A banana tem sido comumente indicada como uma boa fonte de frutooligossacarídeos (FOS), que são considerados componentes funcionais de alimentos. Contudo, diferenças significantes em suas quantidades têm sido referidas na literatura. Portanto, uma parte do trabalho foi destinada à identificação e quantificação de FOS durante o amadurecimento de cultivares de bananas pertencentes aos grupos genômicos mais comumente cultivados no Brasil. Considerando as diferenças de cultivar, estágio do amadurecimento e metodologia usada para análise de FOS, os conteúdos dos açúcares foram analisados por cromatografia líquida de alta performance (HPAEC-PAD) e cromatografia a gás (CG-MS). Uma pesquisa inicial entre oito cultivares no estágio maduro, mostrou acúmulo de 1-cestose, primeiro membro da série de FOS, em todas elas (quantidades entre 297 e 1600 µg/g M.S). A nistose, o segundo membro, foi detectado somente na cultivar Prata. Com bases nestes dados, foram escolhidas cinco cultivares, para que fossem analisadas durante todo o amadurecimento. Os resultados mostraram uma forte correlação entre a chegada a um nível específico de sacarose (~200 mg/g M.S) e a síntese de 1-cestose. Em uma segunda fase, os níveis de sacarose e FOS total foram quantificados em diferentes fases de amadurecimento de banana Prata, armazenada em temperatura ambiente e em baixa temperatura. As supostas enzimas envolvidas em sua síntese também foram avaliadas. Para explorar a possibilidade da invertase ser responsável pela atividade de frutosiltransferase em banana, foi medido o efeito do inibidor Piridoxal HCl, os níveis de concentração do substrato e as atividades de hidrólise e transglicosilação, e o efeito do tempo no estudo cinético da enzima. A baixa temperatura atrasou todos os eventos analisados por 15 dias e os níveis de sacarose tiveram um pequeno aumento, porém constante, enquanto a banana estava armazenada ao frio, e uma rápida elevação no final do amadurecimento. Foi detectado FOS total desde o primeiro dia pós-colheita, enquanto que a 1-cestose permaneceu indetectável até os níveis de sacarose atingirem aproximadamente 200 mg/g M.S., em ambos os grupos. Os níveis de sacarose e FOS total foram ligeiramente maiores em bananas armazenadas em baixas temperaturas do que em frutos controle. Em ambas as amostras os níveis de FOS total foram maiores que de 1-cestose. Os perfis de carboidratos por HPLC e TLC sugeriram a presença de neocestose, 6-cestose e bifurcose. A enzima supostamente responsável pela atividade de transglicosilação em banana parece ser a invertase. Contudo, os altos níveis de sacarose encontrados em banana armazenadas em baixa temperatura, poderiam ser resultado de várias mudanças de enzimas degradativas e biossíntéticas, como sacarose-sintase (SuSy), sacarose-fosfato-sintase (SPS), invertase e outras, uma vez que a sacarose possui um papel central, direta ou indiretamente, em diversas vias do metabolismo de carboidrato em banana. Assim, na última parte do trabalho foram analisados o acúmulo de sacarose e a síntese e atividade de enzimas sintéticas, hidrolíticas e fosforolíticas, importantes no metabolismo de amido-sacarose, durante o amadurecimento de banana Prata nos dois tratamentos. A baixa temperatura não danificou os frutos, aumentando a vida de prateleira deles. As amostras do frio apresentaram pequeno aumento no nível de degradação de amido e um acréscimo de 20 % na sacarose acumulada durante o amadurecimento. Foi verificado o atraso na produção de etileno, CO2, e no início de degradação de amido durante o acondicionamento ao frio, concomitante ao atraso no pico de atividade de α-amilase. O atraso no climatério também manteve alta a atividade e síntese protéica de SuSy durante o armazenamento a frio, que declinaram após a retirada do frio, como no controle. As enzimas β-amilase, fosforilase (forma citosólica e plastidial) e SPS reagiram positivamente, sofrendo uma indução positiva na síntese e atividade enzimática durante o armazenamento ao frio, que poderia ser parte do mecanismo necessário para os maiores níveis de açúcares e para o processo de tolerância do fruto à baixa temperatura. / Banana has been currently indicated as a good source of fructooligosaccharides (FOS), which are considered to be functional components of foods. However, significant differences in their amounts in bananas have been observed in the literature. So, a part of this work aims to identify and quantify FOS during ripening in different banana cultivars belonging to the most common genomic groups cultivated in Brazil. Considering that these differences can be due to cultivar, stage of ripening, and the methodologies used for FOS analyses, sugar contents were analyzed by high performance anion exchange chromatography pulsed amperiometric detection (HPAEC-PAD) and gas chromatography- mass spectrometry (GC-MS). An initial screening of eight cultivars in a full-ripe stage showed that 1-Kestose, the first member of the FOS series (amounts between 297 and 1600 µg/g of D.M), was accumulated in all of them. Nystose, the second member, was detected only in Prata cultivar. Five of the cultivars were analyzed during ripening, and a strong correlation could be established with a specific sucrose level (~200 mg/g of D.M.), which seems to trigger the synthesis of 1-Kestose. In a second part of this work, the levels of sucrose and total-FOS were quantified in different phases of banana Prata ripening stored at ambient and low temperature. The supposed enzymes involved in their synthesis were also evaluated. To explore the possibility that invertase could be responsible for the fructosyltransferase activity in banana, we measured the effect of the inhibitor Pyridoxal HCl, the level of substrate concentration on both hydrolyze and transglycosylase activity in the same protein extract and the effect of time on kinetic study of the enzyme. The cold temperature delayed all the analyzed events for 15 days and sucrose levels increased low, but constantly, while banana were stored at low temperature and had a burst when it increased. Total-FOS were detected in the first days after harvest, while 1-kestose remained undetectable until the sucrose levels were around 200 mg.g (dry weight), in both groups. Total-FOS and sucrose levels were higher in banana stored at low temperature than in control. In both samples total-FOS levels were higher than 1-kestose. The carbohydrate profiles by HPLC and TLC suggest the presence of neokestose, 6-kestose and bifurcose. The enzyme supposed to be responsible for the transglycosilation activity in banana, seems to be an invertase. However, the higher sucrose levels found in banana stored at low temperature could be result of several changes in biosynthetic and degradative enzymes, such sucrose-synthase, sucrose-phosphate-synthase, invertase and others, once that sucrose plays a central role in a lot of direct and indirect carbohydrate pathways in banana fruits. So, in the last part of this work, we analyzed the sucrose accumulation and synthesis and activity of synthetic, hydrolytic and phosphorolytic enzymes that are important in the starch-sucrose metabolism during ripening of banana Prata stored at ambient and low temperature. The levels of starch degradation and sucrose accumulation (around 20% over) showed high levels in cold fruits as compared with control, during the ripening. The cold temperature delayed the ethylene and CO2 production, and the beginning of the starch degradation, concomitantly with a delay in the profile of α-amylase synthesis and activity. The late climateric also maintained the high synthesis and activity of SuSy during the cold storage that decreased just after ending the cold exposure. The β-amylase, phosphorylase (plastidial and citossolic forms) and the SPS enzymes showed a positive induction in the both activity and synthesis of protein during the cold storage. It could be important to the higher sugars levels showed at low temperature and that could contribute to the process of cold resistance in banana fruit.

