Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-03-06T12:00:41Z No. of bitstreams: 3 Dissertação - Lorraine Andrade Malaspina - 2014 - (1).pdf: 19847965 bytes, checksum: 80a80b846a7ec7bf574c1a4bbeb45756 (MD5) Dissertação - Lorraine Andrade Malaspina - 2014 - (2).pdf: 481787 bytes, checksum: 75b49000c4d8d2964d52487b43437104 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-03-06T12:06:22Z (GMT) No. of bitstreams: 3 Dissertação - Lorraine Andrade Malaspina - 2014 - (1).pdf: 19847965 bytes, checksum: 80a80b846a7ec7bf574c1a4bbeb45756 (MD5) Dissertação - Lorraine Andrade Malaspina - 2014 - (2).pdf: 481787 bytes, checksum: 75b49000c4d8d2964d52487b43437104 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-06T12:06:22Z (GMT). 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With the growing demand for renewable energy sources, its been proposed it's use to obtain energy, called biofuels. For such purpose, the main approach is the search of the degradation of biomass via enzymatic hydrolysis. In this context, the study of microorganisms capable of carrying out the degradation of biomass and the study of the enzymes involved in this process play a key role. Particularly, the thermophilic fungus Humicola grisea var. thermoidea presents signi cant production of active lignocellulolytic enzymes at high temperature and has been considered a strong candidate for industrial applications. However, the scienti c literature still lacks of structural information on fungal enzymes involved in the hydrolysis of lignocellulose. In previous work, the cellulolytic enzyme cellobiohydrolase (CBH1.2) from Humicola grisea has been identi ed and cloned into Pichia pastoris as well as one of the endoxylanases (HXYN2) from this same organism. In this master's project, the enzymes CBH1.2 and HXYN2 were expressed using heterologous expression system obtaining satisfactory yield for in vitro assays. Puri - cation protocols were established via precipitation by ammonium sulfate and initial experiments of enzyme activity were performed via the reducing sugars method for both enzymes. XX Crystallization conditions were found for the enzyme CBH1.2r, where small needleshaped crystals were obtained in crystallization trials. In addition to this, the cloning of the enzyme CBH1.2 from Humicola grisea with the pHIL-D2 expression vector (for extracellular expression) was performed. This vector was used to transform GS115 and SMD1168 strains of the yeast P. pastoris both with the genotype his4-. Transformants that were able to secrete active protein were detected in both strains. / A obten c~ao da estrutura tridimensional de uma enzima pode ser utilizada como passo inicial em projetos de engenharia gen etica e engenharia enzim atica com intuito de optimiza c~ao da atividade catal tica e/ou a produ c~ao em escala industrial de enzimas alvo. Atualmente, a cristalogra a e o m etodo mais empregado para a determina c~ao de estruturas tridimensionais de macromol eculas. A biomassa vegetal, na forma de celulose, hemicelulose e lignina, apresenta grande potencial para aplica c~oes biotecnol ogicas. Com a crescente demanda por fontes renov aveis de energia, tem-se proposto sua utiliza c~ao para a obten c~ao de energia, os ditos biocombust veis. Para esse m, a principal abordagem que se tem procurado e a degrada c~ao da biomassa via hidr olise enzim atica. Neste contexto, o estudo de micro-organismos capazes de realizar a degrada c~ao da biomassa e o estudo das enzimas envolvidas no processo apresentam papel chave. Particularmente, o fungo term o lo Humicola grisea var. thermoidea apresenta produ c~ao signi cativa de enzimas lignocelulol ticas ativas a alta temperatura e tem sido considerado um forte candidato para aplica c~oes industriais. Contudo, a literatura cient ca ainda carece de informa c~oes estruturais sobre as enzimas do fungo envolvidas na hidr olise da lignocelulose. Em trabalhos anteriores, a enzima celulol tica celobiohidrolase (CBH1.2) de H. grisea foi identi cada e clonada em Pichia pastoris bem como uma das endoxilanases (HXYN2) deste mesmo organismo. Neste projeto de mestrado, foram expressadas as enzimas CBH1.2 e HXYN2 utilizando sistema heter ologo de express~ao, obtendo rendimento satisfat orio para ensaios in vitro. Foram estabelecidos protocolos de puri ca c~ao via precipita c~ao por sulfato de am^onio e realizados experimentos iniciais de atividade enzim atica via o m etodo dos a c ucares redutores para as duas enzimas. XVIII Foi encontrada condi c~ao de cristaliza c~ao para a enzima CBH1.2r onde foram obtidos pequenos cristais em forma de agulha nos ensaios de cristaliza c~ao. Al em deste, tamb em foi realizada a clonagem da enzima CBH1.2 de Humicola grisea no vetor de express~ao pHIL-D2 (para express~ao extracelular). Este vetor foi utilizado para transformar as linhagens SMD1168 e GS115 da levedura P. pastoris ambas com o gen otipo his4-. Foram detectados transformantes capazes de secretar a prote na ativa em ambas as linhagens.

