A proteína P21 do Trypanosoma cruzi participa no processo de infecção da célula hospedeira, desse modo é de grande importância: elucidar as vias de sinalização induzidas pela proteína, bem como caracterizar a nível molecular e estrutural a P21. O que vai auxiliar no entendimento da função biológica da P21 e sua participação no processo de infecção. A P21 recombinante é expressa Escherichia coli em sua maioria na fração insolúvel. Visando aumento de proteína na fração solúvel, foi realizada a clonagem do gene da P21 em vetor pSMT3, bem como testes de expressão subsequentes em diferentes cepas de expressão de E. coli, em vetor pET-28 e pSMT3 e variadas condições de expressão e lise celular. Desse modo obtiveram-se as condições que permitissem uma maior concentração da P21 na fração solúvel. A expressão foi realizada no vetor pET-28, cepa BL21, a 37°C com meio 2xYT a 0.5 mM de IPTG, utilizando a técnica de sonicação como lise. A P21 foi purificada em cromatografia de afinidade e posteriormente em coluna de exclusão molecular. Foram realizados estudos de modelagem por homologia levaram a elaborar a hipótese de que a P21 tem a função de inibidor de serinoprotease do tipo kunitz. Posteriormente essa hipótese foi confirmada com ensaios de avaliação da atividade inibitória da P21 frente à tripsina, quimiotripsina e elastase neutrofílica, o qual a P21 mostrou capaz de inibir a elastase neutrofílica. Estudos com espalhamento dinâmico da luz (DLS) revelaram que as amostras testadas de P21 contém diferentes concentrações de agregados de alto peso molecular em todos os pHs avaliados. Outras medidas foram realizadas para avaliar o estado de agregação da P21 de acordo com a temperatura e verificou-se que entre 32-52 °C, a proteína apresenta menor raio hidrodinâmico, indicando menor agregação nesse intervalo. Estudos de dicroísmo circular revelaram que a P21 apresenta por volta de 20% de α hélice, 32% de folha-β, 22% de volta e 23 % estrutura randômica. De acordo com a curva de desnaturação referente ao espectro de CD obtido, a P21 se mostra desnaturada a partir de 64°C. / The Trypanosoma cruzi protein P21 participates in the host cell infection process, but its specific function is poorly described. Thus it is important to elucidate the signaling pathways induced by the protein and characterize the P21 at the structural and molecular levels, as a contribution towards the understanding of the P21 biological function and its role in the infection process. The Escherichia coli recombinant P21 is expressed mostly in the insoluble fraction. Aiming to increase protein in the soluble fraction, we performed the cloning of the P21 gene in pSMT3 vector and subsequent expression tests in different expression strains of E. coli in pET-28 and pSMT3 vectors and varied expression conditions and cell lysis. Thus we obtained conditions that allow a greater concentration of the P21 in the soluble fraction. The expression vector was performed using vector pET-28, in Bl21 strain at 37°C in 2xYT culture medium with 0.5 mM IPTG, using the sonication technique in cell lysis. The recombinant P21 was purified by Ni affinity chromatography and subsequently a molecular exclusion column. We performed homology modeling studies which led to assume that P21 can be a serinprotease inhibitor of Kunitz type. Furthermore, this hypothesis was confirmed in the experiments testing the P21 inhibitory activity against the trypsin, chymotrypsin and elastase. We found the P21 exclusively inhibit neutrophil elastase. Studies using dynamic light scattering (DLS) revealed that the samples containing P21 contained large molecular weigth aggregates in different concentrations at all evaluated pHs. Others measurements were performed to assess the P21 aggregation state according to the temperature and we found that between 32-52 °C the protein had a smaller hydrodynamic radius, indicating less aggregation in this range. Circular dichroism (CD) studies revealed that P21 has about 20% α-helix, 32% β, -sheet, 22% turn and 23% of random structure. According to the denaturation curve for the CD spectrum obtained, the P21 was denatured from 64°C.

