La glicogen sintasa muscular és un enzim altament regulat. Aquesta tesi doctoral ha aprofondit en diversos aspectes no resolts com la descripció del seu mecanisme catalític i les relacions estructura-funció o la distribució subcel·lular de l'enzim. Així doncs aquesta tesi doctoral ha combinat diferents tècniques, ja siguin bioinformàtiques, bioquímiques i de biologia cel·lular i molecular i els resultats obtinguts es resumeixen en els següents paràgrafs. Els resultats de la comparació de les glicogen (midó) sintases i les glicogen sintases indiquen que a més de catalitzar la mateixa reacció, la síntesi de ?(1?4)-glucà, comparteixen característiques similars així com zones d'estructura secundària predita homòlogues. Per tant podrien incloure's en una mateixa "superfamília".A més es detectà que les glicogen (midó) sintases d'arqueobacteris són filogenèticament properes a les glicogen sintases de fongs i mamífers. Endemés d'ésser similars a nivell de seqüència i estructura secundària predita presenten una especificitat de substrat semblant i una mida més reduïda. Per tant són bons models per a estudiar a nivell estructural tant les glicogen sintases com les glicogen (midó) sintases.També s'ha demostrat que el residu Glu-510 de la HsMGS és essencial per a la catàlisi i el Glu-518 hi juga un paper important però secundari. Proposem que els equivalent d'aquests residus en les glicosiltransferases de les famílies 4, 5, i 15 també són fonamentals en el mecanisme de catàlisi.La glicogen sintasa muscular de mamífers presenta una localització subcel·lular regulada entre el nucli i el citoplasma. Aquesta translocació no és exclusiva de l'enzim humà ni de les cèl·lules de tipus muscular ja que també es presenta la línia cel·lular 3T3-L1, un model d'adipòcits de ratolí. Ni la sobreexpressió ni la fusió de l'enzim a GFP alteren aquesta distribució regulada. Endemés quan se sobreexpressa la glicogen sintasa muscular en cèl·lules que no la expressen també es manté la distribució regulada.De diferents experiments de mutagènesi dirigida també s'ha observat que la glucosa 6-fosfat juga un paper estimulador en l'export des del nucli de la HsMGS. L'augment de la concentració de glucosa 6-fosfat és necessaria per afavorir la seva localització correcta a l'hora de sintetitzar glicogen, per tal de fornir de substrat i per activar a la glicogen sintasa.La concentració de la HsMGS en el nucli es produeix en resposta a la depleció del glicogen intracel·lular. El glicogen realitzaria una funció de retenció de la proteïna en el citoplasma impedint-ne la seva translocació al nucli.Dins del nucli la HsMGS forma agregacions esfèriques que es distribueixen pel nucleoplasma. Aquestes agrupacions col·localitzen amb p80-coilina i PML. La capacitat de l'enzim de catalitzar la síntesi de l'?(1?4)-glucà no és necessària per al control de la localització subcel·lular, ja que el mutant Glu-510 (catalíticament incapaç) es distribueix en la cèl·lula de la mateixa forma que l'enzim salvatge.La fosforilació i desfosforilació dels llocs descrits que controlen l'activitat de la HsMGS no regulen la distribució subcel·lular d'aquest enzim. Malgrat això, existeixen certes evidències que d'altres residus no identificats es fosforilen, i tenint en compte que el transport nucleocitoplasmàtic es regula molt freqüentment mitjançant fosforilació-desfosforilació, seria possible que aquests nous llocs controlessin en alguna mesura la translocació de la HsMGS.Finalment també s'ha demostrat que l'export nuclear de la HsMGS està mediat per la via clàssica d'export, que és leptomicina B sensible.

