Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-06-01Bitstream added on 2014-06-13T19:53:53Z : No. of bitstreams: 1 rocha_mkhr_me_botfmvz.pdf: 206056 bytes, checksum: b4220d7b33a179c4a5950580e30d0d86 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / Os objetivos desta pesquisa foram avaliar a quantidade de fósforo disponível presente em rações experimentais e por meio delas determinar a exigência do mineral para adequada mineralização óssea de alevinos da tilápia do Nilo. Foram formuladas quatro dietas para conter níveis de 2,0; 4,0 e 6,0g kg-1 de fósforo disponível utilizando-se fosfato bicálcico e uma dieta sem suplementação (1,5g kg-1). Todas acrescidas de 1,0g kg-1 de Cr2O3. Para a determinação do coeficiente de disponibilidade do fósforo foram distribuídos 160 peixes (peso médio de 30g + 0,5) em oito aquários, alimentados com as dietas experimentais para coleta de fezes. A exigência de fósforo foi avaliada utilizando grupos de peixes com peso inicial médio de 1,2g + 0,5; sendo alimentados quatro vezes ao dia durante 90 dias até a saciedade aparente. Foram avaliados sobrevivência, ganho de peso, porcentagem de cálcio e fósforo presentes nas vértebras, concentração de fósforo presente na água, densitometria óssea (vértebras e corpo) e imagens tomográficas. As melhores respostas apresentadas pelos peixes foram entre 4,0 e 6,0g kg-1 de fósforo disponível nas dietas / The aim of this study were to evaluate the amount of present available phosphorus in the experimental diets and through them to determine minimum requirement of the mineral for proper bone mineralization of Nile tilapia fingerlings. Four diets were formulated to contain levels of 2.0, 4.0 and 6.0 g kg-1 available phosphorus by calcium phosphate and a diet without supplementation (1.5 g kg-1). All diets were added 1,0g kg-1 Cr2O3. To determine the coefficient of phosphorus availability were distributed 160 fish (average weight 30g + 0.5) in eight tanks, fed the experimental diets for feces. The requirement of phosphorus was evaluated in fish with initial average weight of 1.2g+ 0.5, being fed four times daily for 90 days until satiation. Were evaluated survival, weight gain, percentage of calcium and phosphorus in the vertebrae, phosphorus concentration in the water, bone densitometry (vertebrae and body) and tomography images. The best responses were submitted by the fish between 4.0 and 6.0 g kg-1 of available phosphorus in the diets

Orientador: Luiz Edivaldo Pezzato / Coorientador: Edma Miranda de Carvalho / Banca: Hamilton Hisano / Banca: Vânia Vasconcelos / Resumo: Os objetivos desta pesquisa foram avaliar a quantidade de fósforo disponível presente em rações experimentais e por meio delas determinar a exigência do mineral para adequada mineralização óssea de alevinos da tilápia do Nilo. Foram formuladas quatro dietas para conter níveis de 2,0; 4,0 e 6,0g kg-1 de fósforo disponível utilizando-se fosfato bicálcico e uma dieta sem suplementação (1,5g kg-1). Todas acrescidas de 1,0g kg-1 de Cr2O3. Para a determinação do coeficiente de disponibilidade do fósforo foram distribuídos 160 peixes (peso médio de 30g + 0,5) em oito aquários, alimentados com as dietas experimentais para coleta de fezes. A exigência de fósforo foi avaliada utilizando grupos de peixes com peso inicial médio de 1,2g + 0,5; sendo alimentados quatro vezes ao dia durante 90 dias até a saciedade aparente. Foram avaliados sobrevivência, ganho de peso, porcentagem de cálcio e fósforo presentes nas vértebras, concentração de fósforo presente na água, densitometria óssea (vértebras e corpo) e imagens tomográficas. As melhores respostas apresentadas pelos peixes foram entre 4,0 e 6,0g kg-1 de fósforo disponível nas dietas / Abstract: The aim of this study were to evaluate the amount of present available phosphorus in the experimental diets and through them to determine minimum requirement of the mineral for proper bone mineralization of Nile tilapia fingerlings. Four diets were formulated to contain levels of 2.0, 4.0 and 6.0 g kg-1 available phosphorus by calcium phosphate and a diet without supplementation (1.5 g kg-1). All diets were added 1,0g kg-1 Cr2O3. To determine the coefficient of phosphorus availability were distributed 160 fish (average weight 30g + 0.5) in eight tanks, fed the experimental diets for feces. The requirement of phosphorus was evaluated in fish with initial average weight of 1.2g+ 0.5, being fed four times daily for 90 days until satiation. Were evaluated survival, weight gain, percentage of calcium and phosphorus in the vertebrae, phosphorus concentration in the water, bone densitometry (vertebrae and body) and tomography images. The best responses were submitted by the fish between 4.0 and 6.0 g kg-1 of available phosphorus in the diets / Mestre