INTRODUÇÃO: O tamanho ideal do fígado varia entre 0,8% a 4% do peso do receptor (graft to body weight ratio - GBWR). Em crianças com menos de 10 kg submetidas a transplante hepático com doador vivo encontramos frequentemente uma situação denominada large-for-size, que ocorre ao se implantar um enxerto com peso maior que 4% do peso corpóreo do receptor. A lesão de isquemia/reperfusão (LIR) é uma resposta inflamatória mediada pelas células de Kupffer, principais responsáveis pela liberação de espécies reativas de oxigênio no parênquima hepático. Além disso, a célula de Kupffer libera citocinas pró-inflamatórias como TNF-alfa, IL-1 e IL-6 que recrutam polimorfonucleares sistêmicos e linfócitos T-CD4+ perpetuando a lesão mesmo após o fluxo sanguíneo estar restabelecido. O hipofluxo portal pode piorar a LIR na situação large-for-size. Desta forma, um shunt mesentérico-cava tentando direcionar o fluxo para a veia porta poderia ser benéfico nesta situação. MÉTODOS: Dezesseis porcos LandraceLargewhite pesando entre 17 - 38 kg foram submetidos a transplante de fígado. Foram distribuídos em três grupos: controle (CTRL), large-for-size (LFS) e shunt (SHUNT). Foi aferido o fluxo venoso portal, arterial hepático e colhido material para estudo histológico e biomolecular uma hora após a reperfusão. A relação entre o fluxo venoso portal do receptor para o fluxo venoso portal doador (rFVP) foi utilizada para se correlacionar com a gravidade da isquemia/reperfusão. Foram realizadas biópsias uma hora após o transplante para microscopia óptica e TUNEL além de quantificar a expressão dos genes da iNOS, eNOS, IL-6, BAX e BCL, c-fos/c-jun, ICAM e TNF-?. RESULTADOS: O GBWR foi maior nos grupos LFS e SHUNT (3,45 vs. 5,06 e 6,03; p=0,009). Quando comparamos isoladamente receptores e doadores por grupo houve diferença no fluxo portal somente nos grupos LFS (890 ± 203 mL / min vs. 458 ± 119 mL / min, p=0.0034) e SHUNT (1003 ± 5,3 mL/min vs. 495 ± 277 mL/min; p=0,0031). A rFVP foi próxima de 1 no grupo CTRL e significativamente maior que nos grupos LFS e SHUNT (p=0,03). O fluxo arterial hepático foi significativamente menor no grupo SHUNT (62,16 ± 31 mL / min) quando comparado com grupo CTRL (140.4 ± 53.88 mL / min) e LFS (142 ± 55.41 mL / min), p=0,02. A IL-6 e BAX foram menos expressas no grupo CTRL (p=0,05 e p=0,002). Houve uma relação linear entre a expressão dos genes BAX, TNF-alfa e eNOS com a rFVP (p=0,02; p=0,02 e p=0,009 respectivamente). Na avaliação histológica observou-se índice de isquemia e reperfusão semelhante entre os grupos CTRL e SHUNT mas menor em relação ao LFS, 3, 3,5 e 7 respectivamente (p=0,04). CONCLUSÕES: O transplante large-for-size acarreta hipofluxo portal relativo, e isto pode estar relacionado a um maior dano hepatocitário com acentuação da lesão de isquemia-reperfusão. A presença de um shunt entre a veia cava inferior e a veia mesentérica superior não conseguiu aumentar o influxo de sangue para o fígado de maneira persistente e pode estar implicado na diminuição do fluxo arterial hepático. No entanto, o aumento temporário do influxo portal pode estar relacionado a atenuação de algumas características da LIR no transplante large-for-size / INTRODUCTION: The optimum size of the liver graft for transplantation varies between 0.8% and 4% of the weight of the recipient (graft to body weight ratio - GBWR). In children with less than 10 kg who undergo liver transplantation with living donor a disorder called large-for-size (LFS) often occurs, when a graft weighing more than 4% of body weight of the recipient is implanted. Ischemia / reperfusion injury (IRI) is an inflammatory response mediated by Kupffer cells, mainly responsible for the release of reactive oxygen species in the liver parenchyma. In addition, Kupffer cells releases proinflammatory cytokines such as TNF-alfa, IL-1 and IL-6 that recruit systemic polymorphonuclear cells and T-CD4 + perpetuating this injury even after the blood flow is restored. Low portal flow may worsen IRI in LFS situation. So, a mesocaval shunt directing the flow to portal vein should be beneficial in this condition. METHODS: Sixteen Landrace/Largewhite pigs weighing approximately 20 kg (17-38 kg) underwent liver transplantation. They were divided into three groups: control (CTRL), large-for-size (LFS) and shunt (SHUNT). Portal venous flow was measured and liver and blood collected for histological and biomolecular study one hour after reperfusion. The relationship between the portal venous flow from the recipient to the donor portal venous flow (rFVP) was used to establish correlations with the parameters of ischemia and reperfusion. Biopsies were performed one hour after transplant to assess ischemia/reperfusion injury, TUNEL and quantify the following genes expression: iNOS, eNOS, IL-6, BAX and BCL c-fos / c-jun, ICAM, and TNF-alfa. RESULTS: GBWR was higher in groups LFS and SHUNT than CTRL (3.45 vs. 5.06 and 6.03; p=0.009). When compared separately by group recipients and donors difference in portal flow was observed only in LFS groups (890 ± 203 mL / min vs. 458 ± 119 mL / min, p=0.0034) and SHUNT (1003 ± 5.3 mL / min vs. 495 ± 277 mL / min, p=0.0031). rFVP was close to 1 in the CTRL group and significantly higher than the LFS and SHUNT groups (p= 0.03). Hepatic artery blood flow was significantly lower in SHUNT group (62.16 ± 31 mL / min) compared with CTRL group (140.4 ± 53.88 mL / min) and LFS (142 ± 55.41 mL / min), p= 0.02. IL-6 and BAX were expressed less in the CTRL group (p=0.05 and p=0.002). There was a linear relationship between the BAX, TNF-alfa and eNOS with rFVP (p=0.02, p=0.02 and p=0.009 respectively). Histological evaluation showed similar ischemia-reperfusion index between CTRL and SHUNT groups but lower values in compare to LFS group, 3, 3.5 and 7 respectively (p=0.04). CONCLUSIONS: The largefor-size liver transplantation leads to a relative low portal venous flow and this can be related to greater hepatocyte damage with accentuation of ischemia-reperfusion injury. The presence of a shunt between the inferior vena cava and the superior mesenteric vein could not increase the inflow of blood to the liver persistently and may be implicated in decreased hepatic artery blood flow. However, the temporary increase in portal inflow may be related to mitigation of some characteristics of IRI in large-for-size liver transplantation

