Esta pesquisa bibliográfica teve o propósito de elucidar a via do acido aspártico, apontando como fonte deste estudo os cereais. O objetivo principal desta pesquisa consistiu em estudar a via do acido aspártico, visando descrever uma variedade de técnicas de engenharia genética e bioquímicas que podem ser empregadas para aumentar a qualidade nutricional de cereais, podendo, assim, compreender o que acarreta o aumento do acumulo de lisina, metionina e treonina nos grãos para suprir essa necessidade na formação de uma proteína balanceada nutricionalmente. Foi realizada uma busca exaustiva em bases de dados Google Scholar, Portal Capes, ISI web of Science, no período de publicação de 1970 a 2012. Foram adotados textos de referencia internacional e nacional. Esta pesquisa foi dividida em três etapas: via do acido aspártico e seus aminoácidos derivados em plantas superiores de 1970 a 1997, via metabólica do acido aspártico no período de 1997 a 2006 e estratégias interessantes para aumentar o nível dos aminoácidos essenciais da via do acido aspártico em plantas no período de 2006 ate o momento. A primeira etapa foi desenvolvida relatando o acido aspártico como precursor dos aminoácidos essenciais: metionina, lisina, treonina e isoleucina. Entre os essenciais, a lisina e um dos mais estudados devido a escassez em muitos cereais, o que contribuiu para o estudo extensivo da via do acido aspártico, revelando, assim, a importância da aspartato quinase (AK), homoserina desidrogenase (HSDH) e dihidrodipicolinato sintase (DHDPS) como enzimas chaves para a regulação da síntese de lisina. A aspartato quinase (AK) exerce um controle sobre via do acido aspártico. A enzima dihidrodipicolinato sintase (DHDPS) regula a síntese de lisina. Na segunda etapa foi apresentada a importância dos aminoácidos sintetizados nas plantas através de complexas vias metabólicas que são controladas por enzimas, intermediários, substratos e aminoácidos. Este estudo também relata os aspectos importantes para uma melhor compreensão da síntese e o acumulo de aminoácidos solúveis e incorporados em proteínas. A terceira etapa foi apresentar estratégias interessantes para utilização em estudos, visando aumentar o nível de aminoácidos essenciais através da manipulação de genes já existentes, como também a introdução de genes estranhos nas plantas. Devido a importância nutricional, essa via tem sido extensivamente estudada, utilizando técnicas de engenharia genética e bioquímica. Pesquisadores tem apresentado esforços considerados no estudo desta via a fim de contribuir para futuras manipulações genéticas, cujo objetivo e produzir plantas com alto conteúdo de lisina, metionina e treonina. / The aim of this research was to elucidate the aspartate metabolic pathway using grains of cereal as a source of study. Therefore, it was necessary to understand the aspartate metabolic pathway in order to depict various biochemical and genetic techniques which can be used to enhance the nutritional value in cereals. After studying theses issues, it was possible to understand the results of having cereals with a high lysine, methionine, and threonine content, so that grains can have balanced protein content. For that reason, an exhaustive research was done by using international and national scientific data published in 1970 to 2012. These data were found in Google Scholar, Portal Capes, and ISI Web of Science. This research was divided in three parts: studies of aspartate metabolic pathway and their essential amino acids derived from plants published in 1970 to 1997, studies of aspartate metabolic pathway published in the period of 1997 to 2006, and interesting strategies to enhance the level of essential amino acids of the aspartate metabolic pathway in plants from 2006 to this moment. Firstly, this investigation reported about the aspartic acid as a precursor of essential amino acids such as methionine, lysine, threonine, and isoleucyne. Among the essential amino acids, lysine has been the most researched due to its lack in many kinds of grains. Needless to say, it has contributed to the intensive study showing the relevancy of aspartate kinase (AK), homoserine dehydrogenase (HSDH), dihydrodipicolinate synthase (DHDPS), as key enzymes for lysine regulation. The aspartate kinase (AK) has an important role on the aspartate metabolic pathway, meanwhile the dihydrodipicolinate synthase (DHDPS) is intrinsically involved on lysine synthesis regulation. Secondly, this investigation presented the importance of the amino acids which are synthesized by plants through metabolic pathways that are controlled by enzymes, intermediates, substrates, and amino acids. In addition, this research reported relevant aspects whereby scientists can improve their understanding about the synthesis and accumulation of soluble amino acids which are incorporated in proteins. Finally, the third part showed interesting strategies which can be used in future researches in order to increase not only the level of essential amino acids by manipulating genes, but also the introduction of odd genes in plants. Given the nutritional relevancy, this pathway has been extensively investigated by using techniques used by biochemical and genetic engineering. Hence, researchers have demonstrated a considerable effort on this matter contributing for future genetic manipulations, so that plants with high lysine, methionine, and threonine content can be produced.