Neste trabalho foram desenvolvidas amostras de materiais padrão de referência para difratometria de policristais. Materiais de alta pureza foram tratados mecânica e termicamente até atingirem as características necessárias para serem usados como materiais padrão de referência de alta qualidade, comparáveis àqueles produzidos pelo NIST. As medidas foram feitas inicialmente em vários difratômetros convencionais de laboratório de difração de raios X, com geometria de Bragg -Brentano, difratômetros de nêutrons e, posteriormente, em equipamento de alta resolução com fonte síncrotron. Os parâmetros de rede obtidos foram calculados pelo programa Origin e ajustados pelo Método dos Mínimos Quadrados. Esses ajustes foram comparados com os obtidos pelo Método de Rietveld, usando o programa GSAS através da interface gráfica EXPGUI, mostrando-se bastante satisfatórios. Os materiais obtidos foram alumina-α, ítria, silício, céria, hexaboreto de lantânio e fluoreto de lítio, que apresentaram qualidade semelhante e, em alguns casos, superiores aos padrões desenvolvidos e comercializados pelo NIST, a custos bem menores. / In this work, samples of standard reference materials for diffractometry of polycrystals were developed. High-purity materials were submitted to mechanical and thermal treatments in order to present the adequate properties to be used as high-quality standard reference materials for powder diffraction, comparable to the internationally recognized produced by the USA National Institute of Standards and Technology NIST, but at lower costs. The characterization of the standard materials was performed by measurements in conventional X-ray diffraction diffractometers, high resolution neutron diffraction and high-resolution synchrotron diffraction. The lattice parameters were calculated by extrapolation of the values obtained from each X-ray reflection against cos2θ by the Least-Squares Method. The adjustments were compared to the values obtained by the Rietveld Method, using the program GSAS. The materials thus obtained were the α-alumina, yttrium oxide, silicon, cerium oxide, lanthanum hexaboride and lithium fluoride. The standard reference materials produced present quality similar or, in some cases, superior to the standard reference materials produced and commercialized by the NIST.

Neste trabalho de tese é apresentado um estudo sistemático do crescimento e das propriedades magnéticas e estruturais dos compostos semicondutores magnéticos diluídos (SMD) Zn1-xMnxIn2Se4. Amostras monocristalinas com concentrações de Mn $0leqslant xleqslant 1.00$ foram obtidas pela técnica de transporte químico em fase vapor (CVT). Através de técnicas de difração de raios-X (padrões de pó e diagramas de Laue), estudou-se a evolução da estrutura desde a fase romboédrica do MnIn2Se4, até a fase tetraédrica do ZnIn2Se4. Observou-se a existência de uma fase pura romboédrica para $xgeqslant 0.87$, uma fase pura tetragonal para$xleqslant 0.25$ e uma mistura destas duas fases para x entre 0.67 e 0.35. Espectros de ressonância paramagnética eletrônica (EPR) foram obtidos em temperaturas T desde 4 K até 300 K, para diversas concentrações de Mn. Todos os espectros têm o pico de absorção principal centrado em g=2. A largura pico a pico da linha de ressonância, $deltaHpp$, decresce com o aumento da concentração de manganês e com o aumento da temperatura. Este comportamento está intimamente relacionado com a interação de troca entre os íons magnéticos. A partir de análises da dependência de $deltaHpp$ com a temperatura se extraíram estimativas para a temperatura de Curie-Weiss, $ heta$ e para a temperatura de congelamento Tf das fases de vidro de spin. Medidas da susceptibilidade magnética em modo DC foram realizadas para temperaturas $2Kleqslant Tleqslant 300K$. Dos dados de alta temperatura (T>100 K), resultaram estimativas para o parâmetro $ heta$, bem como para a concentração x de Mn. Os valores de $ heta$ obtidos destas medidas concordam bem com os obtidos de EPR e foram utilizados para estimar as constantes de troca antiferromagnéticas nos dois extremos de concentração da série. Nas amostras com alta concentração de Mn, $xgeqslant 0.67$, irreversibilidades características de uma transição para uma fase de vidro de spin foram observadas em temperaturas abaixo de 4K. Para melhor caracterizar estas transições, medidas da susceptibilidade AC e DC para diversas freqüências e campos magnéticos foram realizadas em temperaturas entre 2 e 20 K. A susceptibilidade DC em baixos campos mostra picos agudos em Tf ~ 2.5, 3.0 e 3.5 K, respectivamente para as amostras com x=0,67; 0,87 e 1,00. Nas três amostras, observa-se irreversibilidade entre medidas com esfriamento na ausência de campo (ZFC) e em presença de campo (FC). Evidência de um verdadeiro fenômeno de transição de fase é fornecida pelo crescimento da susceptibilidade não linear, $chiNL$, próximo de Tf.. Análises de escala estáticas de $chiNL$ e análises de escala dinâmicas desenvolvidas a partir de dados da susceptibilidade AC resultaram em expoentes críticos consistentes com os obtidos em outros vidros de spin com interação de curto alcance. / This work reports a systematic study on the crystal growth and magnetic and structural properties of the diluted magnetic semiconductors (SMD) Zn1-xMnxIn2Se4. Crystals with Mn concentrations $0leqslant xleqslant 1.00$ were grown by chemical vapour transport (CVT). Through x-ray powder diffraction patterns and Laue diagrams of single crystal we studied the transformation from the layered rhombohedral structure of MnIn2Se4 to the tetragonal structure of ZnIn2Se4. We observe the presence of a purely rhombohedral phase for $xgeqslant 0.87$, a purely tetragonal phase for $xleqslant 0.25$ and a two-phase mixture for x between 0.67 and 0.35. Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy has been performed in the temperature range 4.2 K to 300 K for various concentrations of Mn. All the spectra had the main absorption peak centered at g=2. The resonance peak-to-peak line width, ÄHpp, decreases with increasing concentration of manganese and with increasing temperature. This behavior is intimately related with the exchange interaction between magnetic ions. The analysis of the temperature dependence of ÄHpp resulted in estimates for the Curie-Weiss temperature $ heta$ and for the freezing temperature Tf of the spin glass phase. The DC magnetic susceptibility has been investigated in the range between $2Kleqslant Tleqslant 300K$. The high temperature data (T>100 K) gave estimates for the parameter $ heta$, as well as for the concentration x of Mn. The values of $ heta$ obtained in this way are in good agreement with those obtained from EPR and were used to estimate the antiferromagnetic exchange constants for the two extremes of concentration of the system. For the samples with high concentration of Mn, $xgeqslant 0.67$, irreversibilities characteristic of a spin glass transition have been observed at temperatures below 4K. To better characterize this transition, AC and DC susceptibility measurements for different frequencies and magnetic fields were made in the temperature range between 2 and 20 K. The low field AC susceptibility displayed sharp peaks at Tf ~2.5, 3.0 and 3.5 K for samples with x= 0.67, 0.87 and 1.00, respectively. Irreversibility between zero field cooled (ZFC) and field cooled (FC) DC measurements was observed in the three samples. Evidence of a true phase transition phenomenon is given by the steep increase of the nonlinear susceptibility $chiNL$ when approaching Tf from above. Static scaling analysis of $chiNL$ and dynamic scaling analysis of the AC susceptibility data have been carried out, which yielded critical exponents consistent with those obtained in other spin-glasses with short-range interactions.

Fazemos parte de um cenário mundial em que o esgotamento das fontes de energias fósseis atrelado à poluição gerada por esse uso, preocupam os diferentes setores do comércio, da indústria, do governo e das instituições em defesa do meio ambiente. Nesse sentido, a busca por novas fontes energéticas renováveis tem dirigido diversas pesquisas, além de drenar bilhões de dólares em investimentos. Uma das linhas de pesquisa mais importantes é a da produção do etanol de segunda geração (2G), um etanol produzido a partir dos resíduos gerados na produção do etanol de primeira geração. No caso do Brasil, esses resíduos compreendem principalmente a palha e o bagaço de cana-de-açúcar; essa biomassa é formada majoritariamente por celulose (∼45%), hemicelulose (∼25%) e lignina (∼20), e sua hidrólise envolve pré-tratamentos adequados e uso de enzimas que agem especificamente em seus alvos. Dessa forma, a produtividade de etanol aumenta, sem necessariamente ampliar áreas de cultivo. Essa vertente é muito promissora, porém os custos ainda são relativamente altos e a aplicabilidade depende bastante de adaptações do setor industrial e aprimoramentos na produção em si (atividade específica das enzimas e sua ação sinérgica). O objetivo principal deste projeto é reconhecer e mapear as bases moleculares que comandam a atividade da enzima xilose isomerase (XI), que converte xilose (presença majoritária na hemicelulose) em xilulose, possibilitando a utilização desta por Saccharomyces cerevisiae (já que a xilose não é fermentescível), para obtenção do etanol de segunda geração como produto final. Para isso, foi realizada uma busca extensiva de genes de diversos microrganismos, que codifiquem para XI, e que essas ainda não possuam estruturas resolvidas publicadas. A maioria das ORFs (Open Reading Frame, do inglês), ou regiões codificadoras, foram amplificadas, clonadas em vetores específicos e transformadas em bactérias Escherichia coli Rosetta (DE3). Parte dessas cepas transformadas resultaram na produção da XI de interesse. Com isso, foi possível obter cristais e iniciar a resolução de estruturas cristalográficas. Esses resultados foram cruzados e correlacionados com os de atividade enzimática, cinética química e estabilidade térmica, fornecendo boa perspectiva para o entendimento das bases moleculares que regem a atividade xilose isomerásica. / We are part of a world scenario in which the depletion of fossil energy sources linked to the pollution generated by this use, concern the different sectors of commerce, industry, government and institutions in defense of the environment. In this regard, the search for new renewable energy sources has headed many researches, besides generating billions of dollars in investments. One of the most important research lines is the production of second generation ethanol (2G), an ethanol produced from the waste generated in the production of the first generation one. In the case of Brazil, these residues mainly include sugar cane straw and bagasse. This biomass is mostly composed of cellulose (∼45%), hemicellulose (∼25%) and lignin (∼20), and its hydrolysis involves adequate pre-treatments and the use of enzymes that specifically act on their targets. In this way, ethanol productivity increases without necessarily expanding growing areas. This aspect is very promising, but the costs are still relatively high and the applicability badly depends on adaptations of the industrial sector and improvements in the production itself (specific activity of the enzymes and their synergistic action with others). The main goal of this project is to recognize and map the molecular bases that control the activity of the enzyme xylose isomerase (XI), which converts xylose (the mostly present carbohydrate in hemicellulose) into xylulose, allowing its use by Saccharomyces cerevisiae (since xylose is not fermentable), to obtain the second generation ethanol as final product. To reach this, an extensive search of genes of several microorganisms, that code for XI, and still do not have solved high resolution structures published are carried out. Most ORFs (Open Reading Frames) were amplified, cloned into specific vectors and transformed into Escherichia coli Rosetta (DE3) bacteria. Some of these transformed strains leaded to the production of XI of interest. Furthermore, it was possible to obtain protein crystals and to start trying to solve crystallographic structures. These results were cross - checked and correlated with those of enzymatic activity, chemical kinetics and thermal stability, providing a good perspective for understanding the molecular bases which govern isomerase activity.