S'han estudiat els mecanismes d'inhibició antioxidant, temps dependent i temps independent per la inhibició competitiva de l'enzim ciclooxigenasa, així com la capacitat d'inhibició selectiva dels seus isoenzims COX-1/COX-2 per les famílies d'antiinflamatoris AINE arilacètics, indolacètics, N-arilantranílics, N-arilpropiònics i Arilheterocíclics, també s'ha estudiat el mecanisme antioxidant dels inhibidors duals ciclooxigenasa (COX) i 5-lipoxigenasa (5-LOX) derivats dels fenols i di-tert-butilfenols (BHT). L'estudi d'aquests mecanismes d'inhibició s'ha realitzat utilitzant mètodes indirectes de relació quantitativa estructura-activitat (QSAR) i mètodes directes per tècniques de docking (anclatge) i de molecular modeling (modelatge molecular) dels complexos [inhibidor-COX].En els mètodes indirectes, en una primera etapa s'ha optimitzat la estructura molecular dels inhibidors per mètodes semiempírics MNDO, AM1, PM3 i mètodes ab inito (3-21G) i posteriorment a través de l'anàlisis conformacional dels grups químics que permeten la lliure rotació molecular s'han obtingut les conformacions de mínima energia. S'ha seleccionat la conformació possiblement bioactiva per superposició (fitting) amb el substracte àcid araquidònic. Finalment s'han calculat diferents propietats electròniques,de lipofilia i estèriques per les sèries de derivats en la conformació bioactiva. Com paràmetres electrònics s'han calculat les càrregues electròniques i la densitat electrònica en determinats àtoms i fragments moleculars, també s'ha calculat el moment dipolar "mi", les energies en els orbitals frontera HOMO-LUMO. Per avaluar la lipofilia s'ha calculat el ClogP. També s'ha representat el PEM i els mapes d'interacció GRID per diversos grups químics, així com les propietats de solvatació amb el programa AMSOL.Com a resultat les activitats antiinflamatòries in vivo (disminució del volum de l'edema provocat per injecció de carragenina) i in vitro (IC50 ) per la inhibició de la COX correlacionen quantitativament amb la densitat electrònica "pi" dels anells aromàtics, així com amb el moment dipolar, indicant l'existència d'un primer procés de fixació a l'enzim a través del grup carboxílic i una posterior transferència electrònica entre el segon anell aromàtic i el receptor. Aquesta correlació ha estat corroborada amb la representació dels mapes de PEM, que diferencien a més el mecanisme d'inhibició temps dependent dels temps independent. Així els inhibidors temps dependents: àc. meclofenàmic, indometacina, diclofenac i flurbiprofèn entre altres presenten una distribució del PEM amb forma cònica sobre el primer anell aromàtic i amb el vèrtex localitzat en el grup carboxílic, mentre que els inhibidors temps independents: amfenac, fenclofenac, àc. mefenàmic, àc. flufenàmic, ibuprofèn i naxoprèn entre altres localitzen el PEM en el 1r. i 2n anells aromàtics. Els mètodes directes de docking i molecular modelling també corroboren i diferencien aquests dos mecanismes d'inhibició: els inhibidors temps dependents estabilitzen la presència d'una xarxa de molècules d'aigua que possibilita el tancament del locus de la COX entre els residus Arg120 i Tyr355 afavorint la formació de ponts d'hidrogen entre els residus Glu524-Arg513 i Arg120-Tyr355, fet que explicaria que aquests compostos temps dependents romanguessin més temps en el centre actiu de l'enzim podent establir així unions complementàries amb residus específics (Val523, Tyr385).Respecte al mecanisme antioxidant dels fenols i derivats del BHT s'ha verificant que aquests inhibidors actuarien mitjançant un mecanisme de captació de radicals, en aquest procés de neutralització intervindria el radical fenòxid, els derivats més actius tindrien més facilitat per formar aquest radical, el qual seria més estable que en els derivats pocs actius, així l'antiinflamatòria correlaciona amb l'entalpia de reacció delta-Hr per la formació del radical fenòxid a l'igual que la densitat electrònica en el punt crític de l'enllaç O-H. Les propietats de lipofilia també serien un factor determinant per la inhibició dual dels enzims COX i 5-LOX, tenint els compostos més actius un elevat ClogP, la inhibició de la COX2 humana pels fenols ha estat verificada pels mètodes de docking interaccionant el grup fenòlicamb la Ser530 i l'àrea hidrofòbica es localitzaria en un locus específic de l'enzim. En la inhibició de la 5-LOX seria important la interacció dels inhibidors amb l'àtom de ferro de l'enzim que resultaria reduït de d'estat fèrric a ferròs, fet que explicaria la capacitat d'inhibició dual COX i 5-LOX per aquests derivats. Finalment els dos models d'inhibició han estat validats amb sèries de compostos COX selectius i 5-LOX selectius.

El GAD (glutamato decarboxilasa) es la enzima que cataliza la síntesis del neurotransmisor inhibitorio ácido gamma-aminobutírico (GABA) a partir del glutamato. El GAD se expresa selectivamente en los botones sinápticos de las neuronas GABA-érgicas. Fuera del sistema nervioso se encuentra en altas concentraciones en las células beta de los islotes pancreáticos, sin que existan diferencias entre el GAD de las células pancreáticas o del sistema nervioso.La repuesta inmune contra el GAD se ha relacionado con la patogenia de dos enfermedades humanas: el síndrome de la persona rígida ("Stiff-Person syndrome", SPR) y la diabetes mellitas insulino-dependiente (DMID). Alrededor del 80% de los pacientes con DMID recientemente diagnosticada presentan anticuerpos anti-GAD (Ac-GAD) y éstos pueden ser detectados años antes del inicio de la clínica, de manera que los Ac-GAD constituyen un marcador serológico precoz y altamente predictivo de un futuro desarrollo de DMID en sujetos no diabéticos. Por otra parte, el síndrome de la persona rígida (SPR) es un raro trastorno del sistema nervioso central caracterizado por rigidez muscular progresiva asociado a espasmos dolorosos. En este caso, los Ac-GAD son detectados aproximadamente en el 60% de los pacientes con SPR. El papel patogénico directo de los Ac-GAD en el SPR es objeto de controversia porque el GAD es un antígeno citoplasmático no expuesto al medio extracelular. Se ha propuesto que la respuesta autoinmune anti-GAD es un epifenómeno relacionado con la destrucción celular y la exposición de este antígeno, pero su ausencia en la mayoría de cuadros de otras enfermedades degenerativas lo hace improbable. En consecuencia, el objetivo principal de la presente tesis es evaluar la frecuencia de Ac-GAD en enfermedades neurológicas en las que existe una disfunción GABA-érgica conocida. Su evaluación permitirá dar respuesta a si la autoinmunidad anti-GAD es un epifenómeno, y si existe algún otro subgrupo de pacientes con características inmunológicas similar al del SPR, pero con presentación clínica diferente. La caracterización del perfil clínico e inmunológico de este subgrupo de pacientes es el segundo objetivo propuesto en este estudio.

