Os carboidratos são moléculas diversas e complexas que são empregadas por organismos vivos em funções biológicas, como eventos energéticos, estruturais e de sinalização. L-Fucose é um monossacarídeo presente em diversos grupos biológicos, como mamíferos, insetos e plantas. Umas das modificações póstraducionais mais conhecidas contendo L-Fucose são os antígenos do sistema sanguíneo ABO e o leite humano. Alterações no padrão de fucosilação estão relacionadas a patologias como câncer e fucosidose. Essas alterações estão relacionadas ao balanço entre as atividades de α-L-fucosidases e fucosiltransferases. As -L-fucosidases são glicosídeo hidrolases que catalisam a hidrólise de ligações entre resíduos de L-Fucose ligados a outras moléculas. Fucosiltransferases são glicosiltransferases que transferem L-Fucose de GDPfucose para um substrato receptor específico. Embora a importância do metabolismo da fucose, existem poucas informações sobre este assunto em Arthropoda. A literatura indica que fucose, α-L-fucosidases e fucosiltransferases estão envolvidas na interação parasita-hospedeiro em carrapatos, sugerindo que o metabolismo da fucose é essencial para Arachnida. Nosso objetivo foi estudar o metabolismo de fucose em duas espécies de Arachnida: a aranha Nephilingis cruentata e o carrapato Amblyomma sculptum. Ele foi realizado através da caracterização das fucosidases nativas e recombinantes, estrutura e análise in silico, mutagênese sitio-dirigida, padrão de expressão, especificidade e efeito nas células tumorais. Além disso, analisamos as sequências de fucosiltransferases e a expressão por qPCR. As enzimas envolvidas em caminhos metabólicos de fucose também foram investigadas. NcFuc e AsFuc têm um pH ótimo de 5, são inibidas por fucose e fuconojirimicina e apresentam processo de oligomerização dependente de pH. Nós produzimos com sucesso as formas recombinantes dessas enzimas, e elas apresentam as mesmas propriedades cinéticas das formas nativas. A hidrólise de substratos naturais por NcFucr e AsFucr sugerem especificidades diferentes, e ambas conseguiram remover resíduos de fucose de celulares tumorais, reduzindo a invasão celular. Além disso, elas catalisaram reações de transfucosilação. A produção recombinante permitiu a identificação dos resíduos D214 e E59 como díade catalítica em NcFuc. As análises filogenéticas, os dados cinéticos, a modelagem molecular e a especificidade sugerem que os sítios ativos das α-Lfucosidases são diferentes em cada espécie de Arachnida e indicaram que o significado fisiológico da remoção de fucose é diferente entre os organismos. Os ensaios de qPCR evidenciaram que, embora as α-L-fucosidases possam ser enzimas lisossômicas, elas são principalmente expressas no sistema digestório em Arachnida e estão envolvidas na digestão. Representantes de todas as famílias conhecidas de fucosiltransferases foram identificados nos dados do transcriptoma de aranha. No entanto, POFUT1 também foi identificado no nível proteômico e sua análise de expressão indicou uma maior expressão no MG. Isso pode estar relacionado à regeneração de células após a secreção de enzimas digestivas. A análise transcriptômica e proteômica indica que o Arachnida usa vias salvage e de novo para a síntese de fucose. Considerando todos os dados obtidos, concluímos 11 que o metabolismo da fucose está relacionado à digestão em Arachnida, uma vez que eles podem obter a fucose da dieta devido à presença de α-L-fucosidases muito ativas. / Carbohydrates are diverse and complex molecules being employed by living organisms in biological functions such as energetic, structural and signalling events. L-Fucose is a monosaccharide component of many glycans present in a variety of biological groups, such as mammals, insects, and plants. Some of the best-known examples of post-translational modified molecules containing L-Fucose are the ABO blood antigen system and human milk. Changes in the fucosylation pattern are related to pathologies like cancer and fucosidosis. These changes are related to the balance between the activities of α-L-fucosidases and fucosyltransferases. α-Lfucosidases are glycoside hydrolases that catalyse the hydrolysis of glycosidic bonds between residues of L-Fucose to other molecules. Fucosyltransferases are glycosyltransferases which transfer L-Fucose from a GDP-fucose to a specific acceptor. Although the importance of fucose metabolism, there is few information about this subject in Arthropoda. Literature indicates that fucose, α-L-fucosidases and fucosyltransferases are involved in host-pathogen interaction in ticks, suggesting that fucose metabolism is essential to Arachnida. Our aim was to study the metabolism of fucose in two Arachnida species: the spider Nephilingis cruentata and the tick Amblyomma sculptum. This was accomplished through the characterization of native and recombinant fucosidases, structure and in silico analyses, site-directed mutagenesis, expression pattern, specificity and, effect on tumour cells. Besides that, we analysed fucosyltransferases sequences and expression by qPCR. The enzymes involved in fucose metabolic pathways were also investigated. NcFuc and AsFuc have a pH optimum of 5.0, are competitively inhibited by fucose and fuconojirimycin and present an oligomerisation process pH dependent. We successfully produced the recombinant form of these enzymes, and they have the same kinetic properties of native forms. Natural substrate hydrolysis by NcFucr and AsFucr suggest different specificities and they were able to remove fucose residues from tumour cell lines, reducing cell invasion. Moreover, they catalysed transfucosylation reactions. The recombinant production allowed the identification of the residues D214 and E59 as the catalytic dyad in NcFuc. Phylogenetic analysis, kinetic data, molecular modelling, and specificity assays suggest that α-L-fucosidase active sites are different to each Arachnida species and indicated that the physiological significance of fucose removal is different among organisms qPCR assays evidenced that although fucosidases might be lysosomal enzymes, they are mainly expressed at the digestive system in Arachnida and are involved in digestion. Representatives of all known families of fucosyltransferases were identified in the spider MG transcriptome data. However, POFUT1 was also identified at the proteomic level and its expression analysis indicated a higher expression at MG. This might be related to the regeneration of cells after secretion of digestive enzymes. Transcriptomic and proteomic analysis indicate that Arachnida uses both salvage and de novo pathways to fucose synthesis. Considering all the obtained data we concluded that fucose metabolism is related to digestion in Arachnida since they are able to salvage fucose from diet due to the presence of very active α-L-fucosidases.