P. americana e T. molitor são capazes de secretar β-1,3-glucanases no tubo digestivo, pelas glândulas salivares e pelo epitélio do ventrículo, respectivamente. As laminarinases majoritárias de P. americana (LIQ1, 42kDa; LAM_P, 45kDa), A. flavolineata (LAM_A, 45kDa) e T. molitor (LAM_T, 50kDa) foram purificadas até a homogeneidade. Essas enzimas têm diferentes especificidades, padrões de ação e resíduos envolvidos em catálise, fazendo parte dos E.C. 3.2.1.6 - endo-β-1,3(4)-glucanase (LIQ1), E.C. 3.2.1.39 - endo-β-1,3-glucanase (LAM_P) ou E.C. 3.2.1.58 - exo-β-1,3-glucanase (LAM_A e LAMT). O papel dessas enzimas é digerir β-glucanas de fungos e de cereais. LAM_P e LAMA são inibidas por laminarina, pela formação de complexos enzima-substrato não-produtivos. LIQ1, LAM_P e LAM_A são enzimas processivas, com diferentes graus de ataque múltiplo e produzem série distintas de oligossacarídeos. LAM_A possui um sítio acessório de ligação para laminarina, o qual pode estar envolvido no mecanismo de processividade. Quitinases digestivas de insetos podem ser diferentes das descritas até o momento. A. flavolineata e T. molitor possuem sistemas celulásicos completos. Os três insetos apresentam proteínas de baixo peso molecular capazes de ligar-se a celulose ou a pachyman. O ancestral dos hexapoda provavelmente possuía β-1,3 e β-1,3(4) glucanases digestivas associadas a um hábito detritívoro. / P. americana salivary glands and T. molitor midgut epithelium actively secrete laminarinases into the midgut. The major laminarinases from P. americana (LIQ1, 42kDa and LAM_P, 45kDa), A. flavolineata (LAM_A, 45kDa) and T molitor (LAM_T, 50kDa) were purified until homogeneity. These enzymes have different specificities, action patterns and activesite catalytic groups, and correspond to E.C.s 3.2.1.6 - endo-β-1,3(4)-glucanase (LIQ1), 3.2.1.39 - endo-β-1,3-glucanase (LAM_P) or 3.2.1.58 -exo-β-1,3-glucanase (LAM_A and LAM_T). Their physiological role is fungai and cereal β-glucan digestion. LAM_P and LAM_A are inhibited by excess substrate (non-productive enzyme-substrate complexes). LIQ1, LAM_P and LAMA have different multiple attack degrees and produce different oligosaccharides. LAM_A has a second substrate binding site, probably involved with processivity. T. molitor digestive chitinase is different from other insect chitinases. A. flavolineata and T. molitor can hydrolyse cristalline cellulose efficiently. The three studied insects have cellulose or pachyman-binding proteins with low molecular weights. Hexapoda ancestors probably had digestive β-1,3 and β-1,3(4)-glucanases and a detritivore habit.

Echinometra lucunter, o ouriço-do-mar responsável por 50% dos acidentes por animais marinhos, causa inflamação e dor quando os espinhos entram na pele, efeitos atribuídos ao trauma mecânico, além de acidentes por ingestão de ovas. O líquido celômico e o extrato aquoso de espinhos foram fracionados e purificados até a obtenção de moléculas puras, que foram testadas em modelos de inflamação. Foram feitas análises histológicas do espinho e de atividade enzimática do extrato de espinho. Foi isolada uma molécula do espinho e um peptídeo do líquido celômico, que causaram inflamação e dor. Foi verificada atividade enzimática de catepsina B/X. Foi observada uma estrutura histológica organizada no espinho, com células entre a porção calcificada, algumas contendo grânulos eletrodensos com conteúdo protéico, típicas secretoras. Conclui-se que o espinho e o líquido celômico de E. lucunter possuem toxinas inflamatórias, que participam do envenenamento e o espinho tem células secretoras de toxinas. A catepsina pode auxiliar no mecanismo de reparação do espinho, quando quebrado. / Echinometra lucunter, the sea urchin responsible for 50% of marine animals accidents, cause inflammation and pain by the spine penetration, effects attributed to the mechanical trauma. Accidents were reported after the ingestion of raw. The celomic fluid and spines were fractionated and purified, procedure repeated until pure molecules were obtained, tested for inflammation models. Histological analyses and enzymatic assays were performed. A molecule from spines and a peptide from the celomic fluid caused inflammatory effects. Moreover, a cathepsin B/X activity could be identified in the spines. An organized histological structure in the spine was observed, with cells embedded in a calcified matrix, as well as granulous cells displaying proteic contents, typical of secretory cells. It was possible to conclude that the spine and the celomic fluid of E. lucunter do contain inflammatory toxins that prolong the spine puncturing event itself, and the spine possesses a toxin secretory structure. The cathepsin would be present in a mechanism of tissue remodeling.