Lipases are carboxylic ester hydrolases which act on acylglycerols to liberate fatty acids and glycerol. These enzymes are currently attracting an enormous attention because they are among the most versatile and widely used enzymes in biotechnological applications and due to their unique properties. Moreover, these enzymes and their inhibitors have a high pharmacological interest because some microbial lipases can act as virulence factors in several infectious diseases. Therefore, the general objective of the present work was the isolation, cloning, characterization and inhibition by natural substances of microbial lipases with interest in biotechnology and infectious diseases.The first chapter was focused on the isolation and characterization of new Bacillus lipases to evaluate their biotechnological potential. The lipolytic system of several very active strains with an unknown lipolytic system was analyzed, and then, the lipases LipA from Bacillus megaterium CECT 370 and LipA from Bacillus sp. BP-6 were isolated, cloned and characterized. Both enzymes are family I.4 carboxylesterases closely related to Bacillus subtilis LipB, and have a high biotechnological potential due to their high stability and due to their molecular and biochemical properties.Chapter 2 consisted in the isolation of 724 microorganisms from soil samples collected from a subtropical forest of Puerto Iguazú (Argentina). Among them, 449 showed one or more of the biotechnologically-interesting enzymatic activities "true lipase", carboxylesterase, cellulase, xylanase and pectinase. CR-53 and CR-179, two very active isolates, were subsequently identified as two strains closely related to the species Rhodococcus erythropolis and Bacillus subtilis, respectively. Further analysis revealed that strain CR-53 produces a cell-bound carboxylesterase of 60 kDa, one of the first lipases known in the genus Rhodococcus, whereas strain CR-179 possesses a lipolytic system related to that of other Bacillus.Chapter 3 was focused in the development of a new, fast, simple and more sensitive colorimetric microassay with a low cost and suitable for high-throughput analysis of purified or non-purified lipolytic enzymes. The assay was subsequently used to evaluate the effect of several saturated fatty acids on five cell-bound or secreted (Paeni)Bacillus lipases. These lipids inhibited all the enzymes analyzed, although secreted lipases were activated by low concentrations of these compounds. Activation of microbial lipases by fatty acids is a phenomenon detected here for the first time, and could be related to the properties and biological function of these secreted enzymes.Chapter 4 consisted in the analysis of the inhibitory effect of several natural substances (saponins, flavonoids and alkaloids) on the model lipase from Candida rugosa (CRL) to evaluate their potential as antilipase drugs. beta-aescin, digitonin, kaempferol and (±)-catechin were selected as the best candidates for the treatment or prevention of lipase-related diseases due to the strong inhibition they produced on CRL, as well as due to their other beneficial effects and their low toxicity.The aim of chapter 5 was to isolate, clone, characterize and evaluate the inhibition of lipases from the pathogens Propionibacterium acnes and Helicobacter pylori. The analysis of GehA from Propionibacterium acnes P-37, a lipase considered as a major etiological agent in the pathogenesis of acne, revealed that this enzyme is very adapted to the skin conditions. EstV (HP0739), a family V carboxylesterase which was identified by analyzing Helicobacter pylori 26695 proteome, is the first lipase from this pathogen that has been cloned, purified and characterized. The evaluation of the effect of several natural substances on GehA and EstV revealed that beta-aescin, glycyrrhizic acid, (±)-catechin and kaempferol are promising candidates for the treatment of acne and/or ulcer due to their strong inhibitory activity on these lipases, as well as due to their other anctiacne or antiulcer effects and their low toxicity.

