Leishmania é um protozoário parasito flagelado responsável pelas Leishmanioses, classificadas como doenças negligenciadas, que causam um risco a 350 milhões de pessoas em todo o mundo. As fumarato hidratases (FHs) são enzimas que catalisam a hidratação reversível da molécula de fumarato em S-malato e estudos recentes em tripanosomatídeos, utilizando Trypanosoma brucei como modelo, apontam essas enzimas como potenciais alvos para o planejamento de compostos com ação tripanossomicida e leishmanicida. O presente trabalho visou à caracterização funcional e estrutural das enzimas fumarato hidratase de Leishmania major através da determinação da estrutura por técnicas de difração de raios-X em monocristais, aliadas a técnicas espectroscópicas, de mutagênese sítio dirigida e simulação de dinâmica molecular. A susceptibilidade dessa classe de enzimas ao oxigênio devido a presença de um complexo do tipo [4Fe-4S] exigiu a utilização de técnicas modernas para a realização dos experimentos em condição de anaerobiose. A estrutura da isoforma citosólica da FH em L. major (LmFH-2) foi determinada por técnicas de difração de raios-X em monocristais e consiste na primeira estrutura de uma proteína da classe I das FHs a ser determinada. O enovelamento de LmFH-2 foi descrito como novo e consiste em uma proteína dimérica na qual cada monômero apresenta dois domínios denominados domínios N- e C- terminais, que possuem grande mobilidade entre si. A análise das estruturas cristalográficas de LmFH-2 em complexo com o substrato malato e os inibidores malonato e succinato, associada aos estudos de dinâmica molecular, nos permitiu propor que a mobilidade entre os domínios está associada à entrada do substrato no sítio ativo. Os dados estruturais corroborados pelos dados espectroscópicos e bioquímicos foram utilizados para mapear o sítio ativo e construirmos um modelo para descrever o mecanismo de ação enzimática adotado por essa classe de enzimas. Na tentativa de dar ínicio à validação do nosso modelo, o resíduo conservado Thr467, pertencente ao sítio ativo da LmFH-2 e identificado como importante na interação com o substrato, teve seu papel catalítico avaliado através da combinação de técnicas de mutação sítio-dirigida associada a estudos cinéticos e estruturais. A perda significativa na atividade da proteína mutante LmFH-2-T467A fortaleceu nossas hipóteses de que a Thr467 poderia atuar como ácido ou base no mecanismo RESUMO | II de ação das FHs da classe I. Os resultados obtidos nesse trabalho nos fornecerão as bases estruturais para o mapeamento acerca do mecanismo catalítico adotado pelas enzimas fumarato hidratase da classe I, assim como, para o planejamento de ligantes específicos como uma importante ferramenta na avaliação do potencial desta classe de enzimas como alvo para o desenvolvimento de novas terapias contra a Leishmaniose. / Leishmania parasites are the casual agent of leishamaniasis, classified as neglected tropical diseases, with 350 million people at risk of infection. Fumarate hydratases (FH) are enzymes that catalyze the stereospecific reversible hydratation of fumarate to S-malate and recent studies in trypanosomatids, using Trypanosoma brucei as a model suggest that the fumarate hydratase enzymes are essential for the parasite survival and should be exploited as potential targets for the development of new therapies against trypanosomatid related diseases. The present work focused the functional and structural characterization of both fumarate hydratase enzymes from Leishmania major by a combination of crystallographic, spectroscopic, site-direct mutagenesis and molecular dynamics techniques. The susceptibility to oxygen observed for this class of proteins due to the presence of a [4Fe-4S] cluster required the use of state-of-art infrastructure to perform the experiments under anaerobic environment. The structure of LmFH-2 has been determined by X-ray diffraction techniques and consists of the first class I FH structure to be reported. LmFH-2 folding has been found to be unique and consists of a dimer with each monomer composed of two major domains named N- and C-terminal domains. The analysis of the crystallographic structure of LmFH-2 in complex with the substrate malate and with both inhibitors malonate and succinate has allowed us to propose that the movement observed between both N- and C-domains is associated to the entrance of the substrate into the active site. The structural data corroborated with biochemical and spectroscopic studies have been used to map the active site and to build a model to describe the mechanism of action adopted by this class of enzymes. As our first attempt to validate our model, the residue Thr467 that belongs to the active site and has been identified as important in the interaction with the substrate, had its catalytic role evaluated by site-direct mutagenesis in combination with kinetic and structural studies. The significant loss in activity observed for the mutant LmFH-2-T467A supports our hypothesis that Thr467 can act as either acid or base during catalysis. Our results have provided the structural basis for the complete mapping of the catalytic mechanism adopted by fumarate hydratase enzymes, as well as for the design of specific ligands as an important tool for evaluating FHs as drug targets in development of new therapies against Leishmaniasis.

