A conservação do potencial fisiológico das sementes de amendoim durante o armazenamento é considerada de grande importância pelas empresas produtoras de sementes, pois a composição química das sementes dessa espécie, ricas de lipídios, e as condições de armazenamento inadequadas interferem diretamente na longevidade das sementes. Diante disso, o objetivo desta pesquisa foi avaliar a conservação do potencial fisiológico de sementes de amendoim armazenadas em ambientes distintos, procurando identificar possíveis alterações fisiológicas durante esse período. Foram utilizados dois cultivares de amendoim (IAC OL3 e RUNNER IAC 886), cada um representado por três lotes de sementes produzidos em diferentes regiões e armazenados, durante 9 meses, em câmara fria e seca (11°C / 24% de umidade relativa do ar - UR), câmara seca (19°C / 40% UR) e ambiente natural (24°C / 66% UR), precedidos ou não da operação de debulha. O desempenho das sementes foi avaliado em épocas trimestrais, por meio dos testes de germinação e vigor (envelhecimento acelerado tradicional e com solução saturada de NaCl, condutividade elétrica, emergência de plântulas em campo, análise computadorizada de imagens de plântulas - SVIS®) e teste de sanidade; também foram determinadas a atividade das enzimas superóxido dismutase, catalase, malato desidrogenase e esterase, por meio da técnica de eletroforese. Os dados foram submetidos, separadamente para cada cultivar, a análise da variância, em delineamento inteiramente casualizado (testes em laboratório) e em blocos ao acaso (testes em campo); as médias foram comparadas pelo teste de Tukey (p ≤ 0,05). Verificou-se que o potencial fisiológico de sementes dos cultivares IAC OL3 e RUNNER IAC 886 é preservado quando armazenadas em câmara fria e seca, sendo o teor de água seguro para redução da velocidade de deterioração das sementes tanto no interior das vagens quanto debulhadas, durante o armazenamento, em ambos cultivares, é de 4,4%. O armazenamento em ambiente natural com condições sub-ótimas de temperatura e umidade relativa do ar, promove maior interferência negativa na velocidade de deterioração das sementes do que os sistemas de debulha. Alterações nos sistemas enzimáticos da superóxido dismutase e da catalase permitem identificar o progresso de deterioração de sementes de amendoim em diferentes condições de armazenamento precedidas ou não da operação de debulha. / The conservation of the physiological potential of peanut seeds during storage is considered of great importance by seed companies, since the chemical composition of the seeds which are rich in lipids, combined with inadequate storage conditions can directly interfere in the seed longevity. Thus, the objective of this research was to evaluate the conservation of the physiological potential of peanut seeds stored in different environments, seeking to identify possible physiological changes during this period. Two peanut cultivars (IAC OL3 and RUNNER IAC 886) were used, each represented by three seed batches produced in different regions and stored for 9 months in the following conditions: Cold and dry chamber (11°C / 24% relative humidity - RH), dry chamber (19°C / 40% RH), and natural environment (24°C / 66% RH), preceded or not by the threshing. Seed performance was evaluated in quarterly seasons through germination and vigor tests (traditional accelerated aging and saturated NaCl solution, electric conductivity, emergence of field seedlings, computerized analysis of seedlings images - SVIS®) and test of sanity. The activity of the enzymes superoxide dismutase, catalase, malate dehydrogenase and esterase was also determined by the electrophoresis technique. The data were submitted, separately for each cultivar, to the analysis of variance, in a completely randomized design (laboratory tests) and in randomized blocks (field tests); the means were compared by the Tukey\'s test (α ≤ 0.05). It was found that the physiological potential of seeds of IAC OL3 and RUNNER IAC 886 is preserved when stored in a cold and dry chamber, being the water content safe to reduce the deterioration rate of the seeds both inside the pods and threshed, during storage, both cultivars, is 4.4%. The storage sub-optimal conditions of temperature and relative humidity as the natural environment, promotes greater negative interference in the speed of deterioration of the seeds of the threshing system. Changes in enzyme systems of superoxide dismutase and catalase identifying the progress of deterioration of peanut seeds at different storage conditions preceded or not the threshing operation.