DE LA TESIS:El DAG es esencial para formar los intermediarios de transporte que se dirigen a la membrana plasmática. Sin embargo, no existen evidencias de su posible participación en las etapas tempranas de la vía secretora. Por tanto, nos centramos en averiguar la implicación del DAG en el transporte de proteínas en la zona del ER/Golgi. Para ello, utilizamos una variedad de fármacos conocidos que inhiben las enzimas responsables de la producción del DAG. Nuestros datos indican que el DAG está implicado en la formación de vesículas COPI en el compartimento temprano del Golgi, concretamente en el proceso de fisión, a través del reclutamiento de ArfGAP1. Posteriormente, estudiamos si la LPP3 (PAP2b) era una de las enzimas responsables de controlar los niveles necesarios de DAG en el cis-Golgi para la formación de las vesículas COPI y la regulación del transporte retrógrado. Para determinar el papel de la LPP3 en la regulación de los niveles de DAG y en la organización y transporte asociado a este compartimento seguimos dos estrategias experimentales: ARN de interferencia para disminuir la expresión de la LPP3 y vectores de expresión para aumentarla. Los resultados sugieren que la LPP3 regula la producción de DAG en las membranas de Golgi y, además, que participa en la organización estructural y funcional del complejo de Golgi, al menos en el transporte retrógrado.Paralelamente, estudiamos si la PKC epsilon era un efector del DAG en el Golgi implicado en la formación de las vesículas COPI. El DAG actúa como un segundo mensajero modulando la localización y la actividad enzimática de ciertas proteínas citoplasmáticas en el Golgi. Estas proteínas tienen un dominio de unión a DAG (dominio C1) que le permite su interacción directa con este lípido y así regular diferentes procesos asociados al Golgi. La PKD se recluta al TGN a través de su unión con el DAG y resulta esencial para la formación de intermediarios de transporte en el TGN. Teniendo en cuenta que la PKC epsilon interacciona con el coatómero, pensamos que podría ser un buen candidato para regular el transporte ER/Golgi de forma similar a la que PKD realiza en el TGN. Nuestros resultados muestran que la PKC epsilon se recluta en el Golgi de manera dependiente de DAG, pero no parece participar en el transporte retrógrado en la zona endoplasmático /complejo de Golgi.

Uno de los objetivos destacables de los tratamientos textiles modernos es obtener el efecto requerido modificando preferentemente la superficie de las fibras a fin de mantener la calidad del material, utilizando procesos que conlleven el mínimo impacto ambiental, tanto en el uso de productos como en la tecnología empleada. Dentro de este contexto, los procesos catalizados por enzimas cumplen el requisito de ser respetuosos con el medio ambiente, ya que los enzimas son biodegradables, actúan sobre moléculas específicas y bajo condiciones suaves. La máxima prioridad es obtener lana resistente al encogimiento, pero si los enzimas se aplican a los niveles necesarios para obtener los valores de encogimiento deseados, las fibras de lana resultan muy dañadas. Durante el tratamiento enzimático, los enzimas proteolíticos hidrolizan el complejo membranoso celular (CMC). Esto permite que el enzima penetre en el interior de la fibra a través de la endocutícula, provocando una reducción de la resistencia mecánica de la fibra de lana. Por este motivo es esencial restringir la actividad enzimática a la superficie de la lana o retardar su acción para evitar que el enzima difunda hacia el interior de la fibra, es decir, la acción enzimática debe estar perfectamente controlada.En la presente Tesis se ha intentado controlar la actividad enzimática mediante el recubrimiento de las fibras con el biopolímero quitosano. Así, el objetivo ha sido estudiar un nuevo procedimiento respetuoso con el medio ambiente para reducir el encogimiento de los tejidos de lana mediante el tratamiento con enzimas proteolíticos con una mínima degradación de la calidad de la fibra. Para ello se ha realizado el siguiente plan de trabajo:- Realización de tratamientos con enzimas en tejido pretratado con quitosano variando distintos parámetros experimentales como tiempo de tratamiento enzimático y concentración de enzima.- Optimización del tratamiento enzimático mediante la realización de un diseño experimental variando la concentración de enzima, la concentración de quitosano y el tiempo de tratamiento enzimático. - Control de diferentes parámetros químicos y físico-mecánicos y observación de fibras al microscopio óptico y al microscopio electrónico de barrido.Para conseguir una mayor deposición del quitosano sobre la superficie de la fibra se ha realizado un tratamiento con plasma de baja temperatura utilizando vapor de agua como gas generador de plasma. A partir de los resultados obtenidos se ha observado que: a) La presencia del biopolímero quitosano en las fibras contribuye a mejorar la resistencia al encogimiento y la deformación al estallido.b) El quitosano se deposita en la superficie de las fibras formando un film e interacciona con las proteínas de las fibras dificultando su solubilización.c) El tratamiento enzimático es irregular pues mientras algunas fibras resultan dañadas otras permanecen intactas.d) La resistencia al estallido y la resistencia a la abrasión disminuyen por el incremento en la concentración de enzima, sin embargo se observa un efecto protector por parte del quitosano cuando se utilizan concentraciones elevadas de enzima.e) Se han establecido las condiciones óptimas de tratamiento para obtener la máxima reducción del encogimiento con la mínima pérdida de peso, tanto para los tejidos tratados con QS+Esperase 8.0L como los pretratados con plasma.f) El enzima proteolítico, en las condiciones experimentales ensayadas, no actúa sobre el quitosano provocando su disolución.g) El quitosano no limita la acción enzimática a la superficie de las fibras.h) La contribución principal del quitosano es conferir hidrofilidad a la superficie de las fibras de lana, con lo cual se facilita el contacto entre la superficie de las fibras y el enzima. / The aim of the modern textile treatments is the modification of the fibre surface only, minimising whole fibre attack. The processes catalysed by enzymes are environmentally friendly, because enzymes are biodegradable and work under mild conditions. The enzymatic treatment with protease generally reduces the wool felting shrinkage enhancing the whiteness degree and improving the dyeability. However, if enzyme is applied at levels that produce machine washability, wool fibres are frequently damaged. Proteases enzymes preferentially attack the highly swellable cell membrane complex (CMC) by penetrating between cuticular scales, causing stripping and weakening of the wool fibres. Consequently, it is essential to restrict the enzymatic action to the wool fibre surface or retard its action to avoid the enzyme diffusion into the wool in order to control enzymatic treatment. In this Thesis, wool was treated with chitosan prior to enzymatic treatment in an attempt to efficiently control enzymatic action. The aim was to study an environmentally treatment to reduce felting shrinkage with the use of proteases minimising the fibre damage. Enzymatic treatments were carried out at different concentrations and different time in fabrics with and without chitosan. An experimental design has been used to optimize the enzymatic treatment.Different chemical and physico-mechanical parameters has been studied.The results indicated that: a) Chitosan pre-treatment improves the shrink resist properties of wool fabrics. b) At high enzyme concentrations it was possible to notice that the chitosan pre-treatment also results in a protective effect on the wool fibre, reducing the damage caused by the subsequent enzymatic treatment. It was confirmed by the determination of bursting and abrasion resistance.c) The biopolymer chitosan seems to not interfere with the protease enzymatic action at the wool fibre surface. The results of this work imply that the major role of chitosan is to confer hydrophilicity to the wool surface.