No tubo digestivo das larvas de Anastrepha fraterculus e Anastrepha pickeli há β-glicosidases capazes de clivar dissacarideos, β-glicosídeos tóxicos produzidos por plantas e substratos sintéticos. As β-glicosidases de A. fraterculus são pouco ativas e as de A. pickeli são bastante ativas sobre alguns compostos, entre eles linamarina, um glicosídeo cianogênico. Esse composto está presente, em altas concentrações, no fruto da mandioca do qual a larva se alimenta. A. fraterculus alimenta-se do fruto da goiaba e aparentemente consegue o carboidrato que necessita por ação de α-glicosidases, que são bem mais ativas do que as β. O fruto da mandioca não é tão nutritivo e A. pickeli deve aproveitar a glicose da linamarina para obter energia e consegue desintoxicar-se do aglicone tóxico. Rhynchosciara americana apresenta quatro β-glicosidases nas membranas microvilares intestinais, sendo três delas β-galactosidases. Dessas, duas são ativadas por Triton X-100 sendo que a glicosidase, de maior mobilidade eletroforética é ativada por este composto, com uma Ka de 4µM, um α de 0,5 e um β de 2. β-tioglicosidases foram demonstradas em afideos. Nós verificamos que ocorre a clivagem do tioglicosídeo sinigrina após separação das β-glicosidases digestivas do Lepidoptera Diatraea saccharalis por cromatografia hidrofóbica. Nesse inseto, a mesma enzima é capaz de clivar O- e S-glicosídeos com atividades semelhantes. Enzimas com essas características nunca foram descritas anteriormente. Esses experimentos ilustram a viabilidade das adaptações dos insetos na utilização de compostos formados for ligações β-glicosídicas, viabilizando a exploração de nutrientes normalmente inacessíveis a outros animais. / Anastrepha fraterculus and Anastrepha pickeli have in their midguts 13-glycosidases able to hydrolase dissaccharides, synthetic substrate and plant toxic β-glucosides. β-glycosidases from A. fraterculus have low activity and the enzymes from A. pickeli may be highly active depending on the substrate used. Linamarin, a cyanogenic β-glucoside present in A. pickeli food (Manihot fruit) is easly hydrolysed by A. pickeli β-glycosidases (A. fraterculus eats on guava fruits and may obtain carbohydrate through the action of α-glycosidases, that are much more active them the β-glycosidases). A. pickeli probably uses glucose derived from linamarinan avoiding the effects of the toxic aglycon. Rhynchosciara americana has 4 β-glycosidases (3 galactosidases and I glucosidase) in their intestinal microvilar membranes. Two of these enzymes are activated by Triton X-100. In β glucosidase the activation has Ka= 4µM, α=0,5 e β=2. β-thioglycosidases occur in Aphids. One digestive β-glucosidase from Diatraea saccharalis resolved by hydrofobic chrornatography hydrolyses sinigrin. The same enzyme may hydrolyse O- and S-glucosides with the same efficienly. Enzymes with this specificity have never been described before. In this study we shown some adaptations of insects to use substrates with β-glycosidic bonds, allowing these organisrns to explore nutrients usualy avoided by other animals.

