O bagaço de cana de açúcar é um resíduo lignocelulósico que, após a sua hidrólise, pode ser utilizado como substrato para a produção de hidrogênio (H2) por fermentação. O objetivo deste trabalho foi realizar pré-tratamentos do bagaço de cana com os ácidos clorídrico (HCl) e fosfórico (H3PO4) para a solubilização de carboidratos, produzindo o mínimo de inibidores, bem como para tornar a sua estrutura mais suscetível à hidrólise enzimática. Além disso, foi verificada a possibilidade de utilização dos hidrolisados na produção biológica de H2 por uma cultura mista de micro-organismos. A otimização das condições de pré-tratamento com os ácidos foi feita por meio de um planejamento experimental, variando-se a concentração entre 0,64 e 7,36 % (m/v), a temperatura de 63,20 a96,80°C e o tempo de 38,40 a 441,60 min. Nos hidrolisados obtidos foram determinadas as concentrações de açúcares redutores totais (ART) e de monossacarídeos, tais como a glicose, a xilose e a arabinose, além de potenciais inibidores de fermentação, o furfural, o hidroximetilfurfural (HMF) e o ácido acético. As condições de pré-tratamento do bagaço, nas quais foram obtidas as maiores concentrações de ART (13,88 g/L) foi utilizando 6,0 % (m/v) de HCl, em 360,00 min., a 90°C. Entretanto, sob estas condições, também foram detectadas as concentrações mais elevadas dos inibidores. A condição ótima para a hidrólise com o HCl, obtida através da análise estatística, na qual a concentração de inibidores foi minimizada e a de ART maximizada foi de 96,80ºC, 441,6 min e 7,36 % (m/v) de ácido. Para o pré-tratamento com o H3PO4, as condições ótimas foram as mesmas encontradas para o HCl, obtendo-se 4,98 g/L de ART. Os bagaços pré-tratados foram submetidos à hidrólise enzimática com a enzima Celluclast® e um extrato enzimático bruto com atividade de xilanases. A maior concentração de ART (20,98 g/L) obtida pelas duas hidrólises (ácido/enzimática) foi no bagaço pré-tratado com HCl no tempo de 360,00 min., 6,0 % (m/v) de ácido a 90°C, o qual também apresentou a maior concentração de inibidores (total de 1,23 g/L). O hidrolisado obtido com HCl que apresentou maior concentração de ART foi utilizado em ensaios de fermentação para a produção de H2 por cultura mista. / Sugarcane bagasse is a lignocellulosic residue that can be used as substrate to produce hydrogen (H2) by fermentation after hydrolysis. This study aimed to optimize the pretreatment of sugarcane bagasse with hydrochloric acid (HCl) and phosphoric acid (H3PO4), to solubilize carbohydrates and produce the minimal amount of inhibitors as well as make its structure more susceptible to enzymatic hydrolysis. In addition, we verified the possibility of using hydrolysates in the biological production of H2 by a mixed culture of microorganisms. We optimized the conditions for bagasse pretreatment with acids using an experimental designwe varied the concentration between 0.64 and 7.36% (w/v), the temperature from 63.20 to 96.80 °C, and the time from 38.40 to 441.60 min. In the hydrolysates, we determined the concentrations of total reducing sugars (TRS); monosaccharides such as glucose, xylose, and arabinose; and potential inhibitors of fermentation like furfural, hydroxymethylfurfural (HMF), and acetic acid. The conditions of bagasse pretreatment 6.0% (w/v) HCl, 360 min. and 90 °C led to the highest TRS concentrations (13.88 g L-1), but also to the highest concentrations of inhibitors. Statistical analysis revealed that the optimum conditions for the hydrolysis of sugar cane bagasse with HCl that minimized the concentration of inhibitors while maximizing the TRS concentration were: 96.80 °C, 441.6 min, and 7.36% (w/v) of acid. The optimum conditions for pre-treatment with H3PO4 were the same as those found for HCl; which yielded 4.98 g L-1 TRS. We subjected the pretreated bagasse to enzymatic hydrolysis with Celluclast® enzyme and to a crude enzyme extract with xylanase activity. For both hydrolyses (acid and enzymatic), the highest TRS concentration (20.98 g L-1) was achieved with the bagasse pretreated with HCl 6.0% (w/v) at 90 °C for 360.00 min., which also furnished the highest concentration of inhibitors (total 1.23 g L-1). The hydrolysate obtained with HCl contained higher TRS concentration was used as substrate in fermentation assays for the production of H2 by mixed culture.