Como parte do principal programa do Laboratório de Cristais Iônicos do Departamento de Física Nuclear do Instituto de Física da Universidade de São Paulo, foi estudado no presente trabalho o mineral natural de cordierita, de fórmula química (Mg,Fe)(Al4Si5O18) . nH2O, amostra esta de Vana, oriunda da Bahia. O trabalho teve como enfoque as propriedades de termoluminescência (TL) e de ressonância paramagnética eletrônica (EPR). Foram obtidas curvas de emissão TL de uma amostra com dose adicional de 50 Gy no aparelho leitor montado no LACIFID, e outra de uma amostra com dose adicional de 2000 Gy no aparelho leitor do fabricante Daybreak Nuclear. As duas curvas apresentam um pico único aparente em torno de l50°C, estendendo-se de 50°C a 250°C. A curva de emissão TL da amostra com dose adicional de 2000 Gy apresentou um ombro muito pouco eminente entre 200\"C e250\"C, indicando a presença de outro pico nessa região. As amostras de cordierita com doses adicionais entre 50 Gy e 5000 Gy deram origem a curvas de emissão TL que mostram que deve haver um pico em torno de 100°C, instável à temperatura ambiente, e que quando é feita a leitura TL imediatamente após a irradiação das amostras, esse pico cresce muito rapidamente, dando a impressão de que o pico em 150°C deslocou-se para temperaturas menores. Na representação gráfica linear, a intensidade TL em função da dose é dada por uma curva exponencial do tipo I = I0[1 - exp (-D/DS)], onde I0 é a intensidade TL de saturação e DS a dose a partir da qual começa a saturação. No presente caso, para o pico TL em torno de 100°C, foram obtidos I0 ~- 4,6x105 em unidades arbitrárias, e Ds ~ 2000 Gy. Na escala logarítmica, obtém-se uma reta paralela à da linearidade, isto é, o pico TL em 100°C cresce linearmente com a dose. No entanto, o pico no intervalo 145°C 150°C apresenta supralinearidade; não muito acentuada, mas desde baixa dose (menos de 10 Gy), tornando-se sublinear em aproximadamente 800 Gy. O recozimento a uma temperatura de 600°C por uma hora antes da irradiação (no caso 500 Gy), provocou um aumento na sensibilidade do pico em 100°C, enquanto que com o recozimento a750°C por uma hora, a intensidade TL em 125°C é que sofreu aumento, e com o recozimento a 900°C por uma hora o que sofre aumento na intensidade é o pico no intervalo 145-150°C, de tal modo que dá a impressão de que o pico TL se desloca de 100°C para 150°C com o tratamento térmico de 600°C a 900°C por uma hora. O tratamento térmico isócrono a 72°C, 96°C, 116°C, 136°C, 150°C, 176°C, 196°C, 216°C, 228°C, 240°C, 260°C, 280°C e 300°C, mostrou que deve haver picos TL nos intervalos 130°C 140°C, 150°C 170°C, 210°C 220°C, 250°C 260°C e em 360°C. Com a deconvolução da curva de emissão, temos a confirmação desses picos. A determinação dos parâmetros E e s, relativos ao pico em torno de 145°C das curvas de emissão TL das Figuras VII-2 (a) e (b), foi feita usando o método de duas taxas de aquecimento, com o seguinte resultado: E = 1,305 eV e s = 3,569x1014 s-1. O método de E x Tstop desenvolvido por McKeever (1985), resultou, por outro lado, em vários patamares de energia, indicando vários picos nas regiões de 70-90°C, 95-105°C, 115-118°C, 132-138°C, 155-165°C, 175-195°C. O método de deconvolução da curva de emissão, introduzido por Gomez - Ros et al (1998), mostrou a existência de picos TL em 144°C (E = 0,98 eV; s = 1,715 x 1011 s-1), 178°C (E = 0,995 eV; s = 2,792x1010 s-1), 214°C (E = 1,13eV; s = 1,026 x 1011 s-10), 249°C (E = 1,15 eV; s = 2,323 x 1010 s-1) e 368°C (E = 1,19 eV; s = 2,824x108 s-1). O espectro de EPR da amostra natural apresentou: na região entre 2000 e 3600 Gauss, seis linhas características de Mn2+; em 1500 Gauss, a linha de Fe3+; e centrada em 3400 Gauss, a linha larga devido à interação dipolar de Fe3+. Outras linhas não foram identificadas. O tratamento térmico a 600°C por uma hora não fez se apresentarem novas linhas ou causou supressão de algumas, mas a linha de interação dipolar sofreu um aumento considerável, indicando que o tratamento térmico causou a transformação de Fe2+ em Fe3+, liberando elétrons. / The Ionic Crystals Laboratory at Physics Institute of the Sao Paulo University investigates, as its main research project, studies of physical properties of available natural Brazilian minerals of silicates. In the present work, thermoluminescense and electron paramagnetic resonance properties of cordierite, (Mg,Fe)(Al4Si5O18) . nH2O, from Vana, Bahia State have been investigated. Being natural mineral, a x-ray fluorescence analysis has been conducted, finding first of all 47 ,77 mol % of SiO2, 31,70 of Al2O3, 7,52 of MgO and 8,31 mol % of FeO, as basic component, of the cordierite crystal, and 0,287 mol% of MnO, 0,84 mol% of Na2O, 0,46 mol% CaO, 0,3 mol% K2O, 0,022mol% of TiO2 and several others in smaller concentration. Glow curves, one of a natural sample with 50 Gy additional -dose, registered in a indigenous TL reader and the other one of a natural sample irradiated to 2000 Gy additional dose obtained in Daybreak TL reader. Both glow curves are characterized by a very broad (from 50°C to 250°C) curve peaked at 150°C. The second glow curve, presents a light shoulder around 200 to 250°C. Anyway, in such a case, one expects