L'objectiu principal d'aquesta tesi era l'estudi dels mecanismes bioquímics que determinen la resistència de les pomes contra un atac de Penicillium expansum. Els diferents estudis es van centrar en determinar el paper que el peròxid d'hidrogen juga en la resistència, directament o com a inductor d'altres processos també involucrats en la resistència dels fruits, com és la lignificació. Es van estudiar també les possibles relacions entre la capacitat d'enfosquiment enzimàtic del fruit i la resistència. D'altra banda, i amb els objectius de comprovar els resultats obtinguts en fruits sencers i d'establir un model d'interpretació, es va utilitzar un cultiu cel·lular de poma. Tots aquests estudis tenien com finalitat determinar les mecanismes bioquímics claus involucrats en la resistència a P. expansum i proposar un marcador de susceptibilitat en pomes. Els resultats presentats en aquesta tesi demostren la participació del peròxid d'hidrogen en la resistència, ja que s'observava una acumulació d'aquest compost en fruits en resposta a l'atac fúngic. Aquesta acumulació era present en fruits immadurs (fruits resistents), però no en els fruits madurs (fruits sensibles). En fruits sencers, la generació de peròxid d'hidrogen estava determinada per un increment en l'activitat de l'enzim superòxid dismutasa (SOD) i una disminució dels enzims involucrats en la degradació del peròxid d'hidrogen, especialment de la peroxidasa (POX). Els resultats obtinguts en el model in vitro confirmen la intervenció del peròxid d'hidrogen en el procés de resistència segons un model d'interacció de tipus compatible. En aquest model, l'acumulació del peròxid estava principalment determinada per l'acció de l'enzim NADPH oxidasa, mentre que els altres enzims (SOD, CAT i POX) eren secundaris. Quan el cultiu cel·lular de poma s'inoculava amb suspensió aquosa de P. expansum filtrada, el model es comportava com un model d'interacció de tipus incompatible, fet que mostra l'existència d'un inductor hidrosoluble en el patogen que pot promoure l'acumulació de peròxid d'hidrogen. Els resultats obtinguts en fruit sencer, també demostren que el peròxid d'hidrogen actua principalment promovent l'acumulació de lignines en la zona ferida, i que el procés d'enfosquiment enzimàtic no està vinculat a la resistència dels fruits. Els canvis metabòlics descrits amb anterioritat semblen ésser induïts principalment per l'acció de la ferida i no són constitutius. Com a conseqüència, cap d'aquests paràmetres podria ser utilitzat com a marcador de susceptibilitat del fruit a la collita. / El principal objetivo de la presente tesis era el estudio de los mecanismos bioquímicos que determinan la resistencia de las manzanas contra un ataque por Penicillium expansum. Los diversos estudios se centraron en determinar el papel que el peróxido de hidrógeno juega en la resistencia, directamente o como inductor de otros procesos también involucrados en la resistencia de los frutos, como es la lignificación. Se estudiaron también las posibles relaciones entre la capacidad de empardecimiento enzimático del fruto y la resistencia. Por otro lado, y con los objetivos de comprobar los resultados obtenidos en fruto entero y de establecer un modelo de interpretación, se utilizó un cultivo celular de manzana. Todos estos estudios tenían como finalidad determinar los mecanismos bioquímicos clave involucrados en la resistencia a P. expansum y proponer un marcador de susceptibilidad de las manzanas. Los resultados presentados en esta tesis demuestran la participación del peróxido de hidrógeno en la resistencia, ya que se observaba una acumulación de este compuesto en frutos en respuesta al ataque fúngico. Esta acumulación se daba en frutos inmaduros (frutos resistentes), pero no en los frutos maduros (frutos sensibles). En frutos enteros, la generación de peróxido de hidrógeno estaba determinada por un incremento de actividad de la enzima superòxido dismutasa (SOD) y una disminución de las enzimas involucradas en la degradación del peróxido de hidrógeno, especialmente de la peroxidasa (POX). Los resultados obtenidos en el modelo in vitro confirman la intervención del peróxido de hidrógeno en el proceso de resistencia según un modelo de interacción de tipo compatible. En este modelo, la acumulación del peróxido estaba principalmente determinada por la acción de la enzima NADPH oxidasa, mientras que las otras enzimas (SOD, CAT y POX) eran secundarias. Cuando el cultivo celular de manzana se inoculaba con una suspensión acuosa de P. expansum filtrada, el modelo se comportaba como un modelo de interacción de tipo incompatible, hecho que muestra la existencia de un inductor hidrosoluble en el patógeno que puede promover la acumulación de peróxido de hidrógeno. Los resultados obtenidos en fruto entero, también muestran como el peróxido de hidrógeno actúa promoviendo la acumulación de ligninas en la zona dañada y que el proceso de empardecimiento enzimático no está relacionado con la resistencia de los frutos. Los cambios metabólicos descritos anteriormente parecen ser inducidos principalmente por la acción de la herida y no son constitutivos. En consecuencia, ninguno de estos parámetros podría ser utilizado como marcador de susceptibilidad del fruto a la cosecha. / The main objective of this thesis was to study the biochemical mechanisms that determine the resistance of apple in response to an attack by Penicillium expansum. Emphasis was given in determining the role that hydrogen peroxide