Quimotripsinas (EC 3.4.21.1) são serina proteinases que possuem 245 resíduos de aminoácidos arranjados em dois domínios duplo β-barril, sendo que o sítio ativo está localizado entre esses dois domínios. O estudo da especificidade das endopeptidases foi facilitado pelo conceito de sítio de ligação do substrato, que corresponde ao sítio ativo daquelas enzimas. Porém, sobre as quimotripsinas de insetos, praticamente não existe informação a respeito da especificidade dos diferentes subsítios dessas enzimas. O estudo da especificidade dos subsítios das quimotripsinas dos insetos Periplaneta americana, Tenebrio molitor e Diatraea saccharalis apresentaram maior eficiência de hidrólise sobre substratos que apresentam um resíduo Tyr em P1, embora as razões Phe/Tyr para os diferentes insetos sejam bastante variadas. Estas diferenças indicam diferentes especificidades para as quimotripsinas de insetos em P1. No entanto, estas diferenças parecem não seguir a posição ocupada pelo inseto na escala evolutiva e são menos evidentes do que as verificadas para as tripsinas dos mesmos insetos, onde há troca de especificidade primária. A quimotripsina de Periplaneta americana como a de Diatraea saccharalis preferencialmente clivam substratos com Pro em P2. Porém, o mesmo não acontece com a quimotripsina de Tenebrio molitor, que apresentou maior kcat/Km para o peptídeo com Ala em P2, essa preferência pode estar relacionada à conformação da Pro que difere dos demais resíduos por ser um iminoácido. Porém, as três quimotripsinas estudadas apresentaram maior kcat/Km para o peptídeo Ile em P3 indicando que esse subsítio possui um papel fundamental na discriminação dessas enzimas por substratos com resíduos de aminoácidos específicos nessa posição. As quimotripsinas de Periplaneta americana e Diatraea saccharalis apresentaram maior kcat/Km pelo peptídeo com Ser em P1\', evidenciando que a presença de um grupo hidroxila na cadeia lateral da Ser e o baixo volume da cadeia lateral do resíduo, torna o subsítio dessas enzimas mais seletivo que a quimotripsina de Tenebrio molitor que apresentou maior kcat/Km pelo peptídeo com Ala. Dessa forma, esse estudo colabora para um melhor conhecimento da especificidade dos subsítios das endopeptidases digestivas de insetos pode dar diretrizes para a purificação ou síntese de inibidores mais eficazes com ação direta nas enzimas digestivas de insetos e serem utilizados na produção de plantas transgênicas ou utilizados como bioinseticidas. / Chymotrypsins (EC 3.4.21.1) are serine proteases with 245 amino acids disposed in two double ?-barrel domains, being the active site locate between these two domains. The specificity study of endopeptidases was facilitated by the substrate binding site concept that is the active site of these enzymes. However there is not much information about the subsites specificity of insect chymotrypsins. The specificity study of insects chymotrypsins subsites of Periplaneta americana, Tenebrio molitor and Diatraea saccharalis showed higher substrate hydrolysis efficiency with Tyr in P1, however the Phe/Tyr proportion for different insects are varied. These differences have shown different specificities for insect chymotrypsins in P1. Meanwhile, this difference does not follow the position occupied by insects in evolutive scale, and it is less clear than those showed by the same insect trypsins were there is primary specificity cross. Like Diatraea saccharalis, the Periplaneta americana chymotrypsin breaks the substrate with Pro in P2. Nevertheless the same does not happen to Tenebrio molitor chymotrypsin with the higher kcat/Km for the peptide with Ala in P2, this preference may be related to the different conformation of Pro. The three studied chymotrypsins showed higher kcat/Km for the peptide with Ile in P3, what indicates that this subsite has a key role on these enzymes discrimination for substrates with specific amino acids in this position. The Periplaneta americana and Diatraea saccharalis chymotrypsins presented higher kcat/Km for the peptide with Ser in P1` evidencing that the hydroxyl group side chain presence in Ser and low side chain volume made this subsite more selective than Tenebrio molitor chymotrypsin with higher kcat/Km by Ala peptide. This study collaborates to a best knowledge about the subsite specificities of the insect digestive endopeptidases and the best inhibitors for purification or synthesis with direct action in insect digestive enzymes and to be utilized for transgenic plants or bio-insecticides production.

A mineralização do esqueleto começa dentro de vesículas matriz derivadas de células (MVs); então, os minerais se propagam para a matriz de colágeno extracelular. A fosfatase alcalina não específica de tecido (TNAP) degrada o pirofosfato inorgânico (PPi), um potente inibidor da mineralização, quee contribui com Pi (Fosfato) de ATP para iniciar a mineralização. Em comparação com a membrana plasmática, as MVs são ricas em Colesterol (Chol) (32%) e TNAP, mas como o Chol influencia a atividade da TNAP ainda não está claro. Nós reconstituímos TNAP em lipossomos de dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC), dimiristoilfosfocolina (DMPC) dioleoilfosfatidilcolina (DOPC) combinada com Chol ou seus derivados Colestenona (Achol) e Ergosterol (Ergo). Comparamos as propriedades cinéticas: Velocidade máxima de hidrólise (Vmax), constante de afinidade (k0,5), cooperatividade (n) e eficiência catalítica (kcat / k0,5) da TNAP para os substratos fisiológicos ATP e PPi, quando o TNAP é incorporada nestes diferentes microambientes lípidicos. O DPPC mais 36% de esteróis em lipossomos aumentaram a atividade catalítica do TNAP em relação ao ATP. A presença de Chol também aumentou a propagação de minerais em 3,4 vezes. A eficiência catalítica da TNAP em relação ao ATP foi quatro vezes menor nos proteolipossomos de DOPC, em comparação aos proteolipossomos do DPPC. Os proteolipossomos DOPC também aumentaram a biomineralização 2,8 vezes em comparação com os proteolipossomos de DPPC. O TNAP catalisou a hidrólise do ATP mais eficientemente no caso do proteolipossomo consistindo em DOPC com 36% de Chol. O mesmo comportamento surgiu com Achol e Ergo. A organização do lipídio e a estrutura do esterol influenciaram a tensão superficial (), a atividade fosfohidrolítica do TNAP na monocamada e a eficiência catalítica do TNAP nas bicamadas. Membranas na fase L (Achol) proporcionaram melhores parâmetros cinéticos em relação às membranas na fase Lo (Chol e Ergo). a presença de SM ou Chol: SM 90:10 (mol%), proteolipossomos DPPC não alterou os valores de eficiência catalítica, para a hidrólise do ATP. No entanto, estes proteolipossomos aumentaram a