Resumo não disponível.

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A proteína gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH) é uma enzima essencial na via da glicólise e da gliconeogênese, catalisando a fosforilação oxidativa do substrato gliceraldeído-3-fosfato em 1,3- bifosfoglicerato na presença de NAD+ e fosfato inorgânico, sendo também capaz de catalisar a reação inversa. A enzima é um homotetrâmero, tendo monômeros com massa de 36 kDa. Além desta atividade, a proteína pode ainda desempenhar outras funções importantes em vários processos celulares. A partir da descrição da expressão diferencial do gene gpdh1 (GAPDH) do fungo entomopatogênico Metarhizium anisopliae em condições que mimetizam a infecção, desenvolvemos este estudo para caracterizar a sua possível participação em outros processos celulares. Diversas análises foram realizadas para caracterizar o gene gpdh1 e sua proteína cognata. Os padrões de expressão, tanto em nível transcricional como em nível protéico foram avaliados sob condições de regulação fisiológica, evidenciando um padrão de regulação hierárquico em resposta às diferentes fontes de carbono adicionadas a culturas do fungo. Utilizando 2D-SDS-PAGE, anti-soro anti GAPDH e espectrometria de massas, identificamos isoformas de GAPDH sendo expressas pelo fungo, sendo uma majoritária. Com base nos relatos encontrados na literatura de localização da proteína GAPDH na superfície celular de diferentes patógenos, direcionamos o trabalho no sentido de verificar a localização sub-celular da GAPDH em Metarhizium. Utilizando técnicas de imuno-microscopia, mostramos a localização na superfície celular dos diferentes estágios de desenvolvimento do fungo. Mostramos também que a GAPDH localizada na superfície celular mantém a sua atividade enzimática. Utilizando ensaios de adesão de conídios de M. anisopliae em asas de insetos (Dysdercus peruvianus), mostramos que a GAPDH pode desempenhar uma função importante no processo de adesão do fungo na superfície do hospedeiro. Este trabalho descreve pela primeira vez a presença de isoformas de GAPDH, a sua localização na superfície celular e sua possível participação na adesão ao hospedeiro. / GAPDH is essential in glycolysis and gluconeogenesis pathways and catalyzes the oxidative phosphorylation of glyceraldehyde-3-phosphate into 1,3- biphosphoglycerate in the presence of nicotinamide adenine nucleotide (NAD+) and inorganic phosphate, as well as the reverse reaction. The enzyme is an homotetramer of 36 kDa subunits. GAPDH has other important roles in various cellular processes. The gene gpdh1 (GAPDH) was found to display differential expression during growth of the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae cultured in conditions mimicking host infection. This led us to search for other possible functions of the GAPDH in the fungus. Therefore, we characterized the expression patterns of GAPDH, both at the transcription and protein level; we characterized isoforms of the protein; we immunolocalized GAPDH in different cell types and assayed its participation in adhesion to host surface. The expression of transcripts and GAPDH is hierarchily regulated by the carbon source available in the cultures (glucose, glycerol, ethanol and complex substrates, such as chitin and cuticle). By using 2D-SDS-PAGE, anti- GAPDH serum and mass spectrometry, isoforms of the protein were detected. As GAPDH has been reported at cell surface of pathogenic microorganisms, we directed efforts to localize GAPDH in Metarhizium. By using immunomicroscopy we showed the presence of GAPDH at the surface of the different developmental cell types of the fungus. We have also shown that the GAPDH at cell surface has enzyme activity. In adhesion assays, using Metarhizium conidia and insect wings (Dysdercus peruvianus), we showed that the GAPDH may be important during the adhesion step of the fungus to the host during infection. In this work, for the first time, we show that GAPDH from Metarhizium anisopliae has isoforms; that the active GAPDH is present at the fungal cell surface and is probably important for fungal to host adhesion.