Tritrpticina (TRP3) é um peptídeo antimicrobiano com 13 resíduos de amino ácidos com três Ws sequenciais. Com o objetivo de contribuir para a compreensão de seu mecanismo de ação, realizaram-se estudos funcionais e conformacionais da TRP3 e de dois análogos onde um (WLW) ou dois (LWL) W foram substituídos por L. Os peptídeos foram igualmente ativos contra bactérias Gram positivas e negativas. Sua atividade hemolítica requereu concentrações maiores, diminuindo na ordem TRP3>WLW>LWL. Os peptídeos permeabilizaram membranas modelo de E. coli ou contendo fosfolipídios carregados negativamente. Espectros de CD sugeriram que os peptídeos adquirem diferentes conformações ao se ligarem a bicamadas e micelas. Estudos de fluorescência mostraram que a ligação a membranas decresce na ordem: TRP3>WLW>LWL e que os peptídeos se localizam próximos à interface membrana-água. Espectros de RPE de marcadores de spin lipídicos indicaram que a ligação dos peptídeos altera a organização dos lipídios, aumentando o empacotamento molecular / Tritrpticin (TRP3) is a 13-residue antimicrobial peptide that contains three sequential Ws. With the aim of contributing to the understanding of its mechanism of action, functional and conformational studies were performed with TRP3 and two of its analogues where one (WLW) or two (LWL) of the W were replaced by L. The peptides were equally active against both Gram positive and Gram negative bacteria. Higher concentrations were required for hemolytic activity which varied in the order: TRP3>WLW>LWL. The peptides permeabilized membranes model membranes mimicking E. coli\'s lipid composition or containing different negatively charged phospholipids. CD spectra suggested the peptides acquired different conformations upon binding to bilayers or micelles. Fluorescence studies showed that membrane binding decreases in the order: TRP3>WLW>LWL and that the peptides are located close to the water-membrane interface. EPR spectra of lipid spin labels indicated that peptide binding alter lipid organization, increasing molecular packing

Neste trabalho, estudamos a interação de um peptídeo antimicrobiano com membranas modelo, por meio de dicroísmo circular (CD), fluorescência e microscopia óptica. Tal peptídeo, chamado de híbrido, foi sintetizado como uma mistura das regiões mais ativas de dois outros peptídeos antimicrobianos, chamados de pediocina A e plantaricina 149. Esse peptídeo híbrido possui carga de +8, em pH fisiológico, e as membranas estudadas foram compostas por uma mistura de fosfolipídeos zwiteriônicos (cabeça polar de fosfatidilcolina, PC) e aniônicos (cabeça polar de fosfatidilglicerol, PG), em diferentes razões molares. Os resultados de CD evidenciaram que este peptídeo se apresenta de forma desordenada em solução aquosa, porém adota uma conformação helicoidal na presença de grandes vesículas unilamelares carregadas negativamente (LUVs). A quantidade de componente helicoidal é dependente da quantidade de lipídeo negativo presente na bicamada lipídica. A fluorescência do triptofano revelou um deslocamento para o azul muito significativo, chegando a 20 nm para membranas compostas por 100 mol% de PG. Os dois resultados (CD e fluorescência) indicam que a região dos aminoácidos que contém o triptofano deve estar interagindo muito fortemente com a região hidrofóbica da membrana, numa conformação tipo-helicoidal. Experimentos de vazamento de carboxifluoresceína encapsulada em LUVs, por espectroscopia de fluorescência, demonstraram a ação lítica do peptídeo induzindo a formação de poros nas membranas, independentemente da composição das LUVs. Entretanto, a razão molar peptídeo:lipídeo necessária para induzir vazamento da sonda foi menor para membranas lipídicas compostas por bicamadas contendo altas quantidades de PG. Tal fato coloca em evidência o papel fundamental da interação eletrostática entre os peptídeos carregados positivamente com as membranas carregadas negativamente para o processo de ligação e mecanismo de ação deste peptídeo. Para estudar mais detalhadamente o mecanismo de ação, realizamos experimentos de microscopia óptica em vesículas unilamelares gigantes. Concluímos que o peptídeo provoca total desestabilização das vesículas unilamelares gigantes, com formação de poros, seguidos de ruptura da bicamada lipídica e sua transformação em pequenos e mal definidos complexos de peptídeos e fosfolipídeos. / In this work, we investigated the interaction between an antibacterial peptide with model membranes, by means of circular dichroism (CD), fluorescence and optical microscopy. Such a peptide was synthesized from the most active regions of two others antimicrobial peptides, namely pediocin A and plantaricin 149. The hybrid peptide has a net charge of ~ +8, at physiological pH, and the studied model membranes were composed of a mixture of zwitterionic phospholipids (phosphatidylcholine polar head) and anionic phospholipids (phosphatidylglycerol polar head), at differente molar ratio. The CD results evidenced that the peptide was essentially structureless in aqueous solution, but acquired an helical conformation in the presence of charged large unillamellar vesicles LUVs. The helical content is dependent on the negative charge amount on membrane surface. The tryptophan fluorescence revealed a significant blue shift of the maximium emission wavelength, up to 20 nm for the membranes composed of 100 mol% of PG in respect to the peptide fluorescence in the aqueous solution. This indicates that part of the aminoacid residues, that contains the tryptophan, must be buried into the hydrophobic medium of the lipid membrane. Leakage experiments using fluorescence spectroscopy of carboxyfluorescein encapsulated in LUVs demonstrated the lytic action of the peptide, inducing the pore formation in the membrane, regardless of lipid membrane composition. However, it should be stressed that the peptide:lipid molar ratio necessary to induce probe leakage was smaller for lipid membranes made up of large PG amounts. Such evidence points out the key role of the electrostatic interaction between a positively charged peptide and the negatively charged membrane, mediated by hydrophobic contribution. To gain further insight into the lytic mechanism of the peptide, we performed single vesicle experiments using giant unilamellar vesicles under optical microscopy observations. We conclude that the peptide provokes a total membrane desestabilization, with pore formation, followed by a membrane disruption and its transformation into smaller and not well defined complexes of phospholipids and peptides.