propagação mineral em cerca de 4,5 e 8 vezes, respectivamente, em comparação com DPPC puro. O aumento na eficiência catalítica para proteolipossomos contendo DMPC: SM 90:10 e DMPC: Chol: SM 80:10:10 (% molar) foi observado. Em conclusão, as propriedades físicas e a organização lateral de lipídios em proteolipossomas são cruciais para o controle. propagação mineral mediada pela atividade da TNAP durante a mineralização / Mineralization of the skeleton starts within cell-derived matrix vesicles (MVs); then, minerals propagate to the extracellular collagenous matrix. Tissuenonspecific alkaline phosphatase (TNAP) degrades inorganic pyrophosphate (PPi), a potent inhibitor of mineralization, and contributes Pi (Phosphate) from ATP to initiate mineralization. Compared to the plasma membrane, MVs are rich in Cholesterol (Chol) (32%) and TNAP, but how Chol influences TNAP activity remains unclear. We have reconstituted TNAP in liposomes of dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC), dimyristoylphosphocholine (DMPC) dioleoylphosphatidylcholine (DOPC) combined with Chol or its derivatives Cholestenone (Achol) and Ergosterol (Ergo). We compare the kinetic properties: maximum rate of hydrolysis (Vmax), affinity constant (k0,5), cooperativity (n) and catalytic efficiency (kcat / k0,5) of TNAP for the physiological substrates ATP and PPi, when TNAP is incorporated in these different microenvironments lipids. DPPC plus 36% sterols in liposome increased the catalytic activity of TNAP toward ATP. The presence of Chol also increased the propagation of minerals by 3.4-fold. The catalytic efficiency of TNAP toward ATP was fourfold lower in DOPC proteoliposomes as compared to DPPC proteoliposomes. DOPC proteoliposomes also increased biomineralization by 2.8-fold as compared to DPPC proteoliposomes. TNAP catalyzed the hydrolysis of ATP more efficiently in the case of the proteoliposome consisting of DOPC with 36% Chol. The same behavior emerged with Achol and Ergo. The organization of the lipid and the structure of the sterol influenced the surface tension (), the TNAP phosphohydrolytic activity in the monolayer, and the TNAP catalytic efficiency in the bilayers. Membranes in the L phase (Achol) provided better kinetic parameters as compared to membranes in the Lo phase (Chol and Ergo). The presence of SM or Chol:SM 90:10 (mol%), DPPC-proteoliposomes did not alter the catalytic efficiency values, for the ATP hydrolysis. However, these proteoliposomes increased the mineral propagation by about 4.5 and 8-fold, respectively, compared to neat DPPC. The increase in catalytic efficiency for proteoliposomes containing DMPC:SM 90:10 and DMPC:Chol:SM 80:10:10 (mol%) was observed. In conclusion, the physical properties and the lateral organization of lipids in proteoliposomes are crucial to control mineral propagation mediated by TNAP activity during mineralization

Peperomia pellucida (L.) HBK (Piperaceae) (erva de jaboti) é uma herbácea amplamente encontrada nos trópicos e que possui diversas propriedades biológicas. Seus estudos fitoquímicos haviam demonstrado a presença da pellucidina A, uma rara dinorlignana ciclobutânica, que seria formada por acoplamento oxidativo de 2,4,5- triidroxi-estireno seguido de metilações. Nesse trabalho, foram caracterizados o ácido 2,4,5-trimetoxi-cinâmico, 2,4,5-trimetoxi-estireno, 2,4,5-trimetoxi-benzaldeído, dilapiol, 5,6,7-trimetoxi-flavona, sesamina, além da pellucidina A. Estudos de aspectos dinâmicos envolvidos na formação da pellucidina A incluíram a ontogenia e respostas à diferentes tratamentos como estresse hídrico, predação por herbívoros, ácido jasmônico e luz UV360. O tratamento com ácido jasmônico resultou num significativo incremento do dilapiol enquanto que, o tratamento sob luz UV360 resultou no aumento na produção da pellucidina A sugerindo um mecanismo de cicloadição [2+2] para sua biossíntese. A administração de diferentes precursores in vivo revelou que a L-[2-13C]- fenilalanina (0,75%), ácido [8-13C]-cinâmico (1,32%), ácido [8-13C]-ferúlico (0,51%), ácido 2,4,5-trimetoxi-[8-13C]-cinâmico (7,9%) e o 2,4,5-trimetoxi-estireno (13,3%) foram incorporados à pellucidina A. Ensaios de conversão enzimática indicaram a descarboxilação do ácido 2,4,5-trimetoxi-cinâmico em 2,4,5-trimetoxi-estireno enquanto que o 2,4,5-trimetoxi-estireno foi dimerizado em pellucidina A através da reação de cicloadição [2+2] sensibilizada pela presença da 5,6,7-trimetoxi-flavona (18,45%), tal qual a benzofenona (11,15%). Assim, sugere-se a sequência L-fenilalanina, ácido cinâmico, ácido 2,4,5-trimetoxi-cinâmico, 2,4,5-trimetoxi-estireno e pellucidina A, sendo a última etapa através de mecanismo fotoquímico tendo como sensibilizador a 5,6,7-trimetoxi-flavona. / Peperomia pellucida (L.) HBK (Piperaceae) (erva de jaboti) is an herbaceous plant that is widespread in the tropics and have several biological properties. Previous reports described the presence of pellucidin A, a rare dinorlignan having the unique cyclobutane moiety, that was supposedly formed by oxidative coupling of the precursor 2,4,5-trihydroxy-styrene followed by methylations steps. In this study, a comprehensive phytochemical study resulted in the description of 2,4,5-trimethoxy-cinnamic acid, 5,6,7-trimethoxy-flavone, 2,4,5-trimethoxy-styrene, 2,4,5-trimethoxy-benzaldehyde, dillapiol and sesamin in addition to pellucidin A. Studies of the dynamic aspects involved in the formation of pellucidin A included changes during ontogeny and responses to different treatments such as drought stress, herbivory, jasmonic acid and UV360 light. The treatment with jasmonic acid resulted in a significant increase in dillapiol whereas treatment under UV360 light resulted in an increase in production of pellucidin A, suggesting that a cycloaddition [2+2] mechanism is involved in its formation. The in vivo administration of different precursors to plants of P. pellucida revealed that L-[2-13C]-phenylalanine (0.75%), [8-13C]-cinnamic acid (1.32%), [8-13C]-ferulic acid (0.51%) 2,4,5-trimethoxy-[8-13C]-cinnamic acid (7.9%) and 2,4,5-trimethoxy-[8-13C]-styrene (13.3%) were incorporated into pellucidin A. The enzymatic conversion assays indicated decarboxylation of 2,4,5-trimethoxy-cinnamic acid into 2,4,5-trimethoxy-styrene while the 2,4,5-trimethoxy-styrene was dimerized in the pellucidin A by cycloaddition reaction [2+2] sensitized by 5,6,7-trimethoxy-flavone (18.45%), as well as by benzophenone (11.15%). Thus, we suggest the sequence L-phenylalanine, cinnamic acid, 2,4,5-trimethoxy-cinnamic acid, 2,4,5-trimethoxy-styrene and pellucidin A, the last step being carried out by a photochemical mechanism having 5,6,7- trimethoxy-flavone as a sensitizer.