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A proteína gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH) é uma enzima essencial na via da glicólise e da gliconeogênese, catalisando a fosforilação oxidativa do substrato gliceraldeído-3-fosfato em 1,3- bifosfoglicerato na presença de NAD+ e fosfato inorgânico, sendo também capaz de catalisar a reação inversa. A enzima é um homotetrâmero, tendo monômeros com massa de 36 kDa. Além desta atividade, a proteína pode ainda desempenhar outras funções importantes em vários processos celulares. A partir da descrição da expressão diferencial do gene gpdh1 (GAPDH) do fungo entomopatogênico Metarhizium anisopliae em condições que mimetizam a infecção, desenvolvemos este estudo para caracterizar a sua possível participação em outros processos celulares. Diversas análises foram realizadas para caracterizar o gene gpdh1 e sua proteína cognata. Os padrões de expressão, tanto em nível transcricional como em nível protéico foram avaliados sob condições de regulação fisiológica, evidenciando um padrão de regulação hierárquico em resposta às diferentes fontes de carbono adicionadas a culturas do fungo. Utilizando 2D-SDS-PAGE, anti-soro anti GAPDH e espectrometria de massas, identificamos isoformas de GAPDH sendo expressas pelo fungo, sendo uma majoritária. Com base nos relatos encontrados na literatura de localização da proteína GAPDH na superfície celular de diferentes patógenos, direcionamos o trabalho no sentido de verificar a localização sub-celular da GAPDH em Metarhizium. Utilizando técnicas de imuno-microscopia, mostramos a localização na superfície celular dos diferentes estágios de desenvolvimento do fungo. Mostramos também que a GAPDH localizada na superfície celular mantém a sua atividade enzimática. Utilizando ensaios de adesão de conídios de M. anisopliae em asas de insetos (Dysdercus peruvianus), mostramos que a GAPDH pode desempenhar uma função importante no processo de adesão do fungo na superfície do hospedeiro. Este trabalho descreve pela primeira vez a presença de isoformas de GAPDH, a sua localização na superfície celular e sua possível participação na adesão ao hospedeiro. / GAPDH is essential in glycolysis and gluconeogenesis pathways and catalyzes the oxidative phosphorylation of glyceraldehyde-3-phosphate into 1,3- biphosphoglycerate in the presence of nicotinamide adenine nucleotide (NAD+) and inorganic phosphate, as well as the reverse reaction. The enzyme is an homotetramer of 36 kDa subunits. GAPDH has other important roles in various cellular processes. The gene gpdh1 (GAPDH) was found to display differential expression during growth of the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae cultured in conditions mimicking host infection. This led us to search for other possible functions of the GAPDH in the fungus. Therefore, we characterized the expression patterns of GAPDH, both at the transcription and protein level; we characterized isoforms of the protein; we immunolocalized GAPDH in different cell types and assayed its participation in adhesion to host surface. The expression of transcripts and GAPDH is hierarchily regulated by the carbon source available in the cultures (glucose, glycerol, ethanol and complex substrates, such as chitin and cuticle). By using 2D-SDS-PAGE, anti- GAPDH serum and mass spectrometry, isoforms of the protein were detected. As GAPDH has been reported at cell surface of pathogenic microorganisms, we directed efforts to localize GAPDH in Metarhizium. By using immunomicroscopy we showed the presence of GAPDH at the surface of the different developmental cell types of the fungus. We have also shown that the GAPDH at cell surface has enzyme activity. In adhesion assays, using Metarhizium conidia and insect wings (Dysdercus peruvianus), we showed that the GAPDH may be important during the adhesion step of the fungus to the host during infection. In this work, for the first time, we show that GAPDH from Metarhizium anisopliae has isoforms; that the active GAPDH is present at the fungal cell surface and is probably important for fungal to host adhesion.