Lisozimas são enzimas que fazem parte do mecanismo de defesa contra bactérias, no entanto lisozimas com função digestiva também são encontradas no trato digestivo de vertebrados e no intestino médio de insetos. As lisozimas digestivas de insetos são do tipo c e assim compartilham semelhanças estruturais e mecanísticas com a lisozima da clara de ovo de galinha (HEWL). Entretanto, para desempenhar sua função digestiva, as lisozimas de insetos apresentam algumas propriedades particulares entre as quais se destaca um pH ótimo mais ácido em relação às lisozimas não-digestivas. Para elucidar as bases moleculares dessa diferença no pH ótimo, duas lisozimas digestivas (lisozima 1 AAQ20048 e lisozima 2 AAQ20047) da larva de Musca domestica (mosca Diptera Cyclorrhapha), clonadas em Pichia pastoris e purificadas, foram caracterizadas estruturalmente e cineticamente com o substrato sintético (MUQ3) e natural (cápsulas de Micrococcus lysodeikticus). Foi observado que o efeito do pH na atividade das lisozimas 1 e 2 sobre o MUQ3 é uma curva com formato de sino e pH ótimo mais ácido que o da HEWL. Essas curvas foram reflexos da diminuição simultânea dos valores de pKas do nucleófilo e do doador de prótons. Estruturas cristalográficas das lisozimas digestivas de Musca domestica foram obtidas a 1,9 Å e análise comparativa com a estrutura terciária da HEWL revelou resíduos de aminoácidos no ambiente do nucleófilo (N46) e do doador de prótons (S106 e T107) que podem estar envolvidos na modulação das constantes de ionização dos resíduos essenciais à catálise. Esses resíduos foram substituídos via mutagênese sítio-dirigida por D, V e A respectivamente e três mutantes simples (N46D, S106V e T107A) e um triplo (N46DS106V- T107A) foram produzidos e purificados. Caracterização revelou que as contribuições individuais da N46, S106 e T107 foram pequenas e próximas do limite de detecção da técnica utilizada. Por outro lado, o conjunto dos 3 aminoácidos foi responsável pelo pH ótimo ácido frente ao substrato sintético, elevando os valores de pKas do nucleófilo e doador de prótons para valores muito semelhantes ao da HEWL. Diferentemente, essa tripla mutação não foi suficiente para elevar o pH ótimo da lisozima 2 sobre cápsulas de Micrococcus lysodeikticus para valores próximos àqueles de HEWL, sugerindo que as bases moleculares do pH ótimo frente ao substrato natural e sintético são diferentes. Uma comparação estrutural entre lisozima 1 e HEWL sugere que os resíduos de aminoácidos carregados na superfície dessas lisozimas sejam importantes para determinação do pH ótimo. A investigação dessa hipótese foi feita substituindo 5 aminoácidos neutros e 1 ácido, via mutagênese sítio-dirigida, por resíduos básicos. A caracterização do mutante sêxtuplo revelou um aumento significativo nos valores de pH ótimo da lisozima 1, indicando que a redução da basicidade da superfície das lisozimas digestivas é determinante para seus pHs ótimos ácidos. / Lysozymes are enzymes that are part of the defence mechanism against bacteria, however lysozymes with digestive function are also found in the digestive tract of vertebrates and in the insect midgut. The digestive lysozymes from insects are c type, so they share similar structural and mechanistic characteristics with hen egg-white lysozyme (HEWL). However, to perform their digestive function, insect lysozymes present some particular properties among them a more acidic pH optimum than that of non-digestive lysozymes. To elucidate the molecular basis of this pH optimum difference, two digestive lysozymes (lysozyme 1 AAQ20048 and lysozyme 2 AAQ20047) from Musca domestica larvae (housefly Diptera Cyclorrhapha), cloned in Pichia pastoris and purified, were structurally and kinecticly characterized with synthetic (MUQ3) and natural (lyophilized cells of Micrococcus lysodeikticus) substrates. It was observed that the pH effect on the activity of lysozymes 1 and 2 upon MUQ3 is a bell shaped curve exhibiting a more acidic pH optimum than that of HEWL. These curves result from simultaneous decrease of pKas values of the nucleophile and proton donor. Crystallographic structures of these digestive lysozymes from Musca domestica were obtained at 1.9 Å and comparative analysis with the terciary structure of HEWL revealed amino acid residues in the catalytic nucleophile (N46) and proton donor environment (S106 and T107) that may be involved in the modulation of ionization constants of those catalytic residues. N46, S106, and T107 were replaced via site-directed mutagenesis by D, V and A respectively and three simple (N46D, S106V and T107A) and one triple (N46D-S106V-T107A) mutants were produced and purified. Their characterization revealed that the individual contributions of N46, S106 and T107 were small and close to the detection borderline of the technique utilized. On the other hand, a set of these 3 amino acids was responsible by acidic pH optimum upon synthetic substrate, increasing the pKas values of nucleophile and proton donor to similar values to that of the HEWL. Differently, this triple mutation was not enough to increase the pH optimum of lysozyme 2 upon lyophilized cells of Micrococcus lysodeikticus to values close to those of HEWL, suggesting that the molecular bases of pH optimum upon natural and synthetic substrates are different. A structural comparison between lysozyme 1 and HEWL suggests that the charged amino acid residues on the surface of these lysozymes are important for pH optimum determination. The investigation of this hypothesis was done replacing 5 neutral and 1 acidic amino acids, via site-directed mutagenesis, by basic residues. The characterization of this mutant revealed a significant increase in the pH optimum values of lysozyme 1, suggesting that the reduction of basicity on the surface of the digestive lysozymes is a important factor in the determination of their acidic pH optimum.