For the citrus processing industry the disposal of fresh peels has become a major concern for manyfactories. Orange peels are the major solid by-product. Dried orange peels have a high content ofpectin, cellulose and hemicellulose, which make it suitable as fermentation substrate when hydrolyzed.The present work aims at utilizing orange peels for the production of ethanol by using the fungusMucor indicus. Hence, producing a valuable product from the orange peel waste. The biomass growthwas also examined, since the biomass of the fungus can be processed into chitosan, which also is avaluable material.The work was first focused on examining the fungus ability to assimilate galacturonic acid and severalother sugars present in orange peel hydrolyzate (fructose, glucose, galactose, arabionose, and xylose).Fructose and glucose are the sugars which are consumed the fastest whereas arabinose, xylose andgalacturonic acid are assimilated much slower.One problem when using orange peels as raw material is its content of peel oils (mainly D-limonene),which has an immense antimicrobial effect on many microorganism even at low concentrations. Inorder to study M. indicus sensitivity to peel oil the fungus was grown in medium containing differentconcentrations of D-limonene.At very low limonene concentrations the fungal growth was delayed only modestly, hence a couple ofhours when starting from spores and almost nothing when starting with biomass. Increasing theconcentration to 0.25% (v/v) and above halted the growth to a large extent. However, the fungus wasable to grow even at a limonene concentration of 1.0%, although, at very reduced rate. Cultivationsstarted from spore-solution were more sensitive than those started with biomass.Orange peels were hydrolyzed by two different methods to fermentable sugars, namely by dilute acidhydrolysis (0.5% (v/v) H2SO4) at 150 °C and by enzymatic hydrolysis by cellulase, pectinase and β-glucosidase. The fungus was able to produce ethanol with a maximum yield of about 0.36 g/g after 24h when grown on acid hydrolyzed orange peels both by aerobic and anaerobic cultivation. Apreliminary aerobic cultivation on enzymatic hydrolyzed orange peels gave a maximum ethanol yieldof 0.33 g/g after 26 h.The major metabolite produced during the cultivations was ethanol. Apart from ethanol, glycerol wasthe only component produced in significant amounts. In cultivations performed aerobically on acidandenzymatic hydrolyzed orange peels the glycerol yields were 0.048 g/g after 24 h.Two different techniques were also examined in order to evaluate if the methods could be use asbiomass determining methods when solid particles are present in the culture medium. The problemwith solid particles is that they will be buried inside the fungal biomass matrix. Hence makingseparation impossible prior to dry weight determination in the ordinary way. However, none of themethods involving chitin extraction or chitosan extraction did show any good results.The results from the present work are rather clear, M. indicus was able to grow and produce bothethanol and biomass even when limonene was present in the culture medium. The maximum ethanolyield was achieved after about 24 h in cultivations performed on both acid hydrolyzed and enzymatichydrolyzed orange peels. However, in order to say if the method can be applicable at industrial scaleand made economically feasible the subject has to be investigated further.

