Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-16T15:47:22Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CrescimentoCaracterizacaoCristais.pdf: 1107511 bytes, checksum: 16039328573999ac9984efd6af2888d4 (MD5) / Approved for entry into archive by Albirene Aires (albireneufpa@gmail.com) on 2014-06-16T14:29:05Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CrescimentoCaracterizacaoCristais.pdf: 1107511 bytes, checksum: 16039328573999ac9984efd6af2888d4 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-16T14:29:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CrescimentoCaracterizacaoCristais.pdf: 1107511 bytes, checksum: 16039328573999ac9984efd6af2888d4 (MD5) Previous issue date: 2011 / Neste trabalho, cristais de sulfato níquel dopados com íons de manganês (NSH: Mn) e cristais de sulfato níquel dopados com de íon de magnésio (NMgSH) foram crescidos e posteriormente caracterizados pelas técnicas de difração de raios X e de espectroscopia Raman. Os resultados obtidos mostraram que os cristais dopados possuem estrutura muito semelhante a do cristal de sulfato de níquel puro (NSH), com uma deformação anisotrópica nas dimensões da célula unitária em relação ao cristal puro. O objetivo do presente estudo foi crescer dois novos monocristais de boa qualidade óptica para serem usados como filtros ópticos de banda passante. Os cristais de sulfato de níquel hexa-hidratado (NHS) são conhecidos por possuírem espectros de transmissão óptica, que tem atraído muita atenção, pois apresentam duas regiões com alta eficiência de transmissão, aproximadamente 80%, sendo a primeira região entre 200 e 350 nm e a segunda entre 400 e 600 nm, e uma alta eficiência de absorção em outras regiões do espectro UV-VIS. Um espectro de transmissão de luz com estas características é semelhante a um filtro óptico. Analises Termogravimetric (TGA) foram realizadas para cristais puros e dopados. A temperatura de decomposição obtida para o NSH foi de 73 ° C, enquanto que os cristais de NSH:Mn e NMgSH apresentam valores de 82 ° C e 86 º C, respectivamente. Como pode ser facilmente percebido, a estabilidade térmica de cristais com o íons de Mn ou Mg em suas estruturas é significativamente maior. A banda de transmissão entre 200 e 350 nm no espectro óptico de NSH foi observada com redução significativa em sua largura nos espectros de transmissão dos cristais dopados restringindo assim a região do espectro conhecida como UVA. / In this work, manganese ions doped nickel sulphate crystals (NSH:Mn) and magnesium ion doped nickel sulphate crystals (NMgSH) were grown and later characterized by X-ray diffraction and Raman spectroscopy techniques. The results obtained showed that the doped crystals possess a structure very similar to that of the pure nickel sulphate crystal (NSH), with an anisotropic deformation in the unit cell dimensions compared to the pure crystal, undergoing expansion in unit. The aim of the present study was to grow two new single crystals of good optical quality to be used as optical bandpass filters. Nickel sulfate hexahydrate (NHS) crystals are known to possess an optical transmission spectrum which has attracted much attention because it presents two regions with high transmission efficiency of approximately 80%, the first region being between 200 and 350 nm and the second between 400 and 600 nm, and a high absorption efficiency in other regions of the UV-VIS spectrum. A light transmission spectrum with these characteristics is similar to an optical filter. Termogravimetric (TGA) analyses were carried out for pure and doped crystals. The obtained decomposition temperature of NSH was found to be 73 °C while that NSH: Mn and NMgSH crystals present values of 82 ° C and 86 C respectively. As can be easily perceived, the thermal stability of crystals with Mn or Mg ions in their structures is significantly higher. The transmission band between 200 and 350 nm in the optical spectrum of NSH was found to be narrower in the transmission spectrum of the doped crystal thus restricting the region of the spectrum known as UVA.