As feruloil esterases são enzimas relevantes para o processo de hidrólise de materiais lignocelulósicos oriundos de gramíneas. Estas enzimas são tradicionalmente determinadas com o emprego de substratos sintéticos de baixa massa molar. Entretanto, as atividades determinadas a partir desses ensaios não se correlacionam adequadamente com a ação das enzimas em substratos complexos e insolúveis como os materiais lignocelulósicos. Neste sentido, o presente trabalho visou desenvolver um método apropriado para medir a atividade de feruloil esterases utilizando um material lignocelulósico como substrato. Para isso, as medulas de híbridos de cana-de-açúcar com baixo teor de lignina e de um cultivar de referência com elevado teor de lignina foram usadas para preparar substratos de baixa recalcitrância usados na determinação da atividade de feruloil esterases de 3 origens diferentes. As medulas foram extraídas com água para remoção de sacarose e posteriormente analisadas quanto à composição química. As medulas foram ainda submetidas a uma etapa de pré-hidrólise com celulase comercial por 4 horas para preparar um substrato menos recalcitrante e adequado para a ação das enzimas. Após a avaliação do efeito da carga de feruloil esterases na cinética de hidrólise dos ésteres de ácido ferúlico, foi definido que os ensaios enzimáticos deveriam ser realizados com um tempo fixo de 5 minutos a fim de determinar a atividade numa faixa de conversão dos ésteres que fosse da ordem de 2%, assegurando a determinação na região de velocidade máxima de reação. Idealmente, o método foi desenhado para empregar diluições da enzima que gerassem dados de conversão levemente menores e maiores do que 2% de conversão, o que permitiu a determinação exata da carga de enzima necessária para converter 2% de éster do ácido ferúlico em ácido após 5 min de reação por interpolação de dados. As condições de reação foram fixadas em 40°C e pH 6,3. Os níveis de atividade e as reprodutibilidades experimentais determinadas para as 3 enzimas se mostraram dependentes do substrato, principalmente associadas ao teor inicial de lignina observado nas medulas in natura. Tomando as determinações de atividade da feruloil esterase de rúmen como exemplo, os dados obtidos, expressos em UI/?g de proteína, foram: 2,3 ± 0,2, 2,0 ± 0,8 e 0,6 ± 0,5, respectivamente para os substratos oriundos das medulas que continham originalmente 13,0 ± 0,3, 12,8 ± 0,5 e 19,1 ± 0,1% de lignina. Empregando os substratos oriundos de medulas com baixo teor de lignina original, o método se mostrou adequado para estudar os efeitos de variáveis como temperatura e pH do meio reacional sobre a atividade enzimática. No caso da feruloil esterase de rúmen, os estudos mostraram uma temperatura ótima de reação de 40°C e atividades crescentes em função do pH, com máximo na região de 6,3 a 7,2. Pode-se concluir que o trabalho permitiu a elaboração de uma metodologia adequada para a determinação de feruloil esterases empregando um substrato lignocelulósico, desde que este substrato seja preparado a partir de medulas de cana com baixa recalcitrância decorrente do baixo teor original de lignina. / Feruloyl esterases are important enzymes acting on the hydrolysis of lignocellulosic materials from grasses. These enzymes are traditionally determined using synthetic low molar mass substrates. However, the activities determined through these assays do not correlate with the action of the enzymes on complex and insoluble substrates such as lignocellulosic materials. According to this, the present work aimed to develop an appropriate method to measure feruloyl esterase activities using a lignocellulosic material as substrate. Pith regions, recovered from low lignin content sugarcane hybrids and from a high lignin content reference cultivar, were used to prepare low recalcitrance lignocellulosic substrates, used to determine the activity of 3 different feruloyl esterases. The pith samples were extracted with water to remove sucrose and then analyzed concerning its chemical composition. They were further subjected to a prehydrolysis step with commercial cellulase for 4 hours to prepare a less recalcitrant and proper substrates for the action of the feruloyl esterases. After evaluating the effect of enzyme loading on the hydrolysis kinetics of the ferulic acid esters, it was defined that the enzymatic assays should be done at a fixed time of 5 minutes, in order to determine the enzymatic activity in the region of maximal hydrolysis rate. Ideally, the method was designed to use enzyme dilutions that provide ferulic acid ester conversions in the range of 2 %, which allowed the exact determination of the enzyme load necessary to convert 2% of ferulic acid ester in acid after 5 minutes of reaction by interpolating data. The reaction conditions were fixed at 40°C and pH 6.3. The activity levels and the experimental reproducibility determined for the 3 enzymes showed to be dependent of the substrate, specially associated with the initial lignin content of each material. Taking the rumen feruloyl esterase activities as example, the data obtained in UI/?g of protein were 2.3 ± 0.2, 2.0 ± 0.8 e 0.6 ± 0.5, respectively for the substrates from sugarcane piths containing 13.0 ± 0.3, 12.8 ± 0.5 and 19.1 ± 0.1% of lignin. Employing the substrates with low lignin contents, the method showed to be appropriate to study the effects of variables such as the reaction temperature and pH on the enzymatic activity. For rumen feruloyl esterase, the studies showed optimum temperature at 40°C and increasing activities for increasingly pHs, with the maximum in the range 6.3-7.2. In conclusion, the work provided a proper methodology to determine feruloyl esterase activity using a lignocellulosic substrate, but the substrate needs to be prepared from a non-recalcitrance sugarcane pith that was observed in samples with low initial lignin content.

