Introdução: Dentre os distúrbios relacionados à alimentação, o aumento do colesterol e, conseqüentemente, a incidência de doenças cardiovasculares, representa um importante problema de Saúde Pública. A proteína do amaranto reduz o colesterol plasmático, possivelmente pela presença de peptídeos bioativos, liberados durante sua digestão parcial. Objetivo: Verificar a ocorrência de peptídeos hipocolesterolemizantes após digestão in vitro do isolado protéico de amaranto. Métodos: Proteína isolada do amaranto foi submetida à digestão enzimática in vitro por duas metodologias distintas. Os peptídeos menores que 3000 Da foram injetados em espectrômetro de massa para sua identificação. Resultados: Foi obtido isolado protéico com grau de pureza acima de 90%. O isolado protéico e a farinha integral apresentaram a mesma quantidade de aminoácidos essenciais e de aminoácidos presentes nas seqüências dos peptídeos de interesse. O isolamento protéico também não promoveu alterações nas principais frações moleculares. As estruturas terciária e quaternária provavelmente foram alteradas, pois houve redução da solubilidade protéica. O grupo dissulfeto é um dos responsáveis pela ocorrência de agregados, entretanto outras ligações também podem estar envolvidas. Essas forças podem interferir no acesso aos sítios de clivagem das ligações peptídicas e dificultar a ação enzimática. Devido ao aumento da força iônica do meio obteve-se alto grau de hidrólise em ambos os métodos enzimáticos. A digestão protéica resultou em fragmentos que, em sua maioria, apresentaram pesos moleculares inferiores a 30 kDa. O perfil peptídico, para a maior parte das amostras, mostrou-se complexo, com difícil separação de picos. A amostra hidrolisada que apresentou menor grau de hidrólise e menor quantidade de picos no cromatograma continha um dos peptídeos hipocolesterolemizantes procurados, o fragmento IAEK. Conclusões: O isolado protéico de amaranto apresenta pelo menos um peptídeo hipocolesterolemizante quando submetido às digestões enzimáticas in vitro estudadas, similares à digestão in vivo. / Introduction: Among the problems associated to food habits, the increase of cholesterol levels, and thus the incidence of cardiovascular diseases represents an important problem for Public Health. The amaranth protein reduces the blood cholesterol levels, possibly due to the presence of peptides released during its incomplete digestion. Objective: To verify the occurrence of hypocholesterolemic peptides after in vitro digestion of amaranth protein isolate. Methods: Amaranth protein isolate was submitted to in vitro enzymatic digestion by two distinct methodologies. Peptides smaller than 3000 Da were injected in mass spectrometer for identification. results: Protein isolate presented a high purity degree, above 90%. The fat extraction and the protein isolation were efficient and did not modify significantly amaranth chemical composition, preserving the quantities of essential amino acids present in the sequence of the investigated peptides. Protein isolation did not promote changes in the main molecular fractions. The tertiary and quaternary structures were probably altered, given that protein solubility decreased. Disulfide bonds are responsible for aggregate arrangement; however, other bonds probably occurred and were also responsible for the decrease in solubility. These bonds may interfere in enzymatic hydrolysis, impeding the enzymes to cleave the peptide bonds. It was obtained a great hydrolysis degree in both enzymatic methods because ionic strength of the solution was high. Most of the protein digestion fragments presented molecular weight lower than 30kDa, demonstrating the efficiently of both digestion methods. Peptide mixture, for most samples, presented a complex profile and difficulties in peaks separation. The hydrolyzed sample that presented the lowest hydrolysis degree and the lowest quantity of peaks in chromatogram presented one of the hypocholesterolemic peptides, the sequence IAEK. Conclusions: The amaranth protein isolate presents at least one hypocholesterolemic peptide when submitted to the studied in vitro enzymatic digestion that is similar to in vivo digestion

O presente projeto teve como objetivo selecionar lipases comerciais para a interesterificação enzimática da gordura do leite com óleo de soja visando à obtenção de produto enriquecido com ácidos graxos essenciais. Foram testadas lipases de diferentes fontes microbianas (Aspergillus niger, Mucor javanicus, Rhizopus oryzae, Candida rugosa, Penicillium roqueforti e Rhizomucor miehei) imobilizadas em matriz híbrida polissiloxano-álcool polivinílico (POS-PVA) previamente caracterizada quanto às suas propriedades físicoquímicas e morfológicas. Tanto as enzimas livres como imobilizadas, foram inicialmente caracterizadas com relação às suas atividades hidrolítica e de esterificação. Em função da alta complexidade das matérias-primas \"gordura do leite e óleo de soja\", optou-se pela triagem inicial da enzima em um sistema reacional modelo de interesterificação. Como reagentes de partida, foram escolhidos tripalmitina e trioleína, uma vez que os ácidos graxos palmítico e oléico estão presentes em grande quantidade nos triglicerídeos que compõem as matériasprimas de interesse. Assim, as lipases imobilizadas no suporte POS-PVA foram empregadas na catálise de reações de interesterificação no sistema modelo empregando-se hexano como solvente. O valor mais elevado de rendimento de interesterificação (31%) foi obtido com o emprego da lipase de Rhizopus oryzae (L036P), sendo esta enzima selecionada para continuidade do trabalho. Testes adicionais foram efetuados para verificar a influência da concentração de trioleína e tripalmitina no rendimento da reação. Neste caso, o melhor resultado foi alcançado no substrato equimolar de tripalmitina e trioleína (40mM), para o qual observou-se um rendimento de interesterificação de 45%, em 24 h de reação. O sistema imobilizado selecionado foi caracterizado quanto às suas propriedades físico-químicas e de estabilidade, empregando-se técnicas como difratometria de raios-X e espectroscopia no infravermelho. Foi observada boa estabilidade à estocagem, mantendo-se 100% da atividade hidrolítica inicial após 120 dias de armazenamento. Finalmente, foram realizados testes de interesterificação