A cruzaína, principal cisteíno protease do Trypanosoma cruzi, é um alvo terapêutico validado para o tratamento da doença de Chagas. Grande parte dos inibidores desta enzima é constituída de peptídeo-miméticos do tipo covalente irreversível cujo desenvolvimento, entretanto, tem sido evitado devido ao potencial efeito off target e ao perfil farmacocinético indesejável. O grupo de química medicinal NEQUIMED/ IQSC/USP vêm utilizando métodos avançados em quimioinformática para a identificação de inibidores reversíveis da cruzaína e de outras cisteíno proteases. Contudo, para que estes inibidores se desenvolvam a compostos matrizes mais eficientes, informações computacionais e estruturais de seus Modos de Interação (MOB) com a proteína alvo tornam-se fundamentais. Neste trabalho, a cristalografia de raios X foi utilizada para descrever em detalhes o MOB de três importantes inibidores reversíveis da cruzaína identificados pelo NEQUIMED: a dipeptidil-nitrila Neq0409 e os dois fragmentos moleculares Neq0147 e Neq0176. De modo a evitar a auto-proteólise experimentada pela cruzaína nativa que torna desafiadora a cristalização com inibidores de baixa afinidade como os fragmentos reversíveis, duas novas construções mutantes e inativas da cruzaína (a C25A e a C25S) foram desenvolvidas. A C25S foi validada como modelo cristalográfico representativo dado a coerência do MOB elucidado nesta enzima mutante e na cruzaína nativa para o inibidor mais estudado da cruzaína, o K777. A descrição da presença, orientação, conformação e modo de ação no sítio, além do completo padrão de interações fornecidos por estas estruturas cristalinas, validaram ortogonalmente os MOB preditos e os métodos de planejamento in silico usados no NEQUIMED, permitindo a identificação de inibidores muito mais potentes análogos ao Neq0147 e ao Neq0409. O grupo 2-acetamidotiofeno-3-carboxamida do Neq0176 e o anel heterocíclico de cinco membros baseado no 1,3,4-oxadiazol do Neq0147 foram identificados como alternativos aos tradicionais esqueletos peptídeo-miméticos. O impacto do efeito proteolítico na qualidade e na resolução de estruturas cristalográficas na cruzaína foi melhor compreendido a partir de duas estruturas de alta resolução obtidas para a cruzaína nativa em complexo com o metanotiossulfonato de metila (MMTS) e a iodoacetamida. Estes resultados permitiram compreender as bases experimentais para a cristalização de inibidores reversíveis de baixa afinidade. Todos os resultados estruturais obtidos via cristalografia de raios X neste trabalho são úteis para mapear as bases estruturais essenciais para o planejamento de futuros inibidores mais potentes e seletivos da cruzaína. / Cruzain, the major Trypanosoma cruzi cysteine protease, is a validated therapeutic target for the search of new medicines for the treatment of Chagas disease. A myriad of inhibitors of this enzyme consists of covalent irreversible peptidomimetics whose development has been impaired due to potential off target effect and undesirable pharmacokinetic profile. Modern cheminformatic methods employed by The Medicinal Chemistry Group (NEQUIMED/IQSC/USP) were used to identify cruzain reversible inhibitors. Their optimization for more efficient compounds can be accomplished by the use of data and information gathered from computational and structural modes of interaction (MOB). In this doctoral thesis, the X-ray crystallography was used to describe in detail the MOB of three important new cruzain reversible inhibitors: the dipeptidil-nitrile Neq0409 and the two molecular fragmentos Neq0147 and Neq0176. In order to avoid cruzain self-proteolysis during crystallization with low affinity reversible inhibitors such as the identified fragments, two new mutant and inactive constructs of cruzain (the C25S and C25A) were designed to upholding the same properties of the wild type catalytic site. The C25S was validated as representative crystallographic model given the coherence of the MOB elucidated for the best-known and studied cruzain inhibitor, the K777. The description of the presence, orientation, conformation and mode of action at the site, besides the complete pattern of bimolecular interactions, provided by these crystalline structures, orthogonally validated the predicted in silico MOB and allowed the identification of other potent inhibitors analogous to the Neq0147 and the Neq0409. The 2-acetamidothiophene-3-carboxamide moiety (Neq0176) and heterocyclic five-membered ring based on the 1,3,4-oxadiazole (Neq0147) were thereby identified as attractive alternatives to traditional peptidomimetics. The impact of proteolytic effect on the quality and resolution of crystallographic structures in cruzain was best understood from two high-resolution structures obtained for the native cruzain in complex with methyl methanethiolsulfonate (MMTS) and iodoacetamide. These results allow the understanding of experimental basis for the crystallization with reversible inhibitors of low affinity such as fragments. All structural results obtained by X-ray crystallography together with the catalytic site depiction using GRID and SuperStar methods are useful for mapping the essential structural basis for the design of future more potent and selective cruzain inhibitors.