A proteína gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH) é uma enzima essencial na via da glicólise e da gliconeogênese, catalisando a fosforilação oxidativa do substrato gliceraldeído-3-fosfato em 1,3- bifosfoglicerato na presença de NAD+ e fosfato inorgânico, sendo também capaz de catalisar a reação inversa. A enzima é um homotetrâmero, tendo monômeros com massa de 36 kDa. Além desta atividade, a proteína pode ainda desempenhar outras funções importantes em vários processos celulares. A partir da descrição da expressão diferencial do gene gpdh1 (GAPDH) do fungo entomopatogênico Metarhizium anisopliae em condições que mimetizam a infecção, desenvolvemos este estudo para caracterizar a sua possível participação em outros processos celulares. Diversas análises foram realizadas para caracterizar o gene gpdh1 e sua proteína cognata. Os padrões de expressão, tanto em nível transcricional como em nível protéico foram avaliados sob condições de regulação fisiológica, evidenciando um padrão de regulação hierárquico em resposta às diferentes fontes de carbono adicionadas a culturas do fungo. Utilizando 2D-SDS-PAGE, anti-soro anti GAPDH e espectrometria de massas, identificamos isoformas de GAPDH sendo expressas pelo fungo, sendo uma majoritária. Com base nos relatos encontrados na literatura de localização da proteína GAPDH na superfície celular de diferentes patógenos, direcionamos o trabalho no sentido de verificar a localização sub-celular da GAPDH em Metarhizium. Utilizando técnicas de imuno-microscopia, mostramos a localização na superfície celular dos diferentes estágios de desenvolvimento do fungo. Mostramos também que a GAPDH localizada na superfície celular mantém a sua atividade enzimática. Utilizando ensaios de adesão de conídios de M. anisopliae em asas de insetos (Dysdercus peruvianus), mostramos que a GAPDH pode desempenhar uma função importante no processo de adesão do fungo na superfície do hospedeiro. Este trabalho descreve pela primeira vez a presença de isoformas de GAPDH, a sua localização na superfície celular e sua possível participação na adesão ao hospedeiro. / GAPDH is essential in glycolysis and gluconeogenesis pathways and catalyzes the oxidative phosphorylation of glyceraldehyde-3-phosphate into 1,3- biphosphoglycerate in the presence of nicotinamide adenine nucleotide (NAD+) and inorganic phosphate, as well as the reverse reaction. The enzyme is an homotetramer of 36 kDa subunits. GAPDH has other important roles in various cellular processes. The gene gpdh1 (GAPDH) was found to display differential expression during growth of the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae cultured in conditions mimicking host infection. This led us to search for other possible functions of the GAPDH in the fungus. Therefore, we characterized the expression patterns of GAPDH, both at the transcription and protein level; we characterized isoforms of the protein; we immunolocalized GAPDH in different cell types and assayed its participation in adhesion to host surface. The expression of transcripts and GAPDH is hierarchily regulated by the carbon source available in the cultures (glucose, glycerol, ethanol and complex substrates, such as chitin and cuticle). By using 2D-SDS-PAGE, anti- GAPDH serum and mass spectrometry, isoforms of the protein were detected. As GAPDH has been reported at cell surface of pathogenic microorganisms, we directed efforts to localize GAPDH in Metarhizium. By using immunomicroscopy we showed the presence of GAPDH at the surface of the different developmental cell types of the fungus. We have also shown that the GAPDH at cell surface has enzyme activity. In adhesion assays, using Metarhizium conidia and insect wings (Dysdercus peruvianus), we showed that the GAPDH may be important during the adhesion step of the fungus to the host during infection. In this work, for the first time, we show that GAPDH from Metarhizium anisopliae has isoforms; that the active GAPDH is present at the fungal cell surface and is probably important for fungal to host adhesion.