Foram purificadas através de uma combinação de cromatografias as duas &#946;- glicosidases digestivas (Mr 47.000 e 50.000 - denominadas &#946;47 e &#946;50, respectivamente) encontradas na larva de S. frugiperda. Experimentos de competição entre substratos e modificação química mostraram que a &#946;47 possui dois sítios ativos. Um desses sítios denominado aril&$946;glicosidase apresenta um subsítio -1 que liga galactose mais eficientemente do enquanto ,que o subsítio +1 prefere pequenos grupos hidrofóbicos cíclicos. O segundo sítio, denominado celobiase, possui um subsítio -1 que prefere glicose. Já a região de ligação do aglicone apresenta 4 subsítios, que ligam glicose com afinidade decrescente à medida que afastam-se do ponto de clivagem do substrato. O cDNA que codifica a &#946;50 foi clonado e sequenciado. Alinhamentos de sequência de aminoácidos, experimentos de competição entre substratos e inibição mostraram que esta enzima possui apenas um sítio ativo. O subsítio -1, cuja especificidade é controlada por uma rede de pontes de hidrogênio, foi estudado comparando-se os parâmetros cinéticos (Kcat e KcaUKm) para a hidrólise de NP&#946;glicosídeos. A região de posicionamento do aglicone, uma fenda hidrofóbica composta de 3 subsítios, foi caracterizada utilizando-se alquil &#946;-glucosídeos e oligocelodextrinas como inibidores. O alinhamento da sequência de aminoácidos da &#946;50 com outras glicosil hidrolases sugeriu quais aminoácidos participariam da ligação do substrato e que o GlU187 (doador de prótons - pKa = 7,5) e o GIU399 (nucleófilo - pKa = 4,5) estão diretamente envolvidos na catálise. Além disso, a Arg97 e a Tyr331 participam indiretamente modulando o pKa do GIU399. r . / Two digestive &#946;-glycosidases (MW 47,000 and 50,000, named &#946;gly47 and &#946;gly50, respectively) whose are found in the S. frugiperda larvae were purified by a combination of chromatographic steps. Substrate competition experiments and chemical modification data showed that &#946;gly47 has two active sites. One of them was called aryl &#946;-glycosidase and presents a -1 subsite that prefers galactose while the +1 subsite binds small cyclic hydrophobic groups. The other active site was called cellobiase and presents 4 subsites that bind glucose residues weaker as they get far from the cleavage point. The cDNA that codes the &#946;gly50 was cloned and sequenced. Amino acid sequence alignment, substrate competition experiments and inhibitions proved that this enzyme has just one active site. The -1 subsite specificity is controlled by a hydrogen bond network as it was showed comparing the kinetic parameters (Kcat and KcatlKm) for some NP&#946;glycosides hydrolysis. The aglycone binding region, a hydrophobic cleft, was studied with alkyl &#946;-glucosides and oligocellodextrins as competitive inhibitors. Amino acid sequence alignment between the &#946;gly50 and other glycosil hydrolases showed the amino acids responsible for the substrate binding and that the GIU<SUB.187 (proton donor - pKa = 7.5) and GIU399 (nucleophile - pKa = 4.5) are directly involved in the catalysis. Beside this, Arg97 and Tyr331 participate indirectly in the catalysis, modulating the nucleophile pKa

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-08-05Bitstream added on 2014-06-13T19:19:58Z : No. of bitstreams: 1 tobal_tm_dr_arafcf.pdf: 1024748 bytes, checksum: 9a431e076fe886b2b80c19c23adb8bde (MD5) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / Este estudo teve como objetivo aplicar β-glicosidases produzidas por microrganismos taxonomicamente distantes do gênero Saccharomyces na produção de aguardente de cana, visando uma maior liberação de compostos flavorizantes, em especial os monoterpenos para a obtenção de aguardentes com atributo sensorial floral mais intenso. Testes preliminares foram realizados adicionando-se extrato bruto de β-glicosidases do Aureobasidium pullulans ER-16 e do Thermoascus aurantiacus CBMAI-756 no caldo de quatro variedades de cana-de-açúcar, com pH 4.5 e diferentes condições de temperatura, agitação e tempo de hidrólise. O complexo enzimático produzido pelo microrganismo T. aurantiacus foi adicionado anteriormente à inoculação do caldo de cana com a Saccharomyces cerevisiae, e a fermentação padrão com S. cerevisiae foi adotada como referência. A determinação dos efeitos das β-glicosidases na desglicosilação de terpenos foi avaliada utilizando um cromatógrafo gasoso acoplado a um espectrômetro de massas (GC-MS), com injeção da fase vapor do mosto e dos produtos de destilação no modo head-space com micro extração em fase sólida (HS-SPME), além da aplicação de testes de análise sensorial. Nenhum composto terpênico foi encontrado nos caldos originais, entretanto citronelol, nerol e geraniol foram encontrados nos caldos de cana tratados com β-glicosidases, na faixa de microgramas por litro, exceto para variedade IAC87-3396. Temperatura, tempo de hidrólise e agitação não afetou os valores encontrados, entretanto uma maior eficiência da atividade hidrolítica de β-glicosidases do T. aurantiacus foi encontrada. Não foi observada a presença de linalol e nerol na cahaça controle até o limite de detecção de 5 μg/L, entretanto a presença de linalol e nerol foi confirmada na cachaça tratada... / This research aims to apply β-glucosidase produced by microorganisms taxonomically distant from the genus Saccharomyces to produce Brazilian sugar cane spirit, seeking a greater release of flavor compounds, especially monoterpenes to brandies with obtaining sensory attribute floral more intense. The enzymatic complexe by Aureobasidium pullulans ER-16 and Thermoascus aurantiacus CBMAI-756 were added to the juices from four sugar cane varieties, with pH 4.5 and under different conditions of temperature, agitation and hydrolysis time. The enzyme complexe produced by microorganism Thermoascus aurantiacus, was added before the inoculation of sugarcane juice with Saccharomyces cerevisiae and the fermentation pattern of S. cerevisiae was used as a reference. The determination of the effects of the addition of β-glucosidases in the deglycosylation of terpenes was evaluated by gas chromatography with mass spectrometry (GC-MS), with injection of the vapor of the distillates in order to head-space micro-phase extraction solid (HS-SPME), and sensory evaluation. No terpenic compounds were found in the original juices, but citronellol, nerol and geraniol were found in the treated sugar cane juices in the range of micrograms per liter, except for variety IAC87-3396. Temperature, hydrolysis time and agitation did not show to be significant parameters in this process, however a greater efficiency of the hydrolytic activity of β-glucosidases from the T. aurantiacus was found. Linallol and nerol weren`t detected in the control cachaça at LOD of 5 μg/L, whereas in the enzymatic treated cachaça, the presence of linallol and nerol was confirmed. The concentrations of terpienol and geraniol were significantly increased in treated sugar cane juice spirit, which received higher scores in the sensory evaluation.