\'Trypanosoma cruzi\' é o agente etiológico da doença de Chagas, esta considerada um problema de saúde pública na América Latina. Cerca de 10 a 14 milhões de pessoas estão infectadas com o \'Trypanosoma cruzi\' e 40120 milhões de pessoas correm o risco de contrair a doença. Diidroorotato desidrogenase (DHODH) é uma flavoenzima que catalisa a oxidação de L-diidroorotato em orotato, a quarta e única reação redox na biossíntese de novo de nucleotídeos de pirimidinas. Atualmente, existe um grande interesse em inibidores da DHODH como agentes terapêuticos para o tratamento de câncer, artrite reumatóide e doenças parasitarias. Em particular, estudos genéticos têm mostrado que DHODH é essencial para a sobrevivência do \'T. cruzi\', validando a idéia de que DHODH pode ser considerada um alvo atraente para o desenvolvimento de drogas antichagásicas. Neste trabalho, reportamos a estrutura cristalográfica da enzima DHODH de \'Trypanosoma cruzi\' cepa Y (TcDHODH), uma cepa parcialmente resistente a drogas e altamente virulenta. O gene de TcDHODH que codifica um polipeptídeo consistindo de 314 aminoácidos foi clonado em pET-28a entre os sítios de restrição BamHI e NotI. A enzima TcDHODH foi expressa como uma proteína solúvel em E. coli BL21 (DE3) através da indução com 1 mM IPTG por 5 h a 25 °C e purificada utilizando cromatografia por afinidade em resina Ni-NTA. A cristalização de TcDHODH foi realizada utilizando o método de difusão de vapor em gotas suspensa e pendurada contra o reservatório contendo 1,5 M sulfato de amônio, 5% 2-propanol em 0,1 M acetato de sódio pH 5 adicionado de 2 mM ditiotreitol (DTT). A coleta de dados foi realizada na linha de luz D03B-MX1 do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) com radiação a 1,427 Å. Cristais de TcDHODH difratam à resolução de 2.2 Å e crescem no grupo espacial P212121 com parâmetros de cela a = 82.39, b = 123.92 e c = 128.89 Å. A estrutura foi resolvida por técnicas de substituição molecular e refinada a 2.2 Å de resolução. Uma análise detalhada da enzima TcDHODH cepa Y tem nos permitido identificar características estruturais que podem ser melhor exploradas para o desenho de inibidores altamente específicos através da tecnologia de desenho de drogas baseado em estrutura, como uma importante ferramenta no combate a doença de Chagas. / \'Trypanosoma cruzi\' is the etiological agent of Chagasdisease, considered a public health problem in Latin America. Ten to 14 million people are infected by \'Trypanosoma cruzi\' and 40120 million people are at risk of infection. Dihydroorotate dehydrogenase (DHODH) is a flavin mononucleotide containing enzyme, which catalyses the oxidation of L-dihydroorotate to orotate, the fourth step and only redox reaction in the de novo biosynthesis of pyrimidine nucleotides. At present, there is a great interest in inhibitors of DHODH as therapeutic agents for the treatment of cancer, rheumatoid arthrits and parasitic diasease. In particular, genetic studies have shown that DHODH is essential for \'T. cruzi\' survival, validating the idea that DHODH can be considered an attractive target for the development of antichagasic drugs. Here, we report the crystal structure of \'Trypanosoma cruzi\' DHODH from Y strain (TcDHODH), a partially drug-resistant and highly virulent strain. The TcDHODH gene that encodes a polypeptide consisting of 314 amino acid residues was cloned into BamHI and NotI restriction sites of pET-28a. The TcDHODH was functionally expressed as a soluble protein in E. coli BL21 (DE3), through induction with 1 mM IPTG for 5 h at a temperature of 25 °C and purified to homogeneity using affinity chromatography on Ni-NTA resin. The crystallization of TcDHODH was performed using vapor diffusion method in sitting and hanging drops against a reservoir solution containing 1.5 M ammonium sulfate, 5% 2-propanol in 0.1 M sodium acetate pH 5 plus the addition of 2 mM dithiothreitol (DTT). Data collection was performed at the D03B-MX1 beam line of the Brazilian Synchrotron Light Laboratory (LNLS) using 1.427 Å radiation. TcDHODH crystals diffract up to 2.2 Å resolution and belong to space group P212121 with unit cell dimensions a = 82.39, b = 123.92 and c = 128.89 Å. The structure has been solved by molecular replacement techniques and refined up to 2.2 Å resolution. A detailed analysis of TcDHODH strain Y has allowed us to identify structural characteristics that can be further exploited for design of highly specific inhibitors through the technology of structure-based drug design as an important tool to fight against Chagasdisease.