more than two peaks composing that broad glow curve. The cordierite samples irradiated with different additional -doses in the range 50 - 5000 Gy, have originated TL glow curves that demonstrate the possible existence of a peak around 100°C, unstable in ambient temperature, but if it is read soon after irradiation, the glow curves show this peak increasing quickly, appearing that the peak around 150°C shifted itself toward smaller temperatures. In the linear representation, the TL intensity as function of the dose, is given by an exponential curve in the form I = I0[ - exp(-D/Ds)], where I0 is the TL saturation intensity and Ds is the dose of the beginning of the saturation. In the present case, I0 ~ 4,1 x 105 (arbitrary units) and Ds ~ 2000 Gy were obtained. In the logarithmic scale, it has been obtained a parallel to straight line of linearity for the 100°C TL peak. However, the peak TL around 145-150°C, presents supralinearity, not much pronounced, from low doses (below 10 Gy) up to 800 Gy; after that, becomes sublinear. The pre-irradiation annealing at 600°C/1h, has provoked an enhancement of sensibility of the 100°C peak; the pre-irradiation annealing at 750°C/1h has originated an enhancement of TL intensity of the 125°C peak; at 900°C/1h has originated an enhancement of TL intensity of the peak around 145-150°C; as consequence the TL peak seems to shift from 100°C to 150°C. The isochronous thermal treatment at 72°C, 96°C, 116°C, 136°C, 150°C, 176°C, 196°C, 216°C, 228°C, 240°C, 260°C, 280°C and 300°C, has shown the possible existence of TL peaks in the ranges 130°C 140°C, 150°C 170°C, 210°C 220°C, 250°C 260°C and at 360°C. The glow curve deconvolution calculation confirms the presence of these peaks. The determination of the parameters E and s, relative to peak around 145°C of the glow curves - Figures VII.2 (a) and (b) - was done by the method of two heating rates, and resulted: E ~ 1,305 eV and s ~ 3,569 x 1014 s-1. The E x Tstop method, developed by McKeever (1995), gives, on the other hand, several plateaus, indicating several peaks in the ranges 70-90°C, 95-105°C, 115-118°C, 132-138°C, 155-165°C, 175-195°C. E - values can be inferred from each plateau. The glow curve deconvolution, method developed by Gomez - Ros et al. (1998), has shown the existence of TL peaks at 144°C (E = 0,98 eV; s = 1,715 x 1011 s-1), 178°C (E = 0,995 eV; s = 2,792x1010 s-1), 214°C (E = 1,13eV; s = 1,026 x 1011 s-10), 249°C (E = 1,15 eV; s = 2,323 x 1010 s-1) e 368°C (E = 1,19 eV; s = 2,824x108 s-1). The EPR spectrum of the natural sample has presented in the interval of 3000 to 3600 Gauss 6 characteristic lines of Mn2+, the line of Fe3+ at 1500 Gauss and a broad line centered at 3400 Gauss owing to dipolar interaction of Fe3+. Other lines were not identified. The thermal treatment at 600°C/1h did not produce new EPR lines, neither suppressed other ones. On the other hand, the dipolar interaction line had a considerable increment, indicating that with the thermal treatment there happened the conversion from Fe2+ to Fe3+, releasing electrons, since the broad line around 3400 Gauss, due to dipolar interaction of Fe3+ - ions increased with this heat treatment.

A construção de bibliotecas metagenômicas tornou possível o acesso ao potencial biotecnológico de micro-organismos não cultiváveis. O solo é um habitat pouco explorado, com elevada diversidade bacteriana que possuem genes codificadores de enzimas de interesse industrial, chamadas de biocatalisadores naturais. Dentre estas, destacam-se as enzimas lipolíticas, lipases e esterases, por promoverem a hidrólise de matérias-primas de alto valor agregado e com muitas aplicações biotecnológica. Devido a necessidade, existe uma constante busca para isolar novos genes com diferentes especificações. Neste trabalho, o gene lip4, isolado de biblioteca metagenômica de solo, foi superexpresso, purificado e identificado como membro da família V das lipases bacterianas. Tem atividade ótima hidrolisando triacilglicerol de cadeia média em pH alcalino sem presença de íons. A estrutura cristalográfica obtida identificou o dobramento conservado das α/β hidrolases e a tríade catalítica, Ser94-Asp217-His245, além da presença do domínio CAP, comum nas esterases. / Metagenomic libraries construction make possible the access to the biotechnological potential of not cultivated microorganisms. Soil environment has a big bacterial diversity with genes encoding industrial interest enzymes, named natural biocatalysts. Among these, lipolytic enzymes, that includes lipases and estarases, are able to catalyse different biochemistry reaction and promoting raw material hydrolysis with added values. In this overview, a search for new genes with different specifications, allowed isolation by functional screening in tributyrin agar, a gene lip4 from a soil metagenomic library. These gene was overexpressed, purified and identified as a member to family V of bacterial lipases. Presents better activity in alkaline pH with medium chain triacyglycerol without ions. Three dimensional structure of Lip4 identified a conserved α/β hydrolase backbone and the catalytic triad Ser94-Asp217-His245, besides the presence of CAP domain, common structure in esterase.