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.

Submitted by (lucia.rodrigues@ufrpe.br) on 2017-02-15T15:54:32Z No. of bitstreams: 1 Zenaide Severina do Monte.pdf: 2760660 bytes, checksum: c07a4369e12f4af72ee82c783db1000c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-15T15:54:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zenaide Severina do Monte.pdf: 2760660 bytes, checksum: c07a4369e12f4af72ee82c783db1000c (MD5) Previous issue date: 2012-02-24 / This paper describes the qualitative and quantitative analysis by circular dichroism (CD) of paroxetine hydrochloride and qualitative analysis of biperiden hydrochloride. It was developed the method a simple, rapid, which uses the differential absorption of circularly polarized light right and left environment for the qualification and quantification of raw materials the drugs mentioned above using the technique by circular dichroism. The method developed followed the criteria of rules and recommended by ANVISA and ICH. The paroxetine hydrochloride and biperiden hydrochloride are chiral drug that can be used for the treatment of depression and Parkinson's, respectively. Paroxetine (PRX), a chiral drug, has two stereogenic carbon atoms in its chemical structure. The PRX, was dissolved in ultrapure water concentration 5,47.10-4 molL-1 DC analysis. Their spectrum showed an intense negative Cotton effect in mdeg - 37.4653. The standard curve the solution of reference a correlation coefficient of 0.9907 for the concentration range of the 0,91.10-4/ 5,47.10-4 molL-1. The limits of detection and quantification were 0,197.10-4 and 0,656.10-4 molL-1, respectively. The repeatability and precision intermediate had variance of 1.32. The results showed good accuracy for interval of 95%. The study showed that the recovery of the extraction method of PRX the drug was effective. The method is robust and the samples were stable to temperature variations. The method was selective for quantification of the drug by evaluating the interference of the excipients. Analyses with biperiden, a substance which has four chiral centers, were performed with the secondary standard BPR and the drug by the DC of molar concentrations 3,21.10-3 and 3,21.10-4 respectively. The samples had EC negative as well as the primary standard USP BPR. The spectrum obtained by theoretical calculation showed a positive Cotton effect of the enantiomers of BPR. These results indicate that one of the enantiomers can BPR is in excess or that the substance is pure or impurities which are chiral. / O presente trabalho descreve a análise qualitativa e quantitativa por dicroísmo circular (DC) do cloridrato de paroxetina e a análise qualitativa do cloridrato de biperideno. Foi desenvolvido um método simples, rápida, que faz uso da absorção diferenciada da luz circularmente polarizada a direita e a esqueda para a qualificação e quantificação da matéria-prima e os fármacos citados anteriormente empregando a técnica por dicroísmo circular. O desenvolvimento do método seguiu os critérios das normas vigentes e recomendadas pela ANVISA e ICH. O cloridrato de paroxetina e o cloridrato de biperideno são drogas quirais, que pode ser utilizadas para o tratamento da depressão e de parkinson, respectivamente. A paroxetina (PRX), um fármaco quiral, apresenta dois carbonos estereogênicos em sua estrutura química. A PRX, foi dissolvida em água ultrapura a concentração de 5,47.10-4 molL-1 para análise em DC. O seu espectro apresentou um Efeito Cotton intenso e negativo em -37,4653 mdeg. A curva da solução de referência apresentou um coeficiente de correlação de 0,9907 para o intervalo de concentração de 0,91.10-4 a 5,47.10-4 molL-1. Os limites de detecção e quantificação foram de 0,197.10-4 e de 0,656.10-4 molL-1, respectivamente. A repetitividade e precisão intermediária apresentaram variancia média 1,32. A exatidão apresentou resultados bons para o intervalo de confiança de 95%. O método foi seletivo para quantificação do fármaco avaliando a interferência dos excipientes. As análises com o biperideno, uma substância que tem quatro centros quirais, foram realizadas com o padrão secundário BPR e com o fármaco por DC nas concentrações molares de 3,21.10-3 e de 3,21.10-4 respectivamente. As amostras apresentaram EC negativos, assim como no BPR padrão primário da USP. O espectro obtido por cálculo teórico apresentou um Efeito Cotton positivo para um dos enantiômeros do BPR. Esses resultados indicam que um dos enantiômeros do BPR pode está em excesso ou que a substância está pura ou ainda que existem impurezas quirais.