Submitted by RONIVALDO RODRIGUES DA SILVA (rds.roni@yahoo.com.br) on 2016-03-01T13:46:53Z No. of bitstreams: 1 Tese Doutorado RONIVALDO R. SILVA.pdf: 3318357 bytes, checksum: 82fadd527a2ede34e2a0a237a881e8f8 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-03-01T18:27:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silva_rr_dr_sjrp.pdf: 3318357 bytes, checksum: 82fadd527a2ede34e2a0a237a881e8f8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-01T18:27:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_rr_dr_sjrp.pdf: 3318357 bytes, checksum: 82fadd527a2ede34e2a0a237a881e8f8 (MD5) Previous issue date: 2016-02-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Aspártico (E.C. 3.4.23), cisteíno (E.C. 3.4.22) e serino peptidases (E.C. 3.4.21) são endopeptidases, cujos modos de ação são dependentes de resíduos de ácido aspártico, cisteína e serina presentes no sítio catalítico, respectivamente. Atualmente, vários estudos são realizados na busca por novas enzimas com relevantes propriedades bioquímicas para aplicação industrial. Neste contexto, nós propomos a produção de enzimas em bioprocesso submerso, purificação, estudo das propriedades bioquímicas e determinação da especificidade catalítica das peptidases secretadas pelos fungos filamentosos Rhizomucor miehei, Phanerochaete chrysosporium e Leptosphaeria sp. Inicialmente, após produção por bioprocesso submerso, estas enzimas foram purificadas utilizando cromatografias de exclusão molecular e troca iônica. Em ensaios de inibidores na atividade enzimática, notamos inibição das peptidases por pepstatina A (R. miehei), ácido iodoacético/N-Etilmaleimida (P. chrysosporium) e fluoreto de fenil metil sulfonila (Leptosphaeria sp), sendo então definidas como aspártico, cisteíno e serino peptidases, respectivamente. Por SDS-PAGE (12%), as massas moleculares foram estimadas em 37 kDa (aspártico), 23 kDa (cisteíno) e 35 kDa (serino). O máximo de atividade proteolítica foi alcançado em pH 5,5 e 55 ºC para peptidase aspártica secretada por R. miehei; pH 7 e faixa de temperatura 45-55 ºC para cisteíno peptidase secretada por P. chrysosporium, e pH 7 e 45 ºC para serino peptidase secretada por Leptosphaeria sp. Sob efeito de incubação a diferentes pH, a peptidase aspártica mostrou-se estável em condições ácidas (pH 3-5); cisteíno peptidase foi estável em ampla faixa de pH (pH 4-9), e serino peptidase mostrou-se mais estável em condições com tendências alcalinas e pH ligeiramente ácido (pH 5-9). Em todas estas faixas de pH citadas, as peptidases apresentaram atividade proteolítica acima de 80% por 1 hora de incubação. Quanto à estabilidade térmica, a cisteíno peptidase mostrou-se mais termoestável dentre as três enzimas e serino peptidase descreveu a menor tolerância à temperatura. Em incubação com agentes desnaturantes, observamos redução na atividade proteolítica sob efeito de surfactantes iônicos (0,02-1%): dodecil sulfato de sódio (SDS) e brometo de cetil-trimetil amônio (CTAB); íon cobre II (5 mM); Ditiotreitol (DTT) e guanidina (ambos na faixa de 10-200 mM) para todas as peptidases. Por último, em estudo de especificidade catalítica destas enzimas, observamos a preferência por aminoácidos aromáticos (F e W), básicos (K e R) e apolares (em particular, resíduo de metionina) para peptidase