Orientador: Prof. Dr. Wanius José Garcia da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biotecnociência, 2017. / A hidrolise enzimatica da celulose e realizada pela acao sinergica de pelo menos tres tipos de celulases distintas: endoglucanases, exoglucanases e B.glicosidases. As endoglucanases e celobiohidrolases sao frequentemente inibidas pelo aumento da concentracao de celobiose (dimero de glicose) no meio reacional. As ¿À-glicosidases sao enzimas que clivam celobiose em monomeros de glicose. Portanto, as B-glicosidases sao essenciais ao processo de hidrolise da celulose por impedirem o acumulo de celobiose e, assim, evitar a diminuicao da taxa de hidrolise. Processos de pre-tratamento da biomassa lignocelulosica sao empregados, antes da reacao de hidrolise enzimatica da celulose, a fim de retirar a fracao de lignina e aumentar a taxa de conversao da celulose em glicose. Porem, estes processos de pre-tratamento da biomassa lignocelulosica nao sao 100% eficientes na remocao da lignina. Estudos previos mostraram que a adicao de lignina a celulose pura pode causar a reducao da liberacao de acucar em valores superiores a 60%. Assim, neste estudo, nos caracterizamos a adsorcao nao produtiva da enzima ¿À-glicosidase da familia GH1 da bacteria Thermotoga petrophila (TpBGL1) em ligninas extraidas de diferentes biomassas (cana-de-acucar e eucalipto). Em pH 7 e 6, nossos resultados indicaram que a repulsao eletrostatica enfraquece a adsorcao nao produtiva de TpBGL1 em ligninas. Contudo, em pH 4 a atracao eletrostatica fortalece a adsorcao nao produtiva. Alem disso, o aumento da temperatura de 25 oC para 70 oC nao resultou em um aumento significativo da adsorcao de TpBGL1 em ligninas, provavelmente porque nao ocorre um aumento significativo de regioes hidrofobicas na estrutura da enzima expostas ao solvente. Todas as informacoes obtidas neste estudo poderao ser uteis para aplicacoes biotecnologicas no campo de conversao de polissacarideos estruturais em bioenergia. / The B-glucosidases are a group of important enzymes employed in a large number of industrial applications. In this study, we reported for the first time the photobiosynthesis of stable and functional silver nanoparticles (AgNPs) using two hyperthermostable bacterial â-glucosidases with industrial potential. The syntheses were simple and rapid processes carried out by mixing â-glucosidases and silver solution under irradiation with light (450-600 nm), therefore, compatible with the green chemistry methodology. The synthesized AgNPs were characterized using a series of physical techniques. Absorption spectroscopy showed a strong absorption band at 460 nm due to surface plasmon resonance of the AgNPs. X-ray diffraction analysis showed that the AgNPs were purely crystalline in nature. Electron microscopy showed AgNPs of variable diameter ranging from 20 to 100 nm. In addition, electron microscopy, zeta potential and Fourier transform infrared spectroscopy results confirmed the presence of â-glucosidases coating and stabilizing the AgNPs. The results also showed that the enzymatic activities were maintained in the â-glucosidases assisted AgNPs. The data described in this study should provide a useful basis for future studies of â-glucosidases assisted AgNPs, including biotechnological applications.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:03:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RoberioMN.pdf: 839058 bytes, checksum: 1087756ecda3734e7aef07c3e72cb26c (MD5) Previous issue date: 2008-02-27 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / ?-D-glucosidase (EC 3.2.1.21) is one of the most interesting glycosidases, especially for hydrolysis cellobiose releasing glucose, is last step degradation of cellulose. This function makes the ?-D-glucosidase is of great interest as a versatile industrial biocatalyst, being critical to various bio-treatment / biorefinery processes, such as bioethanol production. Hen in the report, a ?-D-glucosidase was extracts from protein extracted of the invertebrate marine Artemia franciscana was purified and characterized with a combination of precipitation with ammonium sulfate (0 - 30%, 30 to 50%, 50 to 80%), the fraction saturated in the range of 30 to 50% (called F-II) was applied in a molecular exclusion chromatography, in Sephacryl S-200, the fractions corresponding to the first peak of activity of ?-D-glucosidase were gathered and applied in a chromatography of ion exchange in Mono Q; the third peak this protein obtained chromatography, which coincides with the peak of activity of ?-D-glucosidase was held and applied in a gel filtration chromatography Superose 12 where the first peak protein, which has activity of ?