Fumarato hidratases ou fumarases (FH) catalisam a reação estereoespecífica reversível de hidratação do fumarato em L-malato. Essas enzimas se apresentam em todas as classes de organismos, desde procariotos a eucariotos, e podem ser encontradas nas formas mitocondrial e citosólica. A enzima tem papel importante na produção de energia pois participa do ciclo do ácido cítrico, na resposta ao dano do DNA e como supressor tumoral. A fumarase humana (HsFH), que pertence à classe II, é codificada pelo gene 1q42.1, possui 467 aminoácidos em cada monômero com peso molecular de 50,2 kDa cada. Estudos associaram mutações no gene da FH com diversas doenças humanas como acidúria fumárica, leiomiomatoses de útero e pele (MCUL), que quando associadas com um agressivo carcinoma múltiplo de células é conhecido como leiomiomatose hereditária e câncer renal (HLRCC). Apesar da grande importância da fumarase humana no metabolismo energético, ainda há pouca informação em relação ao mecanismo catalítico adotado pela enzima e o efeito estrutural e cinético causado pelas mutações envolvidas com essas doenças. Diante disso, nosso trabalho utilizou uma abordagem híbrida que envolve a caracterização biofísica, bioquímica e estrutural da enzima HsFH, e seus mutantes: N107THsFH, H180RHsFH, Q185RHsFH, K230RHsFH, G282VHsFH, E362QHsFH, S365GHsFH e N373DHsFH, identificados em pacientes. Estudos cinéticos foram realizados em sete diferentes pHs e, pela primeira vez para fumarases, o ensaio foi realizado com os dois substratos presentes na mesma mistura reacional, confirmando a contribuição da reação reversa para a velocidade global da enzima. De acordo com os estudos de termoflúor a proteína é estabilizada em pHs alcalinos e através da ligação de compostos no sítio ativo. A estrutura da enzima HsFH nativa foi resolvida a 1,8 Å e identificou a presença de moléculas de HEPES complexadas na região C-terminal da enzima. Os estudos cinéticos demonstraram um aumento da eficiência catalítica na presença do HEPES, sugerindo um possível papel alostérico de seu sítio de ligação para a atividade catalítica. Foram determinadas as estruturas para os mutantes N107THsFH, H180RHsFH, Q185RHsFH, K230RHsFH, E362QHsFH, S365GHsFH e N373DHsFH. As mutações Q185R, E362Q, S365G e N373D foram identificadas no sítio ativo afetando diretamente a capacidade da proteína em ligar os substratos, enquanto que a mutação H180R foi localizada no sítio B, que conduz os substratos e produtos para dentro e fora do sítio ativo. Já a mutação K230R está localizada no domínio central, mas os resultados de termoflúor demonstram um efeito direto na capacidade da enzima em acomodar o substrato. A mutação N107T, localizada longe do sítio ativo foi a única que permaneceu ativa e teve seus parâmetros cinéticos residuais determinados. O presente trabalho contribui para o entendimento das bases estruturais que correlacionam mutações na HsFH, deficiência enzimática e patologia. / Fumarate hydratases or fumarases (FH) catalyze the reversible stereospecific hydration of fumarate to L-malate. They are present in all classes of organisms, from prokaryotes to eukaryotes, and can be found in the mitochondrial and cytosolic forms. The enzyme has an important role in energy production as part of the well-known Citric Acid Cycle, in DNA damage response and as tumor suppressor. Human fumarase (HsFH) belongs to class II and is encoded by 1q42.1 gene. HsFH is tetrameric and has 467 amino acids per monomer, with predicted molecular weight of 50.2 kDa. Several studies associated FH gene mutations with some human diseases such as fumaric aciduria, multiple cutaneous and uterine leiomyomatosis (MCUL), which when associated with an aggressive form of multiple cell carcinoma is known as hereditary leiomyomatosis and renal cancer (HLRCC) syndrome. Although the major role of HsFH in energetic metabolism, there are still little structural and kinetic information about the mutants involved in these diseases. Thus, this study aims, through a hybrid approach, composed by biophysics, biochemical and structural characterization of mutants N107THsFH, H180RHsFH, Q185RHsFH, K230RHsFH, G282VHsFH, E362QHsFH, S365GHsFH and N373DHsFH identified from patients. Steady-state kinetics studies were performed in seven different pHs and, for the first time, the contribution of both substrates was analyzed simultaneously in a single kinetic assay and allowed to quantify the contribution of the reverse reaction for kinetics. According to thermofluor studies, structural stability can be achieved at alkaline pHs and suggests that ligand binding can modulate the protein stability. HsFH crystal structure was solved at 1.8 Å resolution and identified HEPES molecules complexed with the enzyme C-terminal region. Kinetics studies with HEPES showed an increase of the catalytic efficiency and suggests that HEPES binding site might have an allosteric role. Crystal structures for the mutants N107THsFH, H180RHsFH, Q185RHsFH, K230RHsFH, E362QHsFH, S365GHsFH and N373DHsFH were determined. The mutations Q185R, E362Q, S365G and N373D were identified in the active site and affect the substrate binding capacity directly, while mutation H180R was localized in the B site, which conducts the substrates and products in and out the active site. The mutation K230R is localized in the central domain, but thermofluor results demonstrate a direct effect on the ability of the enzyme to accommodate the substrate. The N107T mutation located far from the active site was the only one that remained active and had its residual kinetic parameters determined. The present work contributes to the understanding of the structural bases that correlate mutations in HsFH, enzymatic deficiency and pathology.