Diidroorotato desidrogenases (DHODHs) catalisam a quarta e única reação de oxidorredução na via de síntese de novo de nucleotídeos de pirimidina, que envolve a oxidação do diidroorotato (DHO) a orotato (ORO) em um mecanismo dependente do cofator FMN e de aceptores de elétrons. A relevância de pirimidinas para a proliferação e manutenção celular determina a DHODH como um potencial alvo terapêutico. DHODHs são divididas em duas classes baseado em comparações estruturais e na sequência de resíduos: classe 1, a qual é subdividida em classe 1A e 1B, e classe 2. A proteína utilizada como modelo em nosso estudo sobre as DHODHs de tripanosomatídeos classe 1A é a enzima de Leishmania major (LmDHODH). As metas principais desse trabalho foram de contribuir para a compreensão sobre o mecanismo de ação das DHODHs de classe 1A e propor estratégias de inibição seletiva. Inicialmente, ensaios no estado estacionário e pré-estacionário foram realizados para caracterização do ciclo catalítico da LmDHODH e permitiram a análise das etapas redutivas e oxidativa de forma independente e sua comparação com o ciclo global. Foi também analisada a interação da LmDHODH com os produtos da reação por meio de ensaios de cinética, titulação espectral e titulação isotérmica calorimétrica. Após análises topológicas baseadas na estrutura cristalográfica da LmDHODH, diferentes mutantes foram construídos e caracterizados estruturalmente e cineticamente a fim de investigar a importância de alguns sítios na conformação protéica. Durante a etapa de busca de inibidores, bibliotecas químicas de compostos foram analisadas por meio de interferometria de biocamada e ensaio enzimático. Considerando os resultados obtidos, foi possível pela primeira vez identificar um mecanismo cinético cooperativamente positivo frente à ligação do DHO com coeficiente de Hill (h) próximo a 2. Além disso, nossos resultados mostram que o grau da cooperatividade na ligação do DHO é afetado pelo ORO. A comparação entre os parâmetros obtidos para o estado estacionário e pré-estacionário aliada aos estudos da interação da LmDHODH com os produtos da reação, sugerem que a liberação do ORO é a etapa limitante na velocidade global da reação, o que não é verdade para a enzima humana (DHODH classe 2). A partir das análises dos mutantes, foi possível correlacionar o comportamento cooperativo da enzima LmDHODH com a conversa cruzada entre os sítios-ativos mediada pela interface dimérica. Além disso, foi possível observar que a dinâmica conformacional do loop catalítico é extremamente relevante no mecanismo global da reação e existe uma correlação entre os rearranjos do loop catalítico e a interface dimérica. Nossos resultados fornecem uma importante contribuição para o entendimento dos detalhes do mecanismo catalítico adotado pelas DHODHs de classe 1A. Eles também revelam diferenças chave no mecanismo adotado pelas enzimas de classe 1A e classe 2, os quais podem ser explorados no desenvolvimento de inibidores potentes e seletivos contra a LmDHODH. No que se refere à busca por inibidores, alguns hits foram obtidos por meio da varredura da biblioteca de fragmentos do Drug Discovery Unit (DDU) utilizando interferometria de biocamadas. Além disso, um ensaio enzimático de larga escala (hightroughtput) foi desenvolvido para a LmDHODH e permitiu a triagem de alto desempenho nas bibliotecas de fragmentos e diversidade química. Hits foram validados por meio de ensaio de potência e bons inibidores foram encontrados em ambas as bibliotecas. As varreduras identificaram diferentes séries de compostos como pontos de partida para química medicinal e investigações estruturais. Dois hits identificados a partir da biblioteca de diversidade química apresentam excelentes valores de IC50, 260 nM e 1,07 ?M. / Dihydroorotate dehydrogenases (DHODHs) catalyze the fourth and only redox reaction in the de novo pyrimidine biosynthetic pathway, the oxidation of dihydroorotate (DHO) to orotate (ORO) through a mechanism dependent on the FMN cofactor and electron acceptors. The significance of pyrimidine for cell proliferation and maintenance determine DHODH as potential therapeutic target. DHODHs have been distinguished in two major classes based on sequence and structural comparisons: class 1, which is further divided into subclasses 1A and 1B, and class 2. The model protein in our studies on trypanosomatid class 1A DHODHs is the enzyme from Leishmania major (LmDHODH). The essential question in this study was to contribute for the understanding about the catalytic and inhibition mechanisms of class 1A DHODHs . First, steady-state and pre-steady state kinetic approaches have been used to characterize the catalytic cycle of LmDHODH and have allowed the comparison between the global cycle and each independent half-reaction. Also, the interaction of LmDHODH with the products of the reaction was analyzed by kinetic, spectral titration and isothermal titration calorimetry assays. After topographical analysis based on the LmDHODH crystallographic structure, different mutants were constructed and structurally and kinetically characterized. For inhibitor search, chemical libraries of compounds were screened by using biolayer interferometry binding and enzymatic assays. Based on our results, for the first time, steady-state kinetics analysis of class 1A allowed the observation of a positive cooperativity for DHO binding with a Hill coefficient (h) value close to 2. Moreover, our results show that the degree of cooperativity in DHO binding is affected by ORO. Comparison between steady and pre-steady-state parameters together with studies of interaction for LmDHODH with both products, suggests that ORO release is the rate-limiting step in overall catalysis with is not true to the human enzyme (class 2 DHODH). The hybrid approach used to characterize LmDHODH mutants allowed us to propose that the cooperative behavior is related with the cross-talk between the two active sites mediated by the dimer interface. Also, the conformational dynamics of the catalytic loop is very relevant in the global mechanism of the reaction and there is a correlation between catalytic loop rearrangement and dimer interface. Our results bring an important contribution for a better understanding of the detailed catalytic mechanism adopted by class 1A DHODHs. They also reveal key differences in the enzymatic mechanism adopted by class 1A and class 2 DHODHs, to be exploited in the development of potent and selective LmDHODH inhibitors. Regarding to inhibitors search, few hits were obtained by using screening of Drug Discovery Unit (DDU) fragment library with biolayer interferometry binding assay. Also, an end-point enzymatic assay was developed for LmDHODH and the optimisation carried out at the DDU provided a reliable HTP assay using both DDU\'s fragment library and small diversity set. Hits were validated using a potency assay with good inhibitors found using both libraries. The screens identified a number of series as starting points for medicinal chemistry and structural investigations. Two hits identified from small diversity set exhibit great IC50 values, 260 nM and 1.07 ?M.

O presente projeto representa uma extensão dos paradigmas que criamos com estudos de simulação molecular para compreender as frequentes mudanças de estrutura e função das Aldeído Desidrogenases (ALDHs) durante a evolução. As ALDHs formam uma superfamília de proteínas que catalisam a oxidação de vários aldeídos, mas as origens evolutivas das preferências pelos seus substratos são pouco conhecidas. Apesar de possuírem uma elevada identidade sequencial, duas destas ALDHs, a ALDH1 e a ALDH2, exibem distintos papéis funcionais de sinalização celular e detoxicação, respectivamente. Através de prévia análise computacional e logenética, identicamos que, curiosamente, as ALDH1s de organismos invertebrados, Branchiostoma oridae e Ciona intestinalis apresentam características estruturais mais semelhantes às de suas ALDH2s do que das ALDH1 típicas. Isto sugere que essas ALDH1s divergentes podem ter evoluído na direção da atividade de degradação de aldeídos pequenos e tóxicos, que parecem representar a função ancestral das ALDH2s eucarióticas. Nossa análise identicou três assinaturas de aminoácidos localizadas na área interna do canal de entrada do substrato (CES) que distinguem as ALDH1 das ALDH2. Desta forma, constatamos que as ALDH1s possuem um CES amplo e desobstruído, consistente com o fato destas enzimas catalisarem aldeídos de cadeia longa como o retinaldeído, que é um precursor de vias de sinalização por retinóides. Em contraste, as ALDH2s possuem o CES pouco volumoso e constrito, consistente com sua função na degradação de pequenos aldeídos tóxicos e reativos, como o acetaldeído. Neste projeto o nosso objetivo é analisar a correlação funcional e estrutural entre as ALDH1 e ALDH2 presentes em B. oridae e C. intestinalis para desvendar e compreender seus papéis funcionais e evolutivos em cordados. Especicamente, testaremos a hipótese de que as três assinaturas descritas constituem o núcleo fundamental da preferência por substratos, e que sua inversão por mutações sitio-dirigidas entre ALDH1 e ALDH2 modicará a preferência de substrato de acordo com a origem da assinatura. Se conrmado experimentalmente, este será um exemplo pioneiro de reversão evolutiva molecular, que terá impacto direto sobre as interpretações atuais sobre controversa lei de Dollo da irreversibilidade evolutiva. / This project represents an extension of the paradigms that we created from our molecular simulation studies to understand the frequent structure and function changes of aldehyde dehydrogenases (ALDH) during evolution. The ALDHs form a superfamily of proteins that catalyze the oxidation of several aldehydes, but the evolutionary origins of their substrate preference are unknown. Despite having a high sequence identity, two of these ALDHs, the ADLH1, and ALDH2, exhibit distinct functional roles of cellular signaling and detoxication, respectively. Through previous computational and phylogenetic analysis, we found that, interestingly, the ALDH1s of invertebrate organisms (Branchiostoma oridaeand Ciona intestinalis) show structural features more similar to their ALDH2s than the typical ALDH1. It suggests that these divergent ALDH1sevolved to provide small aldehydes detoxication pattern, what seems to represent the ancestral eukaryotic ALDH2s function. Our analysis also identied three aminoacidsignatures, located internally in the substrate entry channel (SEC), that distinguishes the ALDH1 from ALDH2. Thus, we nd that ALDH1s have a wide, open and unobstructed SEC, consistent with the fact that these enzymes catalyze bulky long-chainaldehydes, like retinaldehyde, a precursor of important signaling pathways. In contrast, the ALDH2s have a small and constricted SEC, consistent with the degradation function of small aldehydes, like the toxic metabolite acetaldehyde. In this project, our objective is to understand the functional and structural correlation between ALDH1 and ALDH2 found in B. oridaeand C. intestinalisto discover and comprehend their functional and evolutionary roles in chordates. Specically, we will test the hypothesis that the three signatures described above are the fundamental core of the substrate preference, based on the signature origin. If conrmed experimentally, this will be a pioneeringexample of evolutionary molecular reversion, impacting directly on the current interpretations of the controversial Dollos Law of Irreversibility.