Reatores enzimáticos com membrana (REM) combinam muitas das características desejáveis em um bioprocesso, tais como: reator de elevada produtividade, reprodutibilidade no tempo, fácil controle e automação, operação em regime contínuo, eficiente separação de biocatalisador, substratos e produtos, com a viabilidade do uso de enzimas sem necessidade de imobilização. Este estudo faz parte do desenvolvimento e otimização de um bioprocesso que utiliza um reator enzimático com membrana com a enzima invertase, que catalisa a hidrólise da sacarose produzindo uma mistura equimolar de glicose e frutose. Estudou-se a influência de algumas variáveis operacionais e de reação no comportamento do REM. Este reator consiste de um tanque agitado de 50 mL onde células de Saccharomyces cerevisiae, contendo a invertase, ficam retidas por meio de uma membrana (Øporo 0,45µm), disposta na parte inferior do sistema. A configuração deste é semelhante a um reator contínuo tipo tanque agitado (CSTR). Inicialmente, avaliou-se a influência das variáveis: concentração de sacarose e concentração de enzima, por meio de experimentos seriais, que possibilitaram fixar estas variáveis em níveis adequados, de 500 mM e 1 mg/mL, respectivamente, para a continuidade dos ensaios por meio de planejamentos experimentais fatoriais. Foi utilizado um planejamento experimental (23 + estrela) e a análise de superfície de resposta para avaliar a influência das variáveis: vazão de alimentação do substrato, temperatura e pH. Para a análise estatística dos resultados, utilizaram-se como respostas o grau de conversão da sacarose e a produtividade em frutose, determinadas em amostragens feitas durante o tempo de operação do reator, em média de 8 a 9 horas por condição avaliada. Dos resultados obtidos, mostraram-se significativos, com 95% de confiança, os efeitos lineares e quadráticos da vazão e temperatura. As condições ótimas encontradas foram: vazão de alimentação entre 0,4 e 1,0 mL/min e temperatura 51°C. O grau de conversão obtido foi de aproximadamente 95%, com as seguintes condições experimentais: concentração da suspensão de células de 1mg/mL, temperatura de 51°C, pH 5,5; concentrações de sacarose de 500 mM e vazão de alimentação de 1,0 mL/min. Para esta condição obteve-se uma produtividade da ordem de 0,6 mmol frutose/h.mg invertase. Os desvios entre os valores previstos pelo modelo estatístico e pelo modelo experimental foram da ordem de 3%. Em função dos resultados obtidos neste trabalho concluiu-se que esta concepção de reator é eficiente para a bioconversão da sacarose e, portanto, o processo contínuo com reator com membrana é promissor para o desenvolvimento de processos enzimáticos desta natureza. / Enzymatic membrane reactors combine several desirable characteristics in a bioprocess, such as high productivity, reproducibility, easy control and automation, continuous operation, efficient separation of biocatalyst, substrate and products, and the use of enzymes without immobilization. This work is part of the development and optimization of a bioprocess using an enzymatic reactor which utilizes a membrane reactor for the enzymatic hydrolysis of sucrose in a solution of fructose and glucose, containing the enzyme invertase. The influence of some operational and reaction variables on the performance of the membrane reactor was studied. The bioreactor consisted of a 50 mL-stirred tank where intact cells of Saccharomyces cerevisiae, containing invertase in the cell wall, are retained inside the reactor by a microfiltration membrane (Øpore 0.45µm). The flat sheet membrane is fixed at the bottom of the device. The reactor configuration is similar to a continuous stirred tank reactor (CSTR). Initially, the influence of sucrose and enzyme concentration was evaluated through a series of experiments in order to determine the suitable levels of these variables. Sucrose was set to 500 mM and enzyme set to 1 mg/mL. This allowed the work to continue by means of experimental factorial designs. It was utilized a 23 full experimental design followed by a 2nd order statistical design and, the surface response methodology in order to evaluate the influence of volume feeding rate of the substrate, temperature and pH on fructose productivity and sucrose conversion. The values were obtained during the reactor operation. The average operation time was trom 8 to 9 hours for all evaluated conditions. From the statistical analysis, it was concluded that the linear and quadratic effects of temperature and flow rate on the results were the most significant with 95% of confidence. The optimum conditions found for this bioprocess were volume feeding rate between 0.4 and 1.0 mL/min and temperature of 51°C. The degree of conversion of sucrose obtained experimentally was 95%, in the following experimental conditions: cell concentration of 1mg/mL, temperature of 51°C, pH 5.5; sucrose concentration of 500 mM and feeding rate of 1.0 mL/min. For this operational condition it was obtained a productivity of about 0.6 mmol fructose/h.mg invertase. The deviation between the predicted values by the statistical model and the experimental data was 3%. Based on the results obtained in this work, it can be concluded that this conception of bioreactor is efficient for the bioconversion of sucrose and, a continuous membrane reactor process is very promising for the development of this kind of enzymatic process.