O presente trabalho tem como dupla finalidade a determinação de algumas estruturas moleculares inéditas e o desenvolvimento de dois sistemas computacionais de uso em cristalografia. Primeiramente, determinamos quatro estruturas moleculares de complexos de ácido piridinacarboxílico ligados a íons metálicos (Co, Ni, Cu e Zn), os quais apresentam interesse farmacológico e se enquadram em uma das linhas de pesquisa do grupo de Cristalografia de São Carlos. Nesta Dissertação, a ênfase dada a esta parte do trabalho é a aprendizagem das técnicas relativamente complexas para a resolução e refinamento de estruturas moleculares obtidas através de difração de raios X, como uma motivação preliminar para o subseqüente trabalho computacional. Com relação ao desenvolvimento de sistemas computacionais, são apresentados dois programas que representam importantes ferramentas cristalográficas. O Xandrix realiza todos os cálculos matriciais necessários em transformações cristalográficas, tanto no espaço real como no recíproco, envolvendo tensores de até segunda ordem. O WinKabsch é uma implementação do algoritmo de Kabsch que melhor sobrepõe, utilizando mínimos quadrados, dois conjuntos de vetores e é usado para comparar moléculas inteiras ou fragmentos. Ambos foram desenvolvidos para ambiente Windows, oferecendo uma interface visual poderosa e amigável. O WinKabsch permite que o usuário gire, visualmente, duas moléculas dadas de maneira que elas se posicionem em orientações similares, para então selecionar, com o mouse, alguns átomos homólogos a partir dos quais é obtida uma primeira matriz de transformação. A seguir, o programa reconhece todos os outros pares de átomos homólogos para os cálculos finais. A transformação pode ser forçada a ser uma rotação própria quando as moléculas comparadas são suspeitas de possuir a mesma quiralidade. / This work has the two-fold purpose of determining a few novel crystal structures and to develop two computational systems for crystallographic use. First, we determined four molecular structures of complexes of a derivative of the pyridinacarboxilic acid with a metal ion (Co, Ni, Cu and Zn), which are of pharmacological interest and belong to one of the research lines of the group. In the present contribution the emphasis of these studies is in mastering the somewhat involved techniques for solving and refining molecular structures by X-ray diffraction, as a preliminary motivation for the subsequent computational work. Second, two programs which turn out to be useful tools for crystallographic work were developed. Xandrix, permits all matrix calculations necessary in crystallography transformations, both in real and reciprocal space, involving tensors up to the second rank. WinKabsch is an implementation of the Kabsch algorithm for the best least squares superposition of two sets of vectors and is used to compare molecules or molecular fragments. Both programs were developed to run in a Windows environment with a powerful and friendly visual interface. WinKabsch allows the user to visually rotate two given molecules to achieve similar orientations to perform later a mouse selection of a few homologous atoms from which a first orthogonal transformation matrix is obtained, after which the program recognizes all other pairs of homologous atoms for the final calculation. The transformation may be forced to be a proper rotation when the compared molecules are known to be of the same chirality.

Os receptores ativadores da proliferação de peroxissomos (PPARs) pertencem à superfamília de receptores nucleares que funcionam como fatores transcricionais. Eles exercem um papel fundamental em processos que envolvem, principalmente, o metabolismo lipídico, em resposta à ativação por ligantes naturais e sintéticos como os ácidos graxos e os fibratos, respectivamente. A crescente descoberta de importantes funções fisiológicas, coordenadas pelos PPARs, e a necessidade de se conhecer como os agonistas, atualmente disponíveis, atuam nesses receptores, têm incitado pesquisas que vislumbram sua melhor exploração nos tratamentos de doenças metabólicas e inflamatórias, minimizando os efeitos adversos de ativações suprafisiológicas. Nesse cenário, o presente trabalho buscou compreender melhor as bases estruturais envolvidas nas funções atribuídas aos PPARs e explicar como as interações com seus ligantes ocorrem. Para isso, foram realizadas a subclonagem do domínio de ligação ao ligante do PPARα, sua expressão e purificação, seguidas de ensaios cristalográficos e biofísicos, além da abordagem de testes funcionais. Uma vez que a formação de oligômeros está relacionada à funcionalidade desses receptores, foram abordados estudos de oligomerização dos PPARs α e γ, compreendendo tanto o processo de homo- quanto o de heterodimerização. Os ensaios de cristalização do hPPARα LBD complexado a ligantes naturais e sintéticos, resultaram em estruturas cristalográficas que permitiram a identificação dos resíduos envolvidos no reconhecimento dos ligantes e a caracterização de sítios de ligação nunca antes descritos. A presença de ligantes nessas regiões afeta a conformação da proteína e, consequentemente, a modulação de sua função e o recrutamento da maquinaria transcricional. Adicionalmente, as estruturas cristalográficas da proteína complexada a ácidos graxos auxiliaram na compreensão de como essa importante classe de ligantes naturais possui efeitos farmacológicos similares aos de ligantes sintéticos. Esses resultados têm imediato impacto na procura racional de agonistas para esses receptores e se inserem em uma perspectiva de promoção do desenvolvimento científico-tecnológico na área de endocrinologia molecular. / The peroxisome proliferation-activated receptors (PPARs) belong to the nuclear receptors superfamily, acting as transcriptional factors. They play a key role in processes involving essentially lipid metabolism in response to activation by natural and synthetic ligands such as fatty acids and fibrates, respectively. The rising discovery of important physiological functions coordinated by PPARs and the necessity to know how the currently available agonists act on these receptors, have encouraged researches envisioning a better receptor exploration in the treatment of metabolic and inflammatory diseases, minimizing the adverse effects of supraphysiological activations. In this scenario, the present study aimed to better understand the structural basis involved in PPARs functions and elucidates how the interactions with their ligands takes place. For this, the ligand-binding domain of PPARα was subjected to subcloning, expression and purification steps, followed by crystallographical and biophysical assays, in addition to functional testing approaches. Since the degree of oligomerization is related to the functionality of these receptors, oligomeric studies of PPARs α and γ oligomerization were also achieved, comprising both homo- and hetero-dimerization. The co-crystallization assays of hPPARα LBD complexed with natural and synthetic ligands resulted in crystallographic structures that allowed the identification of residues involved in ligand recognition and the characterization of novel binding sites. The presence of ligands in these regions affects the conformation of the protein and thereby modulates their function and transcriptional machinery recruitment. Additionally, the crystallographic structures of the protein complexed to fatty acids were valuable for the understanding of how this important class of natural ligands has similar pharmacological effects to those of synthetic ligands. These results have direct impact on rational agonists design to these receptors and are inserted in a perspective of scientifical promotion and technological development in the field of molecular endocrinology.