A descoberta de inibidores seletivos é extremamente importante para o desenvolvimento de novos fármacos que possam ser usados no tratamento de pacientes diagnosticados com a doença de Alzheimer (DA). Neste contexto, o desenvolvimento de métodos de triagem para a identificação de novos compostos biologicamente ativos se torna interessante. Butirilcolinesterase (BChE, EC 3.1.1.8) é uma serina hidroxilase que está classicamente associada à hidrólise do neurotransmissor acetilcolina (ACh) formando colina e ácido acético. Este trabalho descreve a imobilização covalente da BChE de soro humano nas paredes internas de capilares de sílica fundida utilizando o agente espaçador glutaraldeído, e sua aplicação na triagem de inibidores seletivos. O ICER-BChE resultante foi conectado a um sistema de cromatografia líquida de alta eficiência com monitoramento on line da atividade catalítica, envolvendo detecção UV. Após os estudos das melhores condições cromatográficas, variações de pH e vazão e a influência de solventes orgânicos na atividade enzimática o método foi validado com o uso de inibidores padrões. O maior valor obtido com o ICER-BChE no parâmetro cinético, constante de Michaelis KM = 33,6 ± 6,9 mM, comparado com a enzima em solução, KM = 0,12 ± 0,02 mM, evidencia o efeito da imobilização sobre a afinidade pelo substrato. No entanto, houve retenção da atividade catalítica e seletividade frente a inibidores padrão. O método foi aplicado na triagem de novos ligantes utilizando cinco coleções de diferentes classes de compostos, entre derivados cumarínicos, complexos metálicos com cobre (Cu), complexos metálicos com cobalto (Co) e zinco (Zn), glicosídeos, e derivados de fenilpropanóides e ácido barbitúrico. Desta triagem foram selecionados sete compostos promissores com os quais foram realizados os estudos sobre a potência mínima inibitória (IC50) e destes quatro foram escolhidos para estudos de mecanismos de ação utilizando o ICER-BChE. Dos complexos metálicos os melhores compostos foram o HPTBCu (IC50 = 8,74 ± 1,5 µM, Ki = 9,6 ± 0,5 M), o NarBCu (IC50 = 8,0 ± 1,4 µM, Ki = 2,0 ± 0,1 M) ambos com mecanismo competitivo o HesFCu (IC50 = 13,6 ± 2,9 µM), o NNINABCu (IC50 = 94,8 ± 16) e o NarFCu (IC50 = 81,7 ± 13). Dos derivados cumarínicos os compostos 17 (IC50 =109 ± 21 µM, Ki = 108 ± 10 M) e 19 (IC50 =128 ± 28 µM, Ki =36.0 ± 5.0 M) apresentaram mecanismo incompetitivo. Os resultados demonstraram que a abordagem proposta é útil na triagem on line de inibidores seletivos, pois fornece resultados rápidos, precisos e reprodutíveis. / The discovery of selective inhibitors is extremely important for the development of drugs that can be used in the treatment of patients diagnosed with the Alzheimer disease (AD). In this context, the development of screening methods for the identification of new, biologically active compounds is a challenging task. Butyrylcholinesterase (BChE, EC 3.1.1.8) is a serine hydroxylase that is classically associated with the hydrolysis of the neurotransmitter acetylcholine (ACh), which yields choline and acetic acid. This paper describes the development of capillary enzyme reactors (ICERs) containing BChE from the human serum, covalently immobilized onto silica fused capillaries, using glutaraldehyde as spacer, and its application in the screening of selective inhibitors. The resulting BChE-ICER was connected to a liquid chromatography system high efficiency where monitoring of activity was online involving UV detection. After studying the best chromatographic conditions, pH variations, flow-rate and the influence of organic solvents on enzyme activity method was validated using standard inhibitors. The higher value obtained with the BChE-ICER in kinetic parameter, constant Michaelis KM = 33.6 ± 6.9 mM, compared with the enzyme in solution, KM = 0.12 ± 0.02 mM, shows the effect of immobilized on the affinity substrate. However, there was retention of catalytic activity and selectivity towards standard inhibitors. The method was applied in the screening of new ligands using collections of five different compounds, among coumarin derivatives, metal complexes with copper (Cu) metal complexes with cobalt (Co) and zinc (Zn), glycosides, phenylpropanoids and derivatives, and barbituric acid. These screenings were selected seven promising compounds with which the studies were made on the minimum inhibitory potency (IC50) and these four were chosen for studies of mechanisms of action using the ICER-BChE. Of the compounds metal complexes best were HPTBCu (IC50 = 8,74 ± 1,5 µM, Ki = 9,6 ± 0,5 M), NarBCu (IC50 = 8,0 ± 1,4 µM, Ki = 2,0 ± 0,1 M) both competitive mechanism, the HesFCu (IC50 = 13.6 ± 2.9 µM), NNINABCu (IC50 = 94.8 ± 16 µM) and NarFCu (IC50 = 81.7 ± 13 µM). Of coumarin derivatives, 17 (IC50 =109 ± 21 µM, Ki = 108 ± 10 M) and 19 (IC50 =128 ± 28 µM, Ki =36.0 ± 5.0 M) showed mechanism uncompetitive. The results demonstrated that the proposed approach is useful in screening for selective inhibitors online because it provides quick results, accurate and reproducible.

Orientador: Fabíola Manhas Verbi Pereira / Banca: Mirian Cristina dos Santos / Banca: Pedro Sérgio Fadini / Resumo: O objetivo desta dissertação de mestrado foi o desenvolvimento de um método não-invasivo e rápido para o monitoramento dos processos relacionados com a deterioração fisiológica pós-colheita (PPD), tendo como estudo de caso amostras comerciais de mandioca não-resfriadas e resfriadas, utilizando sinais de TD-NMR em combinação com modelos quimiométricos. Os modelos de classificação multivariados se mostraram promissores somente para as amostras não-resfriadas. Um método analítico foi desenvolvido com os sinais TD-NMR combinados com valores de referência provenientes de método padrão bioquímico e PLS (partial least squares). As figuras de mérito evidenciaram excelentes limites de detecção e de quantificação de 0,06 UA∙mL-1 e de 0,2 UA∙mL-1, respectivamente. A sensibilidade foi de 0,4 [intensidade (u.a.)/( UA∙mL-1] e o erro padrão de validação cruzada de 0,7 UA∙mL-1 para o modelo que considera os dois tipos de amostras no mesmo conjunto de dados. / Abstract: The objective of this master's thesis was the development of a non-invasive and rapid method for the monitoring of processes related to post-harvest physiological deterioration (PPD), having as case study commercial samples of non-refrigerated and refrigerated cassava using TD-NMR signals in combination with chemometric models. The multivariate classification models were promising only for the non-refrigerated samples. An analytical method was developed with TD-NMR signals combined with reference values from standard biochemical and partial least squares (PLS) methods. The merit figures showed excellent detection and quantification limits of 0.06 UA∙mL-1 and 0.2 UA∙mL-1, respectively. The sensitivity was 0.4 [intensity (a.u.)/(UA∙mL-1] and the standard error of cross-validation (SECV) of 0.7 UA∙mL-1 for the model considering the two types of samples in the same set of data. / Mestre