A indústria da construção civil é conhecida como umas das atividades econômicas que causam os maiores impactos ambientais desde o processo de extração da matéria prima até a produção dos produtos, incluindo o transporte e manutenção do ambiente construído. A produção de um dos seus principais componentes, o cimento, é o maior contribuinte para a emissão de gases de efeito estufa, principalmente devido a queima de combustíveis fósseis. Por este motivo, pesquisas na área de biotecnologia sustentável são conduzidas para diminuir e até mitigar os efeitos danosos provocados pelos fatores que compõem a construção civil. Dentre estas pesquisas destacam-se as que se baseiam na Biomimética, que é uma ciência que busca na Natureza as soluções tecnológicas para os problemas que os desenvolvimentos humanos geralmente apresentam: a geração de resíduos poluentes, uso de produtos químicos tóxicos e processos que operam com energia e pressão elevadas. Com base nos conceitos biomiméticos, este trabalho se propôs a estudar a biomineralização, que é um processo que ocorre na Natureza a milhares de anos e é responsável pela formação de muitas estruturas biomineralizadas tanto no ambiente terrestre como aquático. A biomineralização é um fenômeno provocado pela ação de diversas espécies de microrganismos que durante o processo de obtenção de energia reciclam minerais presentes no solo e na água e os precipitam na forma de sais inorgânicos. Este material precipitado age como agente ligante de partículas como no caso de formações geológicas (estromatólitos) ou exoesqueletos de animais marinhos, por exemplo. Neste estudo foi avaliado a biomineralização por biodeposição de carbonato de cálcio precipitado na presença da espécie de bactéria ureolítica (Bacillus subtilis) em ensaios em escala laboratorial utilizando corpos de prova de areia, argamassa e concreto. Os corpos de prova em areia e argamassa foram observados em MEV e EDS permitindo a identificação de células de microrganismos, formação de biofilme e provável formação de cristais de carbonato de cálcio na região de biofilme. Os corpos de prova de concreto foram utilizados para avaliar as consequências da biodeposição na absorção de água por capilaridade do material. Resultados indicam redução de 20% na absorção de água por capilaridade. Com os resultados obtidos é possível concluir que a técnica de biodeposição pode ser uma alternativa ao tratamento superficial de estruturas de concreto, contudo requer estudos posteriores de aplicação técnica e viabilidade econômica. / The construction industry has been known as one of the economic activities that cause the major environment impacts since the process of raw material extraction until the products manufacturing including transport and maintenance of the built environment. The production of one of the main compounds, the cement, is the largest contributor to the greenhouse gas emissions, mainly due to burn fossil fuels. For this reason, researches in sustainable biotechnological area are conducted to minimize and even mitigate the damaging effects either promoted by construction industry factors. Among these ones, it stands out researches based on Biomimetic, which is a science that seeks in Nature the technological solutions for problems that human’s development usually presents: the generation of pollutant residues, the use of toxic chemicals and process that operates in high pressure and energy. Based on biomimetic concepts this research proposes to study the biomineralization, which is a process that has occurred in the Nature for thousands of years and it is responsible for the formation of many structures either in soil and water environments. The biomineralization is a phenomenon caused by several specimens of microorganisms that during the process of obtaining energy, they recycle minerals presents at soil and water inducing precipitation as inorganic salts. This precipitated material works as a binder of particles similar to geologic formations (stromatolites) or exoskeleton of sea animal for example. In this study the biomineralization was evaluated through biodeposition of precipitated calcium carbonate by specimen of ureolytic bacteria (Bacillus subtilis). Essays were held using samples made by sand, mortar and concrete. The samples made by sand and mortar were observed at MEV and EDS, allowing the identification of microorganism cells, biofilm formation and probable formation of calcium carbonate crystals at biofilm region. The concrete samples were used to evaluate the consequences of biodeposition on water absorption by capillarity of the material. The results show reduction of 20% on water absorption by capillarity. According the results achieved it possible to conclude that the biodeposition technique can be an alternative to superficial treatment for concrete structures. However, it will be required more studies to evaluate technical application and economical availability.