da gordura do leite com óleo de soja sendo que, de maneira geral, a lipase de Rhizopus oryzae imobilizada em POS-PVA promoveu o aumento na concentração dos triglicerídeos C26-C34 e C46-C50, e diminuição dos triglicerídeos C38, C44 e C54, obtendo-se 12% de rendimento de interesterificação. A análise de textura do meio reacional e do produto interesterificado mostrou que a simples mistura física de óleo de soja com a gordura do leite provocou uma diminuição de mais de 50% na consistência desta gordura. Após a reação de interesterificação, o produto obtido apresentou redução de aproximadamente 24 % na consistência em relação à da mistura física das matérias-primas, devido à incorporação dos ácidos graxos insaturados do óleo de soja nos triglicerídeos presentes na gordura do leite, e à formação de mono e diglicerídeos devida à hidrólise parcial das matérias-primas. Assim, os resultados promissores obtidos com o uso da lipase de Rhizopus oryzae (L036) imobilizada em POS-PVA, tanto na reação modelo de interesterificação de tripalmitina com trioleína quanto nas matérias-primas lipídicas, possibilitaram a seleção deste sistema enzimático visando ao seu emprego no bioprocesso de interesse. / The objective of this work was to select a commercial lipase for enzymatic interesterification of milkfat with soybean to obtain a product enriched with essential fatty acids. Lipases from different microbial sources (Aspergillus niger, Mucor javanicus, Rhizopus oryzae, Candida rugosa, Penicillium roqueforti, Rhizomucor miehei) were immobilized on polysiloxane- polyvinyl alcohol hybrid matrix (POS-PVA) previously characterized in relation to its physico-chemical and morphological properties. All lipase preparations in both free and immobilized forms were initially characterized, regarding their hydrolytic and esterification activities. Owing to the high complexity of the raw materials \"milkfat and soybean oi\", the lipase screening assay was carried out using a model interesterification system consisted of tripalmitin and triolein. These triglycerides were chosen as starting materials since palmitic and oleic fatty acids are present at high amount proportions in the raw materials. Thus, immobilized lipase derivatives on POS-PVA were used to catalyze the interesterification of tripalmitin with triolein in the presence of hexane as solvent. The highest interesterification (31%) was obtained using the lipase from Rhizopus oryzae (L036P) and therefore, this enzyme was selected for continuing the work. Additional tests were performed to verify the influence of the molar ratio between triolein and tripalmitin in the reaction yield. The best result was achieved for the substrate containing equimolar amounts of tripalmitin and triolein (40 mM), attaining 45% of interesterification yield at 24 h reaction. The selected immobilized system was characterized in relation to its physico-chemical and stability properties using techniques as X-ray difractometry and IR spectroscopy. High stability was found for the immobilized lipase that maintained full original activity after 120 days storage at 4?C. Finally, interesterification tests of milkfat with soybean oil were carried out, and the use of Rhizopus oryzae lipase immobilized in POS-PVA increased the concentration of the triglycerides C26- C34 and C46-C50, and decreased the concentration of the triglycerides C38, C44 and C54, which corresponded to 12% of interesterification yield. The texture analysis of both reaction medium and interesterified product showed that simple physical blend of soybean oil with milk fat reduced more than 50% the milkfat consistency. After the interesterification reaction, the obtained product showed even lower consistency (24% reduction) in comparison with the physical raw materials blend, due to the incorporation of unsaturated fatty acids from soybean oil in the triglycerides of milkfat, and to the formation of mono and diglycerides resulting from partial hydrolysis of the raw materials. Thus, the promising results obtained using Rhizopus oryzae lipase (L036P) immobilized on POS-PVA, both in the model interesterification reaction of tripalmitin with triolein and in the lipid raw materials, indicated the suitability of the selected immobilized derivative to be applied in the proposed bioprocess.

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.

O bagaço de cana de açúcar é uma fonte de energia renovável e matéria prima promissora na produção de biocombustível, pois representa cerca de 30% de glicose contida na planta com potencial de ser hidrolisado e convertido em etanol. Os principais constituintes do bagaço de cana são a celulose, formada por cadeia linear de glicose, a hemicelulose, um polímero amorfo constituído de xilose, arabinose, galactose e manose e a lignina, um polímero complexo formado por unidades de fenilpropanos que atuam como revestimento impermeabilizante nas fibras, difícil de ser removido por sua característica recalcitrante. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a eficiência da irradiação com feixe de elétrons como pré-tratamento do bagaço de cana para hidrólise enzimática da celulose. O pré-tratamento do bagaço de cana é uma das etapas mais importante para torná-lo economicamente viável e competitivo na produção de energia. Como pré-tratamento o processamento por feixe de elétrons pode fragilizar a estrutura da hemicelulose e lignina, pela ação de radicais altamente reativos que quebram as ligações químicas, reduzindo o grau de polimerização das fibras. Foram avaliados os efeitos da radiação na estrutura e composição do bagaço, assim como a combinação do processamento por feixe de elétrons com o pré-tratamento de esplosão à vapor. Para hidrólise enzimática utilizou-se enzimas comerciais fornecidas pela Novozymes. O processamento por feixe de elétrons levou a alterações na estrutura e composição do bagaço de cana aumentando a solubilidade pela degradação de celulose alfa e hemicelulose e aumentando também o rendimento da hidrólise enzimática. No caso do bagaço explodido, não houve alteração no rendimento da hidrólise enzimática, mas o processamento por feixe de elétrons promoveu uma redução de 67% no furfural, que é formado no processo de explosão a vapor. / The sugar cane bagasse is a renewable energy source and a raw material promise