Atualmente, o aquecimento global, a deterioração ambiental, a eminente escassez das limitadas reservas de combustíveis fósseis e a forte demanda e dependência da matriz energética mundial face a esses combustíveis constituem sérias ameaças à sustentabilidade do desenvolvimento mundial, o que se têm revertido a favor de um crescente interesse por fontes alternativas de energia renováveis, dentre os quais a biomassa lignocelulósica se destaca como uma das mais promissoras. Neste contexto, a produção de etanol a partir do bagaço de cana-de-açúcar pela via enzimática e bioquímica se apresenta como uma das mais oportunas alternativas para a produção integrada e sustentável de biocombustível visando otimização de recursos, redução de resíduos e minimização de impactos ambientais nefastos. Todavia, o desenvolvimento de um pré-tratamento eficaz, a par da produção de enzimas hidrolíticas, constitui a chave para a viabilização da produção de etanol a partir de lignocelulósicos. Assim sendo, o propósito deste trabalho foi determinar os efeitos produzidos pelo pré-tratamento hidrotérmico catalisado com sulfito sobre a composição química do bagaço de cana e correlacionar esses valores com a eficiência da sacarificação enzimática e fermentabilidade do hidrolisado obtido desse bagaço. Após caracterização química inicial, o bagaço in natura foi pré-tratado com sulfito neutro e alcalino e verificou-se que a celulose foi recuperada quase que integralmente nas frações sólidas da reação. Por seu turno, as xilanas obtiveram solubilizações máximas de 72,0% e 35,4% enquanto a deslignificação máxima foi de 43,5% e 76,7%, para as reações catalisadas com sulfito neutro e sulfito alcalino respectivamente. Verificou-se maior efetividade do sulfito alcalino no enriquecimento de carboidratos no bagaço pré-tratado bem como uma maior deslignificação, pelo que, foi escolhido para as etapas seguintes do projeto. A partir de um planejamento fatorial 33, foram obtidos substratos pré-tratados que levaram aos máximos de sacarificação enzimática de 79,91% e 70,69% para celulose e xilanas, respectivamente, utilizando 10 UPF de celulases e 10 UCB de ?-glucosidase. Pela análise do rendimento global de glucanas foi definida a condição ótima para o prétratamento empregando 10% (m/m) de sulfito alcalino a 150ºC, por 30 min, o que foi corroborada pela análise estatística. Hidrolisados enzimáticos de bagaços pré-tratados em condições otimizadas foram fermentados a etanol com eficiência de, praticamente, 100% pela Saccharomyces cerevisiae PE-2 e 80,41% pela Scheffersomyces (Pichia) stipitis CBS 5773. Para as duas leveduras, os parâmetros fermentativos do hidrolisado foram em tudo semelhantes aos verificados para os meios semissintéticos contendo glicose e xilose puras. Conclui-se assim, que o pré-tratamento adotado neste trabalho apresentou grande potencialidade em gerar substratos com alta digestibilidade enzimática e hidrolisados tão fermentáveis quanto meios semissintéticos. / Currently, global warming, environmental degradation, imminent shortage of limited fossil fuel reserves and an intense demand and dependence of global energy on these fuels constitute serious threats to the sustainability of world development, which have led to a growing interest in alternative sources of renewable energy, among which lignocellulosic biomass stands out as one of the most promising. In this context, the production of ethanol from sugarcane bagasse by enzymatic and biochemical routes appears as the most promising alternative for integrated and sustainable production of biofuel aiming resource optimization, waste reduction and mitigation of adverse environmental impacts. However, the development of an effective pretreatment, as well as the production of hydrolytic enzymes, is the key to enabling the production of ethanol from lignocellulosics. Therefore, the purpose of this study was to determine the effects of hydrothermal pretreatment catalyzed by sulfite on the chemical composition of sugarcane bagasse and establish a correlation of these values with the efficiency of enzymatic saccharification and fermentability of these bagasse hydrolyzate. After the initial chemical characterization, the bagasse was pretreated with neutral and alkaline sulfite and was found that cellulose was almost fully recovered in the solid fraction of the reaction. In turn, xylan obtained its maximum solubilization of 72.0% and 35.4% while the maximum delignification was 43.5% and 76.7%, for the reactions catalyzed by neutral and alkaline sulfite, respectively. The alkaline sulfite was found more effective for carbohydrates enrichment in the pretreated bagasse and led to a greater delignification, therefore, it was chosen for the following stages of the project. From a 33 full factorial experiments were obtained pretreated substrates which led to maximum enzymatic saccharification of 79.91% and 70.69% for cellulose and xylans, respectively, using 10 FPU cellulases and 10 CBU ?- glucosidase. By analysis of the glucans overall yield the optimal condition for the pretreatment has been defined as 10% (w/w) alkaline sulfide at 150°C for 30 min, which was confirmed by statistical analysis. Enzymatic hydrolysates of bagasse pretreated in optimized conditions were fermented into ethanol with efficiency of virtually 100% by Saccharomyces cerevisiae PE-2 and 80.41% by Scheffersomyces (Pichia) stipitis CBS 5773. For both yeasts, the hydrolyzate fermentation parameters were at all similar to those seen for the semisynthetic media containing pure glucose and xylose. Therefore, we concluded that the pre-treatment used in this work showed great potential to generate substrates with high enzymatic digestibility and hydrolysates as fermentable as semisynthetic media.