Orientador: Raghuvir Krishnaswamy Arni / Banca: Antônio Carlos Martins Camargo / Banca: Nilson Ivo Tonin Zanchin / Banca: Beatriz Gómez Guimarães / Banca: Roberto da Silva / Abstract: This work presents some features of essential biological processes such as the haemostatic system, integrity of biological membranes and thermostability of proteins. Crystallographic, spectroscopic and in silico tools have been used to obtain information at the molecular level of macromolecular complexes, action mechanisms and inhibition pathways. Worms, snakes, ticks, leeches and spiders produce a variety of proteins, which interfere in the regulation of these systems. Different toxins isolated from these organisms were characterized providing necessary information for the development of a new anti-myonecrotic molecule and reveal a new factor Xa exosite that is important for macromolecular substrates recognition and inhibition. The first crystal structure of a member of the sphingomyelinases D family was determined by the "quick cryo-soaking" technique and the catalytic mechanism was proposed, which involves a magnesium-binding site and two catalytic histidines. An alternative activation of the protein C pathway that does not require thrombomodulin was structurally characterized and revealed the dual role of the elestrotatic surface charge around the active site and the three strategically positioned carbohydrate moieties in the approach, recognition and activation of protein C. / Doutor

Made available in DSpace on 2015-04-01T14:16:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1793752 bytes, checksum: 268ef42c68c5d688054b4d4ede40319e (MD5) Previous issue date: 2011-07-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Lectins are defined as proteins or glycoproteins of nonimmune origin that have at least one site of reversible binding to carbohydrates or glycoconjugates. Lectins of plant origin are the most studied and characterized as three-dimensional structure and biological functions related. Lectins can be found in different parts of the plant from its root to the interior of the seeds. In this last are found where the highest concentrations of lectins. Proteins considered ubiquitous in nature, different biological activities have been attributed to them. The structural study of lectins from the technique of X-ray crystallography has been the most widely used to identify the exact position of atoms arranged in the protein structure. This was the method adopted for the resolution of native and complexed structures with X-man of the DvirL lectin obtained from plant Dioclea virgata belonging to the subtribe Diocleinae, which is the most studied among the lectins of the family Leguminosae. DvirL presents multimeric structure composed of monomers with mass around 25.5 to 30.0 kDa, and their arrangement in biological tetramer is composed of dimers of dimers. The characteristic dimer-tetramer equilibrium is dependent on pH. The main one is the �� subunit, and from its processing are formed subunits: ��, and . This lectin has 237 amino acid residues and a single site for carbohydrate recognition by monomer which is stabilized by the presence of divalent ions Ca2+ and Mn2+ required for maximum affinity for its sugar ligand and their biological activities. The carbohydrate recognition domain (CRD) is formed in protein surface by a sequence of loops located above the site for ions. The degree of specificity of lectins for sugars is given by the relative positions of conserved residues present in the sugar binding site. In this study it was determined that the volume of the CRD can be used to predict the potential of a lectin for recognition of complex glycans. DvirL can bind the X-man via hydrogen bonds between the indolyl and Tyr12 and Van der Waals interactions. The ability to induce nitric oxide production by endothelial cells from different concentrations of lectins was evaluated and found to be dependent on the interaction of endothelial cells with the carbohydrate binding domain, showing DvirL be a great inducer of production nitric oxide. / Lectinas são definidas como proteínas ou glicoproteínas de origem não imune que possuem pelo menos um sítio de ligação reversível a carboidratos ou glicoconjugados. Nesta classe de proteínas, as de origem vegetal são as mais bem estudadas e caracterizadas quanto sua estrutura tridimensional e funções biológicas relacionadas. As lectinas podem ser encontradas em diferentes partes do vegetal, desde sua raiz até o interior das sementes. É neste último órgão onde são encontradas as maiores concentrações de lectinas. Consideradas proteínas ubíquas na natureza, diferentes atividades biológicas têm sido atribuídas a elas. O estudo estrutural de lectinas a partir da técnica de cristalografia de raios X tem sido o mais utilizado para identificar o exato posicionamento dos átomos organizados na estrutura protéica. Foi o método adotado para resolução das estruturas