Devido à sua importante atividade celulolítica, o fungo Trichoderma harzianum possui um grande potencial de aplicação na hidrólise da biomassa. No entanto, as celulases deste fungo filamentoso ainda não foram caracterizadas em profundidade. A celobiohidrolase I (CBHI) é a principal enzima celulolítica produzida por Trichoderma sp. e atualmente é uma das celulases mais investigadas para aplicações de biocombustíveis. A CBHI hidrolisa celulose cristalina à unidades solúveis de celobiose, o que a torna uma enzima chave para a produção de açúcares fermentáveis a partir da biomassa. O objetivo deste trabalho foi purificar e caracterizar a CBHI de Trichoderma harzianum (ThCBHI) bioquímica, biofísica e estruturalmente. Primeiramente foi estabelecido um protocolo de purificação eficiente da proteína a partir da expressão homóloga no fungo. A caracterização bioquímica ThCBHI mostrou que a proteína possui uma massa molecular de 66 kDa, pI de 5,23 e o pH e a temperatura de atividade ótima foram 5,0 e 50 ºC, respectivamente. A influência do pH e temperatura sobre as estruturas secundárias e terciárias e atividade enzimática da ThCBHI foram analisados por espectroscopia de CD, fluorescência e SAXS, e os resultados mostraram que as perturbações de pH e de temperatura afetam a estabilidade por dois mecanismos diferentes. As variações de pH podem modificar a protonação dos resíduos, afetando diretamente sua atividade, levando a desestabilização estrutural apenas em limites extremos de pH, como pH 9,0. A temperatura, por outro lado, tem uma influência direta sobre enovelamento e compactação da enzima, fazendo com que na temperatura em torno de 60 ºC ocorra perda da estrutura secundária, e terciária. Quando as análises foram realizadas na presença do produto de reação e também inibidor competitivo, celobiose, a estabilidade térmica da ThCBHI aumentou significativamente de 61,5 para 65,9 ºC. Os estudos estruturais e simulações de dinâmica molecular mostraram que a flexibilidade do resíduo Tyr260, em comparação com a Tyr247 do homólogo de T. reesei CBHI (TrCBHI), é aumentada devido às cadeias laterais curtas adjacentes de Val216 e Ala384 criando uma abertura adicional na face lateral do túnel catalítico. A ThCBHI também apresenta um loop encurtado na entrada do túnel de interação com a celulose, o que tem sido descrito como o responsável por interagir com o substrato de TrCBHI. Estas características estruturais podem explicar por que a ThCBHI apresenta maior valor de kcat e menor inibição pelo produto em comparação com TrCBHI. / Trichoderma harzianum is a fungus that has a considerable potential in biomass hydrolysis application due to its elevated cellulolytic activity. Cellulases from Trichoderma reesei have been widely used as model in studies of cellulose breakdown. However, cellulases from Trichoderma harzianum are less-studied enzymes which have not been characterized biophysically and biochemically as yet. CBHI, a cellobiohydrolase I, is the major cellulolytic enzyme produced by Trichoderma sp. and is currently one of the most investigated cellulases for biofuel applications. CBHI hydrolyzes crystalline cellulose to soluble cellobiose units, which turns it into a key enzyme for producing fermentable sugars from biomass. The aim of this work was to purify and characterize the CBHI of Trichoderma harzianum (ThCBHI). We established an efficient purification protocol of ThCBHI, from the homologous expression. The biochemical characterization of ThCBHI showed that the protein has a molecular mass of 66 kDa, a pI of 5,23, and the optimum pH and temperature for its activity are 5,0 and 50 ºC, respectively. The effect of pH and temperature on secondary and tertiary structure and enzymatic activity of ThCBHI were analyzed by CD and Fluorescence spectroscopy and showed that they affect protein stability by two distinct mechanisms. Variations of pH modify protonation of the residues, affecting directly its activity, leading to structural destabilization only at extreme pH values, such as pH 9, 0. On the other hand, temperature has direct influence on mobility, fold and compactness of the folding enzyme, at temperatures above 60 ºC, there is loss of secondary and tertiary structure. When the assays were conducted in the presence of the cellobiose, a competitive inhibitor, thermal stability of ThCBHI was significantly increased to 61,5 to 65,9 ºC. Structural studies and molecular dynamics simulations showed that the flexibility of Tyr260, in comparison to the Tyr247 from the homologous T. reesei CBHI, is enhanced due to the short side chains of adjacent Val216 and Ala384 residues and creates an additional gap at the side face of the catalytic tunnel. In addition, CBHI of T. harzianum has a shortened loop at the entrance of the cellulose-binding tunnel, which has been described to interact with the substrate in T. reesei CBHI. These structural features might explain why T. harzianum enzyme displays higher kcat value and lower product inhibition on both glucosides and lactosides substrates in comparison to T. reesei CBHI.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema microfluídico, contendo, como componente principal, um reator enzimático constituído de um microcanal fabricado em substrato de poli(metacrilato de metila) e um sistema amperométrico como detector. Para a construção de microcanais foi utilizando equipamento de usinagem a laser de CO2 para escavar os microcanais, que a seguir foram selados termicamente. A superfície interna desse microcanal foi submetida à modificação química com poli(etilenoimina), que se mostrou eficiente para posterior imobilização da enzima glicose oxidase, utilizando glutaraldeído como agente de ligação covalente cruzada, gerando assim um microrreator para determinação amperométrica de glicose. O peróxido de hidrogênio gerado na reação enzimática foi detectado em uma célula eletroquímica em fluxo, localizada externamente ao reator, com eletrodo de platina como eletrodo de trabalho. Uma bomba peristáltica programável foi empregada para promover a injeção de amostra, utilizando tubulação de pequeno diâmetro (0,3 mm), permitindo alcançar reprodutibilidade para a injeção de pequenos volumes, tipicamente da ordem de 5 microlitros de solução. O sistema proposto foi utilizado para a determinação amperométrica diferencial de glicose presente em amostras de refrigerantes, apresentando boa repetibilidade (DPR = 1,72%, n = 50), limite de detecção apreciável (1,40 x10-6 mol L-1), elevada frequência de amostragem (345 amostras h-1) e relativa estabilidade a longo prazo (420 determinações em mais de 20 dias com perda de atividade menor que 50%). As análises realizadas com o sistema proposto neste estudo levaram a resultados concordantes com os obtidos pelo método espectrofotométrico clássico, utilizado para análise de glicose em fluídos biológicos. / This work describes the development of a microfluidic system having as a main component an enzymatic reactor constituted by a microchannel assembled in poly(methyl methacrylate) substrate, connected to an amperometric detector. To manufacture the microchannels, a CO2 laser ablation machine was utilized to engrave the channels, which in sequence were thermally sealed. The internal surfaces of the microchannels were chemically modified with poly(ethyleneimine) which showed good effectiveness for the immobilization of glucose oxidase enzymes using glutaraldehyde as crosslinking agent, producing in this way a microreactor effective for the amperometric detection of glucose. The hydrogen peroxide generated in the enzymatic reaction was detected in the electrochemical flow cell, localized outside of the reactor, using platinum as the working electrode. A programmable peristaltic pump was utilized to inject the samples, utilizing tubes with small diameter (0.3 mm), allowing attain reproducibility even for injections of small volumes, in the order of 5 microliters of solution. The proposed system was applied for differential amperometric determination of glucose content in soft drinks, showing good repeatability (DPR = 1.72%, n = 50) low detection limit (1,40 x10-6 mol L-1), high sample frequency (345 samples h-1) and relatively good stability for long term (420 determinations along more than 20 days, with a decrease of activity lower than 50%). The analysis performed with the system proposed in this study lead to results which agree with those obtained by the classical spectrophotometric method, utilized to analyze glucose in biological fluids.