Conchas do molusco Physa sp., um gastrópode (caracol) comum de aquários de água doce, serviram como modelo para o estudo de alguns aspectos envolvidos na biomineralização. A concha calcária é constituída por cristais de carbonato de cálcio depositados em associação com uma matriz orgânica. Os componentes cristalinos e a matriz, foram estudados por microscopia eletrônica de transmissão e de varredura, e caracterizados por métodos espectroscópicos e analíticos. A constituição cristalina, em geral, assemelha-se àquela existente na maioria dos moluscos, enquanto a camada nacarada, interna da concha, apresenta comparativamente maiores variações. A matriz orgânica consta de um componente insolúvel, essencialmente constituído por polissacarídeos, enxofre e fósforo; e outro componente solúvel, com predominância de serina, glicina, ácido aspártico e ácido glutâmico. A análise feita por ativação de nêutrons demonstrou maior concentração de cálcio, sódio e estrôncio; estes elementos estão geralmente relacionados à presença de aragonita, em outras conchas de moluscos. O estudo qualitativo da fase cristalina foi realizado por difração eletrônica e por espectroscopia de infravermelho. Para análise quantitativa, usou-se a difração de raios-X, sendo os dados refinados pelo método de Rietveld. Os resultados obtidos demonstram a existência de dois polimorfos do carbonato de cálcio, aragonita e calcita, na concha da Physa. A caracterização qualitativa dos componentes inorgânico e orgânico do material estudado, mostrou semelhanças com relação a outros gêneros de moluscos. Experimentos de cristalização do carbonato de cálcio in vitro produziram aragonita e vaterita em presença de ácido aspártico ou glutâmico. Sob ação de glicina, serina ou quitina, houve formação de calcita. Em presença da matriz orgânica insolúvel, houve cristalização de calcita, enquanto a matriz solúvel induziu a cristalização da aragonita. Analisou-se quantitativamente todas as fases cristalinas obtidas nestes experimentos e estudou-se a morfologia dos cristais formados através da MEV e por MO luz. O resultado comparativo das investigações usando a concha natural, e dos cristais sintetizados, permitiu confirmar o papel fundamental da matriz orgânica no processo de cristalização do carbonato de cálcio. / Shells of Physa sp., a common freshwater gastropod snail, were used as a model for mineralization studies of calcium carbonate. The shell is a biomineral that consists of organized crystalline deposits associated to an organic matrix, both of which were studied by transmission and scanning electron microscopy; they were further characterized by means of pectroscopic and analytical methods. As a whole, its structural organization does not differ greatly from that found in other mollusc shells, except for the innermost, nacreous layer, that lines the shell. The organic matrix in Physa was found to consist of an insoluble fraction, essentially containing a polysaccharide, sulphur and phosphor. In addition, another (soluble) fraction is present, in which serine, glycine, aspartic acid and glutamic acid residues prevail. Neutronic activation analysis demonstrates a high concentration of calcium, sodium and strontium, elements known to be related to the presence of aragonite in other molluscan shells. A qualitative study of the crystalline phase was obtained through use of electron diffraction and FTIR spectroscopy. For quantitative analysis X-ray diffraction was used, as refined by the Rietveld method. Results obtained demonstrate the existence of two calcium carbonate polymorphs, aragonite and calcite in the shell of Physa, Qualitative evaluation of both organic and inorganic material from Physa showed similarities to those found in other mollusk shells. In vitro experiments performed at similar-to-natural conditions, on crystallization of calcium carbonate, did also crystallize aragonite and vaterite, provided aspartic acid or glutamic acid were present; whereas calcite was formed in solutions containing glycine, serine or chitin. Aragonite did crystallize when the soluble organic matrix was added to the solution. All these crystalline phases obtained were quantitatively evaluated, their morphologies being studied through light and electron microscopies. A comparative study of the natural crystals from the shell, and those obtained in laboratory experiments, stresses the fundamental role of the organic matrix on calcium carbonate crystallization

Dentre os diversos processos de formação de mineral em organismos vivos, a formação do tecido ósseo é um exemplo particular, uma vez que fosfatos de cálcio, na forma de hidroxiapatita, são produzidos em meio a fibrilas de colágeno na matriz extracelular de células osteogênicas; processo este regulado por um complexo enzimático. A fosfatase alcalina tecido não-específico (TNAP) desempenha um papel fundamental na histogênese óssea, responsável principalmente pela produção de fosfato inorgânico necessário para a formação dos minerais. Diversas abordagens experimentais permitem a reconstituição desta enzima em sistemas miméticos de membrana celular, dentre os quais, os filmes Langmuir-Blodgett (LB), que possibilitam a formação de materiais com propriedades osteoindutoras. No presente estudo, foi investigada a imobilização desta enzima em filmes LB sobre suportes de Ti. O ácido dimiristoil fosfatídico foi o fosfolipídeo utilizado na confecção dos filmes LB, obtendo um regime de deposição linear de massa em função do