Determinar la configuración absoluta de las moléculas quirales representa un gran reto para los químicos orgánicos. Para conseguir este objetivo existen diversas técnicas, las cuales se describen en el presente trabajo, así como ejemplos de cómo han sido utilizadas para la determinación de la configuración absoluta de productos naturales. / Methods for the assignment of the absolute configuration of an organic molecule: The assignment of the absolute configuration of chiral molecules represents a great challenge for organic chemists. There are several techniques in order to establish it, and they are described in this work, as well as examples of how they can be applied in the assignment of the absolute configuration of natural products.

Neste trabalho, estudamos a interação de um peptídeo antimicrobiano com membranas modelo, por meio de dicroísmo circular (CD), fluorescência e microscopia óptica. Tal peptídeo, chamado de híbrido, foi sintetizado como uma mistura das regiões mais ativas de dois outros peptídeos antimicrobianos, chamados de pediocina A e plantaricina 149. Esse peptídeo híbrido possui carga de +8, em pH fisiológico, e as membranas estudadas foram compostas por uma mistura de fosfolipídeos zwiteriônicos (cabeça polar de fosfatidilcolina, PC) e aniônicos (cabeça polar de fosfatidilglicerol, PG), em diferentes razões molares. Os resultados de CD evidenciaram que este peptídeo se apresenta de forma desordenada em solução aquosa, porém adota uma conformação helicoidal na presença de grandes vesículas unilamelares carregadas negativamente (LUVs). A quantidade de componente helicoidal é dependente da quantidade de lipídeo negativo presente na bicamada lipídica. A fluorescência do triptofano revelou um deslocamento para o azul muito significativo, chegando a 20 nm para membranas compostas por 100 mol% de PG. Os dois resultados (CD e fluorescência) indicam que a região dos aminoácidos que contém o triptofano deve estar interagindo muito fortemente com a região hidrofóbica da membrana, numa conformação tipo-helicoidal. Experimentos de vazamento de carboxifluoresceína encapsulada em LUVs, por espectroscopia de fluorescência, demonstraram a ação lítica do peptídeo induzindo a formação de poros nas membranas, independentemente da composição das LUVs. Entretanto, a razão molar peptídeo:lipídeo necessária para induzir vazamento da sonda foi menor para membranas lipídicas compostas por bicamadas contendo altas quantidades de PG. Tal fato coloca em evidência o papel fundamental da interação eletrostática entre os peptídeos carregados positivamente com as membranas carregadas negativamente para o processo de ligação e mecanismo de ação deste peptídeo. Para estudar mais detalhadamente o mecanismo de ação, realizamos experimentos de microscopia óptica em vesículas unilamelares gigantes. Concluímos que o peptídeo provoca total desestabilização das vesículas unilamelares gigantes, com formação de poros, seguidos de ruptura da bicamada lipídica e sua transformação em pequenos e mal definidos complexos de peptídeos e fosfolipídeos. / In this work, we investigated the interaction between an antibacterial peptide with model membranes, by means of circular dichroism (CD), fluorescence and optical microscopy. Such a peptide was synthesized from the most active regions of two others antimicrobial peptides, namely pediocin A and plantaricin 149. The hybrid peptide has a net charge of ~ +8, at physiological pH, and the studied model membranes were composed of a mixture of zwitterionic phospholipids (phosphatidylcholine polar head) and anionic phospholipids (phosphatidylglycerol polar head), at differente molar ratio. The CD results evidenced that the peptide was essentially structureless in aqueous solution, but acquired an helical conformation in the presence of charged large unillamellar vesicles LUVs. The helical content is dependent on the negative charge amount on membrane surface. The tryptophan fluorescence revealed a significant blue shift of the maximium emission wavelength, up to 20 nm for the membranes composed of 100 mol% of PG in respect to the peptide fluorescence in the aqueous solution. This indicates that part of the aminoacid residues, that contains the tryptophan, must be buried into the hydrophobic medium of the lipid membrane. Leakage experiments using fluorescence spectroscopy of carboxyfluorescein encapsulated in LUVs demonstrated the lytic action of the peptide, inducing the pore formation in the membrane, regardless of lipid membrane composition. However, it should be stressed that the peptide:lipid molar ratio necessary to induce probe leakage was smaller for lipid membranes made up of large PG amounts. Such evidence points out the key role of the electrostatic interaction between a positively charged peptide and the negatively charged membrane, mediated by hydrophobic contribution. To gain further insight into the lytic mechanism of the peptide, we performed single vesicle experiments using giant unilamellar vesicles under optical microscopy observations. We conclude that the peptide provokes a total membrane desestabilization, with pore formation, followed by a membrane disruption and its transformation into smaller and not well defined complexes of phospholipids and peptides.