A maior parte de toda a energia consumida no mundo provém do petróleo, carvão e gás natural (87% da matriz energética mundial). No entanto, essas fontes não renováveis possuem previsão de esgotamento em um futuro próximo. Além disso, são poluidores, afetando o meio ambiente, motivando a sociedade buscar fontes alternativas para mitigar esses problemas. O biodiesel, como alternativa de combustível, começou a ser estudado em 1937, e hoje mostra ser uma alternativa eficiente e não poluidora à utilização do diesel mineral. O estudo presente foi realizado com amostras de biodieseis obtidos utilizando catalisadores enzimáticos. Essa rota vem sendo investigada no país por diversos pesquisadores, e vem mostrando que o uso da enzima como catalisador minimiza os problemas relativos às etapas finais de purificação do biodiesel, pois reduz a ocorrência das reações indesejáveis de saponificação e permite uma simplificação e redução dos custos dos processos pela diminuição do número de operações associadas. Para ser um substituto, o biodiesel precisa se enquadrar em normas, no caso do Brasil, a resolução nº 42 da ANP (Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis) de 2004. Além disso, deve possuir qualidades que viabilize a sua substituição. Esse trabalho tem o objetivo de realizar o estudo térmico utilizando a Termogravimetria (TG) e a Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) dos biodieseis de babaçu, palma e sebo bovino obtidos pela rota enzimática e suas respectivas matérias-primas. Com os resultados da TG em atmosfera Inerte, foi possível analisar a volatilidade desses biodieseis, e também verificar o seu enquadramento no parâmetro de destilação da resolução nº 42 da ANP. A TG em atmosfera oxidativa possibilitou comparar esses biodieseis em relação às suas estabilidades termo-oxidativas. Também foram realizados o Estudo Cinético das curvas TG, visando o valor da energia de ativação das primeiras etapas de cada curva, utilizando o modelo matemático Ozawa. O estudo cinético das curvas TG em atmosfera de nitrogênio mostrou que a energia de ativação e a temperatura de inicio da degradação têm uma relação direta. / Most of all energy consumed worldwide comes from oil, coal and natural gas (87% of global energy production). However, these non-renewable resources are expected to exhaust in the near future. Moreover, they are polluters, affecting the environment, prompting the company to seek alternative sources to mitigate these problems. Biodiesel as alternative fuel, that began to be studied in 1937 and today has proved an efficient and non-polluting alternative to the use of mineral diesel. The present study was performed with babassu, palm and tallow biodiesel obtained using enzymatic catalysts. This route has been investigated by several researchers in the country, and has shown that the use of enzyme as catalyst minimizes the problems related to the final stages of purification of biodiesel, it reduces the occurrence of undesirable reactions of saponification and allows for simplification and cost reduction processes by reducing the number of associated operations. To be a substitute, biodiesel must fit in standards, in the case of Brazil, the resolution No. 42 of the ANP (National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels), 2004. Also this biofuel must posses qualities thet might allow the replacement. This work aims to realize the thermal studies using thermogravimetry (TG) and Differential Scanning Calorimetry (DSC) of babassu, palm and tallow biodiesel obtained by enzymatic route and also their raw materials. With the results of TG in an inert atmosphere, it was possible to analyze the volatility of biodieseis, and also check your guidelines on the parameter of the distillation of Resolution No. 42 of the Brazilian Petroleum Agency (ANP). The TG analysis of biodiesel in oxidative atmosphere turns possible to study their thermo-oxidative stabilities. Also, it was performed a kinetic study of the TG curves, seeking the value of activation energy of the first steps of each curve, using the mathematical model Ozawa. The kinetic study of the TG curves in nitrogen atmosphere showed that the activation energy and temperature of the beginning of degradation have a direct relationship.

Os materiais lignocelulósicos, devido ao seu importante potencial de conversão em açúcares e biocombustíveis, estão sendo extensivamente estudados, nas últimas três décadas. O uso de sabugo de milho como matéria-prima lignocelulósica oferece possibilidades promissoras para a produção de energia renovável. A lignocelulose normalmente consiste em celulose, hemicelulose e lignina. A celulose e a hemicelulose podem ser convertidas em açúcares através de processos químicos ou biológicos, e estes açúcares (principalmente glicose, xilose e arabinose) podem ser fermentados a produtos químicos valiosos como o bioetanol. Na conversão de biomassa em biocombustíveis, o pré-tratamento é o primeiro passo para desestruturar a lignocelulose, deixando-a mais acessível para enzimas que convertem os carboidratos em açúcares fermentescíveis. A tecnologia de extrusão por dupla rosca é comumente usada nas indústrias de polímeros e alimentos, podendo ser um método de pré-tratamento viável, uma vez que possui capacidade de expor a biomassa a uma variedade de condições de cisalhamento sob diferentes temperaturas em um processo de fluxo contínuo, com grande quantidade de sólidos (40-60% em massa). Neste trabalho, foi avaliada a hidrólise enzimática do sabugo de milho pré-tratado em extrusora de dupla rosca para obtenção de açúcares. O pré-tratamento por extrusão, a 115-130°C e 14 rpm (velocidade da dupla rosca), empregou uma relação sólido:líquido de 1:1, onde a fração líquida foi estudada variando-se a relação dos aditivos água e glicerol. O sabugo de milho extrudado, na melhor relação água e glicerol, foi hidrolisado pelo complexo enzimático Cellic CTec2, associado ou não ao Cellic HTec2, empregando-se carga de sólidos de 10%. Na sequência, a dosagem de enzimas e a carga de sólidos foram otimizadas pela metodologia de superfície de resposta (RSM), a fim de se obter elevados valores de conversão de celulose em glicose (y1) e produtividade em glicose (y2). A extrusão do sabugo de milho foi favorecida com o uso de água e glicerol na relação 25:25 (% m/m). O glicerol presente no meio não causou inibição na hidrólise enzimática dispensando a etapa de lavagem dos sólidos. O complexo enzimático comercial Cellic Ctec2 favoreceu a conversão de celulose em glicose. Através da metodologia de análise de superfície de resposta (RSM), foram estabelecidas a dosagem do complexo enzimático comercial Cellic Ctec2 (32 FPU/gmaterial lignocelulósico seco) e a carga de sólidos (17,8% m/m) para maximizar as conversões de celulose em glicose (90,4% m/m) e de hemicelulose em xilose e arabinose (44,0% m/m) e produtividade em glicose (0,69 g/L.h). O rendimento em açúcares totais (323 Kg de glicose e 148 Kg de xilose e arabinose) foi de 471 Kg para cada tonelada de sabugo de milho seco. Nesta condição, as constantes cinéticas para a conversão de celulose em glicose foram: Vmax de 6,00 % (m/m)/h e Km de 22,59 gcelulose/Lsolução. Estes resultados são promissores para obtenção de um hidrolisado de sabugo de milho com elevado teor de monossacarídeos para uso em bioprocessos, de forma sustentável e com mínimo impacto ambiental. / Lignocellulosic materials due to their significant conversion potential in sugars and biofuels have been extensively studied in the last three decades. The use of corn cob as a lignocellulosic feedstock offers promising possibilities for the production of renewable energy. Lignocellulose usually consists of cellulose, hemicellulose and lignin. Cellulose and hemicellulose can be converted into sugars by chemical or biological processes, and these sugars (especially glucose, xylose and arabinose) can be fermented to valuable chemicals such as bioethanol. In the conversion of biomass to biofuels, pretreatment is the first step in de-structuring lignocellulose, making it more accessible to enzymes that convert carbohydrates to fermentable sugars. Twin screw extrusion technology is commonly used in the polymer and food industries, and it may be a viable pretreatment method due to its ability to simultaneously expose biomass to a variety of shear conditions at different temperature in a flow continuous process using large amount of material (40-60% of biomass). In this work, the enzymatic hydrolysis of corn cob was evaluated after its pretreatment in a twin-screw extruder to obtain sugars. Extrusion pretreatment, at 115-130°C and 14 rpm (double screw velocity), employed a solid: liquid ratio of 1: 1, where the liquid fraction was studied by varying the ratio of water and glycerol additives. Extruded corn cob, in the best water and glycerol ratio, was hydrolyzed by the Cellic CTec2 enzymatic complex, associated or not to Cellic HTec2, using 10% solids loading. In the sequence, the dosage of enzymes and the solids loading were optimized by response surface methodology (RSM) to obtain high values of cellulose conversion to glucose (y1), and glucose productivity (y2). The extrusion of corn cob was favored by using water and glycerol in the ratio of 25:25 (% m/m). The glycerol present in the medium did not cause inhibition in the enzymatic hydrolysis dispensing the washing step of the solids. The commercial enzymatic complex Cellic Ctec2 favored the conversion of cellulose to glucose. By the response surface methodology (RSM) were established the dosage of the commercial enzymatic complex Cellic Ctec2 (32 FPU/g dry lignocellulosic material) and solids loading (17.8% m/m) to maximize the conversions of cellulose to glucose (90.4% w/w) and of hemicellulose to xylose and arabinose (44.0% w/w) and glucose productivity (0.69 g/Lh). The yield of total sugars (323 kg of glucose and 148 kg of xylose and arabinose) was 471 kg for each ton of dried corn cob. In this condition, the kinetic constants for the conversion of cellulose to glucose were: Vmax of 6.00% (m/m)/h and Km of 22.59 gcellulose/Lsolution. These results are promising for obtaining a corn cob hydrolysate with high content of monosaccharides to be used in bioprocesses, in a sustainable manner and with minimal environmental impact.

O cenário energético mundial traz à tona a necessidade da busca por fontes renováveis que contribuam de maneira positiva para a diminuição de emissões de gases nocivos, como o CO2. Neste contexto estudos como o presente constituem importante contribuição para o melhor entendimento destas questões ambientais, para tanto o mesmo teve como objetivo avaliar o efeito de pré-tratamento com solução alcalina aquosa (mercerização, NaOH 20%, 20 g.L-1, temperatura ambiente, 5h) sobre a sacarificação, via hidrólise ácida e enzimática de fibras lignocelulósicas de curauá (Teor de: umidade 8,2% ±0,2, cinzas 2,0% ±0,1, holocelulose 85,9% ±0,7, hemiceluloses 15,5% ±0,2, α-celulose 70,4% ±0,2, lignina total de 9,4% ±0,3 e índice de cristalinidade (Ic) 69,4%. Alíquotas retiradas durante a mercerização foram caracterizadas, por exemplo, a alíquota referente a 2h apresentou as seguintes propriedades: α-celulose 81,6% ±0,2, lignina total 3,2% ±0,3 e índice de cristalinidade (Ic) 75,5%. Análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV), comprimento e espessura médio (MorFi) mostraram, ao longo da mercerização, aumento de rugosidade e fragmentos aderidos a superfície da fibra, e diminuição de comprimento e espessura. Fibras não tratadas e tratadas (2h) foram submetidas a hidrólise ácida (1:30 vol./massa, H2SO4 a 24%, 80°C, 6h), onde as fibras não reagidas foram separadas do licor via filtração, e caracterizadas por difração de raios X, MEV, MorFi, e os açúcares do licor e produtos de decomposição foram analisados via Cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). Os resultados da hidrólise ácida com a fibra mercerizada, apresentaram maior produção de glicose (fração celulósica) e diminuição dos teores de xilose e arabinose, (fração hemicelulósica). A glicose atingiu teor máximo de 2,68 g.L-1, no entanto para a hidrólise com a fibra não tratada atingiu um máximo de 1,3 g.L-1, com formação em baixa escala de produtos de decomposição (HMF e furfural). Fibras de partida e mercerizada também foram submetidas a hidrólise enzimática (48h, enzimas celulase comercial-Accellerase 1500, 0,5mL/g). Alíquotas das polpas não reagidas e licor foram extraídas durante a reação, e caracterizadas conforme descrito para hidrólise ácida. Microscopias mostraram que houve aumento da rugosidade e da abertura dos feixes de fibras nas fibras mercerizadas. Os valores de Ic apresentaram aumento inicial e posterior queda indicando hidrólise da fração não cristalina da celulose seguida da fração cristalina. O comprimento e espessura médio das fibras, sofreram diminuição, sendo mais acentuada na hidrólise com a fibra mercerizada e mais intenso para a espessura. Houve formação de glicose e xilose e não houve formação de produtos de decomposição como ocorrido na hidrólise ácida. A fibra não tratada apresentou um máximo de 12,0 g.L-1 de glicose e 2,30 g.L-1 de xilose, já a fibra