played in the resistance, directly or in relation to the induction of other processes also involved in fruit resistance, such as lignification. The possible relationship between the enzymatic browning potential of the fruit and resistance was also studied. On the other hand, studies on apple cell suspension were also carried out in order to verify the results obtained in whole fruit and establish an interpretation model. The purposes of all these studies were to determine the key biochemical mechanisms involved in the resistance to P. expansum and to propose a marker of apple susceptibility. As shown in our results, hydrogen peroxide appeared to play an underlying role in resistance, because an accumulation of this compound was observed in response to the fungal attack. This accumulation was detected in immature fruit (resistant fruit) but not in mature fruit (susceptible fruit). In whole fruit, the generation of hydrogen peroxide was mainly determined by the increase of superoxide dismutase enzyme activity (SOD) but also by a decrease of H2O2-scavenging enzymes, especially peroxidase (POX). The results obtained in the in vitro model confirmed the contribution of hydrogen peroxide in the resistance process according to a compatible interaction model. In this model the accumulation of the peroxide was mainly determined by the action of NADPH oxidase enzyme, whereas the other enzymes (SOD, CAT and POX) were secondary. When apple cell suspension was inoculated with the filtered aqueous suspension of P. expansum, the model behaved as an incompatible model, showing the existence of a pathogen-related hydrosoluble elicitor that may also elicits the accumulation of hydrogen peroxide. The results obtained in whole fruit also showed that hydrogen peroxide is mainly involved in defence mechanism through its action on lignin accumulation and that the enzymatic browning process was not linked to fruit resistance. All the parameters involved in apple resistance were not constitutive and appeared to be triggered by the wounding response. In consequence, none of these parameters could be used to predict the fruit susceptibility at harvest.

Bovine pancreatic ribonuclease A (RNase A, EC 3.1.27.5) has been extensively studied from the structural, mechanistic and functional points of view. Within the protein folding context, it constitutes a good model of study although a rather complicated one due to the presence in the native state of four disulphide bonds and the existence of two X-proline peptide bonds in cis conformation. Most of these studies has focused on the alteration of cysteine or proline residues to study, from a kinetic point of view, the formation of the disulphide bonds or the characterization of the species present in the heterogeneous non-reduced unfolded state, respectively. In these work we have used site-directed mutagenesis to change the characteristics of a postulated chain folding initiation site (CFIS) in RNase A / La ribonucleasa A de pàncrees boví (RNasa A, EC 3.1.27.5) ha estat extensament estudiada des de punts de vista estructurals, mecanístics i funcionals. Dins del marc del plegament proteic, la RNasa A ha estat un bon model per als estudis de plegament/desplegament proteic, malgrat que força complicat a causa de la presència en l'estat natiu de quatre enllaços disulfur i l’existència de dos enllaços peptídics X-prolina en conformació cis. La major part d'aquests estudis s'han centrat en l'alteració de residus de cisteïna o de prolina per estudiar, des d'un punt de vista cinètic, la formació dels enllaços disulfur o la caracterització de les espècies presents en l'heterogeni estat desplegat de la proteïna amb els enllaços disulfur intactes, respectivament. En aquest treball hem utilitzat la mutagènesi dirigida per oligonucleòtid per canviar les característiques d'una regió de la RNasa A postulada com a iniciadora del plegament

La presente tesis parte del interés de blanquear pasta de lino (Linum usitatissimum) mediante procesos más respetuosos con el medio ambiente, a partir de secuencias totalmente libre de cloro (TCF) y de la utilización de fibras no madereras para la fabricación de papeles especiales de alta calidad.Asimismo, se ha estudiado la aplicación de enzimas en el blanqueo de pasta de eucalipto (Eucalyptus saligna y Eucalyptus grandis) en la fábrica de Jacareí de Votorantim Celulose e Papel (Brasil) para conseguir una mejora de las propiedades de las pastas y un ahorro de reactivos en la secuencia de blanqueo industrial.Los estudios realizados permiten obtener dos tipos de secuencias para el blanqueo de pasta de lino TCF, ambas con reactivos químicos utilizados individualmente (secuencias químicas) o combinados con tratamientos biotecnológicos (secuencias bioquímicas). Las secuencias químicas incluyen una etapa de ozono y las secuencias bioquímicas incluyen un tratamiento enzimático. Las secuencias bioquímicas constan de etapas que son fácilmente aplicables en la industria, donde la primera de ellas es un sistema lacasa mediador con lacasa comercial de Trametes versicolor y el mediador HBT.En cuanto a los tratamientos biológicos, en primer lugar, se ha estudiado la influencia de la adición de oxígeno y del tiempo de tratamiento en el sistema enzimático y se ha comprobado como influyen ambas variables en las propiedades de la pasta de lino. También se ha estudiado la formación de compuestos cromóforos en la pasta a partir de la determinación de las propiedades ópticas. Posteriormente, se