-D-glucosidase was rechromatography on Superose 12. This enzyme is probably multimerica, consisting of three subunit molecular mass of 52.7 kDa (determined by SDS-PAGE) with native molecular mass of 157 kDa (determined by gel filtration chromatography on Superose 12 under the system FPLC). The enzyme was purified 44.09 times with a recovery of 1.01%. Using up p-nitrophenyl-?-D-glucopiranoside as substrate obtained a Km apparent of 0.229 mM and a Vmax of 1.109 mM.60min-1.mL-1mM. The optimum pH and optimum temperature of catalysis of the synthetic substrate were 5.0 and 45 ?C, respectively. The activity of the ?-D-glucosidase was strongly, inhibited by silver nitrate and N- etylmaleimide, this inhibition indicates the involvement of radical sulfidrila the hydrolysis of synthetic substrate. The ?-D-glucosidase of Artemia franciscana presented degradativa action on celobiose, lactose and on the synthetic substrate ?-nitrophenyl-?-D-glucopiranoside indicating potential use of this enzyme in the industry mainly for the production of bioethanol (production of alcohol from the participating cellulose), and production hydrolysate milk (devoid of milk lactose) / ?-D-glicosidase (EC 3.2.1.21) ? uma das mais interessantes glicosidases, especialmente por hidrolisar celobiose liberando glicose, ?ltimo passo de degrada??o de celulose. Esta fun??o faz com que a ?-D-glicosidase seja de grande interesse como um vers?til biocatalizador industrial, sendo critica para v?rios processos de bio-tratamento / biorrefinaria, como produ??o de bioetanol. Neste trabalho, uma ?-D-glicosidase extra?da de extratos prot?icos do invertebrado marinho Artemia franciscana foi purificada e caracterizada com uma combina??o de precipita??o com sulfato de am?nio (30; 50; 80%), a fra??o saturada na faixa de 50% (chamada F-II) foi aplicada em uma cromatografia de exclus?o molecular em Sephacryl S-200, as fra??es correspondentes ao primeiro pico de atividade da ?-D-glicosidase foram reunidas e aplicadas numa cromatografia de troca i?nica em Mono Q; o terceiro pico prot?ico obtido nessa cromatografia, o qual coincide com o pico de atividade da ?-D-glicosidase, foi reunido e aplicado numa cromatografia gel filtra??o Superose 12 onde o primeiro pico prot?ico, o qual possui atividade da ?-D-glicosidase, foi recromatografado em Superose 12. Esta enzima provavelmente ? multimerica, constitu?da por tr?s subunidades, de massa molecular de 52,7 kDa (determinado por SDS-PAGE) e com massa molecular nativa de 157 kDa (determinado por cromatografia gel filtra??o em Superose 12 sob o sistema FPLC). A enzima foi purificada 44,09 vezes com uma recupera??o de 1,01%. Utilizando-se ?-nitrofenil-?-D-glicopiranos?deo como substrato obtivemos uma Km aparente de 0,229 mM (12,7 ?M de produto/cm/hora) e Vm?x de 1,109 mM.60min-1.mL-1. O pH ?timo e a temperatura ?tima de cat?lise do substrato sint?tico foram 5,0 e 45?C, respectivamente. A atividade ?-D-glicosid?sica foi fortemente inibida por nitrato de prata e N-etilmaleimida, esta inibi??o indica o envolvimento de radicais sulfidrila na hidr?lise do substrato sint?tico. A ?-D-glicosidase de Artemia franciscana apresentou a??o degradativa sobre celobiose, lactose e sobre o substrato sint?tico ?-nitrofenil-?-D-glicopiranos?deo, indicando potencial uso desta enzima na ind?stria principalmente para produ??o de bioetanol (produ??o de ?lcool a parti de celulose) e produ??o de leite hidrolisado (leite destitu?do de lactose)

Foram purificadas através de uma combinação de cromatografias as duas &#946;- glicosidases digestivas (Mr 47.000 e 50.000 - denominadas &#946;47 e &#946;50, respectivamente) encontradas na larva de S. frugiperda. Experimentos de competição entre substratos e modificação química mostraram que a &#946;47 possui dois sítios ativos. Um desses sítios denominado aril&$946;glicosidase apresenta um subsítio -1 que liga galactose mais eficientemente do enquanto ,que o subsítio +1 prefere pequenos grupos hidrofóbicos cíclicos. O segundo sítio, denominado celobiase, possui um subsítio -1 que prefere glicose. Já a região de ligação do aglicone apresenta 4 subsítios, que ligam glicose com afinidade decrescente à medida que afastam-se do ponto de clivagem do substrato. O cDNA que codifica a &#946;50 foi clonado e sequenciado. Alinhamentos de sequência de aminoácidos, experimentos de competição entre substratos e inibição mostraram que esta enzima possui apenas um sítio ativo. O subsítio -1, cuja especificidade é controlada por uma rede de pontes de hidrogênio, foi estudado comparando-se os parâmetros cinéticos (Kcat e KcaUKm) para a hidrólise de NP&#946;glicosídeos. A região de posicionamento do aglicone, uma fenda hidrofóbica composta de 3 subsítios, foi caracterizada utilizando-se alquil &#946;-glucosídeos e oligocelodextrinas como inibidores. O alinhamento da sequência de aminoácidos da &#946;50 com outras glicosil hidrolases sugeriu quais aminoácidos participariam da ligação do substrato e que o GlU187 (doador de prótons - pKa = 7,5) e o GIU399 (nucleófilo - pKa = 4,5) estão diretamente envolvidos na catálise. Além disso, a Arg97 e a Tyr331 participam indiretamente modulando o pKa do GIU399. r . / Two digestive &#946;-glycosidases (MW 47,000 and 50,000, named &#946;gly47 and &#946;gly50, respectively) whose are found in the S. frugiperda larvae were purified by a combination of chromatographic steps. Substrate competition experiments and chemical modification data showed that &#946;gly47 has two active sites. One of them was called aryl &#946;-glycosidase and presents a -1 subsite that prefers galactose while the +1 subsite binds small cyclic hydrophobic groups. The other active site was called cellobiase and presents 4 subsites that bind glucose residues weaker as they get far from the cleavage point. The cDNA that codes the &#946;gly50 was cloned and sequenced. Amino acid sequence alignment, substrate competition experiments and inhibitions proved that this enzyme has just one active site. The -1 subsite specificity is controlled by a hydrogen bond network as it was showed comparing the kinetic parameters (Kcat and KcatlKm) for some NP&#946;glycosides hydrolysis. The aglycone binding region, a hydrophobic cleft, was studied with alkyl &#946;-glucosides and oligocellodextrins as competitive inhibitors. Amino acid sequence alignment between the &#946;gly50 and other glycosil hydrolases showed the amino acids responsible for the substrate binding and that the GIU<SUB.187 (proton donor - pKa = 7.5) and GIU399 (nucleophile - pKa = 4.5) are directly involved in the catalysis. Beside this, Arg97 and Tyr331 participate indirectly in the catalysis, modulating the nucleophile pKa

No tubo digestivo das larvas de Anastrepha fraterculus e Anastrepha pickeli há &#946;-glicosidases capazes de clivar dissacarideos, &#946;-glicosídeos tóxicos produzidos por plantas e substratos sintéticos. As &#946;-glicosidases de A. fraterculus são pouco ativas e as de A. pickeli são bastante ativas sobre alguns compostos, entre eles linamarina, um glicosídeo cianogênico. Esse composto está presente, em altas concentrações, no fruto da mandioca do qual a larva se alimenta. A. fraterculus alimenta-se do fruto da goiaba e aparentemente consegue o carboidrato que necessita por ação de &#945;-glicosidases, que são bem mais ativas do que as &#946;. O fruto da mandioca não é tão nutritivo e A. pickeli deve aproveitar a glicose da linamarina para obter energia e consegue desintoxicar-se do aglicone tóxico. Rhynchosciara americana apresenta quatro &#946;-glicosidases nas membranas microvilares intestinais, sendo três delas &#946;-galactosidases. Dessas, duas são ativadas por Triton X-100 sendo que a glicosidase, de maior mobilidade eletroforética é ativada por este composto, com uma Ka de 4&#181;M, um &#945; de 0,5 e um &#946; de 2. &#946;-tioglicosidases foram demonstradas em afideos. Nós verificamos que ocorre a clivagem do tioglicosídeo sinigrina após separação das &#946;-glicosidases digestivas do Lepidoptera Diatraea saccharalis por cromatografia hidrofóbica. Nesse inseto, a mesma enzima é capaz de clivar O- e S-glicosídeos com atividades semelhantes. Enzimas com essas características nunca foram descritas anteriormente. Esses experimentos ilustram a viabilidade das adaptações dos insetos na utilização de compostos formados for ligações &#946;-glicosídicas, viabilizando a exploração de nutrientes normalmente inacessíveis a outros animais. / Anastrepha fraterculus and Anastrepha pickeli have in their midguts 13-glycosidases able to hydrolase dissaccharides, synthetic substrate and plant toxic &#946;-glucosides. &#946;-glycosidases from A. fraterculus have low activity and the enzymes from A. pickeli may be highly active depending on the substrate used. Linamarin, a cyanogenic &#946;-glucoside present in A. pickeli food (Manihot fruit) is easly hydrolysed by A. pickeli &#946;-glycosidases (A. fraterculus eats on guava fruits and may obtain carbohydrate through the action of &#945;-glycosidases, that are much more active them the &#946;-glycosidases). A. pickeli probably uses glucose derived from linamarinan avoiding the effects of the toxic aglycon. Rhynchosciara americana has 4 &#946;-glycosidases (3 galactosidases and I glucosidase) in their intestinal microvilar membranes. Two of these enzymes are activated by Triton X-100. In &#946; glucosidase the activation has Ka= 4&#181;M, &#945;=0,5 e &#946;=2. &#946;-thioglycosidases occur in Aphids. One digestive &#946;-glucosidase from Diatraea saccharalis resolved by hydrofobic chrornatography hydrolyses sinigrin. The same enzyme may hydrolyse O- and S-glucosides with the same efficienly. Enzymes with this specificity have never been described before. In this study we shown some adaptations of insects to use substrates with &#946;-glycosidic bonds, allowing these organisrns to explore nutrients usualy avoided by other animals.