Reatores enzimáticos com membrana (REM) combinam muitas das características desejáveis em um bioprocesso, tais como: reator de elevada produtividade, reprodutibilidade no tempo, fácil controle e automação, operação em regime contínuo, eficiente separação de biocatalisador, substratos e produtos, com a viabilidade do uso de enzimas sem necessidade de imobilização. Este estudo faz parte do desenvolvimento e otimização de um bioprocesso que utiliza um reator enzimático com membrana com a enzima invertase, que catalisa a hidrólise da sacarose produzindo uma mistura equimolar de glicose e frutose. Estudou-se a influência de algumas variáveis operacionais e de reação no comportamento do REM. Este reator consiste de um tanque agitado de 50 mL onde células de Saccharomyces cerevisiae, contendo a invertase, ficam retidas por meio de uma membrana (Øporo 0,45µm), disposta na parte inferior do sistema. A configuração deste é semelhante a um reator contínuo tipo tanque agitado (CSTR). Inicialmente, avaliou-se a influência das variáveis: concentração de sacarose e concentração de enzima, por meio de experimentos seriais, que possibilitaram fixar estas variáveis em níveis adequados, de 500 mM e 1 mg/mL, respectivamente, para a continuidade dos ensaios por meio de planejamentos experimentais fatoriais. Foi utilizado um planejamento experimental (23 + estrela) e a análise de superfície de resposta para avaliar a influência das variáveis: vazão de alimentação do substrato, temperatura e pH. Para a análise estatística dos resultados, utilizaram-se como respostas o grau de conversão da sacarose e a produtividade em frutose, determinadas em amostragens feitas durante o tempo de operação do reator, em média de 8 a 9 horas por condição avaliada. Dos resultados obtidos, mostraram-se significativos, com 95% de confiança, os efeitos lineares e quadráticos da vazão e temperatura. As condições ótimas encontradas foram: vazão de alimentação entre 0,4 e 1,0 mL/min e temperatura 51°C. O grau de conversão obtido foi de aproximadamente 95%, com as seguintes condições experimentais: concentração da suspensão de células de 1mg/mL, temperatura de 51°C, pH 5,5; concentrações de sacarose de 500 mM e vazão de alimentação de 1,0 mL/min. Para esta condição obteve-se uma produtividade da ordem de 0,6 mmol frutose/h.mg invertase. Os desvios entre os valores previstos pelo modelo estatístico e pelo modelo experimental foram da ordem de 3%. Em função dos resultados obtidos neste trabalho concluiu-se que esta concepção de reator é eficiente para a bioconversão da sacarose e, portanto, o processo contínuo com reator com membrana é promissor para o desenvolvimento de processos enzimáticos desta natureza. / Enzymatic membrane reactors combine several desirable characteristics in a bioprocess, such as high productivity, reproducibility, easy control and automation, continuous operation, efficient separation of biocatalyst, substrate and products, and the use of enzymes without immobilization. This work is part of the development and optimization of a bioprocess using an enzymatic reactor which utilizes a membrane reactor for the enzymatic hydrolysis of sucrose in a solution of fructose and glucose, containing the enzyme invertase. The influence of some operational and reaction variables on the performance of the membrane reactor was studied. The bioreactor consisted of a 50 mL-stirred tank where intact cells of Saccharomyces cerevisiae, containing invertase in the cell wall, are retained inside the reactor by a microfiltration membrane (Øpore 0.45µm). The flat sheet membrane is fixed at the bottom of the device. The reactor configuration is similar to a continuous stirred tank reactor (CSTR). Initially, the influence of sucrose and enzyme concentration was evaluated through a series of experiments in order to determine the suitable levels of these variables. Sucrose was set to 500 mM and enzyme set to 1 mg/mL. This allowed the work to continue by means of experimental factorial designs. It was utilized a 23 full experimental design followed by a 2nd order statistical design and, the surface response methodology in order to evaluate the influence of volume feeding rate of the substrate, temperature and pH on fructose productivity and sucrose conversion. The values were obtained during the reactor operation. The average operation time was trom 8 to 9 hours for all evaluated conditions. From the statistical analysis, it was concluded that the linear and quadratic effects of temperature and flow rate on the results were the most significant with 95% of confidence. The optimum conditions found for this bioprocess were volume feeding rate between 0.4 and 1.0 mL/min and temperature of 51°C. The degree of conversion of sucrose obtained experimentally was 95%, in the following experimental conditions: cell concentration of 1mg/mL, temperature of 51°C, pH 5.5; sucrose concentration of 500 mM and feeding rate of 1.0 mL/min. For this operational condition it was obtained a productivity of about 0.6 mmol fructose/h.mg invertase. The deviation between the predicted values by the statistical model and the experimental data was 3%. Based on the results obtained in this work, it can be concluded that this conception of bioreactor is efficient for the bioconversion of sucrose and, a continuous membrane reactor process is very promising for the development of this kind of enzymatic process.

Submitted by Anderson Silva (avargas@icict.fiocruz.br) on 2012-10-09T18:04:23Z No. of bitstreams: 1 andre_b_veloso_ioc_bp_0047_2011.pdf: 4592043 bytes, checksum: a2b54a8751c7c9a32fe93ed74e1392a6 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-10-09T18:04:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 andre_b_veloso_ioc_bp_0047_2011.pdf: 4592043 bytes, checksum: a2b54a8751c7c9a32fe93ed74e1392a6 (MD5) Previous issue date: 2011 / FAPERJ / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. / No presente trabalho, as atividades proteolíticas de extratos totais das fases pré-imaginais (ovos, larvas e pupa) e de imagos (machos e fêmeas), de Cx. quinquefasciatus foram caracterizadas por enzimografia em uma dimensão. Adicionalmente, o perfil proteolítico dos órgãos internos dos adultos (intestino e gônadas) foi analisado. Ao se comparar o perfil proteolítico das distintas fases evolutivas, observou-se que esses perfis apresentam diferenças qualitativas e quantitativas na expressão de peptidases. As atividades proteolíticas de todos os estágios do inseto são devidas, principalmente, a serinopeptidases do tipo tripsina, com atividades ótimas na faixa de pH alcalino. As tripsinas ativas dos quatro estádios larvais apresentam ampla estabilidade térmica, sendo ativas entre 25 °C – 65 °C, com atividade ótima entre 37 °C – 50 °C.. O perfil proteolítico dos imagos revelou que a expressão de algumas peptidases do tipo tripsina é sexo-específica e órgão-específica, sendo o perfil proteolítico das fêmeas mais complexo em número e intensidade quando ao perfil dos machos. Finalmente, o primeiro mapa proteômico parcial do intestino de fêmeas de Cx. quinquefasciatus foi obtido por eletroforese bidimensional e as proteínas foram identificadas por espectrometria de massas. / In this work, the proteolytic activities from total extracts of pre-imaginal stages (eggs, larvae and pupa) and adults (male and female) of peptidases of Cx. quinquefasciatus were characterized by one-dimensional zymography. In addition, the proteolytic profile from specific tissues such as gut and gonads was analyzed. Comparison of the proteolytic profiles from all life cycle stages revealed several quali- and quantitative differences in the peptidase expression. The proteolytic activities from both pre-imaginal and imaginal stages are mostly due to trypsin-like serine peptidases which display optimal activities at alkaline pH. The proteolytic enzymes of the four larval stages exhibited a broad thermal stability, showing activities in a range of 25 °C – 65 °C, with optimal activity between 37 °C – 50 °C. The proteolytic profile from imaginal stages revealed that the expression of some peptidase isoforms is sex-specific and tissue-specific. In addition, it was observed that the proteolytic profile from females is more complex, both in number of activities and in intensity levels, than that observed in males. Finally, it is reported here the first proteomic map of Cx. quinquefasciatus female gut obtained by two-dimensional electrophoresis and mass spectrometry analysis.

