas de plântulas não transgênicas em relação às plântulas das linhagens transgênicas. Quanto à quantificação de GUS nas plantas transformadas com os promotores dos genes AtUCP1 e AtUCP2, nenhuma alteração significativa foi observada em nenhum dos tratamentos testados / Abstract: The uncoupling proteins belong to the mitochondrial anion carrier family. In general, the uncoupling proteins dissipate the proton electrochemical gradient generated in respiration as heat, being dependent on fatty acids and sensitive to purine nucleotides. In the present study, we investigated the behavior of transgenic tobacco plants that overexpress the AtUCP1 gene when subjected to osmotic and saline stress, as well as the activity of the promoters of the AtUCP1 and AtUCP2 genes of Arabidopsis thaliana, in response to osmotic and cold stress, and abscisic acid. In the first approach, seeds from wild type and two transgenic lines were germinated in MS medium containing (or not) NaCl and mannitol. The germination test showed that the transgenic lines have a higher stress tolerance. When root growth was analyzed, a greater inhibition was observed in non-transgenic control seedlings as compared to seedlings of the two transgenic lines tested. Additionally, when subjected to stress, a greater superoxide anion accumulation was detected in leaves of non-transgenic seedlings as compared to seedlings of transgenic lines. Quantification of GUS activity in the plants transformed with the tested promoters, revealed no treatmentspecific differences / Mestre