mercerizada apresentou máximos de 17,5 g.L-1, 1,36 g.L-1 de glicose e xilose respectivamente, indicando aumento de 45% de glicose e diminuição de 56% de xilose. Esta investigação do efeito da mercerização sobre a sacarificação da fibra de curauá forneceu informações importantes para o aprofundamento deste estudo, assim como indicou que o curauá pode posteriormente se tornar fonte de produção de etanol de segunda geração. / The global energy scenario brings to light the need for the search for renewable sources that contribute positively to the reduction of harmful gases emission, such as CO2. In this context, studies such as the one herein constitute an important contribution to a better understanding of these environmental issues. The purpose of this study was to evaluate the effect of the alkaline pre-treatment (mercerization, NaOH 20%, 20 g.L-1, room temperature, 5h) on saccharification, via acid and enzymatic hydrolysis of curauá lignocellulosic fibers (moisture content 8.2% ± 0.2, ashes 2.0% ± 0.1, holocellulose 85.9% ±0.7, hemicellulose 15.5% ±0.2, α-cellulose 70.4% ± 0.2, total lignin 9.4% ± 0.3 and crystallinity index, (Ic, 69.4%). Aliquots removed during mercerization were characterized. For example, the aliquot referring to 2h had the following properties: α-cellulose 81.6% (± 0.2), total lignin 3.2% (± 0.3) and crystallinity index (Ic) 75.5%. Analyses of scanning electron microscopy (SEM), length and average thickness (MorFi) showed increased roughness and fragments adhered to the fiber surface and a decrease in length and thickness throughout the mercerization. Untreated and treated fibers (2h) were subjected to acid hydrolysis (1:30 vol./M.H2SO4 24%, 80°C, 6h), in which the unreacted fibers were separated from the liquor via filtration, and then characterized by X-ray diffraction, MEV, MorFi; liquor sugars and decomposition products were analyzed via High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The results of the acid hydrolysis with the mercerized fiber presented higher glucose production (cellulose fraction) and decreased xylose and arabinose contents (hemicellulosic fraction). The maximum glucose content obtained was 2.68 g.L-1, while for the hydrolysis with the untreated fiber the maximum was 1.3 g.L-1, in which there was low-scale formation of decomposition products (HMF and furfural). No mercerized and mercerized fibers were also subjected to enzymatic hydrolysis (48h, commercial cellulase enzymes-Accellerase 1500, 0.5mL / g). Aliquots of the unreacted pulps and liquor were extracted during the reaction, and then characterized as described for acid hydrolysis. Microscopies showed that there was an increase in roughness and in the opening of fiber bundles in the mercerized fibers. The crystallinity indexes showed an initial increase and a subsequent decrease indicating hydrolysis of the non-crystalline fraction of the cellulose followed by the crystalline fraction. The length and average thickness of the fibers decreased, which was more accentuated in the hydrolysis with the mercerized fiber and more intense as for the thickness. There was formation of glucose and xylose and there was no formation of decomposition products as occurred in acid hydrolysis. For the untreated fiber, a maximum glucose of 12.0 gL-1 and 2.30 gL-1 of xylose was obtained, whereas the mercerized fiber presented a maximum of 17.5 gL-1, 1.36 gL-1 of glucose and xylose respectively, indicating a 45% increase in glucose and a 56% decrease in xylose. This investigation of the effect of mercerization on the saccharification of the curauá fiber provided important information for further studies, as well as indicating that the curauá can later become a source of second generation ethanol production. Keywords: Curauá Fiber. Mercerization. Acid and Enzymatic Hydrolysis. Glucose.

Bilirrubina oxidase de Myrothecium verrucaria é uma multicobre oxidase capaz de reduzir O2 pela oxidação de fenóis, aminas aromáticas e polipirróis. Eletroquimicamente, essa reação de redução ocorre pela transferência de elétrons entre a enzima e um eletrodo. Nesta tese, foi investigada a eficiência da enzima como agente redutor de O2 na superfície de eletrodos modificados pela função orgânica naftil-2-carboxilato por acoplamento de diazônio. Essa modificação na superfície do eletrodo aumenta em até quatro vezes a atividade do filme catalítico em relação à obtida por eletrodos em que a adsorção da enzima foi feita de forma convencional, sem a modificação. Foram estudados os efeitos da temperatura sobre a atividade da enzima para a redução de O2, sendo observado um aumento linear da atividade do eletrodo com o aumento da temperatura até 30 °C, de tal forma que temperaturas mais altas proporcionaram o aumento da inativação natural das moléculas de enzima. Esse efeito de inativação foi confirmado pela diminuição da atividade com o tempo na presença de O2, por cronoamperometria, sendo a atividade interrompida pela inserção de argônio e retomada do mesmo ponto pela reinserção de O2, descartando a idéia da queda de corrente proveniente da dessorção de enzima. Foi estudado também o efeito do pH na máxima atividade da bilirrubina oxidase, conduzidos entre pH 5,0 e 8,0, e verificando-se que a máxima atividade da enzima foi obtida entre pH 5,5 e 6,0 e, além disso, verificou-se que a corrente catalítica em baixos valores de pH aumenta diretamente com o aumento do sobrepotencial aplicado. Porém, em altos valores de pH, a curva de redução toma a forma sigmoidal e passa a ser independente do sobrepotencial aplicado, sendo a reação governada por etapas químicas de transferência de prótons. O uso de eletrodos de disco rotatório possibilitou resolver parâmetros de Michaelis-Menten para a cinética do filme catalítico de forma mais precisa (a resposta de corrente é menos dependente do transporte de massa de reagentes) e esses dados foram obtidos dentro de um intervalo de pH importante para aplicações práticas. O sobrepotencial da reação de redução de O2 catalisada por bilirrubina oxidase foi comparado com o sobrepotencial obtido para a mesma reação catalisada por Platina eletrodepositada sobre a superfície de grafite pirolítico, onde foi observado um sobrepotencial de 140 mV para a catálise enzimática, demasiado menor que o valor de 415 mV obtidos para a Platina, sob as mesmas condições experimentais, em pH neutro. A metodologia proposta para a construção de um cátodo para aplicação em células a combustível enzimáticas e os subsequentes estudos possibilitaram uma investigação minuciosa para caracterizar a enzima bilirrubina oxidase como talvez o