nativas e complexadas com X-man da lectina DvirL obtida a partir da planta Dioclea virgata pertencente a subtribo Diocleinae, que é a mais estudada dentre as lectinas da família Leguminosae. A DvirL apresenta estrutura multimérica composta de monômeros com massa em torno de 25,5 a 30,0 KDa, e seu arranjo biológico é em tetrâmero formado por dímeros de dímeros. Apresentam como característica o equilíbrio dímero-tetrâmero dependente de pH. A subunidade principal é a �� e, a partir de seu processamento são formadas as subunidades: �� e . Esta lectina possui 237 resíduos de aminoácidos e um único sítio de reconhecimento a carboidratos por monômero que é estabilizado pela presença dos íons divalentes Ca2+ e Mn2+, necessários para a máxima afinidade por seu açúcar ligante e suas atividades biológicas. O domínio de reconhecimento a carboidratos (CRD) é formado na superfície protéica por uma sequência de loops situados acima do sítio para íons. O grau de especificidade das lectinas para açúcares é dado pelas posições relativas dos resíduos conservados presentes no sítio de ligação a açúcar. No presente trabalho foi determinado que o volume do CRD pode ser utilizado para predizer o potencial de uma lectina para reconhecimento de glicanos complexos. E que a DvirL pode se ligar ao X-man via ligações de hidrogênio entre o grupamento indolil e a Tyr12 e interações de Van der Waals. A capacidade de indução de produção de óxido nítrico por células endoteliais a partir de lectinas em diferentes concentrações foi avaliada e neste experimento se conclui ser dependente da interação das células endoteliais com o domínio de ligação a carboidratos, mostrando ser a DvirL um ótimo indutor de produção de óxido nítrico.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Neste estudo foram preparados polimorfos do fármaco tolbutamida, um hipoglicemiante oral usado no tratamento dos Diabetes Mellitus tipo II. Foram também preparados polimorfos da nifedipina, fármaco usado no tratamento das desordens cardiovasculares, como angina pectoris e hipertensão. A preparação dos polimorfos foi mediada por solvente, ou seja, foi em função do solvente usado nas etapas de cristalização e de precipitação das espécies. Um método de resfriamento rápido por nitrogênio líquido também foi utilizado. Técnicas analíticas como a espectrofotometria de infravermelho, a calorimetria diferencial de varredura, a difratometria de raio-X e a microscopia eletrônica de varredura foram úteis para a caracterização dos produtos obtidos experimentalmente. Os resultados comprovaram que dois polimorfos da tolbutamida foram preparados, ambos com estrutura cristalina. No caso da nifedipina, dois polimorfos foram preparados e a caracterização mostrou que um destes foi obtido num estado amorfo enquanto o outro estava sob forma cristalina. A instabilidade da nifedipina no estado amorfo foi monitorada pela técnica de calorimetria diferencial de varredura que, através de diferentes curvas, mostrou uma transformação rápida para uma estrutura cristalina. Esta mesma técnica aliada à termogravimetria confirmou a obtenção de um terceiro produto da nifedipina, de estrutura cristalina, que foi considerado um pseudopolimorfo por ser uma espécie solvatada. Ao final do procedimento experimental e da avaliação dos resultados foi sugerido um esquema, passo a passo, para obtenção e caracterização de polimorfos de uma substância / In this study the polymorphs of tolbutamide, an oral hypoglicemiant used on Diabetes Mellitus type II treatment, and of nifedipine, a drug used in the cardiovascular disorders treatment, were prepared. All crystalline forms were obtained by crystallization from different solvents. Tolbutamide was isolated only in crystalline forms and nifedipine in two crystalline forms and in the amorphous form prepared by melting and subsequent cooling. The polymorphs from each drug were characterized by powder x-ray diffraction (PDRX), infrared spectroscopy (IR), Raman spectroscopy (FT-RAMAN), scanning electron microscopy (SEM) and differential scanning calorimetry (DSC). The results proved that two different crystalline forms of tolbutamide were obtained and two crystalline form to nifedipine, one of them as a pseudo-polymorph. The characterization confirmed that melting and quickly cooling procedure prepared amorphous nifedipine. Differential scanning calorimetry technique generated curves whose data proved that the amorphous nifedipine is a very unstable form. Thermogravimetry confirmed a pseudo-polymorphs preparation of nifedipine. In spite of the modification observed on the profile of X-ray diffraction, because of the solvent present, was possible to prove that this solvated form have an crystalline structure. A methodology was proposed step by step to prepare and characterize polymorphs of a substance