Orientador: Iveraldo dos Santos Dutra / Banca: Júlio Cesar de Freitas / Banca: Tereza Cristina Cardoso da Silva / Banca: Raul José Silva Girio / Banca: Samir Issa Samara / Resumo: Foi avaliado pelo teste de ELISA indireto a resposta humoral para as toxinas botulínicas tipos C e D em animais vacinados com quatro diferentes produtos comerciais. Empregou-se duas vacinas bivalentes C e D (vacina 1 e vacina 2) e duas polivalentes contendo ainda os toxóides botulínicos tipos C e D (vacina 3 e vacina 4). Para análise foram realizadas seis colheitas de sangue ao longo do experimento, nos dias 0, 42, 75, 160, 250 e 342 após a vacinação. A imunidade passiva em bezerros até os 90 dias de idade, filhos de mães vacinadas com diferentes toxóides comerciais foram avaliados em 75 bezerros, agrupados de acordo com a vacina utilizada na mãe (B1, B2, B3 e B4). Para análise foram realizadas 3 colheitas de sangue, nos dias 5 (± 2), 45 e 90 dias após o nascimento. A avaliação da resposta humoral de bovinos vacinados em diferentes faixas etárias também foi realizada empregando-se uma vacina antibotulínica bivalente (C e D) comercial. Para análise, 90 bovinos foram divididos em 3 grupos de acordo com a faixa etária; animais com idade inferior a 2 anos, entre 2 e 5 anos e superior a 5 anos. Na avaliação da resposta humoral de animais vacinados com quatro diferentes produtos comerciais, para a toxina tipo C, as vacinas 1, 2, 3 e 4 não apresentaram diferenças significativas aos 42 dias da primeira dose. Aos 75 dias, a vacina 1, foi superior às vacinas 3 e 4, induzindo maior produção de anticorpos nos animais, porém não diferiu da vacina 2. Aos 160 dias houve queda na quantidade de anticorpos em todos os grupos, não havendo mais diferenças significativas entre as quatro vacinas testadas. Para a toxina tipo D, aos 42 dias da vacinação, não houve diferenças significativas entre as vacinas 1, 2 e 4, que apresentaram neste momento, valores superiores a vacina 3. No entanto, quando avaliadas aos 75 dias, a vacina 1 apresentou maior produção de anticorpos, diferindo... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: To compare the efficiency of an "in house" ELISA test, standardized to measure antibody C and D from Clostridium botulinum, a survey to analysis four different commercial vaccines was conducted. The vaccines used were two commercial, bivalent botulinum containing subtypes C and D (vaccine 1 and vaccine 2) and other two polyvalent including subtypes C and D. The first trial was blood samples taken at 0, 42, 75, 160, 250 and 342 days after vaccination, whereas the booster was performed at day 42. The second trial, maternal antibodies were also measured taken blood samples from 1-3 months age steers obtained from vaccinated heifers with the same vaccines described above, and divided into four different groups (B1, B2, B3, B4). The blood samples were taken at days 5, 45 and 90 after birth. Third and last trial was humoral response from vaccinated cattle with different age evaluation performed using the commercial Clostridium botulinum vaccine subtype C and D. For this purpose, 90 animals never vaccinated, were divided into 3 groups: 1 - 2 years old; 2 - animals aged between 2 and 5 years old; 3 - animals 5 years old. The blood samples were taken 30 days after vaccination after second dose of the vaccine. From the first trial, no significant difference was observed when subtype C was search in sera from animals at 42 days after vaccination. However, at 75 days after vaccination, vaccine 1 was able to induce higher levels of antibodies when compared to vaccine 3 and 4. The antibody level was declining after 160 days post vaccination. For subtype D antigen, at 42 days after vaccination, no differences could be observed. However, at 75 day after vaccination, higher levels of antibodies were observed from animals vaccinated with vaccine 1. Comparing the bivalent vaccines, these were able to induce higher antibodies levels at 75 days after vaccination (toxoid C). In addition, the same... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Mario de Oliveira Neto / Resumo: A biomassa lignocelulósica pode ser usada para a produção de energia ou de novos bioprodutos potenciais substitutos de químicos convencionais. Porém a conversão dos polissacarídeos estruturais presentes na parede celular vegetal das células que compõe a biomassa não é simples. Isto se deve principalmente pela presença da lignina, que juntamente com a hemicelulose, formam uma estrutura coesa de microfibrilas que entrelaçam a celulose. Compostos que inibem as enzimas celulolíticas, incluindo fenólicos solúveis (derivados da lignina), açúcares solúveis, aldeídos de furano e ácidos fracos são gerados durante os diversos pré-tratamentos utilizados atualmente. Neste estudo, observamos como os fenólicos solúveis interagem com -glicosidases. Para isso, combinamos simulações de ensaio enzimático, docking molecular e dinâmica molecular para descrever o processo de ligação. Notavelmente, o ácido tânico, um dos fenólicos solúveis estudados, foi a molécula com maior poder inibitório em comparação com todos os demais fenólicos. Possivelmente devido ao seu comprimento e suas substituições de grupos químicos. A alta presença de anéis aromáticos e grupos hidroxilas no ácido tânico, leva a maior interação entre as moléculas e consequente inibição/desativação das β-glicosidases bacterianas, enquanto os grupos carboxílicos presentes nos demais fenólicos alteram os efeitos físico-químicos aumentando a hidrofobicidade; criando cargas eletrostáticas e aumentando a ligação de hidrogênio, afetando a... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Lignocellulosic biomass can be transformed to chemicals or energy products. However converting polysaccharides present on the cell wall can be limitated due to the high recalcitrance caused by the presence of lignin. Compounds that inhibit enzymes, including lignin-derived phenolics, soluble sugars, furan aldehydes, and weak acids, are generated during the various pre-treatments currently used. In this study was observed how the soluble phenolics generated significantly impede the enzymatic hydrolysis of cellulose. For this were combine enzymatic assay, molecular docking and molecular dynamics simulations to describe the binding process between soluble phenolics and bacterial β-glycosidases. Notably, tannic acid, one of the soluble phenolics generated, was the strongest inhibitory molecule in comparison with all phenolics studied. Possibly because of its length and its substitutions of chemical groups. The high presence of aromatic rings and hydroxyl groups in tannic acid leads to greater interaction between the molecules and consequent inhibition / deactivation of bacterial β-glycosidases. Taken together, our studies of the interaction suggest that there is a high correlation between exposed hydrophobic surface areas and the number of binding sites on the inhibition of βglucosidases. These data may provide a useful basis for future biotechnological applications of microbial β-glucosidases, especially in the field of biofuel production. / Doutor

O fornecimento de colostro bovino liofilizado (CBL), fonte alternativa de proteína, foi avaliado como um ingrediente inovador na nutrição de peixes. A influência desta secreção láctea foi estudada sobre o desenvolvimento dos tecidos entérico, hepático e muscular de pacu (Piaractus mesopotamicus) e dourado (Salminus brasiliensis) juvenis, utilizando-se análises da concentração sérica de IGF-I, o estudo da estrutura morfológica e atividade enzimática no intestino e, os indicadores de atividade celular nos tecidos entérico, hepático e muscular. Os pacus (8,5 ± 0,7g; 7,7 ± 0,3cm) e dourados (13,3 ± 0,9g; 10,8 ± 0,3cm), foram distribuídos num delineamento experimental inteiramente casualizado em esquema fatorial 3x2, constituindo-se de três dietas com inclusão de CBL (0%, 10% e 20%) e dois períodos experimentais (30 e 60 dias). Para os indicadores de desempenho no pacu, houve interação para ganho de peso (GP) e conversão alimentar aparente (CAA) (P<0,05). Os valores de GP, para 10 e 20% de CBL, não diferiram do 0% de CBL, indicando que as dietas foram adequadas e atenderam as necessidades nutricionais dos juvenis. Maior índice de conversão alimentar foi encontrado com 10% de CBL, aos 60 dias. A concentração de IGF-I não diferiu entre as dietas nas duas espécies, contudo, foi maior no dourado aos 60 dias (P<0,05). A morfologia do epitélio intestinal de pacu e dourado juvenis não foi alterada pelo fornecimento de CBL, entretanto, observaram-se diferenças entre os segmentos intestinais. A atividade da enzima aminopeptidase N foi maior nos pacus alimentados com 10% e 20% de CBL (P<0,05); a atividade das peptidases e dissacaridases foi menor aos 60 dias; exceto para aminopeptidase A, que apresentou elevada atividade neste mesmo período. No dourado, apenas houve diferença para aminopeptidase A, que foi menor aos 60 dias (P<0,05). Com relação aos indicadores de atividade celular, no intestino de pacu, a relação proteína total (PT)/RNA foi menor aos 30 dias. No fígado de dourado houve interação entre dieta e período para DNA, sendo maior nos peixes alimentados com 20% de CBL, aos 60 dias. No músculo de pacu PT/RNA foi maior com 10% de CBL; RNA, PT/DNA e RNA/DNA menor aos 60 dias, enquanto DNA e PT/RNA, maior neste mesmo período. No músculo do dourado, RNA e RNA/DNA, foram menores aos 60 dias e, PT/RNA, maior neste mesmo período (P<0,05). Considerando os aspectos estudados para avaliar as consequências do fornecimento de colostro bovino para pacu e dourado juvenis, observou-se que foram mantidas inalteradas a plasticidade e atividade das enzimas no epitélio intestinal e a atividade celular nos tecidos entérico, hepático e muscular. Esta condição sugere a possibilidade de uso desta secreção láctea na nutrição dos peixes estudados. / The supply of lyophilized bovine colostrum (LBC), alternative protein source, has been evaluated as an innovative ingredient in fish nutrition. The milk secretion influence was studied on enteric, liver and muscle tissues development of pacu (Piaractus mesopotamicus) and dourado (Salminus brasiliensis), using analysis of serum IGF-I concentration, morphological structure study and enzyme activity in intestine, as well as the responses of cellular indicators in enteric, liver and muscle tissues. Juveniles of pacu (8.5 ± 0.7g; 7.7 ± 0.3cm) and dourado (13.3 ± 0.9g; 10.8 ± 0.3cm) were distributed in a completely randomized design in a factorial scheme 3x2, constituting of three diets with LBC inclusion (0, 10 or 20%) and two experimental periods (30 or 60 days). The performance indicators in pacu, interaction between diet and period was observed to weight gain (WG) and feed conversion rate (FCR) (P<0.05). GP values in 10 and 20% LBC did not differ from the values of 0% LBC, indicating that the diets were adequate and met the nutritional needs of the juveniles. Higher FCR was found with 10% LBC at 60 days. IGF-I concentration did not differ between diets in both species, but was higher in dourado at 60 days (P<0.05). The pacu and dourado intestinal epithelium histomorphometry, was not altered by the LBC supply, however, there were differences between intestinal segments. The enzyme activity of aminopeptidase N was higher in pacu fed 10% and 20% of LBC (P<0.05); the activity of peptidases and disaccharidases was lower at 60 