número de camadas depositadas em subfases de CaCl2. A TNAP foi imobilizada nos filmes através de duas metodologias: a partir da adsorção física da enzima aos filmes LB pré-transferidos a um suporte sólido, ou ainda por meio da construção do filme a partir de uma monocamada mista de DMPA/Ca2+/TNAP. Em ambas as metodologias adotadas, foi obtida uma diminuição drástica da atividade fosfohidrolítica da forma imobilizada da enzima, em relação à sua atividade obtida em meio homogêneo. Ao expor suportes de Ti modificados com os filmes LB em uma solução contendo íons Ca2+ e ATP como fonte de fosfato inorgânico, foi observada a formação de uma maior quantidade de mineral para as amostras contendo a TNAP imobilizada; atribuída a uma maior supersaturação local de íons fosfato devido a maior hidrólise de ATP na presença da enzima, demonstrando a capacidade desta em conferir à superfície modificada uma maior capacidade na indução de formação de mineral. Após este ensaio de mineralização in vitro, foi obtida uma maior hidrofilicidade das superfícies recobertas com os filmes LB na presença da TNAP, tornando estas superfícies modificadas mais bioativas. A presença dos filmes LB mistos de lipídeo/TNAP nas superfícies permitiram a adesão, proliferação e recobrimento homogêneo de células osteogênicas, que posteriormente promoveram o extravasamento de fibrilas proteicas e a formação de nódulos de mineralização. Estes resultados são importantes na confecção de materiais que acelerem o processo de osteoindução. / Among all the processes of mineral formation in living organisms, the osseous tissue formation is a particular example, since that calcium phosphates as hydroxyapatite are produced among collagen fibrils at the extracellular matrix of osteogenic cells, being this process regulated by an enzymatic complex. The tissue nonspecific alkaline phosphatase (TNAP) plays a central role on the osseous histogenesis, responsible mainly for the inorganic phosphate production necessary for mineral formation. Various experimental approaches allows this enzyme reconstitution in cellular membrane mimetic systems, among which, the Langmuir-Blodgett films (LB), that allows the formation of materials with osteoinductive properties. With that in mind, the immobilization of that enzyme in titanium supports modified with LB films was investigated. The dimyristoyl phosphatidic acid was the phospholipid used in the LB film construction, obtaining a linear deposition-layer numbers relation in CaCl2 subphases. The TNAP was immobilized at the films through two main methodologies: from the physical adsorption of the enzyme to the LB film pre-constructed on a solid support, or through the film construction from the mixed DMPA/Ca2+/TNAP monolayer. At both the adopted methodologies, it was obtained a diminishment at the phosphohidrolytic activity of the immobilized enzyme, comparing to its activity at homogeneous media. Exposing the Ti supports with the LB films in a solution containing Ca2+ ions and ATP as a phosphate source, it was observed a higeher mineral formation to the samples containing the immobilized TNAP, possibly due to a higher phosphate ions supersaturation from the higher ATP hydrolysis at the presence of the enzyme, demonstrating the capacity of the TNAP in promoting a higher mineral formation induction to the modified surface. After this in vitro mineralization assay, it was obtained surfaces more hydrophilic at presence of the LB films containing TNAP, making those modified surfaces more bioactive. The mixed LB films presence at the surfaces allowed the adhesion, proliferation and homogeneous covering of osteogenic cells, that posteriorly promoted the production of proteic fibrils and mineralization nodules. Those results are important in order to construct materials more osteointegrative.

A biomineralização óssea é um processo complexo e multifatorial sendo um grande desafio para a ciência à compreensão dos seus mecanismos regulatórios. Este processo é mediado pela liberação de vesículas da matriz (MVs), as quais surgem das superfícies de osteoblastos e são secretadas no local específico do início da biomineralização. MVs têm a capacidade de acumular altas concentrações de íons Ca2+ e fosfato (Pi), proporcionando um microambiente adequado para a formação inicial e propagação dos cristais de hidroxiapatita. Especial atenção deve ser dada a duas proteínas: Anexina V (AnxA5) e Fosfatase Alcalina (TNAP). As anexinas são as proteínas mais abundantes detectadas nas MVs e responsáveis pela formação de canais de cálcio. TNAP apresenta atividade fosfomonohidrolítica, produzindo Pi a partir, principalmente, de pirofosfato (PPi) e ATP. O enfoque deste projeto foi produzir e caracterizar proteolipossomos com diferentes composições lipídicas de dipalmitoil fosfatidilcolina (DPPC) e dipalmitoil fosfatidilserina (DPPS) contendo TNAP e AnxA5, e manter a funcionalidade das proteínas após incorporação nos sistemas miméticos. Foi possível incorporar AnxA5 em DPPC-proteolipossomos (11,64 µg/mL), mas na presença de DPPS houve um aumento significativo de AnxA5 incorporada (25,79 µg/mL) a DPPC:DPPS 10%-proteolipossomos (razão molar). A presença das proteínas nos proteolipossomos compostos por DPPC e DPPC:DPPS 5, 10 e 15% (razão molar) foi confirmada por SDS-PAGE e Immunoblotting. Melhores rendimentos de incorporação das duas proteínas foram obtidos quando ambas foram incorporadas concomitantemente. DPPC-proteolipossomos e DPPC:DPPS 10%-proteoliposomos