Orientador: Marcos Roberto de mattos Fontes / Resumo: Serpentes do gênero Bothrops representam cerca de 90% dos acidentes ofídicos que ocorrem no Brasil. Um componentes presente em venenos de serpentes são as fosfolipases A2 (PLA2s), que podem apresentar diversas atividades biológicas. Diversos estudos com PLA2s e PLA2s-homólogas de venenos de serpentes buscam melhor compreender o mecanismo da ação miotóxica, sugerindo diferentes sítios de ação. Neste trabalho, são apresentados estudos com PLA2s-homólogas do veneno de Bothrops moojeni, conhecida popularmente como caiçaca. A miotoxina II (MjTX-II) foi estudada na forma nativa, complexada com ácidos graxos e os inibidores ácido rosmarínico e suramina, enquanto a miotoxina I (MjTX-I) foi estudada em complexo com o ligante suramina. Para a obtenção dos dados, foram utilizadas diferentes técnicas biofísicas como espalhamento dinâmico de luz, calorimetria por titulação isotérmica e cristalografia de raios X. Estes estudos foram complementados com estudos funcionais por técnicas miográficas e estudos computacionais por dinâmica molecular realizados por outros membros do Laboratório de Biologia Molecular Estrutural. As estruturas cristalográficas da MjTX-II nativa e complexada com ácidos graxos revelaram particularidades para esta toxina, como a independência da ligação de ácidos graxos na estrutura para a sua ativação - alinhamento dos resíduos importantes para a atividade miotóxica. A estrutura da MjTX-II com o ácido rosmarínico revelou que o ligante interage com uma das regiões rela... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Bothrops genus represents approximately 90% of the ophidian accidents that occur in Brazil. One of the compounds of the venom is the phospholipases A2 (PLA2s), which are proteins with a wide range of biological activities. Several studies with PLA2s and PLA2-homologues from snake venom were performed to better understanding the myotoxic mechanism, suggesting different activity sites. This work presents studies with PLA2s-homologues isolated from Bothrops moojeni, known in Brazil as caiçaca. The myotoxin II (MjTX-II) was studied in native, complexes to fatty acids, rosmarinic acid and suramin inhibitors. Myotoxin I (MjTX-I) was studied complexed to suramin. X-ray crystallography, dynamic light scattering and isothermal titration calorimetry were used to characterize the protein and complexes. Furthermore, functional studies by myographic techniques and computational studies using molecular dynamics were performed by other members of the Laboratory. Crystallographic structures of MjTX-II in native form and complexes to fatty acids reveals particularities for these toxin, such as the independence of the fatty acids binding for myotoxic residues alignment. The structure of MjTX-II complexed to rosmarinic acid showed that this ligand interact to a of regions related to myotoxic activity of toxin, which probably explaining its inbitory action demonstrated by myographic techniques and is according to previous proposed mechanism. Crystallographic data of the MjTX-II/suramin complex s... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A demanda por combustíveis baseados em recursos renováveis é alta nos dias de hoje e tende a aumentar bastante no futuro. No Brasil, indústrias de biocombustíveis produzem principalmente etanol a partir cana-de-açúcar. A biomassa lignocelulósica, compreendendo resíduos de culturas, resíduos florestais, sólidos urbanos, é explorada como um elevado potencial secundário na produção de biocombustíveis, mesmo na categoria de subprodutos, eliminando assim os usos competitivos. Para tornar a produção de etanol de segunda geração a partir da cana-de-açúcar economicamente sustentável, é imprescindível utilizar fração hemicelulósica da biomassa, o que corresponde de 20% a 25%, sendo a xilose seu principal componente. Saccharomyces cerevisiae não fermenta xilose, entretanto, xilulose pode ser fermentada. Portanto a busca e o estudo de enzimas que procedem com a conversão de xilose em xilulose (em condições sinérgicas às da fermentação alcoólica) se torna de extrema importância no que se refere ao aproveitamento da hemicelulose para a geração de etanol de segunda-geração. Xilose isomerases (XI) de três microorganismos diferentes (de Xanthomonas campestris pv. Campestris [Xyl_Xcc], Bifidobacterium adolescentis [Xyl_Bad] e de Lactobacillus crispatus [Xyl_LCr]) são o objeto de estudo deste projeto. A partir do conteúdo genômico desses três microorganismos, foi realizada a amplificação do gene xylA (que codifica para XI), via Clonagem Independente de Ligação/Ligase (do inglês, LIC) e clonagem em vetor de expressão pPROEX HTa adaptado para LIC, e superexpressão em Escherichia coli BL21 (DE3). As XIs foram então extraídas e purificadas por cromatografia de afinidade com metal quelado, seguida de cromatografia de exclusão molecular. Nessa etapa, as massas moleculares e raios hidrodinâmicos (RH) foram estimados, tanto por cromatografia de exclusão molecular quanto em gel nativo, revelando que Xyl_Xcc e Xyl_Bad se apresentam diméricas enquanto