Diante da biodiversidade de micro-organismos existentes na natureza e da necessidade de descobrir novos biocatalisadores para a síntese de bloco de construções quirais e de produtos químicos de alto valor agregado, o presente trabalho teve como objetivo realizar a bioprospeção de micro-organismos para aplicação em reações de oxidação enantiosseletiva de álcoois. Os micro-organismos foram obtidos pelo processo de isolamento induzido de amostras de solo/sedimento coletadas no Parque Estadual Turístico do Alto Ribeira (PETAR) e na Antártica. A partir das amostras coletadas (43 de solo e 13 de sedimento) foram isolados 130 microorganimos mesofílicos (isolados de amostras de solo do PETAR) e 232 microorganimos psicrofílicos/psicrotróficos (isolados de amostras de solo/sedimento da Antártica). Realizamos também a avaliação do espectro de atividade enzimática dos micro-organismos em reações de oxidação enantiosseletiva, e para isso empregamos derivados para substituídos do (R,S)-1-(fenil)etanol. Dentre os micro-organismos estudados, 15 psicrofílicos/psicrotróficos e 11 micro-organismos mesofílicos apresentaram álcool desidrogenases que catalisaram a oxidação do enantiômero (S) do álcool racêmico à sua correspondente cetona. Nesses casos, as linhagens possuem atividade de álcool desidrogenase em que o rendimento de obtenção da cetona foi > 10 % e excesso enantiomérico > 60 %. Por outro lado 6 micro-organismos mesofílicos apresentaram álcool desidrogenases que catalisam a oxidação do enantiômero (R) do álcool racêmico à sua correspondente cetona. Foi realizada a caracterização taxonômica para alguns micro-organismos através do sequenciamento do 16S rDNA. Dentre os micro-organismos caracterizados, destacaram-se as bactérias Flavobacterium sp., Arthrobacter sp., Acinetobacter sp., e o Bacillus sp. por apresentar excelente atividade enzimática. Flavobacterium sp. e a Arthrobacter sp. foram selecionadas para o estudo de otimização da reação de oxidação do (R,S)-1-(4- metilfenil)etanol. Nesse processo foram utilizadas as células ressuspensas em tampão fosfato em diferentes temperaturas (5-30 ºC) e tempos reacionais (24-72 horas). A partir desse estudo, observou-se que a Flavobacterium sp. possui uma excelente atividade enzimática a 10 ºC e a Arthrobacter sp. a 25 ºC. Foram determinadas curvas de crescimentos destas bactérias em 15, 20 e 25 ºC, em que ambas apresentaram crescimento ótimo a 25 ºC, indicando que estas bactérias são psicrotróficas / In the view of the microorganisms biodiversity in nature and the necessity to discover new biocatalysts for chiral synthesis of building blocks and high value-added chemical products, the present work was aimed at making the bioprospection of microorganisms for application in enantioselective oxidation reactions of alcohols. Microorganisms were isolated by enrichment technique from soil/sediment samples collected from the State Park of Alto Ribeira (PETAR) and Antarctic. 130 Mesophilic microorganisms were isolated from soil samples of PETAR, and 232 psychrophilic/psychrotrophic microorganisms from soil/sediment samples of Antarctic. We also evaluated the enzymatic activity of the microorganisms in enantioselective oxidation reactions, by using derivatives of substituted para (RS)-1- phenylethanol as substrates. Among the studied microorganisms, 15 psychrophile/psychrotrophic and 11 mesophilic strains contain alcohol dehydrogenases that catalyze the (S)-enantiomer oxidation of racemic alcohols to its corresponding ketone. In these cases, the strains showed alcohol dehydrogenase activity in which the ketone yields were higher than 10 % and the enantiomeric excess >60 %. Moreover, 6 mesophilic microorganisms showed alcohol dehydrogenases that catalyze the R)-enantiomer oxidation of racemic alcohols to its corresponding ketone. It was performed taxonomic characterization for some microorganisms by sequencing the 16S rDNA. Among the characterized