Orientador: Eleni Gomes / Resumo: As leveduras são organismos quimiorganotróficos que utilizam principalmente glicose como fonte de energia e carbono. Além da glicose, outros açúcares fermentescíveis se encontram em abundância na natureza e têm sido subaproveitados na indústria, dos quais se destaca a xilose. Para algumas leveduras, como Saccharomyces cerevisiae, a utilização de pentoses é limitada pela carência de transportadores de membrana específicos e enzimas intracelulares para a metabolização deste açúcar. Entretanto, algumas leveduras são capazes de utilizar xilose como fonte de carbono e bioconverte-la em produtos como etanol, ácidos orgânicos ou peptídeos. Isso implica na existência de um sistema de transporte e enzimas intracelulares para metabolizala. Neste contexto, a prospecção de enzimas auxiliares despolimerizantes do material lignocelulósico, tais como β-glicosidases e α-L-arabinofuranosidases, também assume função importante para obtenção de açúcares fermentescíveis. Além disso, poucos estudos estão disponíveis a respeito da produção de peptídeos bioativos por leveduras, quais podem ser fontes promissoras de produção dos mesmos. Sendo assim, o presente trabalho buscou investigar o consumo de xilose, a produção de peptídeos com atividade biológica e a produção de βglicosidases pelas espécies Pichia ofunaensis e Trichosporon multisporon, assim como a produção de α-L-arabinofuranosidases por Aureobasidium pullulans e A. leucospermi. As enzimas foram prospectadas utilizando farelo de trigo como ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Yeasts are chemorganotrophic organisms that mainly use glucose as a source of energy and carbon. In addition to glucose, other fermentable sugars are found in abundance in nature and have been underutilized in the industry, of which xylose stands out. For some yeasts, such as Saccharomyces cerevisiae, the use of pentoses is limited by the lack of specific membrane transporters and intracellular enzymes for the metabolization of this sugar. However, some yeasts are able to use xylose as a carbon source and bioconvert it into products such as etanol, organic acids or peptides. This implies the existence of a transport system and intracellular enzymes to metabolize it. The fermentation of pentoses is an essential step to improve the yield in the production of ethanol and organic acids. In this context, the prospection of depolymerizing auxiliary enzymes of lignocellulosic material, such as β-glycosidases and α-Larabinofuranosidases, also plays an important role in obtaining fermentable sugars. In addition, few studies are available regarding the production of bioactive peptides by yeasts, which can be promising sources of their production. Thus, the present work sought to investigate the consumption of xylose, the production of peptides with biological activity and the production of β-glycosidases by the species Pichia ofunaensis and Trichosporon multisporon, as well as the production of α-L-arabinofuranosidases by Aureobasidium pullulans and A. leucospermi. The enzymes were pro... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Foi realizado o pirossequenciamento de duas bibliotecas de cDNA do intestino médio de Tenebrio molitor e as sequências foram submetidos à montagem através do programa Newbler. Visando sanar alguns questionamentos a respeito de muitos tipos de transportadores que pudessem estar envolvidos com funções presumíveis em tamponamento luminal, absorção de nutrientes, envolvimento em mecanismos de secreção de enzimas como a &#945;-manosidases e secreção e absorção de água, foram analisadas sequências de interesse que pudessem esclarecer os fenômenos fisiológicos em questão. O pirossequenciamento revelou 19 sequencias de &#945;-manosidases. Após alinhamentos múltiplos, desconfiou-se que o contig 12 era a continuação da sequência original da &#945;-manosidase. Utilizando-se de iniciadores apropriados, a suspeita foi confirmada e uma sequência completa foi obtida e denominada de TmMan1. Através de cladogramas gerados com as sequências de todos os contigs obtidos, assim como de sequências representativas das famílias 38 e 47 das glicosídeos hidrolases, mostrou que todas a nossas sequências, exceto o contig 6 e 7, pertencem à família 38. Todas as sequências com mais de 100 reads (exceto o contig 9) tiveram a sua expressão tecidual avaliada por RT-PCR. Os resultados mostraram que só são expressos no intestino ou intestino e túbulo de Malpighi, implicando na possibilidade de serem digestivas. Dessas sequências, as únicas com peptídeo sinal são a TmMan1 (contig 12) e o contig 14 e, portanto, devem corresponder às atividades Man1 e Man2. Levando em conta o número de reads, TmMan1 deveria corresponder a Man2 e o contig 14 à Man1. É possível, embora necessite de confirmação, que os contigs 8 e 15 sejam de expressão lisossômica. Um peptídeo sintetizado que correspondia a sequencia única da TmMan1 foi usado para gerar anticorpos, que reconheceram a Man2, mas não a Man1, confirmando a identificação de TmMan1 com a Man2. Esse anticorpo foi também