O Brasil é um país com forte produção agrícola, produzindo anualmente uma grande quantidade de biomassa vegetal, proveniente de resíduos agroflorestais, como o bagaço de cana-de-açúcar, a casca de café, entre outros. As biomassas de origem vegetal são constituídas basicamente por frações de celulose, hemicelulose e lignina que encontram-se intimamente associadas dando origem a uma estrutura recalcitrante do vegetal. O presente estudo teve como objetivo contribuir para o emprego de uma nova matéria-prima, a casca de café, para obtenção de produtos com valor agregado. Foi analisado a composição química da casca de café para determinar os valores de compostos extrativos, celulose, hemicelulose, lignina e cinzas. Foi analisado também diferentes condições de pré-tratamento ácido e pré-tratamento alcalino, seguido de sacarificação, da casca de café. Os hidrolisados obtidos foram submetidos à fermentação pelas leveduras Scheffersomyces shehatae UFMG-HM 52.2 e Candida guilliermondii FTI 20037 para produção de etanol e xilitol, respectivamente e Saccharomyces cerevisiae 174 para produção de etanol pelos métodos SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation) e SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation). A caracterização química da casca de café apresentou concentrações de 38,05% de compostos extrativos, 24% de celulose, 19% de hemicelulose, 13,68% de lignina e cerca de 0,36% em cinzas. As melhores condições de pré-tratamento ácido forneceram um hidrolisado com 31,35 g/L de xilose, 12,42 g/L de glicose, 1,25 g/L de ácido acético e pH de 0,8. A fermentação do hidrolisado ácido produziu 6,1 g/L de etanol, com um Yp/s de 0,27 g/g. A fermentação do hidrolisado hemicelulósico de casca de café para produção de xilitol apresentou valores de 2,82 g/L do produto, com um Yp/s de 0,16 g/g. A produção de etanol pelo método SHF a partir do hidrolisado enzimático da casca de café foi de 4,89 g/L nas primeiras 12 horas de fermentação, com Yp/s de 0,20 g/g. A fermentação pelo método SSF produziu 4,66 g/L de etanol, com um Yp/s de 0,17 g/g de etanol no período de 18 horas de fermentação. Frente a isto é possível concluir que a casca de café é uma biomassa com potencial para uso em processos biotecnológicos na produção de compostos com valor agregado como etanol e xilitol. / Brazil is a country with strong agriculture, producing a large amount of plant biomass from agroindustrial waste, such as sugarcane bagasse, coffee husk, among others. Biomasses from plants are basically constituted of cellulose, hemicellulose and lignin, which are deeply associated, resulting in a recalcitrant structure in the plant. The present study aimed at contributing for the application of a new feedstock, coffee husk, for obtaining value-added products. The chemical composition of the coffee husk was analyzed in order to determine values of extractive compounds, cellulose, hemicellulose, lignin and ashes. It was also analyzed different conditions of acid pretreatment and alkaline pretreatment, followed by saccharification, of coffee husks in order to improve the release of sugars. The hydrolysates were fermented by the yeasts Scheffersomyces shehatae UFMG-HM 52.2 and Candida guilliermondii FTI 20037 for the production of ethanol and xylitol, respectively, and by the yeast Saccharomyces cerevisiae 174 for the production of ethanol through SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation) and SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation) methods. Chemical characterization of the coffee husk presented 38.05% of extractive compounds, 24% of cellulose, 19% of hemicellulose, 13.68% of lignin and around 0.36% of ashes. The best conditions for acid pretreatment yielded 31.35 g/L in xylose, 12.42 g/L glucose and 1.25 g/L acetic acid in 0.8 pH. Acid hydrolysate fermentation of coffee husk produced 6.1 g/L of ethanol, with an YP/S of 0.16 g/g. Ethanol production through SHF methods from enzymatic hydrolysate of coffee husk yielded 4.89 g/L in the first 12 hours of the process, with an YP/S of 0.20 g/g. SSF process yielded 4.66 g/L of ethanol with YP/S of 0.17 g/g after 18 hours of fermentation. It is possible to conclude, thus, that coffee husk is a biomass with potential for biotechnological applications in the production of value-added compounds, such as ethanol and xylitol.

As reações aldólicas vêm ganhando destaque com os recentes avanços na área de biocatálise. Uma alternativa para o uso de aldolases, que não atuam sobre uma grande variedade de substratos e possuem custos elevados, é o emprego de enzimas de outras classes que possam exercer como função promíscua a atividade aldolase. Neste trabalho lipases e celulases foram capazes de catalisar a reação aldólica entre o 4-nitrobenzaldeído e a cicloexanona. A lipase de Rhizopus niveus (RNL) catalisou a reação aldólica em solventes orgânicos na presença de água e também em tampões aquosos. As reações condicionais influenciaram o rendimento (0-99%) e a enantiosseletividade do produto aldólico anti (6-55% eeanti). O produto aldólico com enantiosseletividade foi observado mesmo com a enzima inativa e em condições desnaturantes. Portanto, as reações aldólicas procederam por catálise proteica inespecífica com enantiosseletividades moderadas e não por atividade promíscua. Contudo, este estudo identificou um novo catalisador verde para reações aldólicas, pois foram obtidos produtos com bons rendimentos, ee e excesso diastereoisomérico (ed), demonstrando novas possibilidades para lipases, especialmente para a RNL que é pouco estudada na literatura. A partir destes resultados obtidos, uma nova abordagem baseada em sistemas reacionais de miniemulsão foi elaborada. Superando limitações para este sistema fluido não convencional como o emprego de reagente sólido (4-nitrobenzaldeído), substratos relativamente polares, solução tampão e o desenvolvimento de um procedimento de isolamento do produto. Desta maneira, foram descritos neste trabalho métodos de produção de sistemas reacionais de miniemulsão estáveis e aplicáveis, como relatado para reações aldólicas pela RNL. Empregando planejamento experimental minimizou-se a quantidade de catalisador (de 20 para 6 mg mL-1) em comparação com as reações realizadas em mistura de solvente orgânico