Xyl_LCr monomérica. Subseqüentemente, foram realizados testes de atividade em diferentes condições (pHs e temperaturas), para mapear condições ótimas de reação. A atividade ótima de ambas Xyl_Xcc e Xyl_Bad foi ao redor do pH 5,5, com temperaturas ótimas girando em torno de 60°C. Xyl_LCr se mostrou sem atividade. Além disso, o monitoramento da estabilidade térmica das XIs foi realizado através de espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS) e espectroscopia de dicroísmo circular (CD). As estabilidades térmicas da estrutura secundária e da estrutura terciária como um todo parecem aumentadas com a elevação do pH. Entretanto, isso não condiz com perfil de atividade dessas enzimas, visto que a atividade ótima se apresentou deslocada para valores de pHs ácidos. Modelos de baixa resolução obtidos por SAXS foram alinhados e sobrepostos às estruturas de alta resolução de proteínas homólogas, revelando um bom ajuste da forma tetramérica para Xyl_Bad e Xyl_Xcc e monomérica para Xyl_LCr. Portanto, levanta-se a hipótese da dissociação do tetrâmero em dímeros, possivelmente causado pela interação (mecânica) com o sistema de emaranhados do gel nativo e com os poros da coluna de exclusão molecular. Foram obtidos cristais de Xyl_Bad e Xyl_Xcc, e esses foram submetidos à difração de raios-X, revelando a presença de um domínio conservado na maioria das XIs reportadas, formado por um barril α⁄β (N-terminal). As estruturas estão em fase avançada de refinamento. Ao final, são propostos estudos futuros que complementem os resultados apresentados, e que poderão comprovar as hipóteses criadas a partir deste trabalho. / The demand for fuels based on renewable resources is high these days and tends to increase considerably in the future. In Brazil, biofuels industries mainly produce ethanol from sugarcane. The lignocellulosic biomass, including crop residues, forest residues, urban solids, is explored as a secondary high potential for biofuels production, in the same category of products, thus eliminating the competing uses. To make the production of sugarcane secondgeneration ethanol economically sustainable, it is essential to use the hemicellulose fraction of the biomass, which corresponds from 20% to 25%, the main component represented by xylose. Saccharomyces cerevisiae doesnt ferment xylose, however, xylulose may befermented. Therefore the research and study of enzymes that carry out the conversion of xylose to xylulose (in synergistic fermentation conditions) become very important with regard to the use of hemicellulose in second-generation ethanol production. Xylose isomerases (XI) from three different microorganisms (Xanthomonas campestris pv. Campestris [Xyl_Xcc], Bifidobacterium adolescentis [Xyl_Bad] and Lactobacillus crispatus [Xyl_Lcr]) are the target of this project. From the genomic content of these three organisms, gene amplification of the xylA gene (encoding XI) was performed, via Ligand / Ligation Independent Cloning (LIC) and cloning in LIC adapted pPROEX HTA expression vector , with overexpression in Escherichia coli BL21 (DE3). The XIs were then extracted and purified by affinity metal quelate chromatography, followed by size exclusion chromatography. At that time, the molecular weight and hydrodynamic radius (RH) were estimated both by size exclusion chromatography and native gel, suggesting that Xyl_Xcc and Xyl_Bad were as dimers in solution, while Xyl_Lcr as monomer. Subsequently, activity assays were performed in different conditions (pH and temperature), to find out the optimum reaction conditions. The optimal activity of both Xyl_Xcc and Xyl_Bad was around pH 5.5, with optimum temperatures hovering around 60°C. Xyl_Lcr showed no activity. Furthermore, monitoring the thermalstability of XIs was performed by small angle X-ray scattering (SAXS) and circular dichroism spectroscopy (CD). The thermal stabilities of the secondary structure and tertiary structure as a whole appear increased with increasing pH. However, this does not match with the activity profiles of these enzymes, since they showed optimal activity shifted to acidic pHs. SAXS low-resolution models were aligned and superimposed on high resolution structures of homologous proteins, revealing a concordance of the tetrameric form of Xyl_Xcc and Xyl_Bad in solution and monomeric form of Xyl_Lcr. Thus arises the possibility of dissociation of tetramer into dimers, possibly caused by interaction (mechanical) system with the tangles of native gel and pores of molecular exclusion column. Crystals were obtained from Xyl_Bad and Xyl_Xcc, and these were subjected to X-ray diffraction to generate high resolution structures, revealing the presence of a conserved domain in the most reported XIs, consisting of a α⁄ β barrel (N-terminus). The structures are in an advanced stage of refinement. Finally, future studies are proposed to complement the results presented, which may prove the hypotheses generated from this work.