A proteína P21 do Trypanosoma cruzi participa no processo de infecção da célula hospedeira, desse modo é de grande importância: elucidar as vias de sinalização induzidas pela proteína, bem como caracterizar a nível molecular e estrutural a P21. O que vai auxiliar no entendimento da função biológica da P21 e sua participação no processo de infecção. A P21 recombinante é expressa Escherichia coli em sua maioria na fração insolúvel. Visando aumento de proteína na fração solúvel, foi realizada a clonagem do gene da P21 em vetor pSMT3, bem como testes de expressão subsequentes em diferentes cepas de expressão de E. coli, em vetor pET-28 e pSMT3 e variadas condições de expressão e lise celular. Desse modo obtiveram-se as condições que permitissem uma maior concentração da P21 na fração solúvel. A expressão foi realizada no vetor pET-28, cepa BL21, a 37°C com meio 2xYT a 0.5 mM de IPTG, utilizando a técnica de sonicação como lise. A P21 foi purificada em cromatografia de afinidade e posteriormente em coluna de exclusão molecular. Foram realizados estudos de modelagem por homologia levaram a elaborar a hipótese de que a P21 tem a função de inibidor de serinoprotease do tipo kunitz. Posteriormente essa hipótese foi confirmada com ensaios de avaliação da atividade inibitória da P21 frente à tripsina, quimiotripsina e elastase neutrofílica, o qual a P21 mostrou capaz de inibir a elastase neutrofílica. Estudos com espalhamento dinâmico da luz (DLS) revelaram que as amostras testadas de P21 contém diferentes concentrações de agregados de alto peso molecular em todos os pHs avaliados. Outras medidas foram realizadas para avaliar o estado de agregação da P21 de acordo com a temperatura e verificou-se que entre 32-52 °C, a proteína apresenta menor raio hidrodinâmico, indicando menor agregação nesse intervalo. Estudos de dicroísmo circular revelaram que a P21 apresenta por volta de 20% de α hélice, 32% de folha-β, 22% de volta e 23 % estrutura randômica. De acordo com a curva de desnaturação referente ao espectro de CD obtido, a P21 se mostra desnaturada a partir de 64°C. / The Trypanosoma cruzi protein P21 participates in the host cell infection process, but its specific function is poorly described. Thus it is important to elucidate the signaling pathways induced by the protein and characterize the P21 at the structural and molecular levels, as a contribution towards the understanding of the P21 biological function and its role in the infection process. The Escherichia coli recombinant P21 is expressed mostly in the insoluble fraction. Aiming to increase protein in the soluble fraction, we performed the cloning of the P21 gene in pSMT3 vector and subsequent expression tests in different expression strains of E. coli in pET-28 and pSMT3 vectors and varied expression conditions and cell lysis. Thus we obtained conditions that allow a greater concentration of the P21 in the soluble fraction. The expression vector was performed using vector pET-28, in Bl21 strain at 37°C in 2xYT culture medium with 0.5 mM IPTG, using the sonication technique in cell lysis. The recombinant P21 was purified by Ni affinity chromatography and subsequently a molecular exclusion column. We performed homology modeling studies which led to assume that P21 can be a serinprotease inhibitor of Kunitz type. Furthermore, this hypothesis was confirmed in the experiments testing the P21 inhibitory activity against the trypsin, chymotrypsin and elastase. We found the P21 exclusively inhibit neutrophil elastase. Studies using dynamic light scattering (DLS) revealed that the samples containing P21 contained large molecular weigth aggregates in different concentrations at all evaluated pHs. Others measurements were performed to assess the P21 aggregation state according to the temperature and we found that between 32-52 °C the protein had a smaller hydrodynamic radius, indicating less aggregation in this range. Circular dichroism (CD) studies revealed that P21 has about 20% α-helix, 32% β, -sheet, 22% turn and 23% of random structure. According to the denaturation curve for the CD spectrum obtained, the P21 was denatured from 64°C.