e água. Mesmo com menor quantidade de enzima, o rendimento aumentou de 25% para valores de até 65% para 48 h de reação e o eeanti de 10% foi maximizado para valores acima de 30%, valor não considerado satisfatório, entretanto bem superior ao observado inicialmente. Com a interpretação estatística dos dados obtidos foi possível apresentar compreensões satisfatórias para as variações observadas de ee, ed, rendimento e tamanho médio de diâmetro das gotículas de miniemulsão, possibilitando uma compreensão mais completa deste sistema e permitindo uma melhor racionalização deste meio reacional que ainda não foi amplamente estudado e divulgado na literatura para promover reações biocatalíticas. Este estudo demonstrou a potencialidade deste método para diferentes tipos de reações orgânicas. / The aldol reactions have received attention with the recent advances in biocatalysis. In this sense, studies showed that an alternative for the use of aldolases, which do not act on a great variety of substrates and have high costs, is the use of enzymes of other classes that can present the promiscuous aldolase activity. In this work lipases and cellulases were able to catalyze the aldol reaction between 4-nitrobenzaldehyde and cyclohexanone. Rhizopus niveus lipase (RNL) catalyzed the aldol reaction in organic solvents with water or aqueous buffers. The reactional conditions affected the yield (0-99%) and the enantioselectivity of the anti-aldol product (6-55% eeanti). The aldol product with enantioselectivity was observed even with the inactive enzyme and under denaturing conditions. Therefore, the aldol reaction proceeded by non-specific protein catalysis with moderate enantioselectivity and not by promiscuous activity. However, this study identified a new green catalyst for aldol reactions, since products with good yields, ee and diastereoisomeric excess (ed) were obtained, and new possibilities for lipases, especially for RNL that is understudied. From these results, a new approach based on the miniemulsion reactional system was developed. Overcoming limitations to this unconventional fluid system such as the use of a solid reagent (4-nitrobenzaldehyde), relatively polar substrates, buffer solutions and the development of a product isolation method. In this way, we have described in this work methods for the production of stable and applicable miniemulsion reaction systems for aldol reactions by RNL. Using experimental design, the amount of catalyst (from 20 to 6 mg mL -1) was minimized in comparison with the reactions performed in organic solvent and water. Even with a lower amount of enzyme, the yield increased from 25% to 65% for 48 hours of reaction and the eeanti of 10% was maximized to values above 30%, a value not considered satisfactory, however higher than the enantioselectivity initially observed. The statistics applied to the obtained data presented satisfactory interpretations for the observed ee, ed, yield and average diameter size of the miniemulsion droplets, allowing a more complete understanding of the miniemulsion system and allowing a better rationalization of this reactional medium that is understudied to promote biocatalytic reactions. This study demonstrated the potential of this methodology for different types of organic reactions.

O presente trabalho avaliou a recalcitrância de diferentes regiões do entrenó de plantas de cana-de-açúcar que apresentavam teores contrastantes de lignina total. As amostras com baixo teor de lignina corresponderam aos híbridos experimentais denominados de H58 e H89, com 18,6% e 16,8% de lignina, respectivamente. As amostras com elevado teor de lignina corresponderam ao híbrido H140 e a um cultivar comercial (CR), com 21,5% e 24,5% de lignina, respectivamente. De cada cana foram obtidas quatro regiões distintas dos entrenós: medula, interface medula-córtex, córtex e fração externa (epiderme mais córtex periférico). Cada uma das amostras foi submetida à hidrólise enzimática com celulases comerciais. Os resultados mostraram uma maior conversão de celulose e hemicelulose na região da medula (celulose: 86%, 78%, 85% e 50%; xilanas: 50%, 36%, 31% e 30% após 72h, para CR, H58, H89 e H140, respectivamente). O córtex e a fração externa foram as regiões mais recalcitrantes, já que as conversões de celulose e xilanas atingiu somente 10% a 38% no córtex e 6% a 10% na fração externa. Embora seja pouco recalcitrante, a medula representou menos do que 10% do volume e da massa do entrenó. Em contraste, o córtex representou 49% do volume do entrenó e 48% a 63% da massa, dependendo do híbrido estudado. A região medular também mostrou a predominância de glucanas (41% - 55%) e menor teor de hemiceluloses (16,8% - 20,5%; exceto H140) e lignina total (12,6% - 18,5%) em relação às demais frações. A determinação de ácidos hidroxicinâmicos nas amostras indicou a predominância de ligações destes ácidos na forma de éster com a hemicelulose e simultaneamente éter com a lignina, independentemente da fração de cana avaliada. Dentre os híbridos, o H89 e o H140 se destacaram por sua baixa e alta recalcitrância, respectivamente. Nas análises microscópicas, o número de feixes vasculares por área foi maior na região do córtex (13 a 22 feixes por 16 mm2) quando comparada com outras regiões, enquanto a fração externa apresentou apenas fibras. A medula se mostrou preenchida, em sua maior parte, por células do parênquima, contendo menos feixes vasculares (5 a 8 feixes por 16 mm2). Dentre os híbridos, o H140 foi o que apresentou menos feixes por área, porém com os maiores diâmetros (entre 390 e 583 ?m, dependendo da região). A presença de feixes vasculares mostrou ser muito importante para explicar a recalcitrância das amostras. Dentre os estudos de correlação realizados, foi possível notar que a recalcitrância das canas estudadas pode ser relacionada não apenas com o teor de lignina total, mas também com a densidade do material, a disponibilidade de celulose e a extensão dos feixes vasculares por área. / This study evaluated the recalcitrance of different regions of the internodes of sugarcane plants which presented contrasting lignin contents. Samples with low lignin content corresponded to the experimental hybrids termed H58 and H89, each one with 18,6% and 16,8% of