revelaram conter 75% de AnxA5 e 25% de TNAP em concentração de proteína. A presença de DPPS não afetou significativamente as porcentagens de proteínas incorporadas. Os parâmetros cinéticos da TNAP na hidrólise de diferentes substratos fisiológicos (ATP, ADP e PPi) foram determinados na presença e ausência de AnxA5, em pH fisiológico, e para os diversos sistemas lipídicos. A melhor eficiência catalítica da enzima foi obtida para sistemas contendo 10% de DPPS (razão molar) (kcat/K0.5= 183,02; 776,06 e 657,08 M-1.s-1, respectivamente). A TNAP apresentou maior especificidade para a hidrólise de PPi quando comparado com ATP e ADP. Estudos utilizando Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) mostraram que o aumento da concentração de DPPS em DPPC-lipossomos proporcionou um progressivo alargamento no pico de transição de fase, diminuição na t1/2 e H. A pré-transição de fase só foi detectada até a concentração de 15% de DPPS em DPPC. Para 20% de DPPS e acima, observou-se uma segregação lateral de fase com a formação de possíveis microdomínios ricos em DPPS. A interação da AnxA5 com DPPC-lipossomos e DPPC:DPPS 10%-lipossomos resultou em uma redução nos valores de H (de 8,73 para 5,68 e 8,43 para 5,37 Kcal.mol-1, respectivamente). Quando a TNAP está presente nos proteolipossomos, este efeito é ainda maior. A AnxA5 incorporada em DPPC-proteolipossomos e DPPC:DPPS 10%-proteolipossomos (razão molar) foi capazes de mediar o influxo de 45Ca2+ para dentro das vesículas (~ 800 nmol Ca2+) quando utilizados faixas de concentração de cálcio em níveis fisiológicos (~2 mM). A presença da TNAP nos proteolipossomos não afetou o influxo de Ca2+ mediado pela AnxA5. Entretanto, a presença da AnxA5 afetou significativamente os parâmetros cinéticos da TNAP para os diferentes substratos. Estudos com vesículas unilamelares gigantes (GUVs) também confirmaram a inserção funcional da AnxA5 em vesículas constituídos de dioleoil fosfatidilcolina (DOPC) e DOPC:DPPS 10% (razão molar). O principal efeito causado pela AnxA5 na morfologia das GUVs foi a perda de contraste óptico devido a formação de poros nas membranas das vesículas. Neste caso, a presença de DPPS não proporcionou mudanças significativas para a incorporação da AnxA5. TNAP quando inserida em GUVs provocou intensa flutuação e excesso de área das vesículas com formação de filamentos. A presença do DPPS provavelmente dificulta a inserção da TNAP à membrana das GUVs. Quando há microdomínios lipídicos heterogêneos na composição de GUVs compostas por DOPC:Colesterol:Esfingomielina (8:1:1) e DOPC:Colesterol:Esfingomielina:Gangliosídeo (7:1:1:1) (razão molar), a inserção da TNAP provocou uma maior segregação lateral de fase evidenciada por imagens com fluorescência. A presença da TNAP e AnxA5 em DPPC:DPPS 10%-proteolipossomos proporcionou mudanças significativas nas propriedades mecânicas visco-elásticas dos proteolipossomos detectadas por imagens de Microscopia de Força Atômica. Assim, no presente trabalho foi possível obter uma inédita metodologia para a formação de proteolipossomos contendo TNAP e AnxA5 concomitantemente, os quais apresentaram uma reconstituição funcional das proteínas, apresentando capacidade de captar Ca2+ para dentro das vesículas e habilidade de hidrolisar fosfosubstratos em sua superfície. / Bone biomineralization is a multifactorial and complex process, being a challenge for the science the understanding of their regulatory mechanisms. This process is mediated by the release of matrix vesicles (MVs), structures which arise by budding from osteoblast and chondroblast surface and are secreted in the specific site where biomineralization begins. MVs have the ability of accumulating high concentrations of Ca2+ and Pi ions, providing an adequate microenvironment for the initial formation and propagation of hydroxyapatite crystals. Two protein families present in MVs merit special attention: Annexins and Phosphatases. The annexins were the most abundant proteins detected in MVs and are responsible for the Ca2+-channels formation (especially AnxA5). Tissue-nonspecific alkaline phosphatase (TNAP) exhibits phosphomonohydrolytic activity, producing Pi mainly from PPi and ATP. Such proteins regulate the formation of calcium phosphate crystals, acting directly in the bone mineralization process. The goal of this project was to produce and characterize proteoliposomes with different lipid compositions of dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) and dipalmitoylphosphatidylserine (DPPS) harboring TNAP and AnxA5, keeping the functions of both proteins after their incorporation into the mimetic systems. AnxA5 was able to incorporate into DPPC-proteoliposomes (11.64 µg/mL), but the presence of DPPS increased significantly the AnxA5 incorporation (25.79 µg/mL) into DPPC:DPPS 10%-proteoliposomes. The presence of both proteins into DPPC and DPPC:DPPS 5, 10 and 15% (molar ratios) proteoliposomes was confirmed by SDS-PAGE and Immunoblotting analysis. Better yield of TNAP and AnxA5 incorporation was observed when both proteins were reconstituted simultaneously. DPPC-proteoliposomes and DPPC:DPPS 10%-proteoliposomes (molar ratio) incorporated about 75% of AnxA5 and 25% of TNAP (protein concentration). DPPS presence did not affect significantly the yield of incorporation of both proteins. The kinetic parameters for the hydrolysis of different physiological substrates (ATP, ADP and PPi) by TNAP were determined in the presence and absence of AnxA5, at physiological