A doença de Chagas é causada pelo protozoário flagelado Trypanosoma cruzi e foi descoberta em 1909 por Carlos Chagas. A doença atinge cerca de 18 milhões de indivíduos na região das Américas, causando 50.000 mortes ao ano e deixando mais de 100 mil pessoas sob risco de infecção. Os tratamentos disponíveis foram desenvolvidos ainda na década de 70 apresentando baixa eficácia e fortes efeitos colaterais. Assim, é extremamente importante o desenvolvimento de novos fármacos mais seguros e eficazes para o tratamento da doença de Chagas. Uma importante estratégia que pode ser utilizada para o planejamento de novas moléculas bioativas é o planejamento baseado em um receptor-alvo. Nessa tese o alvo em estudo é a enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH) que faz parte da via glicolítica do protozoário T. cruzi. Este trabalho compreendeu os estudos estruturais e mecanísticos de quatro complexos cristalográficos da GAPDH na presença de ligantes diferentes. As estruturas obtidas subsidiaram estudos que forneceram informações importantes no planejamento de novos inibidores. Foi elucidado o modo pelo qual os compostos alquilantes iodoacetamida e iodoacetato atuam causando a inativação enzimática e as diferenças existentes nesse processo foram esclarecidas, mostrando que é necessária a expulsão do NAD+ do sítio ativo para que a inativação ocorra por parte do iodoacetamida. Além disso, o mecanismo de nitrosilação por complexos de rutênio foi investigado fornecendo informações que contribuem para o entendimento do mecanismo de inibição enzimática por parte dessa classe compostos. Além disso, a partir de um dos complexos estruturais obtidos, foi possível identificar a localização de um novo sítio alostérico que se forma na superfície da proteína. Essa informação é extremamente importante, pois abre novas perspectivas para o planejamento de novos inibidores mais potentes e seletivos da enzima GAPDH de T. cruzi. / Chagas disease, caused by Trypanosoma cruzi protozoan, was discovered in 1909 by Carlos Chagas. The disease affects about 18 million people in the American region, causing 50,000 deaths per year, leaving more than 100 thousand people at risk of infection. Available treatments developed in the 70 decade present low efficiency and strong side effects. Thus, it is extremely important the development of new drugs that safer and more effective. An important strategy used for the design of new bioactive molecules is based on a macromolecular target. The goal of this thesis is to study the glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH), an enzyme that participates of the glycolytic pathway of the parasite T. cruzi. This work comprised structural and mechanistic studies of four complex crystallographic GAPDH in the presence of different ligands. The structures obtained subsidized structural and mechanistic studies that provided important information for the design of new inhibitors. It was clarified the way in which the alkylating agents iodoacetamide and iodoacetate acts causing enzyme inactivation and the differences in this process were resolved, showing that it is necessary the NAD+ is excluded of the active site wherefore the inactivation occurs by the iodoacetamide. Moreover, the mechanism of enzyme nitrosylation by ruthenium complexes was investigated, providing information that contributed to the understanding of the mechanism of enzyme inhibition by this class of compounds. Moreover, from the structural complexes obtained, it was possible to identify the location of a new allosteric site formed at the surface of the protein. This information is extremely important, because it opens new perspectives for the design of new inhibitors that are more potent and selective for the enzyme GAPDH of T. cruzi.