in the biofuel production, once represents about 30% of glucose contained in the plant with the potential to be hydrolyzed and then converted to ethanol. The bagasse is composed of cellulose, straight chain of glucose, of hemicellulose, an amorphous polymer consisting of xylose, arabinose, galactose, and mannose, and of lignin, a complex polymer consisting of fenilpropans units that acts as waterproof coating on the fibers, which is hard to remove due its recalcitrant nature. The aim of this work was to study the electron beam processing as a pretreatment of sugarcane bagasse to enzymatic hydrolysis of cellulose. The pretreatment of sugarcane bagasse is one of the most importante steps to make this material economically viable and competitive on the energy production. As a pretreatment the electron beam processing can weak the hemicellulose and lignin structures by the action highly reactive radicals that breaks the links, reducing the degree of polymerization fibers. It was evaluated the chemical and structural modifications on fibers caused by the irradiation, the enzymatic hydrolysis of electron beam as the only pretreatment and combined to steam explosion. For enzymatic hydrolysis it was used the commercial enzymes from Novozymes. The radiation processing promotes changes in structure and composition of sugarcane bagasse, increasing the solubility, that is related to hemicellulose and cellulose cleavage, and also increasing the enzymatic conversion yield. In the case of exploded bagasse there is no changes in the enzymatic hydrolysis yield, however the electron beam processing promoted a 67% reduction of furfural, that is formed in the steam explosion process.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Juliana_Texto_completo.pdf: 2104939 bytes, checksum: ce60666190df07cee9975989d437d475 (MD5) Previous issue date: 2011-01-20 / Lignocellulosic materials are abundant in agro-industrial residues and by-products of agroindustry and can be used for fuels and other chemicals of commercial interest. An alternative to physical and chemical methods for bioconversion of lignocellulosic material is the use of enzymes produced by micro-organisms. The aquatic bacterium Gram negative Caulobacter crescentus presents biotechnological potential for the use of these residues because it contains in its genome several gene coding for enzymes involved in the metabolism of lignocellulosic materials, including 5 genes to β-Xylosidases. In this study, the gene xynB2 (1.5 kb) coding the C. crescentus β-Xylosidase II was cloned into the vector pJet1.2 (Fermentas) and subcloned in frame in the sites EcoRI/XbaI of expression vector pPROEXHta (Invitrogen). A histidine tail fusion protein was obtained after induction and expression of gene xynB2 in E. coli (DH10B) with IPTG (1 mM). The recombinant β-Xylosidase II (β-Xylrec- II) was purified by chromatography using nickel-Sepharose resin and a pure enzyme was characterized by biochemical kinetics parameters. A single band of 65 kDa was obtained by SDS-PAGE 9% for C. crescentus β-Xyl-rec-II purified, which showed a specific activity of 215 U / mg, pH optimum equal to 6, the optimum temperature of 55 °C and half life of 4 h at 50 °C. After 24 h incubation at pH 6 the enzyme retained 95% of activity. Most of the ions inhibited the activity of β-Xylosidase II, but a 32% increase was observed in the presence of KCl (2mM). The kinetic parameters KM and VMáx were equal to 8.4 mM and 370 moles / min, respectively. The ability of C. crescentus β-Xyl-rec-II hydrolyse xylan and sugarcane bagasse residue was assessed after incubation with these Xylanase purified from Aspergillus alliaceus. The relative percentage of hydrolysis products of xylan and sugar cane bagasse, increased 2.5 and 6.5 times, respectively, after incubation for 18 hours with C. crescentus β- Xyl-rec-II pure, thus highlighting the possibility of using this enzyme in biotechnological processes. In addition, β-Xil-rec-II was also used for the production of a polyclonal antibody in rabbit that showed by "Western blot" assay a highly specific recognition of the purified protein. In order to investigate the role of xynB2 gene to C. crescentus, two mutants were obtained. The first one was constructed by insertion of a spectinomycin resistance cassette into the xynB2 gene by double homologous recombination, generating a null mutant strain named RSJU-2. The second one was obtained by cloning of xynB2 gene under the control of the inducible xylose promoter generating a strain denominated pMOA. β-Xylosidase activity was measured in the RSJU-2, pMOA and parental strain (NA1000) cells of C. crescentus which were grown in the absence and in the presence of different agro-industrial residues and others carbon sources. The xynB2 gene depletion made cells more able to produce high activities of other β-Xylosidases in the presence of different residues, for instance, β- Xylosidase activity produced by RSJU-2 cells was almost 15 times higher than the activity showed by NA1000 in the presence of sugarcane bagasse. These results indicate that the absence o xynB2 gene up-regulates the expression of other β-Xylosidases in C. crescentus. On the other hand, a decreased activity of β-Xylosidase was observed in the strain pMOA, suggesting that the overexpression of β-Xylosidase II down-regulates C. crescentus β - Xylosidases activities. To verify that the variation in activity levels of β -Xylosidase occur as a consequence of variations in the levels of transcription of β-Xylosidases genes in different strains, we constructed a lacZ- fusion transcription by cloning the E. coli lacZ gene under the control of xynB2 gene promoter. Thus, the β-Galactosidase activity was measured as a function of xynB2 promoter activity. Tests of promoter activity by measuring the activity of β- Galactosidase in different strains showed that the xynB2 gene is transcription-dependent. / Materiais lignocelulósicos são abundantes em resíduos agroindustriais e subprodutos da agroindústria e podem ser usados para produção de combustíveis e outros químicos de interesse comercial. Uma alternativa aos métodos físicos e químicos para bioconversão de material lignocelulósico é o uso de enzimas produzidas por micro-organismos. A bactéria aquática Gram negativa Caulobacter crescentus apresenta potencial