microorganisms, Flavobacterium sp., Arthrobacter sp., Acinetobacter sp. and Bacillus sp. showed excellent enzymatic activity. The Flavobacterium sp. and Arthrobacter sp. were selected for optimization study of oxidation of the (R,S)-1-(4-methyl-phenyl)ethanol. In this process, bacterial cells were resuspended in phosphate buffer at different temperatures (5-30 °C) and reaction times (24-72 h). From these studies, it was observed that the Flavobacterium sp. has an excellent enzymatic activity at 10 ºC and Arthrobacter sp. at 25 ºC. We determined the growth curves of these bacteria in 15, 20 and 25 ° C. Both strains showed optimum growth at 25 ° C, indicating that these bacteria are psychrotrophics.

Diidroorotato desidrogenases (DHODHs) catalisam a quarta e única reação de oxidorredução na via de síntese de novo de nucleotídeos de pirimidina, que envolve a oxidação do diidroorotato (DHO) a orotato (ORO) em um mecanismo dependente do cofator FMN e de aceptores de elétrons. A relevância de pirimidinas para a proliferação e manutenção celular determina a DHODH como um potencial alvo terapêutico. DHODHs são divididas em duas classes baseado em comparações estruturais e na sequência de resíduos: classe 1, a qual é subdividida em classe 1A e 1B, e classe 2. A proteína utilizada como modelo em nosso estudo sobre as DHODHs de tripanosomatídeos classe 1A é a enzima de Leishmania major (LmDHODH). As metas principais desse trabalho foram de contribuir para a compreensão sobre o mecanismo de ação das DHODHs de classe 1A e propor estratégias de inibição seletiva. Inicialmente, ensaios no estado estacionário e pré-estacionário foram realizados para caracterização do ciclo catalítico da LmDHODH e permitiram a análise das etapas redutivas e oxidativa de forma independente e sua comparação com o ciclo global. Foi também analisada a interação da LmDHODH com os produtos da reação por meio de ensaios de cinética, titulação espectral e titulação isotérmica calorimétrica. Após análises topológicas baseadas na estrutura cristalográfica da LmDHODH, diferentes mutantes foram construídos e caracterizados estruturalmente e cineticamente a fim de investigar a importância de alguns sítios na conformação protéica. Durante a etapa de busca de inibidores, bibliotecas químicas de compostos foram analisadas por meio de interferometria de biocamada e ensaio enzimático. Considerando os resultados obtidos, foi possível pela primeira vez identificar um mecanismo cinético cooperativamente positivo frente à ligação do DHO com coeficiente de Hill (h) próximo a 2. Além disso, nossos resultados mostram que o grau da cooperatividade na ligação do DHO é afetado pelo ORO. A comparação entre os parâmetros obtidos para o estado estacionário e pré-estacionário aliada aos estudos da interação da LmDHODH com os produtos da reação, sugerem que a liberação do ORO é a etapa limitante na velocidade global da reação, o que não é verdade para a enzima humana (DHODH classe 2). A partir das análises dos mutantes, foi possível correlacionar o comportamento cooperativo da enzima LmDHODH com a conversa cruzada entre os sítios-ativos mediada pela interface dimérica. Além disso, foi possível observar que a dinâmica conformacional do loop catalítico é extremamente relevante no mecanismo global da reação e existe uma correlação entre os rearranjos do loop catalítico e a interface dimérica. Nossos resultados fornecem uma importante contribuição para o entendimento dos detalhes do mecanismo catalítico adotado pelas DHODHs de classe 1A. Eles também revelam diferenças chave no mecanismo adotado pelas enzimas de classe 1A e classe 2, os quais podem ser explorados no desenvolvimento de inibidores potentes e seletivos contra a LmDHODH. No que se refere à busca por inibidores, alguns hits foram obtidos por meio da varredura da biblioteca de fragmentos do Drug Discovery Unit (DDU) utilizando interferometria de biocamadas. Além disso, um