aspártica. Alta especificidade descrita por cisteíno peptidase, cuja preferência catalítica é notória por aminoácidos básicos (K, H e R), especialmente na posição P3 e lisina-dependência para catálise na posição P'3. Em serino peptidase, notamos maior aceitação por aminoácidos apolares (G, I, L, M e V), básicos (H e R) e polares neutros (N e Q) para as diferentes posições avaliadas no substrato. / Aspartic (EC 3.4.23), cysteine (EC 3.4.22) and serine peptidases (EC 3.4.21) are endopeptidases whose modes of action are dependent on aspartic acid, cysteine and serine residues present in the catalytic site, respectively. Currently, several studies are conducted in the search for new enzymes with relevant biochemical properties for industrial application. In this context, we propose the production of enzymes in submerged bioprocess, purification, the study of biochemical properties and determining the catalytic specificity peptidases secreted by the filamentous fungus Rhizomucor miehei, Phanerochaete chrysosporium and Leptosphaeria sp. Initially, after production submerged bioprocess, these enzymes have been purified using size-exclusion and ion exchange chromatographies. In the effect of inhibitors on enzyme activity, we note peptidase inhibition by pepstatin A (R. miehei), iodoacetic acid/ N-Ethylmaleimide (P. chrysosporium) and phenyl methyl sulfonyl fluoride (Leptosphaeria sp), suggesting that these enzymes are aspartic, cysteine and serine peptidases, respectively. For SDS-PAGE (12%), molecular weights were estimated at 37 kDa (aspartic), 23 kDa (cysteine) and 35 kDa (serine). Maximum proteolytic activity was achieved at pH 5.5 and 55 °C for aspartic peptidase secreted by R. miehei; pH 7 and temperature range 45-55 °C for cysteine peptidase secreted by P. chrysosporium and pH 7 and 45 °C for serine peptidase secreted by Leptosphaeria sp. Under incubation at different pH effect, aspartic peptidase was stable under acidic conditions (pH 3-5); cysteine peptidase was stable in wide pH range (pH 4-9), and serine peptidase was more stable under alkaline conditions and pH slightly acidic (pH 5-9). In all these pH ranges mentioned, peptidases showed proteolytic activity above 80% by 1 hour incubation. As regards the thermal stability, cysteine peptidase was more thermostable enzyme and serine peptidase described the lowest temperature tolerance. In incubation with denaturing agents, we observed a decrease in proteolytic activity under the effect of ionic surfactant (0.02-1%) sodium dodecyl sulfate (SDS) bromide and cetyl-trimethyl ammonium bromide (CTAB); copper (II) ion (5 mM); Dithiothreitol (DTT) and guanidine (both in the range of 10-200 mM) for all peptidases. Finally, the study of catalytic specificity of these enzymes, we found a preference for aromatic amino acids (F and W), basic (K and R) and nonpolar (in particular, methionine residue) to aspartic peptidase. High specificity described by cysteine peptidase, which a catalytic preference is notorious for basic amino acids (K, R and H), especially in position P3 and lysine-dependence for catalysis at position P'3. In serine peptidase, for different evaluated positions, we noticed greater acceptance by nonpolar amino acids (G, I, L, M and V), basic (M and R) and neutral polar (N and Q).