biotecnológico para o uso destes resíduos por conter em seu genoma vários genes que codificam para enzimas envolvidas com o metabolismo de materiais lignocelulósicos, incluindo 5 genes para β- Xilosidases. No presente trabalho o gene xynB2 (1,5 kb), que codifica para a β-xilosidade II de C. crescentus, foi clonado no vetor pJet1.2 (Fermentas) e subclonado em fase de leitura nos sítios EcoRI/XbaI do vetor de expressão pPROEX-HTa (Invitrogen). Uma proteína de fusão com cauda de histidinas foi obtida após indução da expressão do gene xynB2 em E. coli (DH10B) com IPTG (1mM). A β-xilosidade II recombinante (β-Xil-II-rec) foi purificada por cromatografia usando resina de níquel-sepharose e a enzima pura caracterizada quanto a parâmetros cinéticos e bioquímicos. Uma banda única de 65 KDa foi obtida em gel SDSPAGE 9% para a β-Xil-rec-II purificada de C. crescentus, a qual mostrou uma atividade específica de 215 U/mg, pH ótimo igual a 6, temperatura ótima de 55°C e meia vida de 4 horas a 50°C. Após 24 h de incubação em pH 6 a enzima reteve 95% da atividade inicial. A maioria dos íons inibiu a atividade de β-xilosidade II, mas um aumento de 32% foi observado na presença de KCl (2mM). Os parâmetros cinéticos KM e VMáx foram iguais a 8,4 mM e 370 moles/min, respectivamente. A capacidade da β-Xilosidase II recombinante pura de C. crescentus hidrolisar xilano e o resíduo bagaço de cana foi avaliada após incubação prévia destes com a Xilanase purificada de Aspergillus alliaceus. As porcentagens relativas de produtos de hidrólise do xilano e bagaço de cana-de-açúcar aumentaram 2,5 e 6,5 vezes, respectivamente, após incubação por 18 horas com a β-Xil-II-rec pura de C. crescentus, ressaltando assim, a possibilidade de aplicação desta enzima em processos biotecnológicos. Em adição, a β-Xil-II-rec foi usada para a produção de um anticorpo policlonal em coelho que mostrou por ensaios de Western Blot uma elevada especificidade para reconhecimento da proteína purificada. Paralelamente, com o objetivo de investigar o papel do gene xynB2 para C. crescentus, dois mutantes foram obtidos. O primeiro foi construído pela inserção de um cassete de resistência a espectinomicina dentro do gene xynB2 por dupla recombinação homóloga, gerando uma linhagem mutante nula denominada RSJU-2. Os segundo foi obtido por clonagem do gene xynB2 sob o controle de um promotor indutível por xilose gerando uma linhagem denominada pMOA. A atividade de β-Xilosidase foi mensurada nas células das linhagens RSJU-2, pMOA e parental (NA1000) de C. crescentus, as quais cresceram na ausência e presença de diferentes resíduos agroindustriais. A depleção do gene xynB2 fez as células mais hábeis a produzirem altas atividades de outras β-Xilosidases na presença de diferentes resíduos ou fontes de carbono. Estes resultados indicam que a ausência do gene xynB2 regula positivamente a expressão de outras β-Xilosidases em C. crescentus. Por outro lado, um decréscimo na atividade de β- Xilosidases foi observado na linhagem pMOA, sugerindo que a superexpressão da β- XilosidaseII regula negativamente a atividade de β-Xilosidases. Para verificar se a variação nos níveis de atividade de β-Xilosidase ocorre como um reflexo de variações nos níveis de transcrição de genes de β-Xilosidases nas diferentes cepas, foi construído uma fusão de transcrição a partir da clonagem do promotor do gene xynB2 a frente do gene lacZ de E. coli. Assim, foi quantificada a atividade de β-Galactosidase como uma medida da atividade do promotor do gene xynB2, o que demonstrou que gene xynB2 é dependente de transcrição.

Pythium insidiosum, classificado no Reino Stramenipila e Classe Oomycetes, é o agente etiológico da pitiose, uma doença diagnosticada principalmente em equinos, caninos e humanos. A secreção de enzimas por micro-organismos é considerada um fator importante na invasão tecidual. O presente estudo teve como objetivo analisar a atividade enzimática de isolados de P. insidiosum obtidos de lesões equinas (n=13), coelhos infectados experimentalmente (n=2) e uma amostra padrão (ATCC). Para isso, utilizou-se o kit comercial API ZYM. Zoósporos foram cultivados em caldo RPMI 1640 por 24h a 37 oC. Após esse período, a presença de hifas foi observada, as quais foram separadas e 65μl do líquido restante foram inoculados em cada um dos 20 poços (um controle e 19 com substratos específicos para cada enzima) do kit. As galerias foram então incubadas por 4 h a 37 oC. Os resultados foram obtidos através da leitura visual das reações. As análises foram feitas em triplicata e submetidas à análise de variância utilizando um nível de significância de 5%. Houve uma variação intraespecífica na atividade enzimática entre os isolados, sendo que enzimas dos grupos fosfohidrolases e éster hidrolases foram as mais prevalentes. Esses dados demonstram a capacidade de P. insidiosum em secretar enzimas que degradam substratos presentes em animais e em plantas, bem como a variabilidade enzimática entre os isolados. / Pythium insidiosum is classified in the kingdom Stramenipila, class Oomycetes. It causes pythiosis, a disease mainly diagnosed in horses, dogs, and humans. This study aimed at analyzing the enzymatic activity of P. insidiosum isolates obtained from equine lesions (n=13), experimentally infected rabbits (n=2) and a standard strain (ATCC 58637). To address this issue, the API ZYM commercial kit was used. Zoospores were cultivated in RPMI 1640 broth for 24 h at 37oC. After this period, the presence of hyphae was observed and they were carefully separated from the liquid phase. Then, 65 μl of this liquid were inoculated in each of the 20 microwells (one control, 19 containing specific substrates for each enzyme) of the API ZYM kit. The strips were incubated for 4h at 37oC. Results were obtained by visual observation of the reactions. The tests were carried out in triplicate and submitted to an analysis of variance using a significance level of 5%. An intraspecific variation among the enzymatic activities was observed among the isolates, where the group of phosphohydrolases and ester hydrolases were conspicuous among most of the isolates. Data here obtained highlighted the capacity of P. insidiosum in secreting enzymes capable of degrading substrates present in animals and plants, besides the enzymatic variability among the isolates.