lignin, respectively. The samples with high lignin content corresponded to the hybrid H140 and a commercial variety of sugarcane (CR), with 21,5% and 24,5%, respectively. Different fractions of the internodes were obtained from each plant: pith, pith-rind interface, rind and outermost rind (epidermis plus peripheral rind). Each sample was submitted to enzymatic hydrolysis with commercial cellulases. Results showed a higher conversion of cellulose and hemicellulose in the pith (cellulose: 86%, 78%, 85% and 50%, xylan: 50%, 36%, 31% and 30% after 72 hours for CR, H58, H89 and H140, respectively). Rind and outermost rind were the most recalcitrant regions, since the cellulose and xylan conversions reached only 10% to 38% in rind and 6% to 10% in the outermost rind. Despite its low recalcitrance, the pith region represented less than 10% of the volume and the dry mass of the internode. In contrast, the rind represented 49% of the internode volume and 48% to 63% of the dry mass, depending on the evaluated hybrid. The pith region also showed the predominance of glucan (41% - 55%) and the lowest contents of hemicellulose (16.8% - 20.5%, except for H140) and total lignin (12.6% - 18.5%). From the hydroxycinnamic acids determination, it was found that these acids were mostly linked to hemicellulose as esters and, simultaneously, to lignin as ether, regardless which fraction was analyzed. Among the hybrids, H89 and H140 stood out for its low and high recalcitrance, respectively. In microscopic analysis, the number of vascular bundles per area was greater in the rind region (13 to 22 bundles per 16 mm2) when compared to other regions, meanwhile the outermost rind showed only fiber cells. The pith showed itself occupied mostly by parenchyma cells, containing less vascular bundles (5 to 8 bundles per 16 mm2). Among the hybrids, H140 showed the smallest number of vascular bundles per area, but with the largest diameters (between 390 and 583 ?m, depending on the region type). The presence of the vascular bundles was found to be very important in order to explain the recalcitrance of the samples. Among the correlation analysis performed, it was noticeable that the recalcitrance of the studied sugarcanes could be related, not only to the total lignin content, but also to the biomass density, the cellulose availability and the extent of vascular bundles per area.

Com o crescente aumento da demanda energética e a redução dos recursos fósseis, os biocombustíveis obtidos a partir de biomassa lignocelulósica emergem como uma importante fonte de energia alternativa e sustentável. A biomassa lignocelulósica é formada basicamente por celulose, hemicelulose e lignina, cujo agrupamento compõem a complexa matriz da parede vegetal. A celulose é o principal composto de interesse presente na biomassa, uma vez que pode ser quebrada em glicose e usada no metabolismo de microrganismos para a posterior produção de etanol combustível. No entanto, diversos fatores tornam a biomassa recalcitrante ao processo de conversão, o que eleva o custo de produção dos biocombustíveis. Nesse contexto, proteínas aditivas, como as Expansinas vegetais vêm ganhando grande destaque devido à sua capacidade de afrouxar a parede celular por meio do enfraquecimento da ligação entre os polissacarídeos de forma não covalente, o que diminuí o estresse da parede celular e facilita assim a quebra da celulose por enzimas específicas. Assim, o presente trabalho teve como objetivo identificar genes da superfamília das Expansinas em quatro espécies de gramíneas (Zea mays, Sorghum bicolor, Brachypodium distachyon e Saccharum spp.). As sequências nucleotídicas obtidas a partir de bancos transcriptômicos de cana-deaçúcar foram usados na construção de árvores filogenéticas, por meio das quais pode se inferir as relações de ortologia entre espécies e selecionar sequências com potencial aplicação biotecnológica na promoção da sacarificação enzimática, aumento de biomassa e resistência vegetal à estresse abiótico, sendo estes ShEXPA14, ShEXPA24, ShEXPB22, ShEXPL3, ShEXPA1- zm, ShEXPA33, ShEXPB28, ShEXPB3, ShEXPB21, ShEXPB25 e ShEXPB4. Adicionalmente, os genes de sorgo e cana-de-açúcar foram caracterizados quanto aos domínios e motivos conservados das Expansinas de plantas, identificando as diferenças estre as subfamílias que podem contribuir para a maior especificidade das ?-expansinas em parede celular de gramíneas. / With increasing energy demand and the reduction of fossil resources, biofuels obtained from lignocellulosic biomass emerge as an important source of alternative and sustainable energy. The lignocellulosic biomass is basically formed by cellulose, hemicellulose and lignin, whose grouping makes up the complex matrix of the vegetal cell wall. Cellulose is the main compound of interest present in biomass since it can be broken down into glucose and used in the metabolism of microorganisms for the subsequent production of fuel ethanol. However, several factors make the biomass recalcitrant to the conversion process, which raises the biofuel production cost. In this context, additive proteins, such as vegetable Expansins have been gaining prominence due to their ability to loosen the cell wall by weakening the bond between the polysaccharides in a non-covalent way, which decreases the stress of the cell wall and thus facilitates the break of cellulose by specific enzymes. Thus, the present work aimed to identify nucleotide sequences of the Expansinas superfamily in four species of grasses (Zea mays, Sorghum bicolor, Brachypodium distachyon and Saccharum spp.). Sugarcane transcripts were used in the construction of phylogenetic trees, through which one can infer the relations of orthology between species and obtain sequences with potential biotechnological application in the promotion of enzymatic saccharification, biomass increase and plant resistance to abiotic stress, these being ShEXPA14, ShEXPA24, ShEXPB22, ShEXPL3, ShEXPA1-zm, ShEXPA33, ShEXPB28, ShEXPB3, ShEXPB21, ShEXPB25 and ShEXPB4. In addition, sorghum and sugarcane genes were characterized by the conserved domains and motifs of plant Expansins, identifying the differences between the subfamilies that may contribute to the greater specificity of the EXPB in the cell wall of grasses.