Esta pesquisa bibliográfica teve o propósito de elucidar a via do acido aspártico, apontando como fonte deste estudo os cereais. O objetivo principal desta pesquisa consistiu em estudar a via do acido aspártico, visando descrever uma variedade de técnicas de engenharia genética e bioquímicas que podem ser empregadas para aumentar a qualidade nutricional de cereais, podendo, assim, compreender o que acarreta o aumento do acumulo de lisina, metionina e treonina nos grãos para suprir essa necessidade na formação de uma proteína balanceada nutricionalmente. Foi realizada uma busca exaustiva em bases de dados Google Scholar, Portal Capes, ISI web of Science, no período de publicação de 1970 a 2012. Foram adotados textos de referencia internacional e nacional. Esta pesquisa foi dividida em três etapas: via do acido aspártico e seus aminoácidos derivados em plantas superiores de 1970 a 1997, via metabólica do acido aspártico no período de 1997 a 2006 e estratégias interessantes para aumentar o nível dos aminoácidos essenciais da via do acido aspártico em plantas no período de 2006 ate o momento. A primeira etapa foi desenvolvida relatando o acido aspártico como precursor dos aminoácidos essenciais: metionina, lisina, treonina e isoleucina. Entre os essenciais, a lisina e um dos mais estudados devido a escassez em muitos cereais, o que contribuiu para o estudo extensivo da via do acido aspártico, revelando, assim, a importância da aspartato quinase (AK), homoserina desidrogenase (HSDH) e dihidrodipicolinato sintase (DHDPS) como enzimas chaves para a regulação da síntese de lisina. A aspartato quinase (AK) exerce um controle sobre via do acido aspártico. A enzima dihidrodipicolinato sintase (DHDPS) regula a síntese de lisina. Na segunda etapa foi apresentada a importância dos aminoácidos sintetizados nas plantas através de complexas vias metabólicas que são controladas por enzimas, intermediários, substratos e aminoácidos. Este estudo também relata os aspectos importantes para uma melhor compreensão da síntese e o acumulo de aminoácidos solúveis e incorporados em proteínas. A terceira etapa foi apresentar estratégias interessantes para utilização em estudos, visando aumentar o nível de aminoácidos essenciais através da manipulação de genes já existentes, como também a introdução de genes estranhos nas plantas. Devido a importância nutricional, essa via tem sido extensivamente estudada, utilizando técnicas de engenharia genética e bioquímica. Pesquisadores tem apresentado esforços considerados no estudo desta via a fim de contribuir para futuras manipulações genéticas, cujo objetivo e produzir plantas com alto conteúdo de lisina, metionina e treonina. / The aim of this research was to elucidate the aspartate metabolic pathway using grains of cereal as a source of study. Therefore, it was necessary to understand the aspartate metabolic pathway in order to depict various biochemical and genetic techniques which can be used to enhance the nutritional value in cereals. After studying theses issues, it was possible to understand the results of having cereals with a high lysine, methionine, and threonine content, so that grains can have balanced protein content. For that reason, an exhaustive research was done by using international and national scientific data published in 1970 to 2012. These data were found in Google Scholar, Portal Capes, and ISI Web of Science. This research was divided in three parts: studies of aspartate metabolic pathway and their essential amino acids derived from plants published in 1970 to 1997, studies of aspartate metabolic pathway published in the period of 1997 to 2006, and interesting strategies to enhance the level of essential amino acids of the aspartate metabolic pathway in plants from 2006 to this moment. Firstly, this investigation reported about the aspartic acid as a precursor of essential amino acids such as methionine, lysine, threonine, and isoleucyne. Among the essential amino acids, lysine has been the most researched due to its lack in many kinds of grains. Needless to say, it has contributed to the intensive study showing the relevancy of aspartate kinase (AK), homoserine dehydrogenase (HSDH), dihydrodipicolinate synthase (DHDPS), as key enzymes for lysine regulation. The aspartate kinase (AK) has an important role on the aspartate metabolic pathway, meanwhile the dihydrodipicolinate synthase (DHDPS) is intrinsically involved on lysine synthesis regulation. Secondly, this investigation presented the importance of the amino acids which are synthesized by plants through metabolic pathways that are controlled by enzymes, intermediates, substrates, and amino acids. In addition, this research reported relevant aspects whereby scientists can improve their understanding about the synthesis and accumulation of soluble amino acids which are incorporated in proteins. Finally, the third part showed interesting strategies which can be used in future researches in order to increase not only the level of essential amino acids by manipulating genes, but also the introduction of odd genes in plants. Given the nutritional relevancy, this pathway has been extensively investigated by using techniques used by biochemical and genetic engineering. Hence, researchers have demonstrated a considerable effort on this matter contributing for future genetic manipulations, so that plants with high lysine, methionine, and threonine content can be produced.