Submitted by Anderson Silva (avargas@icict.fiocruz.br) on 2012-11-30T13:18:28Z No. of bitstreams: 1 fatima_m_f_vergara_ioc_bcm_0016_2010.pdf: 988755 bytes, checksum: 3aad77ef91c57a6b8ccd02597caa98df (MD5) / Made available in DSpace on 2012-11-30T13:18:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fatima_m_f_vergara_ioc_bcm_0016_2010.pdf: 988755 bytes, checksum: 3aad77ef91c57a6b8ccd02597caa98df (MD5) Previous issue date: 2010 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto de Tecnologia em Fármacos. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / A tuberculose é uma doença infecto contagiosa que compromete, principalmente, as vias aéreas superiores e acomete humanos e outros animais. É causada por micobactérias do complexo Mycobacterium tuberculosis (MTB). Atualmente, aproximadamente, 1,7 bilhões de pessoas, em todo o mundo, estão infectadas e destes, cerca de 20 milhões são portadores de tuberculose ativa. Dados da OMS de 2009 estimam que 9,4 milhões de novos casos de tuberculose ocorreram em todo o mundo em 2008. Atualmente o tratamento da tuberculose se dá basicamente com medicamentos desenvolvidos na década de 60 e que não vem se mostrando eficazes nos casos de tuberculose resistente e na co-infecção com o HIV. Considerando esses fatos, é crescente a busca pelo desenvolvimento de fármacos capazes de atuar com eficácia e baixa toxicidade. O objetivo geral deste trabalho foi avaliar a ação bactericida do derivado tiofenólico, tiofenoacetamida (TAA), sobre o Mycobacterium bovis (BCG), sua ação imunomoduladora, sobre macrófagos murinos infectados e, ainda, sua ação in vivo no modelo experimental de pleurisia induzida em camundongos. O ensaio de Alamar blue demonstrou que o TAA tem ação bacteriostática sobre o M. bovis (BCG). A capacidade bactericida indireta sobre os macrófagos infectados com o M. bovis (BCG) foi avaliada pela contagem do número de unidades formadoras de colônia (UFC), e o tratamento com TAA foi eficaz em diminuí-las. Analisamos também se o TAA teria uma ação imunomoduladora sobre o macrófago infectado. Observamos que no macrófago infectado e pré-tratado com o TAA há diminuição de IL-12, TNF-α e óxido nítrico (NO), e ainda uma inibição da translocação de NF-κB, indicando uma ação antiinflamatória. Já o macrófago infectado e pós-tratado apresenta um aumento de NO, e mantém a inibição parcial de TNF-α, INF-γ, e IL-6. No modelo in vivo de pleurisia induzida pelo M. bovis (BCG), os camundongos foram pré-tratados em três doses distintas, 5; 25 ou 50 mg/kg, observando-se que o TAA é capaz de modular a migração de neutrófilos em 24 hs e em 15 dias e de células mononucleares em 24 hs. Constatamos que o TAA apresenta ação bactericida, diminuindo o número de UFC na cavidade pleural, discreta em 6 hs, mas intensa em 24 hs, assim como em 15 dias, em todas as doses utilizadas. Ao avaliarmos a ação do TAA sobre a liberação de NO, observamos que em 6 hs há uma diminuição na liberação que aumenta significativamente em 24 hs e que volta a diminuir em 15 dias. Ao avaliarmos a ação do TAA sobre a liberação de citocinas, observamos que há diminuição de IL-1β, a partir de 6 hs, de INF-γ a partir de 24 hs, e de IL-6 apenas no tempo de 6 hs e há aumento da liberação de IL-6, em 24 hs e 15 dias, e de IL-12 em todos os tempos avaliados. Analisando nossos resultados, pode-se sugerir que o TAA tem ação bactericida in vitro e in vivo sobre o M. bovis (BCG) e uma acentuada ação antiinflamatória quando utilizada como pré-tratamento. Entretanto na modulação do NO essa ação é revertida quando utilizado o pós-tratamento. O tratamento com TAA modula o processo inflamatório in vivo, auxiliando na sua resolução / Tuberculosis is a contagious infectious disease that compromises mainly the upper airways. This affects specially humans and also other animals. It is caused by mycobacterias from the Mycobacterium tuberculosis (MTB) complex. Nowadays approximately 1.7 billion people in the whole world are infected. Around 20 million are suffering with active tuberculosis. Data from WHO estimate that in 2008, 9.4 million new tuberculosis cases occurred all over the world. Tuberculosis treatment basically happens with drugs developed in the 60’s which has not been shown effective in treatment of resistant tuberculosis or in HIV co-infection. Considering these facts, is increasing the search in developing drugs able to act effectively and with low toxicity. The aim of this study was to evaluate the bactericidal action of thiophen derivative, thiopheacetamide (TAA), over Mycobacterium bovis (BCG), and its action in vivo in the experimental model of pleurisy induced by M. bovis (BCG), in mice. The test of Alamar Blue indicated that TAA present bacteriostatic action over M. bovis (BCG). The indirect bactericidal capacity over M. bovis (BCG) infected macrophages was evaluated through the counting of the colony-forming unit (CFU), and TAA treatment was efficient in decreasing those. We also analyzed whether TAA would have an immunomodulating action over the infected macrophage. We observed that the pre-treatment with TAA of infected macrophage promote a decrease in IL-12, TNF-α and nitric oxide (NO) levels, and inhibition of NF-κB translocation, indication a possible anti-inflammatory action. The pos-treated and infected macrophage presented an increase in NO, and keeps partial inhibition of TNF-α, INF-γ, e IL-6. We used the in vivo model of induced pleurisy through M. bovis (BCG) in mice, which were pre-treated with the doses of 5; 25 or 50 mg/kg. It is observed that TAA was capable of modeling the migration of neutrophil in 24 hours and in 15 days and also the mononuclear cells in 24 hours. We noted that TAA presents bactericidal action, decreasing the CFU number at the pleural cavity, discrete in 6 hours, but intense in 24 hours, such as in 15 days, at all tested doses. The evaluating of TAA action over the release of NO, show us that in 6 hours there was a decrease on the release of this mediator on the other hand NO increased significantly in 24 hours but decreased again in 15 days. The analysis of TAA action over the released of cytokines, demonstrated that there was a diminution of IL-1β and IFN-γ beginning at 6 and 24 hours after infection, respectively, and a inhibition of IL-6 production only 6 hours post infection. We noted an increased on the release of IL-12 in all evaluated times and of IL-6, in 24 hours and in 15 days after the M. bovis (BCG) infection. Our data indicate that this new compound, tiophenacetamide, presents in vitro and in vivo, an important antimicobacterial activity over M. bovis (BCG) and an immunomodulatory effect when used as a pretreatment