Devido à necessidade de se conhecer os impactos que as diversas atividades antropogênicas exercem sobre os ecossistemas torna-se relevante o estudo dos organismos aquáticos perante os resíduos tóxicos resultantes, com o objetivo de facilitar a identificação de áreas poluiídas ou contaminadas e estudos de meios atingidos por estes agentes poluentes. Estudo da microalga em contato com o fenol em concentrações conhecidas, compreende a determinação dos efeitos tóxicos e geração de metabólitos, caracterizando uma possível utilização deste microorganismo como bioindicador para contaminações do poluente. Determinou-se as concentrações de fenol capazes de em 24 horas inibirem o crescimento das células de L. polyedrum em 20 e 50% (IC 20 e IC 50) respectivamente 40 µmol.L-1 e 120 µmol.L-1. Identificou-se a necessidade de padronização das variáveis na execução dos ensaios dose-resposta com algas, permitindo construir protocolos que auxiliariam a obtenção de legislações que assegurem os limites de compostos tóxicos aos organismos costeiros. Calculou-se que a microalga L. polyedrum possui uma taxa de biodegradação do fenol por célula na média de aproximadamente (0,02 µmol.h-1.cel-1), capaz de biotransformar 120 µmol.L-1 de fenol em um período de 16 horas. Vias de biotransformação do fenol na microalga L.polyedrum se dão pela conjugação com a glutationa, catalisada por glutationa S-transferase e pela via metabólica de fenol hidroxilase e catecol 2,3-dihidroxigenase. Identificou-se a geração do ácido 2-hidroximucônico semialdeído, 1,2-dihidroxibenzeno (Catecol) e ácido 2-oxo 4-pentenóico como metabólitos resultantes da exposição de L. polyedrum ao fenol. O composto orgânico fenol é capaz de induzir um estado de aumento na atividade antioxidante da microalga L. polyedrum, sendo as enzimas superóxido dismutase e catalase os melhores biomarcadores, por terem sua expressão até três vezes maior no grupo exposto. Determinou-se que a razão GSH/GSSG no grupo tratado com fenol é menor, devido ao aumento de 20 ng.mL-1 de GSSG, expressando o efeito oxidativo no sistema glutationa, que em condições normais possui os níveis de GSSG muito abaixo dos de GSH. A avaliação fotossintética sugeriu que o fenol interferiu relativamente na fotossíntese da microalga em um curto intervalo de tempo, demonstrando a promissora sensibilidade a este poluente presente no ambiente marinho. / Due necessity of knowing and understand the impacts of diverse anthropogenic activities exerted above ecosystems became relevant the study of aquatic organisms exposed to toxic waste, this can facilitate the identification of polluted or contaminated areas. Study of microalgae in contact with phenol at known concentrations, comprehended a determination of the toxic effects and generation metabolites of characterizing the possible use of the organism as a bioindicator to contamination of the pollutant. In this work it was determined in 24 hours those inhibitor phenol concentrations of cell growth of L.polyedrum on 20% and 50% (IC 20 and IC 50) respectively 40 µmol.L-1 and 120 µmol.L-1. Acknowledged need for standardization of variables in the implementation of dose-response tests with algae, allowing you to build protocols that would help to obtain laws that ensure the limits of toxic compounds to coastal organisms. It was assumed that the L. polyedrum microalgae has a biodegradation rate of phenol per cell on average of about (0,02 µmol.h-1.cel-1), capable of biotransformation 120 µmol.L-1 of phenol in a period of 16 hours. Biotransformation pathways of phenol in the microalgae L. polyedrum occur by conjugation with glutathione, catalyzed by glutathione S-transferase and the metabolic pathway of phenol hydroxylase and catechol 2,3-dihydroxygenase. We identified 2- hydroxy muconic semialdehyde acid, 1,2-dihydroxybenzene (catechol) and 2-oxo-4-pentenoic acid as metabolites resulting from exposure to phenol. The phenol is able to induce a high active antioxidant enzymes on L. polyhedron, and the enzymes superoxide dismutase and catalase the best biomarkers since were induced three times more in the exposed group. It was determined that the GSH / GSSG ratio in the group treated with phenol, GSSG has an increase of 20 ng.mL-1. Evaluation suggested that the phenol interfered on photosynthesis of microalgae in a short time, showing promising sensitivity to this pollutant in the marine environment.