Submitted by Anderson Silva (avargas@icict.fiocruz.br) on 2012-10-17T14:27:32Z No. of bitstreams: 1 ana_carolina_r_sodero_ioc_bcm_0070_2011.pdf: 11876333 bytes, checksum: 816893b7f5b9a8a995ee8cca0e8ce5d1 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-10-17T14:27:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ana_carolina_r_sodero_ioc_bcm_0070_2011.pdf: 11876333 bytes, checksum: 816893b7f5b9a8a995ee8cca0e8ce5d1 (MD5) Previous issue date: 2011 / Universidade Federal do Rio de Janeiro. Centro de Ciências da Saúde. Faculdade de Farmácia. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Peptidases de parasitas são descritas como potenciais alvos terapêuticos. Novas proteases catepsina-D símile de Schistossoma mansoni foram identificadas, em adição à SmCD1, uma aspartil protease envolvida no metabolismo da hemoglobina. Isto indica que uma família de aspartil proteases está presente no parasita. Foram investigados os aspectos estruturais de inibição de aspartil proteases S. mansoni pela pepstatina e por inibidores peptidomiméticos previamente sintetizados e avaliados experimentalmente. As estruturas tridimensionais das enzimas SmCD1, SmCD2 e SmCD3 foram construídas por modelagem comparativa, seguida da metodologia de atracação molecular para gerar os complexos entre as enzimas e os inibidores. Simulações por Dinâmica Molecular foram realizadas com os complexos enzimas/pepstatina. Ligações de hidrogênio, pontes salinas e interações hidrofóbicas foram analisadas para caracterizar a relação estrutura-atividade. A enzima SmCD1 apresentou grande alteração conformacional na alça que conecta as fitas s10C e s11C, próxima ao resíduo de isovalina da pepstatina, que resultou em contatos favoráveis entre a SmCD1 e a pepstatina. Esta interação resultou na formação de um subsítio hidrofóbico em S4. Tais mudanças conformacionais não são observadas nos complexos com a SmCD2 e a SmCD3. Os resultados indicaram que a especificidade de cada enzima pode estar associada aos resíduos externos à tríade catalítica e que inibidores específicos para aspartil proteases de S. mansoni podem ser futuramente desenvolvidos. / Peptidases of parasites have been described as potential targets for chemotherapy. Novel cathepsin D-like proteases of Schistosoma mansoni were identified, in addition to SmCD1, an aspartyl protease required for hemoglobin metabolism. This indicates that a family of aspartyl proteases is present in this parasite. It was investigated the structural aspects of the SmCD proteases inhibition by pepstatin and peptidomimetic inhibitors, previously synthetized and experimentally evaluated. Tridimensional structures of SmCD1, SmCD2 and SmCD3 were modeled by comparative modeling, followed by molecular docking methodology to generate enzyme-inhibitor complexes. Molecular dynamics simulations were performed on complexes with pepstatin. Hydrogen bonds, salt bridges and hydrophobic interactions were analyzed to characterize structure-function relationships within the enzymes. SmCD1 showed a large conformational change in the loop connecting the s10C and s11C strands, near the isovaline of pepstatin, rendering favorable contacts with pepstatin. This interaction resulted in a hydrophobic pocket within the S4 subsite. Such conformational changes were not observed in the SmCD2 and SmCD3 complexes with pepstatin. The simulation results indicated that the specificity of each enzyme may be determined by non-active site residues and that specific inhibitors for aspartic proteases of S. mansoni can be further developed.