ensaio enzimático de larga escala (hightroughtput) foi desenvolvido para a LmDHODH e permitiu a triagem de alto desempenho nas bibliotecas de fragmentos e diversidade química. Hits foram validados por meio de ensaio de potência e bons inibidores foram encontrados em ambas as bibliotecas. As varreduras identificaram diferentes séries de compostos como pontos de partida para química medicinal e investigações estruturais. Dois hits identificados a partir da biblioteca de diversidade química apresentam excelentes valores de IC50, 260 nM e 1,07 ?M. / Dihydroorotate dehydrogenases (DHODHs) catalyze the fourth and only redox reaction in the de novo pyrimidine biosynthetic pathway, the oxidation of dihydroorotate (DHO) to orotate (ORO) through a mechanism dependent on the FMN cofactor and electron acceptors. The significance of pyrimidine for cell proliferation and maintenance determine DHODH as potential therapeutic target. DHODHs have been distinguished in two major classes based on sequence and structural comparisons: class 1, which is further divided into subclasses 1A and 1B, and class 2. The model protein in our studies on trypanosomatid class 1A DHODHs is the enzyme from Leishmania major (LmDHODH). The essential question in this study was to contribute for the understanding about the catalytic and inhibition mechanisms of class 1A DHODHs . First, steady-state and pre-steady state kinetic approaches have been used to characterize the catalytic cycle of LmDHODH and have allowed the comparison between the global cycle and each independent half-reaction. Also, the interaction of LmDHODH with the products of the reaction was analyzed by kinetic, spectral titration and isothermal titration calorimetry assays. After topographical analysis based on the LmDHODH crystallographic structure, different mutants were constructed and structurally and kinetically characterized. For inhibitor search, chemical libraries of compounds were screened by using biolayer interferometry binding and enzymatic assays. Based on our results, for the first time, steady-state kinetics analysis of class 1A allowed the observation of a positive cooperativity for DHO binding with a Hill coefficient (h) value close to 2. Moreover, our results show that the degree of cooperativity in DHO binding is affected by ORO. Comparison between steady and pre-steady-state parameters together with studies of interaction for LmDHODH with both products, suggests that ORO release is the rate-limiting step in overall catalysis with is not true to the human enzyme (class 2 DHODH). The hybrid approach used to characterize LmDHODH mutants allowed us to propose that the cooperative behavior is related with the cross-talk between the two active sites mediated by the dimer interface. Also, the conformational dynamics of the catalytic loop is very relevant in the global mechanism of the reaction and there is a correlation between catalytic loop rearrangement and dimer interface. Our results bring an important contribution for a better understanding of the detailed catalytic mechanism adopted by class 1A DHODHs. They also reveal key differences in the enzymatic mechanism adopted by class 1A and class 2 DHODHs, to be exploited in the development of potent and selective LmDHODH inhibitors. Regarding to inhibitors search, few hits were obtained by using screening of Drug Discovery Unit (DDU) fragment library with biolayer interferometry binding assay. Also, an end-point enzymatic assay was developed for LmDHODH and the optimisation carried out at the DDU provided a reliable HTP assay using both DDU\'s fragment library and small diversity set. Hits were validated using a potency assay with good inhibitors found using both libraries. The screens identified a number of series as starting points for medicinal chemistry and structural investigations. Two hits identified from small diversity set exhibit great IC50 values, 260 nM and 1.07 ?M.