Estudos vem mostrando resultados promissores na utilização da tecnologia de ultrassom para a produção enzimática de biodiesel. Estes são atribuídos ao fenômeno de cavitação gerado pelo equipamento de ultrassom, o qual promove um aumento da miscibilidade entre os reagentes, melhorando a transferência de massa e a taxa da reação, proporcionando reações mais rápidas, bem como um menor consumo de reagentes. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi otimizar as condições da reação de transesterificação do óleo de soja para a produção de biodiesel, utilizando o conceito de combi-lipase em um reator enzimático assistido por ultrassom. Foram otimizadas as condições do sistema de ultrassom: amplitude (30-70 %), pulso (30-70 %) e tempo de pulso (5-15 s), através de um delineamento composto central rotacional (DCCR). Os parâmetros reacionais: concentração de biocatalisador (5, 15 e 25 % em relação a massa de óleo) e razão molar do substrato (3:1, 6:1 e 9:1) foram estudados, assim como a influência do uso do solvente terc-butanol e de um sistema de agitação combinado ao ultrassom, na conversão de ésteres etílicos. Avaliou-se também a eficiência do combi-lipase (75 % Novozym 435 + 10 % Lipozyme TL-IM and 15 % Lipozyme RM-IM) frente ao uso dos biocatalisadores individualmente. Obteve-se como condições ótimas para o sistema de ultrassom: 30 % de amplitude, 50 % de pulso e 15 s de tempo de pulso, 15 % de enzima em relação a massa de óleo e uma razão molar de 3:1 etanol:óleo de soja Os rendimentos de conversão de ésteres etílicos na ausência do solvente terc-butanol foram similares aos resultados obtidos na presença deste reagente, sugerindo que a tecnologia de ultrassom é capaz de eliminar a necessidade do uso de solventes em reações de transesterificação enzimática. Entretanto, o uso combinado de um sistema de agitação com o ultrassom, reduziu o rendimento da reação. Em relação às enzimas, o combi-lipase mostrou melhores resultados para a síntese enzimática de ésteres etílicos, do que o uso das enzimas individualmente. Utilizando as condições ótimas avaliadas neste estudo e o conceito de combi-lipase em um reator assistido por ultrassom, obteve-se uma conversão de ésteres etílicos de aproximadamente 75 % em 5 horas de reação. / Studies have been showing promising results for the use of ultrasonic technology in enzymatic production of biodiesel, which are attributed to the cavitation phenomenon generated by the ultrasound equipment, that promotes increased miscibility between the reactants, improving mass transfer and reaction rate, providing faster reactions as well as a lower consumption of reagents. The aim of this work was to optimize ultrasonic (amplitude, pulse and time pulse) and reaction (molar ratio and enzyme concentration) parameters, as well as the influence of solvent (tert-butanol) and ultrasound combined with mechanical stirring, on the transesterification of soybean oil catalyzed by combi-lipase biocatalyst. It was also evaluated the efficiency of the combi-lipase (75 % Novozym 435 + 10 % Lipozyme TL-IM and 15 % Lipozyme RM-IM), compared to individual lipases. The optimum conditions for transesterification reaction, were observed being: enzyme concentration, 15 % (by oil mass); ethanol:oil molar ratio, 3:1; ultrasonic amplitude 30 %, pulse, 30 % and time pulse, 15 s. The yields of conversion of ethyl esters with and without solvent were very similar, indicating that ultrasonic technology is able to supply the need of solvents in enzymatic transesterification reactions. The combined use of a mechanical stirring system with ultrasound, reduced the yields of conversion of this reaction, while the combi-lipase showed better results than the use of individual lipases for soybean oil transesterification. Using the optimum conditions evaluated in this study and the concept of combi-lipase in an ultrasonic-assisted batch reactor, led to conversions of ethyl esters of about 75% in 5 hours.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Juliana_Texto_completo.pdf: 2104939 bytes, checksum: ce60666190df07cee9975989d437d475 (MD5) Previous issue date: 2011-01-20 / Lignocellulosic materials are abundant in agro-industrial residues and by-products of agroindustry and can be used for fuels and other chemicals of commercial interest. An alternative to physical and chemical methods for bioconversion of lignocellulosic material is the use of enzymes produced by micro-organisms. The aquatic bacterium Gram negative Caulobacter crescentus presents biotechnological potential for the use of these residues because it contains in its genome several gene coding for enzymes involved in the metabolism of lignocellulosic materials, including 5 genes to β-Xylosidases. In this study, the gene xynB2 (1.5 kb) coding the C. crescentus β-Xylosidase II was cloned into the vector pJet1.2 (Fermentas) and subcloned in frame in the sites EcoRI/XbaI of expression vector pPROEXHta (Invitrogen). A histidine tail fusion protein was obtained after induction and expression of gene xynB2 in E. coli (DH10B) with IPTG (1 mM). The recombinant β-Xylosidase II (β-Xylrec- II) was purified by chromatography using nickel-Sepharose resin and a pure enzyme was characterized by biochemical kinetics parameters. A single band of 65 kDa was obtained by SDS-PAGE 9% for C. crescentus β-Xyl-rec-II purified, which showed a specific activity of 215 U / mg, pH optimum equal to 6, the optimum temperature of 55 °C and half life of 4 h at 50 °C. After 24 h incubation at pH 6 the enzyme retained 95% of activity. Most of the ions inhibited the activity of β-Xylosidase II, but a 32% increase was observed in the presence of KCl (2mM). The kinetic parameters KM and VMáx were equal to 8.4 mM and 370 moles / min, respectively. The ability of C. crescentus β-Xyl-rec-II hydrolyse xylan and sugarcane bagasse residue was assessed after incubation with these Xylanase purified from Aspergillus alliaceus. The relative percentage of hydrolysis products of xylan and sugar cane bagasse, increased 2.5 and 6.5 times, respectively, after incubation for 18 hours with