days; except for aminopeptidase A which showed high activity in this period. In the dourado, was difference only to aminopeptidase A, which was lower at 60 days (P<0.05). Regarding the indicators of cellular activity, in intestine of pacu, total protein (TP)/RNA ratio was lower at 30 days. In liver of dourado, there was interaction between diet and period for DNA, being higher in fish fed 20% LBC, at 60 days. In muscle of pacu, TP/RNA was higher with 10% LBC; RNA, TP/DNA and RNA/DNA ratio lower at 60 d, while TP and DNA/RNA ratio increased during the same period. In muscle of dourado, RNA and RNA/DNA were lower at 60 days and, TP/RNA higher in the same period (P<0.05). Considering the aspects studied to evaluate the effects of bovine colostrum for juvenile pacu and dourado, it was observed that were kept unchanged the plasticity and enzymes activity in intestinal epithelium and cellular activity in enteric, liver and muscle tissues. This condition suggests the possibility of using this milk secretion in nutrition of fish studied.

No presente trabalho, avaliou-se o efeito limitante da lignina residual de bagaço de cana submetido a diferentes pré-tratamentos na hidrólise da celulose. O bagaço foi submetido a cinco pré-tratamentos: NaOH (5%), Na2SO3/NaOH (10%/5%), H2SO4 (0,75%), NaHSO3/H2SO4 (5%/0,75%) e explosão a vapor catalisada por SO2 (3%). Os pré-tratamentos resultaram em bagaços com diferentes composições químicas, sendo que os tratamentos alcalinos favoreceram a solubilização de lignina e os tratamentos ácidos favoreceram a solubilização de hemicelulose. Os bagaços tratados com Na2SO3/NaOH e por explosão a vapor resultaram em rendimentos de hidrólise de celulose superiores a 80% ao utilizar altas cargas de enzima (Celluclast), indicando a maior acessibilidade da celulose desses materiais. Isso foi confirmado pela técnica de coloração de Simons, que mostrou que a área superficial acessível da celulose desses dois bagaços foi maior que a dos demais. Boas correlações (R2>0,8) entre o rendimento de hidrólise da celulose em 72 h e a celulose superficial acessível só foram obtidos com altas cargas de enzima, evidenciando que fatores além da acessibilidade limitaram a hidrólise da celulose com quantidade menor de enzimas. As ligninas dos bagaços pré-tratados foram isoladas e a capacidade adsortiva de proteínas foi determinada. A lignina de bagaço tratado por explosão a vapor apresentou maior capacidade adsortiva, seguida da lignina de bagaço tratado com NaOH. Os pré-tratamentos com íons sulfito (Na2SO3/NaOH e NaHSO3/H2SO4) resultaram em ligninas com capacidades adsortivas inferiores quando comparado aos seus análogos sem sulfito (NaOH e H2SO4), possivelmente pela sulfonação da lignina residual, confirmada pela presença de grupos ácidos fortes nesses bagaços. A adição de BSA prévia à adição de celulases confirmou o forte efeito da adsorção improdutiva causada pela lignina nos bagaços tratados com NaOH e por explosão a vapor, materiais cujas ligninas apresentaram maiores capacidades adsortivas. A adsorção improdutiva foi menor ao utilizar o extrato enzimático Cellic CTec3, evidenciando que as enzimas desse coquetel são menos sensíveis à presença da lignina. Do extrato Celluclast, a enzima que mais adsorveu nas ligninas de bagaço tratado com NaOH e por explosão a vapor foi a ?-glicosidase, seguida da endoglucanase. As enzimas purificadas CBHI e EGII de T. longibrachiatum adsorveram menos à lignina de bagaço tratado por explosão a vapor que as mesmas enzimas de T. reesei. A ?-glicosidade de A. niger não adsorveu a essa lignina. Independentemente do pré-tratamento, a presença de fenóis solubilizados a partir da lignina, em baixas concentrações, resultou em aumento no rendimento de conversão de celulose ao utilizar baixas cargas de enzima, possivelmente pelo efeito positivo causado por esses na atividade de enzimas oxidativas, ou pela presença de lignossulfonatos. Em concentrações mais elevadas, independente da carga enzimática, os fenóis liberados foram inibitórios em todos os pré-tratamentos. A atividade de CBHI foi mais sensível à presença dos compostos fenólicos que a atividade de ?-glicosidase. A partir dos resultados, conclui-se o aumento da acessibilidade, seja pela remoção ou pela relocalização da lignina, é o fator que mais influencia a hidrólise eficiente da celulose do bagaço. A adsorção improdutiva foi dependente do pré-tratamento, e resultou em diminuição significativa dos rendimentos de hidrólise da celulose com baixas cargas de enzima. / The present work evaluated the limiting effect of the residual lignin of sugarcane bagasse submitted to different pretreatments: NaOH (5%), Na2SO3/NaOH (10%/5%), H2SO4 (0.75%), NaHSO3/H2SO4 (5%/0.75%) and SO2-catalyzed steam explosion (3%). The pretreatment resulted in bagasses with different chemical compositions, wherein the alkaline treatments resulted in a more efficient solubilization of lignin, and the acidic treatments solubilized the hemicellulose. The bagasses treated with Na2SO3/NaOH and by steam explosion resulted in cellulose hydrolysis yields above 80% using higher enzyme loadings (Celluclast), indicating the increased accessibility of the cellulose in these materials. This was confirmed by Simons\' Stain, which showed that the accessible surface area of the cellulose in these bagasses was higher than in the others. Good correlations (R2>0.80) between the 72 h hydrolysis yields and the accessible surface area of cellulose were only observed at higher enzyme loadings, indicating that other factors than accessibility, limit the hydrolysis at lower enzyme loadings. The lignins were isolated from the pretreated bagasses and the protein binding capacity was determined. The