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.

Na busca por agonistas, antagonistas e inibidores de natureza peptídica do fator de crescimento de fibroblastos ácido humano (hFGF-1), iniciamos o presente trabalho fazendo uma análise conformacional teórica do peptídeo Ac- WFVGLKKNGSSKRGPRT-NH2 (107-123 [hFGF-1]). Em trabalho anterior, este composto havia se mostrado um agonista da atividade mitogênica da proteína capaz de inibir a ligação de 125I-hFGF-1 aos seus receptores celulares e de se ligar à resina heparina-Sepharose (Oyama et al. 1996). Os cálculos das propriedades dinâmicas deste peptídeo (I; Tabela 1) demonstraram que ele não adotava nenhuma conformação preferencial, o que poderia justificar a baixa atividade apresentada pelo mesmo (104 vêzes menor do que a da proteína nativa). Este peptídeo foi ressintetizado, purificado, caracterizado química e biologicamente, confirmando os resultados anteriores. Seu comportamento randômico foi comprovado experimentalmente através de uma análise estrutural parcial por 1H-RMN. O resultado desta análise demonstrou que este peptídeo exibe uma configuração random coil, em solução aquosa (Kiyota et al., 1996, 1999). Diante desta constatação e com base em dados descritos na literatura (Harper & Lobb 1988; Burgess et al., 1991; Pantoliano et al., 1994, Springer et al., 1994; Thompson et al., 1994; Imamura et al., 1995; Blaber et al., 1996; Ornitz et al., 1996; Zhu et al.,1991, 1995, 1997; Schwizer, 1995; Sieber & Moe, 1996; Rizo et al., 1996); desenhamos dezessete peptídeos relacionados ao Sítio 2 (97-132) do hFGF-1 mostrados na Tabela 1 (ver arquivo PDF). Todos os peptídeos foram sintetizados manualmente por síntese em fase sólida, sempre que possível purificados à homogeneidade por RP-HPLC e caracterizados quimicamente por RP-HPLC, análise de aminoácidos e espectrometria de massas. Os peptídeos cíclicos foram obtidos por: a) oxidação das sulfidrilas das cisteínas e formação de ponte dissulfeto intramolecular; b) reação entre os grupos amina e carboxila de cadeias laterais de dois diferentes resíduos de aminoácidos com formação de uma ligação lactama. Os testes de atividade mitogênica foram realizados sempre que os peptídeos eram obtidos com pureza ≥90% determinada por RP-HPLC analítica em dois sistemas diferentes de solventes. Os resultados obtidos em culturas de fibroblastos de camundongos Balb/c 3T3 mostraram que: 1) II, III, VI-IX e XIII eram inativos; 2) o cíclico IV era mitogênico (ED50 ~50 µM) ao contrário do seu análogo linear correspondente (III); 3) V, um análogo de IV que apresenta deleção de um resíduo (Asn), exibia uma atividade mitogênica menor do que a de IV; 4) X exibia uma atividade mitogênica menor do que a do I; 5) os cíclicos XII e XV exibiam atividades comparáveis a do I, enquanto que os seus análogos lineares correspondentes (XI e XIV) eram inativos; 6) XVI e XVII exibiam atividades mitogênicas também comparáveis à de I. Paralelamente a estes estudos, foi desenvolvido um modelo teórico dos domínios extracelulares DII e DIII do FGFR-1β. A partir do posicionamento gráfico das moléculas de hFGF-1 e de um hexassacarídeo de heparina junto a este modelo do receptor, foram desenhados os peptídeos Ac-170NTTDKENEVLH180-NH2 (XVIII) e Ac-194SLAGNSIGLSH204-NH2 (XIX) (Oyama et al., 1997). Estes dois peptídeos cujas seqüências primárias são, respectivamente, relacionadas àquelas dos loops DE e FG do domínio DIII, foram também sintetizados e testados neste trabalho como possíveis ligantes do sítio 2 do hFGF-1.Os testes biológicos demonstraram que o peptídeo XIX, na faixa de concentração testada, não exibia nenhuma atividade inibitória sobre as atividades mitogênicas dos FGFs -1 e -2. Por outro lado, notou-se um claro efeito inibitório de XVIII sobre a atividade mitogênica de ambas as proteínas, sendo este efeito mais significativo para o FGF-2 (Kiyota et al., 1998). Alguns dos peptídeos estudados foram submetidos a análises espectroscópicas com o objetivo de determinar suas conformações em solução. Este conhecimento forneceria subsídios para o desenho de novos peptídeos mitogênicos e, mais ainda, para determinação dos requisitos estruturais destes peptídeos e, como reflexo, do hFGF1 para expressão de suas atividades mitogênicas. Assim, foi