C. crescentus β- Xyl-rec-II pure, thus highlighting the possibility of using this enzyme in biotechnological processes. In addition, β-Xil-rec-II was also used for the production of a polyclonal antibody in rabbit that showed by "Western blot" assay a highly specific recognition of the purified protein. In order to investigate the role of xynB2 gene to C. crescentus, two mutants were obtained. The first one was constructed by insertion of a spectinomycin resistance cassette into the xynB2 gene by double homologous recombination, generating a null mutant strain named RSJU-2. The second one was obtained by cloning of xynB2 gene under the control of the inducible xylose promoter generating a strain denominated pMOA. β-Xylosidase activity was measured in the RSJU-2, pMOA and parental strain (NA1000) cells of C. crescentus which were grown in the absence and in the presence of different agro-industrial residues and others carbon sources. The xynB2 gene depletion made cells more able to produce high activities of other β-Xylosidases in the presence of different residues, for instance, β- Xylosidase activity produced by RSJU-2 cells was almost 15 times higher than the activity showed by NA1000 in the presence of sugarcane bagasse. These results indicate that the absence o xynB2 gene up-regulates the expression of other β-Xylosidases in C. crescentus. On the other hand, a decreased activity of β-Xylosidase was observed in the strain pMOA, suggesting that the overexpression of β-Xylosidase II down-regulates C. crescentus β - Xylosidases activities. To verify that the variation in activity levels of β -Xylosidase occur as a consequence of variations in the levels of transcription of β-Xylosidases genes in different strains, we constructed a lacZ- fusion transcription by cloning the E. coli lacZ gene under the control of xynB2 gene promoter. Thus, the β-Galactosidase activity was measured as a function of xynB2 promoter activity. Tests of promoter activity by measuring the activity of β- Galactosidase in different strains showed that the xynB2 gene is transcription-dependent. / Materiais lignocelulósicos são abundantes em resíduos agroindustriais e subprodutos da agroindústria e podem ser usados para produção de combustíveis e outros químicos de interesse comercial. Uma alternativa aos métodos físicos e químicos para bioconversão de material lignocelulósico é o uso de enzimas produzidas por micro-organismos. A bactéria aquática Gram negativa Caulobacter crescentus apresenta potencial biotecnológico para o uso destes resíduos por conter em seu genoma vários genes que codificam para enzimas envolvidas com o metabolismo de materiais lignocelulósicos, incluindo 5 genes para β- Xilosidases. No presente trabalho o gene xynB2 (1,5 kb), que codifica para a β-xilosidade II de C. crescentus, foi clonado no vetor pJet1.2 (Fermentas) e subclonado em fase de leitura nos sítios EcoRI/XbaI do vetor de expressão pPROEX-HTa (Invitrogen). Uma proteína de fusão com cauda de histidinas foi obtida após indução da expressão do gene xynB2 em E. coli (DH10B) com IPTG (1mM). A β-xilosidade II recombinante (β-Xil-II-rec) foi purificada por cromatografia usando resina de níquel-sepharose e a enzima pura caracterizada quanto a parâmetros cinéticos e bioquímicos. Uma banda única de 65 KDa foi obtida em gel SDSPAGE 9% para a β-Xil-rec-II purificada de C. crescentus, a qual mostrou uma atividade específica de 215 U/mg, pH ótimo igual a 6, temperatura ótima de 55°C e meia vida de 4 horas a 50°C. Após 24 h de incubação em pH 6 a enzima reteve 95% da atividade inicial. A maioria dos íons inibiu a atividade de β-xilosidade II, mas um aumento de 32% foi observado na presença de KCl (2mM). Os parâmetros cinéticos KM e VMáx foram iguais a 8,4 mM e 370 moles/min, respectivamente. A capacidade da β-Xilosidase II recombinante pura de C. crescentus hidrolisar xilano e o resíduo bagaço de cana foi avaliada após incubação prévia destes com a Xilanase purificada de Aspergillus alliaceus. As porcentagens relativas de produtos de hidrólise do xilano e bagaço de cana-de-açúcar aumentaram 2,5 e 6,5 vezes, respectivamente, após incubação por 18 horas com a β-Xil-II-rec pura de C. crescentus, ressaltando assim, a possibilidade de aplicação desta enzima em processos biotecnológicos. Em adição, a β-Xil-II-rec foi usada para a produção de um anticorpo policlonal em coelho que mostrou por ensaios de Western Blot uma elevada especificidade para reconhecimento da proteína purificada. Paralelamente, com o objetivo de investigar o papel do gene xynB2 para C. crescentus, dois mutantes foram obtidos. O primeiro foi construído pela inserção de um cassete de resistência a espectinomicina dentro do gene xynB2 por dupla recombinação homóloga, gerando uma linhagem mutante nula denominada RSJU-2. Os segundo foi obtido por clonagem do gene xynB2 sob o controle de um promotor indutível por xilose gerando uma linhagem denominada pMOA. A atividade de β-Xilosidase foi mensurada nas células das linhagens RSJU-2, pMOA e parental (NA1000) de C. crescentus, as quais cresceram na ausência e presença de diferentes resíduos agroindustriais. A depleção do gene xynB2 fez as células mais hábeis a produzirem altas atividades de outras β-Xilosidases na presença de diferentes resíduos ou fontes de carbono. Estes resultados indicam que a ausência do gene xynB2 regula positivamente a expressão de outras β-Xilosidases em C. crescentus. Por outro lado, um decréscimo na atividade de β- Xilosidases foi observado na linhagem pMOA, sugerindo que a superexpressão da β- XilosidaseII regula negativamente a atividade de β-Xilosidases. Para verificar se a variação nos níveis de atividade de β-Xilosidase ocorre como um reflexo de variações nos níveis de transcrição de genes de β-Xilosidases nas diferentes cepas, foi construído uma fusão de transcrição a partir da clonagem do promotor do gene xynB2 a frente do gene lacZ de E. coli. Assim, foi quantificada a atividade de β-Galactosidase como uma medida da atividade do promotor do gene xynB2, o que demonstrou que gene xynB2 é dependente de transcrição.