pH, for the different systems. The best catalytic efficiencies were achieved with proteoliposomes containing DPPS 10% (molar ratio) (kcat/K0.5= 183.02; 776.06 and 657.08 M-1.s-1 for ATP, ADP and PPi, respectively), condition that also favored PPi hydrolysis by TNAP when compared to ATP and ADP hydrolysis. Studies by Differential Scanning Calorimetry (DSC) showed that the increasing DPPS concentrations in the DPPC-liposomes resulted in a progressive broadening of the phase transition peaks and decreased t1/2 and H values. The pre-transition was detected only in concentrations up to DPPS 15% in DPPC. Phase lateral segregation can be observed for DPPS 20% and above, suggesting the formation of DPPS-rich microdomains. The interaction of AnxA5 with DPPC and DPPC:DPPS 10%-liposomes resulted in a decrease of H values (from 8.73 to 5.68 and from 8.43 to 5.37 Kcal.mol-1, respectively). When TNAP was present in the proteoliposomes, this effect was even greater. AnxA5 incorporated into DPPC and DPPC:DPPS 10%-proteoliposomes (molar ratio) was able to mediate 45Ca2+-influx (~ 800 nmol Ca2+) into the vesicles at physiological Ca2+-concentrations (~ 2 mM), and this process was not affected by the presence of TNAP in the systems. However, AnxA5 affected significantly the hydrolysis of substrates by TNAP. Studies with Giant Unilamellar Vesicles (GUVs) also confirmed the functional reconstitution of AnxA5 in dioleoylphosphocholine (DOPC) and DOPC:DPPS 10% (molar ratio) vesicles. The main effect caused by AnxA5 in the GUVs morphology was the formation of pores in the vesicles membrane. In this case, DPPS presence did not affect the AnxA5 incorporation. The presence of TNAP in GUVs caused a several fluctuation, indicating that the vesicles acquired an excess of area and undergoes sequential budding transitions. It is suggested that the presence of DPPS makes the TNAP insertion into the GUVs membrane difficult. With the presence of heterogeneous lipid microdomains in GUVs composed of DOPC, Cholesterol (Chol), Sphingomyelin (SM) and Ganglioside (GM1) in the proportions DOPC:Chol:SM 8:1:1 and DOPC:Chol:SM:GM1 7:1:1:1 (molar ratios), the TNAP insertion caused a greater phase lateral segregation, evidenced by fluorescence analysis. Atomic Force Microscopy (AFM) analysis indicated that the presence of both proteins into DPPC:DPPS 10%-proteoliposomes (molar ratio) caused significant changes in the visco-elastic mechanical properties of the vesicles. In conclusion, the present work describes the synthesis of proteoliposomes harboring TNAP and AnxA5 concomitantly, with the functional reconstitution of both proteins, with the ability to transport Ca2+ into the vesicles and hydrolyze phosphosubstrates on their surface.

A biomineralização óssea é um processo complexo e multifatorial sendo um grande desafio para a ciência à compreensão dos seus mecanismos regulatórios. Este processo é mediado pela liberação de vesículas da matriz (MVs), as quais surgem das superfícies de osteoblastos e são secretadas no local específico do início da biomineralização. MVs têm a capacidade de acumular altas concentrações de íons Ca2+ e fosfato (Pi), proporcionando um microambiente adequado para a formação inicial e propagação dos cristais de hidroxiapatita. Especial atenção deve ser dada a duas proteínas: Anexina V (AnxA5) e Fosfatase Alcalina (TNAP). As anexinas são as proteínas mais abundantes detectadas nas MVs e responsáveis pela formação de canais de cálcio. TNAP apresenta atividade fosfomonohidrolítica, produzindo Pi a partir, principalmente, de pirofosfato (PPi) e ATP. O enfoque deste projeto foi produzir e caracterizar proteolipossomos com diferentes composições lipídicas de dipalmitoil fosfatidilcolina (DPPC) e dipalmitoil fosfatidilserina (DPPS) contendo TNAP e AnxA5, e manter a funcionalidade das proteínas após incorporação nos sistemas miméticos. Foi possível incorporar AnxA5 em DPPC-proteolipossomos (11,64 µg/mL), mas na presença de DPPS houve um aumento significativo de AnxA5 incorporada (25,79 µg/mL) a DPPC:DPPS 10%-proteolipossomos (razão molar). A presença das proteínas nos proteolipossomos compostos por DPPC e DPPC:DPPS 5, 10 e 15% (razão molar) foi confirmada por SDS-PAGE e Immunoblotting. Melhores rendimentos de incorporação das duas proteínas foram obtidos quando ambas foram incorporadas concomitantemente. DPPC-proteolipossomos e DPPC:DPPS 10%-proteoliposomos revelaram conter 75% de AnxA5 e 25% de TNAP em concentração de proteína. A presença de DPPS não afetou significativamente as porcentagens de proteínas incorporadas. Os parâmetros cinéticos da TNAP na hidrólise de diferentes substratos fisiológicos (ATP, ADP e PPi) foram determinados na presença e ausência de AnxA5, em pH fisiológico, e para os diversos sistemas lipídicos. A melhor eficiência catalítica da enzima foi obtida para sistemas contendo 10% de DPPS (razão molar) (kcat/K0.5= 183,02; 776,06 e 657,08 M-1.s-1, respectivamente). A TNAP apresentou maior especificidade para a hidrólise de PPi quando comparado com ATP e ADP. Estudos utilizando Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) mostraram que o aumento da concentração de DPPS em DPPC-lipossomos proporcionou um progressivo alargamento no pico de transição de fase, diminuição na t1/2 e H. A pré-transição de fase só foi detectada até a concentração de 15% de DPPS em DPPC. Para 20% de DPPS e acima, observou-se uma segregação lateral de fase com a formação de possíveis microdomínios ricos em DPPS. A interação