A contaminação de ambientes aquáticos por metais pesados é uma ameaça cada vez mais presente em muitos ecossistemas, especialmente próximo a áreas industriais e urbanas. Utilizando a capacidade que os fungos têm de biosorver metais pesados alguns pesquisadores preocupados com esse problema, começaram a estudar técnicas de biorremediação usando microrganismos, dentre eles os fungos. Essa técnica consiste em remover íons tóxicos do ambiente com o auxílio de organismos vivos. Porém, esses íons promovem a formação de espécies reativas de oxigênio (ROS), as quais estimulam a produção de enzimas responsáveis por sua desintoxicação, dentre elas as peroxidases, superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutationa redutase (GR), guaiacol peroxidase, e outras. Este trabalho teve como proposta estudar variações nas enzimas antioxidantes em resposta à administração do Cd em uma linhagem do fungo Aspergillus nidulans (MSE), por possuir marcadores em todos os cromossomos e ser considerada um modelo de estudos genéticos. Paralelamente, uma linhagem mutante denominada CadG1 foi selecionada por ser tolerante ao Cd e incluída nos estudos de resposta ao Cd. Foram estudadas as respostas antioxidantes destas linhagens na presença do Cd. O primeiro propósito foi conhecer o comportamento enzimático da linhagem MSE em resposta ao Cd, e para isso foi realizado um experimento básico dividido em duas partes; a primeira envolvendo a determinação de peso seco e a segunda com o propósito de estudar as atividades enzimáticas, nas concentrações de 0, 0,005, 0,01, 0,025 e 0,05 mM de CdCl2, e períodos de tempo de 6, 9, 12 e 24 horas, a partir de um crescimento de 12 horas em meio completo (MC). O segundo propósito do trabalho consistiu numa comparação entre a linhagem MSE, previamente caracterizada, e a linhagem mutante resistente ao Cd (CadG1), utilizando-se concentrações de 0, 0,05, 0,025 e 0,05 CdCl2, pelo período de 24 horas. A linhagem MSE apresentou resposta positiva para as enzimas CAT e GR com o aumento do Cd, a enzima SOD apresentou um aumento não significativo e ainda, houve uma redução significativa na quantidade total de proteínas na concentração de 0,05 mM. O período de tempo que melhor expressou a resposta enzimática ao Cd foi de 24 horas. A linhagem CadG1, tolerante ao Cd, mostrou um aumento de 3,6 vezes na enzima GR, enquanto a MSE aumentou em 2 vezes, no mesmo experimento. Houve uma resposta negativa da CadG1 em relação ao aumento do Cd para a enzima CAT, e não houve resposta significativa para a SOD. Ambas as linhagens não apresentaram a enzima guaiacol peroxidase, tanto no controle como na presença do Cd. Os resultados obtidos sugerem que na linhagem mais sensível ao Cd, a MSE, este metal induziu a formação de peróxido de hidrogênio e, por conseqüência, induziu a atividade de CAT e, em menor escala, a GR. Na linhagem mais tolerante, a CadG1, o mecanismo principal de resposta antioxidante foi a enzima GR, sugerindo que ocorreu eliminação de ROS por meio da glutationa reduzida. / The contamination of aquatic environments by heavy metals has became a serious threat to distinct ecossystems, particularly those nearby urban and industrial areas. Based on the ability of fungi to uptake heavy metals from the environment, research has been focused on bioremediation techniques involving microrganisms such as fungi. Such technique involve the removal of toxic ions from the environment by living organisms. These toxic ions can induce the formation of reactive oxygen species (ROS), which can stimulate enzymes such as, peroxidases, superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione reductase (GR), guaiacol peroxidase, among others, that involved in the defense system. The aim of this work was to study the response of antioxidant enzymes of Aspergillus nidulans to Cd exposure. The strain used was the MSE which contains several markers in all cromossomes and has been studied in detail. A Cd-resistant strain, denominated CadG1, was isolated and also used in this study. The first aspect studied was the enzimatic response of the strain MSE to Cd exposure. Initially, the dry weight was determined for MSE in the presence of Cd. After initial growth for 12 h in complete medium, MSE was further grown in the presence of varying concentrations of CdCl2 (0, 0.005, 0.01, 0.025 and 0.05 mM) for 6, 9, 12 and 24 hours. The activities of antioxidant enzymes were analysed in the different treatments. In a separate experiment using 0, 0.05, 0.025 and 0.05 mM CdCl2 for 24 h, the responses of MSE and CadG1 to Cd exposure were compared. MSE exhibited increased CAT and GR activities in response to Cd, whereas SOD also exhibited some increase in activity, but not significant. Soluble protein content was also shown to be reduced in 0.05 mM CdCl2 treatment. The 24 h CdCl2 treatment was shown to be effective to analysed the response to Cd stress. The Cd-resistant CadG1 strain exhibited a 3.6-fold increase in GR activity, while in MSE the increase was in the range of 2-fold. For CAT a negative response was observed for CadG1 whereas for SOD a significant change in activity was not observed. In both, MSE and CadG1 strains, the activity of guaiacol peroxidase was not observed. The results suggest that Cd induces the formation of hydrogen peroxide in MSE, inducing CAT activity and to a lesser extent, GR activity. However, for the Cd-resistant CadG1 strain, the main effect was observed for Gr activity, which was enhanced, suggesting that in this mutant the dismutation of ROS is mainly due to the mechanism involving GR and reduced glutathione.