ha realizado un estudio estadístico de las variables de proceso del sistema lacasa mediador y su influencia en las propiedades de las pastas y los efluentes después de cada etapa de blanqueo. La optimización de las variables de tratamiento en el bioblanqueo de lino permite determinar las condiciones de aplicación más adecuadas para conseguir unas determinadas propiedades de la pasta a un menor coste y que resulten fácilmente adaptables a los procesos existentes. Gracias a este estudio, se consigue reducir las dosis de reactivos y el tiempo de tratamiento. El estudio sistemático de cada una de las etapas de blanqueo permite determinar cuál es el efecto sobre la pasta de cada reactivo en cada una de las etapas de las secuencias bioquímicas. Por otro lado, también se ha comprobado como el sistema lacasa mediador es capaz de oxidar ciertos extractivos lipofílicos presentes en la pasta de lino.La optimización de las dosis y el tiempo de tratamiento en el bioblanqueo también se deben tener en cuenta por su influencia en las propiedades de los efluentes, debido a la potencial toxicidad del mediador, como también, a la posible pérdida de actividad enzimática durante el tratamiento. Como novedad, cabe decir, que los valores máximos de toxicidad medidos se encuentran por debajo de los límites que fija la legislación en Cataluña. En este estudio se determina que la pérdida de actividad enzimática en el tratamiento depende básicamente de la dosis de HBT utilizada, por lo que la aplicación de dosis de reactivos superiores a las óptimas, no sólo encarece el proceso de blanqueo, sino que además, una sobredosificación puede dificultar la posible reutilización de estos efluentes de blanqueo.En una segunda parte de la tesis, se estudia la influencia del tratamiento con diversas xilanasas comerciales en las propiedades de la pasta de eucalipto, en las condiciones de blanqueo industriales, a pH y temperatura elevados, en la fábrica de Jacareí de Votorantim Celulose e Papel (Brasil).La aplicación de xilanasas permite una mayor flexibilidad de la secuencia de blanqueo. También, permite ahorrar reactivos químicos, así como incrementar la productividad de aquellas plantas en las que la capacidad de producción de dióxido de cloro es un factor limitante. La aplicación de las xilanasas en la torre de almacenamiento de pasta de la línea de fibras B de la unidad de Jacareí permitiría la mejora de las propiedades de índice kappa y blancura de la pasta en la secuencia de blanqueo industrial. Para ello, no es necesario modificar el proceso existente, lo que es favorable desde el punto de vista industrial, ya que no se requiere una inversión en nuevos equipos. La efectividad del tratamiento enzimático disminuye considerablemente al aumentar la cantidad de licor negro y cuando el pH se encuentra por encima de 10. Por lo que, en el supuesto de que se aplicara un tratamiento enzimático en la torre de almacenamiento, se haría necesario un control, tanto de la cantidad de licor negro presente en la pasta, como del pH antes del punto de aplicación de enzima. / The aim of this thesis is to bleach flax pulp (Linum usitatissimum) by more friendly environmental processes, using totally chlorine free sequences (TCF) and non-wood fibers for the manufacture of high quality specialty papers. This work is framed by one of the research topics in the Textile and Paper Engineering Department of the Technical University of Catalonia. Part of this research topic is based on bleaching fibers, focused basically on the study of new bleaching agents and biotechnology application. Likewise, enzyme application has been studied in eucalyptus pulp bleaching (Eucalyptus saligna and Eucalyptus grandis) in Jacareí Mill of Votorantim Celulose e Papel (Brazil) in order to obtain an improvement of the pulp properties and reagent savings in the industrial bleaching sequence. Performed studies allow to obtain two kinds of TCF sequences for flax pulp bleaching, both with chemical reagents used individually (chemical sequences) or combined with biotechnological treatments (biochemical sequences). Before beginning the bleaching sequences studies, the ozonation pilot plant has been modified. This plant was designed by the research group CIPAGRAF. A new design has been carried out improving the distribution of the equipments, pipelines and valves, basically to minimize delay times in ozone measurements. Chemical sequences include an ozone stage and biochemical sequences include an enzymatic treatment. The biochemical sequences include stages that are easily applicable in the industry. The first one is a laccase-mediator system with a commercial laccase from Trametes versicolor and mediator HBT.Regarding biological treatments, firstly, the influence of oxygen addition and treatment time has been studied in the enzymatic system. Both variables have been proven to have influence on flax pulp properties. The formation of chromophores compounds in pulp has been also studied from the determination of optical properties. Later, it has been carried out a statistical study of the process variables in laccase-mediator system and their influence in pulp and effluent properties after each bleahing stage. References have not been almost found on pulp properties modeling as a function of the variables in an enzymatic process in this enclosed operation conditions regarding a future industrial application. Process variables optimization in flax pulp biobleaching allows to establish the application