da AnxA5 com DPPC-lipossomos e DPPC:DPPS 10%-lipossomos resultou em uma redução nos valores de H (de 8,73 para 5,68 e 8,43 para 5,37 Kcal.mol-1, respectivamente). Quando a TNAP está presente nos proteolipossomos, este efeito é ainda maior. A AnxA5 incorporada em DPPC-proteolipossomos e DPPC:DPPS 10%-proteolipossomos (razão molar) foi capazes de mediar o influxo de 45Ca2+ para dentro das vesículas (~ 800 nmol Ca2+) quando utilizados faixas de concentração de cálcio em níveis fisiológicos (~2 mM). A presença da TNAP nos proteolipossomos não afetou o influxo de Ca2+ mediado pela AnxA5. Entretanto, a presença da AnxA5 afetou significativamente os parâmetros cinéticos da TNAP para os diferentes substratos. Estudos com vesículas unilamelares gigantes (GUVs) também confirmaram a inserção funcional da AnxA5 em vesículas constituídos de dioleoil fosfatidilcolina (DOPC) e DOPC:DPPS 10% (razão molar). O principal efeito causado pela AnxA5 na morfologia das GUVs foi a perda de contraste óptico devido a formação de poros nas membranas das vesículas. Neste caso, a presença de DPPS não proporcionou mudanças significativas para a incorporação da AnxA5. TNAP quando inserida em GUVs provocou intensa flutuação e excesso de área das vesículas com formação de filamentos. A presença do DPPS provavelmente dificulta a inserção da TNAP à membrana das GUVs. Quando há microdomínios lipídicos heterogêneos na composição de GUVs compostas por DOPC:Colesterol:Esfingomielina (8:1:1) e DOPC:Colesterol:Esfingomielina:Gangliosídeo (7:1:1:1) (razão molar), a inserção da TNAP provocou uma maior segregação lateral de fase evidenciada por imagens com fluorescência. A presença da TNAP e AnxA5 em DPPC:DPPS 10%-proteolipossomos proporcionou mudanças significativas nas propriedades mecânicas visco-elásticas dos proteolipossomos detectadas por imagens de Microscopia de Força Atômica. Assim, no presente trabalho foi possível obter uma inédita metodologia para a formação de proteolipossomos contendo TNAP e AnxA5 concomitantemente, os quais apresentaram uma reconstituição funcional das proteínas, apresentando capacidade de captar Ca2+ para dentro das vesículas e habilidade de hidrolisar fosfosubstratos em sua superfície. / Bone biomineralization is a multifactorial and complex process, being a challenge for the science the understanding of their regulatory mechanisms. This process is mediated by the release of matrix vesicles (MVs), structures which arise by budding from osteoblast and chondroblast surface and are secreted in the specific site where biomineralization begins. MVs have the ability of accumulating high concentrations of Ca2+ and Pi ions, providing an adequate microenvironment for the initial formation and propagation of hydroxyapatite crystals. Two protein families present in MVs merit special attention: Annexins and Phosphatases. The annexins were the most abundant proteins detected in MVs and are responsible for the Ca2+-channels formation (especially AnxA5). Tissue-nonspecific alkaline phosphatase (TNAP) exhibits phosphomonohydrolytic activity, producing Pi mainly from PPi and ATP. Such proteins regulate the formation of calcium phosphate crystals, acting directly in the bone mineralization process. The goal of this project was to produce and characterize proteoliposomes with different lipid compositions of dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) and dipalmitoylphosphatidylserine (DPPS) harboring TNAP and AnxA5, keeping the functions of both proteins after their incorporation into the mimetic systems. AnxA5 was able to incorporate into DPPC-proteoliposomes (11.64 µg/mL), but the presence of DPPS increased significantly the AnxA5 incorporation (25.79 µg/mL) into DPPC:DPPS 10%-proteoliposomes. The presence of both proteins into DPPC and DPPC:DPPS 5, 10 and 15% (molar ratios) proteoliposomes was confirmed by SDS-PAGE and Immunoblotting analysis. Better yield of TNAP and AnxA5 incorporation was observed when both proteins were reconstituted simultaneously. DPPC-proteoliposomes and DPPC:DPPS 10%-proteoliposomes (molar ratio) incorporated about 75% of AnxA5 and 25% of TNAP (protein concentration). DPPS presence did not affect significantly the yield of incorporation of both proteins. The kinetic parameters for the hydrolysis of different physiological substrates (ATP, ADP and PPi) by TNAP were determined in the presence and absence of AnxA5, at physiological pH, for the different systems. The best catalytic efficiencies were achieved with proteoliposomes containing DPPS 10% (molar ratio) (kcat/K0.5= 183.02; 776.06 and 657.08 M-1.s-1 for ATP, ADP and PPi, respectively), condition that also favored PPi hydrolysis by TNAP when compared to ATP and ADP hydrolysis. Studies by Differential Scanning Calorimetry (DSC) showed that the increasing DPPS concentrations in the DPPC-liposomes resulted in a progressive broadening of the phase transition peaks and decreased t1/2 and H values. The pre-transition was detected only in concentrations up to DPPS 15% in DPPC. Phase lateral segregation can be observed for DPPS 20% and above, suggesting the formation of DPPS-rich microdomains. The interaction of AnxA5 with DPPC and DPPC:DPPS 10%-liposomes resulted in a decrease of H values (from 8.73 to 5.68 and from 8.43 to 5.37 Kcal.mol-1, respectively). When TNAP was present in the proteoliposomes, this effect was even greater. AnxA5 incorporated into DPPC and DPPC:DPPS 10%-proteoliposomes (molar ratio) was able to mediate 45Ca2+-influx (~ 800 