Orientadores: Andréa Dessen de Souza e Silva, David Neves / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T14:11:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Madeira_PauloViniciusdaMata_M.pdf: 3508240 bytes, checksum: 40070baffe8469acd5f3a60f9e82a931 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Segundo a Organização Mundial da Saúde, doenças infecciosas são a segunda principal causa de morte no mundo. Essas doenças são causadas por organismos patogênicos que podem compartilhar certas similaridades em seu modo de infecção. Bactérias patogênicas são responsáveis por diversas doenças de acometimento humano, sua patogenicidade, na maioria das vezes, apresenta-se associada a secreção de fatores de virulência que são responsáveis pela adesão, invasão e por danos ás células e tecidos do hospedeiro. P. aeruginosa é um patógeno oportunista, multiresistente a antibióticos e é a bactéria Gram negativa principal causadora de infecções hospitalares, podendo levar à óbito por pneumonia e sepse pacientes imunocomprometidos, principalmente pacientes com fibrose cística, AIDS e vítimas de queimadura. A proteína ExoU de P. aeruginosa é um fator de virulência, altamente citotóxico, secretado pela bactéria que apresenta atividade fosfolipase A, degradando a membrana celular e levando a rápida morte celular. ExoU é pertencente a família das proteínas tipo patatina, essas proteínas apresentam regiões homólogas a fosfolipase A2 citosólica humana e regiões homólogas a proteínas patatinas. A proteína PlpD encontrada em linhagens que não codificam ExoU, a saber: PA01 e PA14 de P. aeruginosa apresentam todas as regiões conservadas, classificando-a como uma proteína bacteriana do tipo patatina, assim como a ExoU. Além disso foi mostrado que seu domínio catalítico é secretado pela bactéria e apresenta atividade de lipase, importante para o processo infectivo do patógeno. Como P. aeruginosa, assim como outros patógenos, se tornaram multiresistentes a antibióticos, a busca por novos alvos terapêuticos vem sendo incentivada. A compreensão estrutural dos componentes envolvidos no processo infectivo é essencial para o desenvolvimento de novos agentes terapêuticos. Nesse trabalho a estrutura da porção secretada da proteína PlpD, com atividade catalítica, foi resolvida à uma resolção de 2.14 Angstroms. A análise da proteína mostrou diferenças interessantes entre sua estrutura e de seu homólogo ExoU, fornecendo pistas para a caracterização de seu mecanismo de ação à nível estrutural. Essa tese foi desenvolvida em colaboração com o grupo do Laboratório de Engenharia de Sistemas Macromoleculares de Marselha, França sob coordenação da Drª Sophie Bleves / Abstract: According to the World Health Organization, infectious diseases are the second leading cause of deaths worldwide . These diseases are caused by pathogenic organisms that may share certain similarities in their mode of infection. Pathogenic bacteria are responsible for many human diseases, their pathogenicity, most often appears associated with the secretion of virulence factors that are responsible for adhesion, invasion and damage to the cells and tissues of the host. P. aeruginosa is an opportunistic pathogen, multidrug-resistant and the main Gram negative cause of nosocomial infections, this pathogen may lead to death due to pneumonia and septcemia immunocompromised patients, especially patients with cystic fibrosis, AIDS and burn victims. The ExoU protein of P. aeruginosa is a highly cytotoxic virulence factor secreted by the bacterium which has phospholipase A activity by degrading the cell membrane and leading to rapid cell death. ExoU belongs to patatin-like protein family, these proteins have regions homologous to human cytosolic phospholipase A2 and regions homologous to patatins. The PlpD protein is found in strains that do not encode ExoU, namely P. aeruginosa PA01 and PA14. This protein shows all conserved regions of patatin-like proteins, classifying it as a bacterial patatin-like protein, as well as the ExoU. Furthermore it was shown that its catalytic domain is secreted by the bacterium and shows lipase activity, important for the infection process. As P. aeruginosa, as well as other pathogens have become multidrug resistant, the search for new therapeutic targets is being encouraged. The understanding of the structural components involved in the infective process is essential for the development of new therapeutic agents. In this work the structure of the secreted portion of PlpD protein which has catalytic activity was resolved at 2.14 angstroms resolution. The protein analysis showed interesting differences between its structure and its homologous ExoU, providing evidences to the characterization of its mechanism of action at a structural level. This thesis was developed in collaboration with the Macromolecular Engineering Systems Laboratory group in Marseille, France under the coordination of Dr Sophie Bleves / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Orientador: Mário Tyago Murakami / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-19T22:14:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_AlineSampaio_M.pdf: 3074349 bytes, checksum: 0fdb140ae2fd1c1975ba6cde0cf00bca (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: As miosinas formam uma superfamília de proteínas de alto peso molecular com atividade mecanoquímica capaz de hidrolisar a molécula de ATP e de interagir com os filamentos de actina. A estrutura das miosinas pode ser divida de modo geral em cabeça motora, pescoço e cauda. São conhecidas 35 classes de miosinas em eucariotos sendo a classe II de miosinas denominada miosinas convencionais e as demais chamadas de não convencionais. Em plantas são somente encontradas as miosinas não convencionais de classe VIII e XI. A classe VIII caracteriza-se por sua alta processividade sobre os filamentos de actina e a classe XI é a maior classe em número de genes, tendo uma estrutura muito semelhante às miosinas de classe V. Uma terceira classe, a classe XIII, foi posteriormente descoberta e somente foi encontrada no gênero Acetabularia apresentando dois genes, porém essa classificação é controversa havendo aqueles que dizem que as miosinas da classe XIII possuem tanta afinidade filogenética com as da classe XI que elas deveriam compor uma única classe. As miosinas VIII e XI desempenham papéis chave no transporte direcional de componentes intracelulares em plantas, principalmente devido às grandes dimensões das células de plantas que não sobrevivem utilizando somente a difusão como mecanismo de transporte intracelular. Neste trabalho, buscamos selecionar os melhores representantes de cada classe a partir de análises in silico para desenvolvermos os testes de expressão, purificação e análises biofísicas. Os domínios selecionados, cauda globular (GT), dilute e SH3, foram clonados em pET28a e pET28aSUMO, os testes de expressão com diversas cepas de E coli, mostraram que o domínio dilute expressa em grande quantidade na fração solúvel, porém forma agregados impedindo as análises biofísicas e os ensaios de