conditions most appropriated to obtain certain pulp properties to a lower cost and that turn out to be easily adaptable to existing processes. The results show that a reduction of reagent doses and treatment time can be obtained, and the study allows establishing those conditions which the system is not effective. The systematic study of each one of the bleaching stages allows determining the effect on the pulp of each reagent in each of the stages of the biochemical sequences. On the other hand, it has been proved that laccase-mediator system is capable of oxidize certain lipophilic compounds on flax pulp.Besides, it must be also considered the influence of the process variables in effluent properties, due to the potential toxicity of mediator and possible enzymatic activity loss during the treatment. It is necessary to emphasize that studies on effluent characterization depending on process variables in laccase mediator system have not been found. As a novelty, maximum values of toxicity measured are below the legal limit that determines legislation in Catalonia. It has been also observed, that effluent toxicity in L stage is not only due to the presence of mediator HBT, but by-products of degradation show a major toxicity than the HBT in its initial form. In this study, enzymatic activity loss depends basically on the HBT dose. Therefore, a reagent dose application higher to the optimal doses, not only increases bleaching cost, but in addition, an overdosage can avoid the possible reutilization of bleaching effluents.In the second part of the thesis, the study is based on the influence of an enzymatic treatment with commercial xylanases on eucalyptus pulp properties at the industrial bleaching conditions, high pH and temperature, in Jacareí Mill of Votorantim Celulosa e Papel (Brazil). Xylanase application allows a major flexibility of the bleaching sequence. Moreover, it allows chemical reagents saving, as well an increase of productivity in those mills in which the production capacity of chlorine dioxide is a limiting factor, as it is the case of Jacareí's Mill. Xylanase application in storage tower would allow pulp properties improvement, like kappa number and brightness, in the industrial bleaching sequence. For this, it is not necessary to modify the existing process, which is an advantage from an industrial point of view, since an investment in new equipments is not needed. Enzymatic treatment efficiency decreases considerably when black liquor amount is increased and when the pH is over 10. For this reason, if an enzymatic treatment was applied in the storage tower, a control would become necessary for black liquor amount in pulp and for pH before the enzyme application point.

The aim of this thesis is to modify flax pulp fibres (Linum usitatissimum) by more friendly environmental processes. Pulp and paper research is focussing through enzyme systems investigation for developing green chemistry technologies due to existing environmental concerns and to legal restrictions. Moreover, it exists also an increasing strategic interest in using flax fibres to obtain high-quality specialty papers. That is why we study the application of biotechnology as an efficient alternative to traditional industrial processes based on the use of chemical agents. This work is framed by two of the main research topics of the Paper and Graphic Specialty Laboratory in the Textile and Paper Engineering Department of the Universitat Politècnica de Catalunya. One research line is based on pulp bleaching and is focused basically on the study of enzymatic systems as biobleaching agents; the other research topic that has been recently introduced in our investigation group is the use of enzymes as functionalisation agents by promoting the grafting of several compounds. Laccase is the main enzyme used in this thesis; it is an oxidoreductase that can assist reactions in an eco-friendly way since laccase uses air and produces water as the only by-product. Moreover, laccase can work under mill conditions and has wide application potential. The first part of this thesis involved the use of enzymes to bleach flax pulp. The aim was to explore the potential of various natural mediators (lignin-derived compounds) for delignifying flax fibres in order to identify the most efficient and ecofriendly choice among them. Afterwards, we assessed the use of various enzyme delignification stages in an industrial bleaching sequence. The ensuing totally chlorine free (TCF) sequence comprised various laccase-mediator system treatments (L stage) followed by a by a chelating stage (Q stage) and a subsequent bleaching step with hydrogen peroxide (Po stage). A xylanase pretreatment was additionally carried out. Laccases used came from the fungi Pycnoporus cinnabarinus and Myceliophthora thermophila; the performance of several natural mediators was compared with the obtained with the application of various synthetic mediators. In addition, the lack of studies on the properties of effluents from the treatment of non-wood pulp with laccase and natural mediators led A-1 A-2 us to examine effluent properties upon biotreatments and after different bleaching stages. The results obtained warrant upscaling any of the biobleaching sequences for flax pulp as they provide sustainable flax fibre with a high cellulose content and brightness above 80% ISO. The use of xylanase pretreatment was found to efficiently remove HexA and enhance delignification by laccase.