nmol Ca2+) into the vesicles at physiological Ca2+-concentrations (~ 2 mM), and this process was not affected by the presence of TNAP in the systems. However, AnxA5 affected significantly the hydrolysis of substrates by TNAP. Studies with Giant Unilamellar Vesicles (GUVs) also confirmed the functional reconstitution of AnxA5 in dioleoylphosphocholine (DOPC) and DOPC:DPPS 10% (molar ratio) vesicles. The main effect caused by AnxA5 in the GUVs morphology was the formation of pores in the vesicles membrane. In this case, DPPS presence did not affect the AnxA5 incorporation. The presence of TNAP in GUVs caused a several fluctuation, indicating that the vesicles acquired an excess of area and undergoes sequential budding transitions. It is suggested that the presence of DPPS makes the TNAP insertion into the GUVs membrane difficult. With the presence of heterogeneous lipid microdomains in GUVs composed of DOPC, Cholesterol (Chol), Sphingomyelin (SM) and Ganglioside (GM1) in the proportions DOPC:Chol:SM 8:1:1 and DOPC:Chol:SM:GM1 7:1:1:1 (molar ratios), the TNAP insertion caused a greater phase lateral segregation, evidenced by fluorescence analysis. Atomic Force Microscopy (AFM) analysis indicated that the presence of both proteins into DPPC:DPPS 10%-proteoliposomes (molar ratio) caused significant changes in the visco-elastic mechanical properties of the vesicles. In conclusion, the present work describes the synthesis of proteoliposomes harboring TNAP and AnxA5 concomitantly, with the functional reconstitution of both proteins, with the ability to transport Ca2+ into the vesicles and hydrolyze phosphosubstrates on their surface.

Estruturas da glândula pineal humana foram estudadas empregando os métodos de microscopia de luz, microscopia eletrônica de varredura, microscopia de varredura por espectrometria de raio-x e difração de raio-x. As peças para microscopia de luz foram fixadas em solução de formalina a 10% durante 48h e incluídas em parafina. Para a microscopia eletrônica de varredura, as peças foram fixadas em solução de Karnovsky modificada, sendo que parte das peças foram fraturadas em nitrogênio líquido para o exame das características internas do corpo píneal. Os resultados evidenciaram que o corpo píneal apresenta formações calcáreas distribuídas no interior do tecido conjuntivo. As formações calcáreas possuem tamanhos e formas diferentes. As estruturas calcáreas apresentam uma cápsula constituída pelo tecido conjuntivo. Na porção interna, a estrutura calcárea é constituída por uma série de !ameias concêntricas, com porosidade de aspecto amorfo. Evidenciou-se pela análise de difração de raio-x, a estrutura cristalina formada pelos átomos de vários elementos que compõem a formação calc área . / The structure of human pineal gland was studied by optic microscopy, scanning eletromicroscopy, spectrometer x-ray scanning eletron microscopy with energy dispersion (EDS). The tissues to analysis by optic microscopy were fixed in formalin at 1O % during 48 h and put in parffin. For S.E.M., the tissues were fixed in modified Kamovsky solution, and a part of the material was fracturated in liquid nitrogen to analysis of internal characteristic of the pineal body. The results showed that the pineal body has calcareon concretion distributed in the connective tissue. In the internai position, the calcareon structure was made of concentrics lamelae with amorf aspect. The x-ray difractor showed the cristalin structure of the atom arrangement of the elements that compose the calcarean concretions.

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Estruturas da glândula pineal humana foram estudadas empregando os métodos de microscopia de luz, microscopia eletrônica de varredura, microscopia de varredura por espectrometria de raio-x e difração de raio-x. As peças para microscopia de luz foram fixadas em solução de formalina a 10% durante 48h e incluídas em parafina. Para a microscopia eletrônica de varredura, as peças foram fixadas em solução de Karnovsky modificada, sendo que parte das peças foram fraturadas em nitrogênio líquido para o exame das características internas do corpo píneal. Os resultados evidenciaram que o corpo píneal apresenta formações calcáreas distribuídas no interior do tecido conjuntivo. As formações calcáreas possuem tamanhos e formas diferentes. As estruturas calcáreas apresentam uma cápsula constituída pelo tecido conjuntivo. Na porção interna, a estrutura calcárea é constituída por uma série de !ameias concêntricas, com porosidade de aspecto amorfo. Evidenciou-se pela análise de difração de raio-x, a estrutura cristalina formada pelos átomos de vários elementos que compõem a formação calc área . / The structure of human pineal gland was studied by optic microscopy, scanning eletromicroscopy, spectrometer x-ray scanning eletron microscopy with energy dispersion (EDS). The tissues to analysis by optic microscopy were fixed in formalin at 1O % during 48 h and put in parffin. For S.E.M., the tissues were fixed in modified Kamovsky solution, and a part of the material was fracturated in liquid nitrogen to analysis of internal characteristic of the pineal body. The results showed that the pineal body has calcareon concretion distributed in the connective tissue. In the internai position, the calcareon structure was made of concentrics lamelae with amorf aspect. The x-ray difractor showed the cristalin structure of the atom arrangement of the elements that compose the calcarean concretions.