lignin from steam exploded bagasse showed the highest binding capacity, followed by the lignin extracted from NaOH-treated bagasse. The sulfite pretreatments (Na2SO3/NaOH e NaHSO3/H2SO4) resulted in lignins with lower binding capacities, when compared to their analogues without sulfite (NaOH e H2SO4), possibly because of the sulfonation of the residual lignin, confirmed by the presence of strong acid groups in these bagasses. BSA addition prior to the cellulases confirmed the strong effect of unproductive binding caused by the lignin in the NaOH-treated and steam exploded bagasses, materials with the highest binding capacity lignins. Less unproductive binding was observed using the enzyme extract Cellic CTec3, showing that the enzymes in this cocktail are less sensitive to the presence of lignin. From the extract Celluclast, the enzyme that most adsorbed to the lignins isolated from NaOH-treated and steam exploded bagasses was ?-glucosidase, followed by the endoglucases. The purified CBHI and EGII from T. longibrachiatum were less adsorbed to steam exploded bagasse lignin that the same enzymes from T. reesei. ?-glucosidase from A. niger did not bind to this lignin. Despite of the pretreatment, the presence of phenols solubilized from lignin, at lower concentrations, increased the cellulose hydrolysis yields with lower enzyme loading, possibly because of the positive effect of these compounds in the activity of oxidative enzymes, or because of the presence of lignosulfonates. At higher concentrations, despite of the enzyme loading, the phenols were inhibitory in all the pretreatments. The CBHI activity was more sensitive to the presence of phenolic compounds than the ?-glucosidase activity. From these results, it is possible to conclude that the increase in the accessibility, due to the lignin removal or relocation, influences the most the efficient hydrolysis of bagasse cellulose. The unproductive binding was pretreatment dependent and resulted in a significant decrease in the hydrolysis yields of the cellulose at lower enzyme loadings.

As biocélulas a combustível proporcionam meios de se obter energia de maneira mais sustentável, limpa e renovável e apresentam grande potencial para serem usadas como fontes de energia alternativas para dispositivos eletrônicos de baixa demanda energética. Esta dissertação investiga a bioeletro-oxidação de etanol pela enzima Álcool Desidrogenase (ADH) empregando-se bioânodos com polimerização simultânea do mediador (poli - verde de metileno) e polímero condutor (polipirrol). Uma vez preparado o bioânodo foram realizados estudos para verificar a oxidação do cofator (NADH), formação do produto da bio-oxidação de etanol, estabilidade e também estudos visando aumentar a eficiência energética gerada empregando nanotubos de carbono para aumento de área eletroquímicamente ativa e melhor comunicação com os sítios ativos das enzimas. Foi também preparada uma biocélula completa sem membrana polimérica visando diminuir resistência de transferência de prótons do sistema, com a configuração final constituída de ADH/NAD+, etanol, Lacase/O2 com e sem MWCNT. O bioânodo se mostrou relativamente estável, apresentando um decaimento médio de 36% do valor inicial da densidade de potência após 20 semanas de estocagem. Quando operado em condição contínua (tempo = 4h, E (V)= ½ PCA), o decaimento foi de 39% e de 66% em 12 horas de operação. Os valores de densidade de potência foram melhorados com a adição de MWCNTs sobre o suporte de C antes da eletropolimerização do filme simultâneo, em pH 8,9, obteve-se 275 + 12 ?W cm-2. A eletrólise para este sistema mostrou a formação de acetaldeído com conversão de 18% de etanol. Para a biocélula completa, os melhores resultados foram com a presença de MWCNTs no bioânodo, obtendo-se uma potência de 12,5 +0,9 ?W cm-2. Os resultados obtidos são bastante promissores comparado com a literatura atual e mostram que esse sistema pode ser empregado para construção de BFC. / Biofuel cells provide the means to obtain energy in a more sustainable, clean, and renewable way and have great potential as alternative energy sources for low-energy electronic devices. This dissertation investigates ethanol bioelectrooxidation by the enzyme Alcohol Dehydrogenase (ADH) at bioanodes with simultaneous polymerization of the mediator (polymethylene green) and conductive polymer (polypyrrole). After preparing the bioanode, we investigated cofactor (NADH) oxidation, the ethanol biooxidation product,and bioanode stability. We also conducted studies to increase the generated energy efficiency by using carbon nanotubes to augment the electrochemically active area and to improve communication with the enzyme active sites. We also prepared a complete biofuel cell without polymer membrane to decrease the system proton transfer resistance: the final configuration consisted of ADH / NAD +, ethanol, Laccase , and O2 with or without MWCNTs. The bioanode was relatively stable. The mean decay was 36% of the initial power density after 20 weeks of storage. When the bioanode was operated in continuous condition (time = 4h, E (V) = ½ PCA), the decay was 39% and 66% in 12 hours of operation. The power density values increased upon addition of MWCNTs to the C-support before simultaneous film electropolymerization at pH 8.9, to give 275 + 12 ?W cm-2. Under electrolysis conditions, this system produced acetaldehyde and converted 18% of ethanol. For the complete biofuel cell, the best results were with the presence of MWCNTs in the bioanode, which provided a power of 12.5 +0.9 ?W cm-2. The results obtained here are quite promising if compared to the current literature and show that this system can be used to construct a BFC.