feita uma análise parcial do peptídeo mitogênico IV e de seu análogo linear III inativo em solução aquosa empregando fluorescência e 1HRMN ( (Kiyota et al., 1998). Estes peptídeos foram analisados também por técnicas de CD e 1H-NMR (Kiyota et al., 1999). Os resultados obtidos mostraram que III e IV parece se organizarem de forma semelhante em suas porções N-terminais, em estruturas correspondentes a β-turns. Por outro lado, as conformações das porções C-terminais destes peptídeos diferiram; somente em IV, observouse a presença de uma família de confôrmeros com estruturas helicoidais nessa porção do esqueleto e que eram superponíveis. O mesmo não foi observado na porção C-terminal de III. A análise conformacional do peptídeo XVIII em solução foi também realizada empregando-se CD e 1H-RMN. Os resultados obtidos indicaram que este peptídeo tem forte tendência em assumir uma estrutura helicoidal em solução aquosa contendo 50% CD3OH. O conjunto dos resultados obtidos neste trabalho nos permitem concluir que: 1) a presença de W107 e F108 é, de fato, essencial para a expressão da atividade mitogênica de peptídeos derivados do sítio 2 do hFGF-1; 2) a presença de N106 adjacente ao core hidrofóbico constituído pelos resíduos W107F108 é importante; 3) a ciclização do peptídeo IV foi decisiva para a expressão de sua atividade, indicando que, não apenas a presença, mas o posicionamento adequado das cadeias laterais de N106, W107 e F108 são determinantes; 4) apenas uma das lisinas (K112 ou K113) é essencial para a atividade mitogênica (X, XVI e XVII); 5) o importante parece ser a manutenção do posicionamento das cadeias laterais em relação aos dos outros resíduos contidos na seqüência, uma vez que, a substituição do segmento 112KKNGS116 por uma prolina e/ou deleção de 120GPRT123 (XI e XIV) abolem a atividade mitogênica do peptídeo; 6) a ciclização que mantem a distância e as orientações relativas entre WF e KR (considerados essenciais para a atividade) em seqüência (XII e XV), leva à recuperação da atividade; 7) a atividade inibitória específica para o FGF-2 exibida pelo peptídeo XVIII parece ser um indicativo de que a alça DE do domínio DIII do receptor pode estar envolvido na ligação a esta proteína. Estas conclusões são relevantes e essenciais para: 1) o entendimento dos requisitos estruturais para a atividade mitogênica dos peptídeos estudados e, como reflexo, do hFGF-1, 2) o desenho de novos agonistas, antagonistas ou inibidores do sistema FGF. / In our search for small potent agonists or inhibitors related to hFGF-1(97-132), we first investigated the preferred conformation in solution of Ac -WFVGLKKNGSSKRGPRT-NH2 (I), by 1H-NMR. This compound has been described as a weak agonist of the mitogenic activity of this growth factor able to inhibit the binding of 125I-hFGF-1 to their cellular receptors, and to heparin-Sepharose columns (Oyama et al., 1996). We found that this peptide is in a random coil configuration, which could explain its low activity (104 times less potent than the native protein). On the basis on these results and on several data available in the literature (Harper & Lobb 1988; Burgess et al., 1991; Pantoliano et al., 1994, Springer et al., 1994; Thompson et al., 1994; Imamura et al., 1995; Ornitz et al., 1996; Blaber et al., 1996; Zhu et al., 1991, 1995; 1997; Schwizer, 1995; Sieber & Moe, 1996; Rizo et al., 1996), we designed seventeen peptides related to the Site 2 (97-132)[hFGF-1] listed on the Table 1: some were linear and some were cyclic. They were synthesized manually using the solid phase method, purified by RP-HPLC, and chemically characterized by RP-HPLC, amino acid analysis and mass spectrometry. Conformational constraints of certain peptides were achieved by cyclization. Intramolecular dissulfide bonds were formed by the oxidation of the thiol groups of two cysteins residues with air oxigen and/or K2Fe(CN)6. Lactama bonds were formed between the functional side chain group of acidic and basic residue. The synthetic peptides were tested in of their ability to inducing mitogenic response on Balb/c 3T3, A-31 clone fibroblasts cultures. The results obtained were the following: 1) peptides II, III, VI-IX were essentially inactive on Balb/c 3T3 fibroblasts in the range of