cristalização. O domínio SH3 também foi obtido na forma solúvel, porém em pouca quantidade e apresentou migração anômala no gel, sendo identificado a partir de análises de espectrometria de massas. Foram realizados testes iniciais de cristalização para o domínio SH3, mas não resultou na formação de cristais adequados a difração de raios X. A cauda globular foi obtida apenas na fração insolúvel e submetida a procedimentos de refolding para sua solubilização. Mesmo conseguindo o reenovelamento da construção, a mesma se manteve agregada inviabilizando os testes de cristalização. Por outro lado foram analisadas as interações da cauda globular da miosina XIh com presas identificadas por duplo-híbrido realizado pelo nosso grupo com a miosina humana Va. Três das proteínas que interagiram com a miosina Va humana também mostraram sinais de interação com a miosina XIh de Arabidopsis, indicando que mesmo havendo diferenças nas sequências polipeptídicas entre as classes de miosina, a estrutura terciária se mantém permitindo que ambas apresentem interações com algumas proteínas em comum / Abstract: Myosins belong to a superfamily of high molecular weight proteins, presenting mechanochemical activity by hydrolyzing ATP molecule and ability to interact with actin filaments. The myosin structure can be divided into motor head, neck and tail. 35 myosin classes are known in eukaryotic cells, where class II is known as conventional myosins and all others, as unconventional myosins. Plants possess only unconventional myosins including classes VIII and XI. The class VIII, is characterized by its high processivity on actin filaments while class XI possesses multiple genes and its protein structure is very similar to class V myosins. A third class, XIII, was later discovered and only found in Acetabularia genome presenting two genes. However this classification is controversial, because some studies shown that class XIII myosins share such high phylogenetic similarity with class XI that they should form the same class. Myosins VIII and XI play key roles on directional intracellular components transport in plants, mainly due to the large plant cell size which would not survive only by the diffusion mechanism for intracellular transport. In this work, we have selected the best representative targets of each class from in silico analyses to develop the protein expression, purification and biophysical characterization. The selected domains (globular tail (GT), dilute and SH3) were cloned into pET28a and pET28aSUMO expression vectors. Results of expression tests with several E coli strains, showed that dilute domain is expressed in large amounts in the soluble fraction; however, it aggregates preventing biophysical analysis and crystallization trials. The SH3 domain, expressed in low soluble concentration, presented an abnormal migration in SDS-PAGE and its identity was confirmed by mass spectrometry analysis. Initial crystallization tests were conducted with SH3 domain, but owing to the low protein concentration only clear drops have appeared, and no crystals or aggregates were observed. The globular tail domain, obtained only in insoluble fraction, was subjected to refolding procedures/ techniques in order to recover its native-like state; however, even the refolded protein displayed secondary structure, the protein remained aggregated. Furthermore, we analyzed the interactions between of myosin XIh globular tail with pre-identified proteins by yeast two-hybrid conducted by our group with human myosin Va. Three proteins that interacted with human myosin Va also showed interaction with Arabidopsis myosin XIh, indicating that despite of differences in polypeptide sequences between the classes XI and V, the tertiary structure may be maintained allowing both of them to have interactions with common proteins / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Flávio Vasconcelos da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T15:49:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Navarro_AlexandreKhaeWu_M.pdf: 4067789 bytes, checksum: 20f4684078783b9a38711e856a726e6e (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O controle de distribuições de cristais é de grande importância para a indústria química de alta tecnologia, encontrando especial aplicação na produção de fármacos e alimentos. Nestas indústrias, outra característica é igualmente importante: polimorfismo. Legislações específicas comumente requerem a presença de um determinado tipo de polimorfo. Como o controle para obtenção destas características é de relevância industrial e tipicamente de difícil realização, neste trabalho, foi estudado o controle da cristalização do ácido L-glutâmico por resfriamento visando obter um único polimorfo e maximizar o tamanho dos cristais ao final da batelada. Este tema foi abordado utilizando controle ótimo através de três estratégias diferentes: controle ótimo em malha aberta, controle ótimo em malha aberta com rastreamento de temperatura e concentração e controle ótimo em malha fechada. As otimizações foram realizadas no software Scilab através de um método quasi-newton em esquema sequencial, de forma que os momentos da distribuição de cristais eram simulados e a curva de resfriamento ajustadas com base na simulação. Para lidar com o efeito de dissolução total de um dos polimorfos, característica que não é capturados pelos momentos populacionais, foi utilizado um loop de integração baseado na interpretação física dos valores dos momentos populacionais. Ao final do trabalho, verificou-se que a estratégia de controle ótimo em malha fechada obteve melhores resultados / Abstract: Crystal size distribution control is of great importance to high-end chemical industry, especially in applications to the production of pharmaceuticals and foods. In these industries, another crystal characteristic is equally important: polymorphism. Strict regulations often require that only an specific type of polymorph may be present in a determined product. As controlling these factors is both of industrial relevance and typically difficult, in this work, the control of batch L-glutamic acid crystallization by cooling aiming to obtain one specific polymorph while maximizing crystal size at the end of the operation. This theme was approached by using optimal control and three different strategies: open-loop optimal control, open-loop optimal control with temperature and concentration tracking, and closed-loop optimal control. The optimizations were performed in Scilab through a quasi-newton method in a sequential process so that the moments of the crystal size distribution were simulated and the cooling curves adjusted based on the simulation and the objective. To deal with the total dissolution of one of the polymorphs, a feature not captured by the populational momentts, a special integration loop was used based on the physical interpretation of the moment values. Finalluy, at the end of the study, it was found that the closed-loop optimal control approach provided better results / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química