Melanina é um polímero constituído por uma grande heterogeneidade de monômeros tendo como característica comum a presença de grupos indóis. Por outro lado, a eumelanina produzida pela oxidação enzimática da tirosina é um polímero mais simples constituído principalmente de monômeros 5,6-dihidroxindol (DHI) e de indol-5,6-quinona (IQ). Tirosinase é a enzima chave na produção de melanina, sendo que a sua atividade cinética é medida em função da formação do intermediário dopacroma. Nanopartículas (NPs) de sílica são partículas nanométricas compostas de oxido de silício e são obtidas pelo processo sol-gel desenvolvido por Stöber de hidrólise e condensação de tetraetilortosilicato (TEOS), usando etanol como solvente em meio alcalino. As NPs foram funcionalizadas com 3-Aminopropiltrietoxissilano (ATPES) e depois com glutaraldeído. Este último permitiu a imobilização da tirosinase na superfície da sílica. Caracterizamos as NPs antes e após a reação da enzima, a atividade catalítica da enzima ligada à NP e o mecanismos de formação de melanina na superfície da sílica. As NPs foram caracterizadas por espectrofotometria de absorção e de reflectância, termogravimetria e microscopia eletrônica. A síntese da NP de sílica retornou partículas esféricas com 55nm de diâmetro e a funcionalização da partícula mostrou modificar eficientemente a sua superfície. A imobilização da tirosinase por ligação covalente foi de 99,5% contra 0,5% da adsorção física. A atividade da tirosinase foi caracterizada pela formação de dopacroma. O Km da enzima imobilizada não sofreu alteração em comparação com a tirosinase livre, mas a eficiência catalítica - que considera a eficiência recuperada - foi de apenas 1/3 para a enzima ligada covalentemente, significando que 2/3 das enzimas ligadas não estão ativas. Obtivemos NPs revestidas com melanina a partir de oxidação de tirosina solubilizada em duas preparações: NP com tirosinase ligada covalentemente na superfície e NP funcionalizada com glutaraldeido dispersa em solução de DHI e IQ. O revestimento de melanina foi na forma de um filme fino com espessura ~1,9nm, conferindo perfil de absorção luminosa equivalente ao da própria melanina. Mostramos que o mecanismo de polimerização passa pela oxidação da tirosina pela tirosinase, que gera intermediários oxidados (principalmente DHI e IQ) que vão para solução (mesmo quando a tirosinase está ligada covalentemente na sílica). Estes intermediários ligam-se ao glutaraldeido e a superfície da sílica passa a funcionar como ambiente de polimerização da melanina. / Melanin is a polymer consisting of a large heterogeneity of monomers having as a common feature the presence of indole groups. Contrarily, eumelanin produced by enzymatic oxidation of tyrosine is a simpler polymer consisting mainly of 5,6-dihidroxindol (DHI) and indole-5,6-quinone (IQ) monomers. Tyrosinase is the key enzyme in melanin production, and its kinetic activity is measured by the formation of the intermediate dopacroma. Nanoparticles (NPs) are made of silica nanoparticles of silicon oxide and are obtained by sol-gel method developed by Stöber of hydrolysis and condensation of tetraethylorthosilicate (TEOS), using ethanol as solvent in an alkaline medium. NPs were functionalized with 3-Aminopropyltriethoxysilane (ATPES) and then with glutaraldehyde. The latter allows the immobilization of tyrosinase on the silica surface. We characterized NPs before and after the reaction of the enzyme, the catalytic activity of the enzyme bound to the NP and melanin-forming mechanisms on the silica surface. NPs were characterized by absorption spectrophotometry and reflectance, electron microscopy and thermogravimetric analysis. The synthesis of silica NP returned spherical particles of 55nm diameter and particle functionalization showed efficiently modify its surface. The immobilization of tyrosinase by covalent bond was 99.5% versus 0.5% by physical adsorption. The activity of tyrosinase was characterized by the formation of dopacroma. The Km of the immobilized enzyme did not change compared to the free tyrosinase, but the catalytic efficiency - considering the recovered efficiently - was only 1/3 for the enzyme covalently bound, meaning that 2/3 of the enzymes are not connected active. We obtained melanin coated NPs from tyrosine oxidation in two preparations: NP with covalently bound tyrosinase in the NP surface and NP functionalized with glutaraldehyde dispersed in DHI and IQ solution. The melanin coating was in the form of a thin film with the thickness of ~ 1,9 nm, giving light absorption profile equivalent to that of melanin itself. We showed that the polymerization mechanism involves the oxidation of tyrosine by tyrosinase, which generates oxidized intermediates (especially DHI and lQ) that go into solution (even when tyrosinase is covalently bound to the silica). These intermediates bind the glutaraldehyde and the surface of the silica begins to function as an environment for melanin polymerization.