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The commercial formulations of glyphosate herbicide have been widely used in agriculture and pisciculture for controlling plant weeds. Fish can be affected when drainage water reaches water courses, causing a disturbance in the aquatic ecosystem. Therefore, the aim of this study was to investigate whether exposure to a commercial formulation of glyphosate affects toxicological parameters in piavas (Leporinus obtusidens) and jundiás (Rhamdia quelen). Piavas were exposed to: 0 (control), 3, 6, 10 or 20 mg/L of glyphosate (480 g/L) and jundiás to 0 (control), 0.2 or 0.4 mg/L, both for 96 h. Enzymatic (AChE), hematological (hematocrit, hemoglobin and erythrocyte and leucocyte count) and metabolic (glucose, glycogen, lactate, protein and ammonia) parameters were analyzed in different tissues of these species. In addition, oxidative stress parameters, such as activity of the antioxidant enzyme catalase, protein carbonilation and TBARS levels were analyzed. The results showed that brain acetylcholinesterase (AChE) activity decreased significantly in both species exposed, but there was no significant change in the muscle tissue. There was a decrease in hematological parameters in blood of piavas. After exposure to this herbicide, both species demonstrated metabolic disorders. In piavas, there was a reduction of glycogen and an increase of glucose in hepatic tissue, and a reduction of muscle glycogen and glucose. Lactate and protein showed a decrease in hepatic tissue after exposure to all concentrations of the herbicide, but in muscle tissue there was an increase in these metabolites. The levels of ammonia increased in both tissues after exposure, varying with the glyphosate concentration. In jundiás, there was an increase of hepatic glycogen, but a reduction of muscle glycogen at both concentrations tested. Glucose showed a decrease in liver and increase in muscle. After exposure to this herbicide, the levels of lactate were increased in both tissues. The levels of protein were increased in hepatic tissue and decreased in muscle tissue, while the levels of ammonia showed an increase at both herbicide concentrations in both tissues tested. Catalase activity showed an increase in jundiás, but not in piavas. TBARS levels showed an elevation in muscle tissue in jundiás while in piavas there was an increase in hepatic tissue. An increase in protein carbonyl formation in liver of jundiás was observed. In addition, there was an increase in mucus parameters in piavas. These results indicate that the parameters measured may be good indicators of herbicide contamination in piavas and jundiás of the southern region of Brazil. / As formulações comerciais do herbicida glyphosate têm sido amplamente utilizadas na agricultura e na piscicultura para controle de plantas daninhas. Os peixes podem ser afetados quando as águas de drenagem atingem os cursos d água, acarretando um desequilíbrio no ecossistema aquático. Sendo assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de uma formulação comercial de glyphosate sobre parâmetros toxicológicos em piavas (Leporinus obtusidens) e jundiás (Rhamdia quelen). Piavas foram expostas à: 0 (controle), 3, 6, 10 ou 20 mg/L de glyphosate (480 g/L) e os jundiás à 0 (controle), 0,2 ou 0,4 mg/L , ambos por 96 h. Os parâmetros analisados foram enzimáticos (AChE), hematológicos (hematócrito, hemoglobina, contagem de eritrócitos e de leucócitos) e metabólicos (glicose, glicogênio, lactato, proteína e amônia) em diferentes tecidos destas espécies. Ademais, analisaram-se parâmetros de estresse oxidativo, como a atividade da enzima antioxidante catalase, carbonilação de proteínas e níveis de TBARS. Os resultados mostraram que a atividade da acetilcolinesterase (AChE) cerebral diminuiu significativamente em ambas as espécies expostas, porém no tecido muscular não se observaram alterações significativas. Houve um decréscimo nos parâmetros hematológicos no sangue de piavas expostas. Após exposição ao glyphosate, as duas espécies demonstraram desordens metabólicas. Em piavas, ocorreu uma redução nos níveis de glicogênio e um aumento nos níveis de glicose no tecido hepático, porém uma significante redução do glicogênio e glicose muscular. As concentrações de lactato e proteína apresentaram uma diminuição no tecido hepático após exposição a todas as concentrações deste herbicida, porém no tecido muscular houve um aumento destes metabólitos. Os níveis de amônia aumentaram em ambos tecidos após exposição às diferentes concentrações do glyphosate. Em jundiás, a glicose esteve reduzida no fígado e aumentada no músculo. Houve um aumento do glicogênio hepático, mas uma redução do glicogênio muscular em ambas as concentrações testadas. Após exposição a este herbicida, os níveis de lactato estavam aumentados em ambos tecidos. Os níveis de proteína estavam aumentados no tecido hepático e diminuídos no tecido muscular, enquanto os níveis de amônia estavam aumentados em ambas as concentrações e tecidos testados. A atividade da enzima antioxidante catalase apresentou um aumento em jundiás expostos, porém em piavas não houve alterações. Os níveis de TBARS em jundiás mostraram uma elevação no tecido muscular enquanto em piavas houve um aumento no tecido hepático. Observou-se um aumento na formação de proteína carbonila em fígado de jundiás. Além disso, houve aumento nos parâmetros do muco (glicose e proteína) em piavas expostas. Estes resultados indicam que os parâmetros medidos podem ser bons indicadores da contaminação deste herbicida em piavas e jundiás da região Sul.