O presente trabalho teve como principal objetivo correlacionar a composição química do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado com H2SO4 diluído com a eficiência da sacarificação enzimática da celulose presente no material. Primeiramente, o bagaço in natura foi extraído com água, etanol ou água seguida de etanol, e as composições químicas determinadas. Posteriormente, o bagaço in natura foi pré-tratado com H2SO4 diluído em êmbolos de 200 mL, utilizando 15% de teor de sólidos (m/v). A temperatura (112,5-157,5 °C), o tempo de residência (5-35 min) e a concentração ácida (0-3,0% m/v) variaram de acordo com um planejamento fatorial 23 completo. Após o pré-tratamento, as amostras foram caracterizadas quimicamente. Em seguida, dois extratos enzimáticos comerciais foram caracterizados quanto às atividades de enzimas hidrolíticas e fenoloxidases, e aos teores de proteínas. As condições adequadas de sacarificação enzimática da celulose para a amostra de bagaço pré-tratada com H2SO4 diluído (15% sólidos, 2% ácido, a 150ºC por 30 min) foram determinadas através de planejamentos fatoriais 23 completos, variando teor de sólidos (1,19-4,81% m/v), carga enzimática (1,91-38,09 FPU/g de bagaço) e carga de surfactante (0-0,1 g/g de bagaço), para os dois extratos enzimáticos. As amostras de bagaço pré-tratadas sob diferentes condições de temperatura, tempo de residência e concentração de H2SO4 (primeiro planejamento fatorial) foram submetidas à sacarificação enzimática com um dos extratos. Por fim, amostras selecionadas foram caracterizadas quanto às alterações morfológicas provocadas pelo pré-tratamento e pela hidrólise enzimática, por microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que água seguida de etanol extraiu maior quantidade de extrativos do bagaço. Os extrativos apresentaram absorção de luz apenas na região do ultravioleta. A porcentagem de lignina nos bagaços extraídos com água, etanol e água seguida de etanol foi menor que aquela encontrada no bagaço in natura. De acordo com a condição de pré-tratamento, os teores de celulose, hemicelulose e lignina nos bagaços pré-tratados diferiram substancialmente. A maior variação foi observada para hemicelulose (3,67-27,27%). Os três fatores avaliados no pré-tratamento influenciaram na composição química do bagaço pré-tratado. Por sua vez, os dois extratos enzimáticos apresentaram um complexo celulolítico completo e considerável atividade de xilanases, porém não foi observada atividade de fenoloxidases. O extrato II apresentou maior quantidade de proteínas (152,45±10,0 mg/mL), comparado ao extrato I (105,2±6,6 mg/mL). Para 24 horas de hidrólise enzimática com o extrato I, as três variáveis independentes influenciaram na digestão do bagaço pré-tratado. Somente os efeitos das cargas de enzima e surfactante foram significantes, utilizando o extrato II. Posteriormente, foi possível aumentar o teor inicial de sólidos sem comprometer o rendimento de sacarificação com o extrato II. Não foi possível correlacionar a conversão de celulose com o fator de severidade do pré-tratamento. Por outro lado, foi observada correlação negativa entre o conteúdo de hemicelulose e a conversão enzimática de celulose, enfatizando a influência da composição química do bagaço de cana na hidrólise enzimática da celulose. Observaram-se diferenças morfológicas entre o bagaço in natura e amostras pré-tratadas sob condições branda e severa, bem como após suas respectivas hidrólises enzimáticas. / This study aimed to correlate the chemical composition of a sugarcane bagasse pretreated with dilute H2SO4 with the efficiency of cellulose enzymatic saccharification of this material. First, the sugarcane bagasse was extracted with water, ethanol or water followed by ethanol, and its chemical composition was determined. Subsequently, the sugarcane bagasse was pretreated with dilute H2SO4 in 200 mL stainless steel containers, using 15% of solids loading (w/v). The temperature (112.5-157.5°C), time of residence (5-35 min) and acid concentration (0-3.0% w/v) varied according to a 23 full factorial design. After the pretreatments, the chemical compositions of the pretreated bagasses were determined. Then, two commercial enzymatic extracts were characterized regarding the activities of hydrolytic enzymes and phenoloxidases, and protein contents. The enzymatic saccharification conditions for the bagasse sample pretreated with dilute H2SO4 (15% solids, 2% acid, 150°C for 30 min) were determined through 23 full factorial designs, varying the solids loading (1,19-4.81% w/v), enzyme loading (1.91-38.09 FPU/g of bagasse) and surfactant loading (0-0.1 g/g of bagasse) for the two enzymatic extracts. The bagasse samples pretreated under the different conditions of temperature, time of residence and H2SO4 concentration (first factorial design) were subjected to enzymatic saccharification using one of the extracts. Finally, selected samples were analyzed for morphological changes caused by pretreatment and enzymatic hydrolysis, by scanning electron microscopy. The results showed that water followed by ethanol extracted the highest amount of extractives. The extractives showed light absorption only in the ultraviolet region. The percentage of lignin in the bagasse samples extracted with water, ethanol and water followed by ethanol was lower than that found in the raw material. According to the pretreatment conditions, the amount of cellulose, hemicellulose and lignin in the pretreated bagasse differed substantially. The greatest variation was observed for the hemicellulose content (3.67-27.27%). All the three factors evaluated in the pretreatment affected the chemical composition of the pretreated bagasse. In turn, the two enzymatic extracts showed complete cellulolytic complexes and considerable activities of xylanases, without activities of phenoloxidases. The extract II showed higher protein content (152.45±10.0 mg/mL) when compared with the extract I (105.2±6.6 mg/mL). For 24 hours of enzymatic hydrolysis using the extract I, all the three independent variables influenced the saccharification of pretreated bagasse. Only the enzyme and surfactant loadings were significant, when using the extract II. Later, it was possible to increase the initial solids content without hindering the saccharification yield, using the extract II. It was not possible to correlate the cellulose conversion with the pretreatment severity. On other hand, it was possible to observe a negative correlation between the hemicellulose content and the efficiency of enzymatic conversion, emphasizing the influence of the sugarcane bagasse chemical composition in the enzymatic hydrolysis of cellulose. Morphological differences were observed between the raw material and sugarcane bagasse samples pretreated under high or low severity, as well as after their corresponding enzymatic hydrolysis.