concentrations used (up to 200 µM), 2) in the same range of concentration, peptide IV showed an ED50 60µM (similar to that found for peptide I) while its correspondent linear analog (III) was inactive; 3) V, analog of IV, that has Asn deleted, exibihited mitogenic activity lower than IV; 4) X showed a mitogenic activity on Balb/c fibroblasts lower than I, 5) cyclic peptides XII and XV showed mitogenic activities similar to that of I, while their correspondent linear (XI and XIV) and cyclic (XIII) analogs were inactive; 6) XVI and XVII showed mitogenic activities similar to that found for I. In parallel, two peptides [Ac-170NTTDKENEVLH180-NH2 (XVIII) and Ac-194SLAGNSIGLSH204-NH2 (XIX)], derived from DIII FGFR-1β and designed as putative ligands of Site2 hFGF-1, were synthesized and tested. In the range of concentration used (up to 200 µM), XIX was inactive and exhibited no inhibitory effect on FGF-1 and FGF-2 mitogenic activities. Nevertheless, XVIII inhibited the mitogenic activity of both proteins, being this effect clearly more significant for the FGF-2 (Kiyota et al., 1998). Some of synthetic peptides have been spectroscopically analyzed in order to disclose the structural features that characterize the active (Kiyota et al., 1999). A detailed analysis was undertaken with peptides III and IV using circular dichroism (CD) and 1H-NMR. Although the similarities in their primary sequences, III has shown inactive when tested on Balb/c 3T3 fibroblasts culture while IV was mitogenic with ED50 values around 50 µM. I was also not capable of inhibiting the binding of hFGF-1 to its cellular receptors, I was inactive while II inhibits it with ID50 values of about 30 µM. Circular dichroism study showed that while at increasing SDS concentrations the spectra of III suggested the presence of an equilibrium among partially structured states, those of IV indicated that this peptide exists in unordered extended conformation, folds into a β-conformation and, finally, assumes a helix rich structure. 1H-NMR analysis revealed the existence of a well defined γ-turn encompassing residues 4-6 that nicely fits with that present in the same portion of the crystallized hFGF-1. Superposition of the final structures of III and IV over the entire sequence revealed that only the C-terminal portion of III has the tendency to fold into a regular structure. Together these data indicate that the turn existence in IV allowed it to acquire the structural determinants for the expression of mitogenicity probably through a more appropriate arrangement of residues 8-10. More importantly, they demonstrate that we have found a short agonist of hFGF-1 able to structurally mimic its corresponding stretch. Conformational analysis of XVIII in solution was undertaken also by using CD e 1HRMN. The results obtained indicated that it has a strong tendency to assume helicoidal configuration in aqueous solution containing 50% CD3OH. Altogether these data led us to conclude that: 1) the presence of Asn106 adjacent to hydrophobic core constituted by W107F108 is essential for the mitogenic activity of IV; 2) conformation constraint by cyclization was efficient for the correct N106, W107 and F108 side chains orientation in peptide IV for an effective cellular receptors binding; 3) peptides related to hFGF-1 (114-123) seem to be promising mitogenic agonists; 4) the only one lysine between L126 and N129 is enough for the mitogenic activity expression (X, XVI and XVII); 5) deletions of residues, replacement of deleted fragment by Pro followed by restriction of peptide conformation might keep the frame of the residues considered essential for the mitogenic activity along the peptides backbones; 6)The inhibitory effect on the FGF-2 mitogenic activity observed in peptide XVIII was indicative that the loop DE of DIII FGFRs seems to be involved in the binding of this protein.These conclusions are very relevant in terms of the knowledge of the structural requirements for the mitogenic activity of studied peptides and, as a reflex, of the hFGF-1. Furthermore, they constitute additional guidelines for designing new constrained peptides derived from this segment of FGF-1, which may result in more potent agonists, antagonists or inhibitors of such important target.