catalisador mais eficiente na redução eletroquímica de oxigênio molecular em células a combustível até o momento. / Bilirubin oxidase from Myrothecium verrucaria is a multicopper oxidase reducing O2 at the expenses of phenols, aromatic amines and polypyrrols oxidation. Electrochemically, this reduction reaction undergoes through the electron transfer between enzyme and electrode. In this thesis, the enzyme was investigated as an efficient O2 reducing agent on electrode surfaces modified by naphthil-2-carboxylate functionalities through diazonium coupling. This modification of the electrode surface increases the activity of the catalytic film up to four times comparing to that obtained by electrodes in which the enzyme molecules were adsorbed conventionally, without modification. It was studied the effect of temperature on O2 reduction, in which catalysis increased linearly with temperature up to 30 °C, and higher temperatures increased the natural enzyme inactivation. This inactivation was confirmed by the activity drop off with time in the presence of O2, by chronoamperometry, ceased out when argon was inserted into the cell and re-established from the same point when argon was purged out by insertion of O2. These results cast aside the idea of activity drop off caused by enzyme desorption. It was also investigated the pH effect on the maximum activity of bilirubin oxidase, carried out between pH 5.0 and 8.0, being the highest activity obtained at pH 5.5-6.0. Furthermore, it was observed that the catalytic current directly increases with applied overpotential, at low pH values, and the reduction wave shape becomes sigmoidal and independent on applied overpotential at high pH values. The reaction is then governed by chemical steps, as the proton transfer. The use of rotating-disc electrodes favored solving the Michaelis-Menten kinetics for the catalytic film in a much greater accuracy (the current response is much less dependent on reagent mass transport) and these data were obtained for pH interval important for practical applications. The overpotential for the O2 reduction reaction catalyzed by bilirubin oxidase was compared to the overpotential obtained by the same reaction catalyzed by Platinum electrodeposited onto a pyrolytic graphite electrode. An overpotential of only 140 mV was observed for the enzymatic catalysis, much lower compared to the 415 mV obtained for the Platinum electrode, under the same experimental conditions, at neutral pH. The proposed method for constructing a cathode for enzymatic fuel cell application and subsequent investigation described allowed an in-depth study of bilirubin oxidase characterization as perhaps the most efficient catalysts for the electrochemical reduction of molecular oxygen in fuel cells to date.

Enzimas proteolíticas de origem vegetal têm sido amplamente empregadas em diversos estudos devido a sua capacidade de clivar anticorpos em fragmentos específicos, o que, para algumas aplicações, pode ser mais interessante do que a molécula de imunoglobulina como um todo. Além disso, elas podem ser utilizadas diretamente no paciente no papel de um \"fármaco\" (Há exemplos da aplicação de enzimas no estudo de várias patologias como: doenças auto-imunes, traumáticas ou neurológicas), no auxílio de técnicas clínicas para a detecção de anticorpos e como ferramentas para a produção de soros. Apesar de a utilização dessas enzimas ter grande importância e extensa aplicabilidade, o modo de ação das proteases ainda não é bem compreendido, entretanto, as mesmas são de fácil acesso e largamente encontradas na natureza. A ficina (encontrada nas figueiras) e bromelina (proveniente do abacaxi) são, por exemplo, enzimas que vem sendo exploradas em diversos trabalhos e demostram capacidade de digerir anticorpos. Neste projeto, propusemos verificar a atividade destas enzimas sobre anticorpos provenientes de equinos produção de fragmentos imunorreativos de imunoglobulina a partir de proteases de origem vegetal, diminuindo o risco potencial de transmissão de doenças de origem animal. Espera-se que os fragmentos gerados possam contribuir para diversos estudos de ordem clínica e para a produção de soros adequados contra as toxinas presentes nos venenos de animais. As amostras de soro foram obtidas a partir da imunização dos cavalos pertencentes ao Instituto Butantan, com \"pool\" de veneno de serpente do gênero Bothrops. Esses anticorpos foram purificados utilizando ácido caprílico, digeridos por bromelina ou ficina e diafiltrados. Os resultados obtidos indicam a formação do fragmento de imunoglobulina F(ab)\'2, como proposto no projeto, entretanto necessitando ainda de um delineamento experimental mais amplo a fim de otimizar o processo de digestão atingindo uma maior quantidade de fragmentos F(ab)\'2. / Proteolytic enzymes from vegetal origin have been largely employed in several studies due to its capacity to cleave antibodies into specific fragments, which for some applications, could be more relevant than the immunoglobulin molecule itself. Beyond that, they could be used directley into a patient playing the role of a \"drug\" (There are examples of enzyme application in studies of several pathologies such as autoimmune, traumatic and neurological diseases), in the aid of clinical techniques for antibodies detection and as tools for serum production. Despite the fact that those enzymes have been of great importance and large applicability, its ease of access and ubiquity in nature, the protease mode of action is still not fully understood. Ficin (found in Fig trees) and Bromelain (found in pineapples) are, for example, enzymes that are being explored in an array of articles and demonstrate the capacity to digest antibodies. In this project, we propose to verify the activity of such enzymes from vegetal origins over the antibodies obtained from equines in the production of immunoreactive fragments of immunoglobulin, lowering the potential risk of animal origin diseases transmission. It is hoped that the fragments generated can contribute to studies of clinical level and the production of proper serum against toxins present in animal poisons. Plasma samples were obtained from horse immunization with a venon \"pool\" from Bothrops snakes at Instituto Butantan. These antibodies were purified using caprilic acid, digested by bromelain or ficin and purified again using chromatographic techniques. The results indicate the formation of an immunoglobulin fragment - F(ab)\'2, however, more experiments are needed to optimize the digestive process in order to improve the reaction yield.