utilizado para imunolocalizar a TmMan1 nas células intestinais de T. molitor. Os resultados mostraram que a TmMan1 é secretada de forma apócrina pela região anterior de intestino de T. molitor. Esse trabalho é o primeiro que mostra a ocorrência de &#945;-manosidases com especificidade similar àquelas lissossômicas, mas que são secretadas apócrinamente para fora da célula, devendo agir no lúmen intestinal, removendo resíduos de manoses de oligossacarídeos manosilados. Foram identificados 10 tipos diferentes de transportadores e na elaboração dos modelos fisiológicos só foram levados em conta aqueles expressos exclusivamente no intestino médio ou no intestino médio e túbulos de Malpighi. A V-ATPase em T.molitor parece ser uma bomba usada para energizar muitos dos transportes ao longo do intestino médio como, por exemplo, o de oligopeptídeos. Já as bombas de Na+ e K+ são responsáveis pelo equilíbrio de cargas e, portanto estão presentes na maioria dos tipos celulares. Duas sequências de cotransportadores de oligopeptídeos/H+ foram encontradas no pirossequenciamento e sua expressão é maior na região posterior, uma vez que ali é a última possibilidade de absorção dos oligopeptídeos que ainda estiverem no lúmen, remanescentes da digestão final de proteínas. Foi demonstrado que T.Molitor absorve aminoácidos e açúcares ao longo de todo o intestino médio, pois estes tipos de transportadores possuem uma expressão uniforme ao longo do intestino médio. Já a expressão dos transportadores de NH3/NH4+ em T.molitor, encontra-se confinada ás regiões onde o pH do intestino médio do inseto é mais ácida. Também há uma expressão de transportadores de cloreto que se manifesta mais intensamente na região anterior. Podemos visualizar que a distribuição dos contigs dos transportadores de bicarbonato encontra-se mais expressiva na região posterior do intestino médio. Os resultados sugerem que a acidificação na região anterior do intestino de T.molitor pode resultar da secreção de NH4+ acompanhado do íon cloreto e a alcalinização na região posterior do lançamento no lúmen de bicarbonato. A importância dos canais de cloreto é que o mesmo balanceia as cargas e desta forma pode ser útil juntamente com o transporte de NH4+, que gera uma carga no lado onde é transportado. Há absorvição de água (junto com glicose) ao longo de todo o intestino médio, enquanto que a secreção de água ocorreria apenas nos dois terços finais do intestino médio com o auxílio de aquaporinas complementado por transportadores de íons, teria como consequência a abosorção líquida de água na região anterior e uma secreção líquida no final do intestino médio. Isso esclarece qual a base molecular para a ocorrência do contrafluxo intestinal evidenciado por experimentos fisiológicos. / Pyrosequencing was performed with two cDNA libraries in the midgut of Tenebrio molitor and the sequences were subjected to assembly with the Newbler program. In order to tackle questions concerning proteins which may be involved in midgut buffering, nutrient absorption, in the secretion of enzymes such as &#945;-mannosidases , and water absorption and secretion, sequences of interest were analyzed in order to clarify those physiological phenomena. The pyrosequencing revealed 19 sequences of &#945;- mannosidases . After multiple alignments, it was suspected that the contig 12 was the continuation of the original sequence of the &#945;-mannosidase. Using appropriate primers, the hypothesis was confirmed and a complete sequence was obtained and named TmMan . Through cladograms generated from the sequences of the contigs obtained, as well as of sequences representing families 38 and 47 of glycoside hydrolases, it was showed that all sequences except the contig 6 and 7 belong to family 38. All sequences with over 100 reads (except contig 9) had their tissue expression assessed by RT-PCR. The results showed that they are expressed only in the midgut or midgut and Malpighian tubules, implying the possibility of having a digestive function. Among these sequences, the only ones with a signal peptide are TmMan1 (contig 12) and contig 14 and therefore they should correspond to the activities Man1 and Man2. Taking into account the number of reads, TmMan1 should correspond to Man2 and contig 14 to Man1. It is possible, though it requires confirmation, that the contigs 8 and 15 are lysosomal. A peptide corresponding to the unique sequence TmMan1 was synthesized and used to generate antibodies that recognized Man2 , but not Man1, confirming the identification of TmMan1 with Man2. This antibody was also used to immunolocalyze TmMan1 in the midgut cells of T. molitor. The results showed that TmMan1 is secreted in an apocrine way by the anterior region of T. molitor midgut. This is the first study that shows the occurrence of &#945;-mannosidases with similar specificity to those lysosomal, but that are secreted in an apocrine way, acting in the midgut lumen, removing mannoses from mannosylated oligosaccharides. We identified 10 different types of carriers and in the development of physiological models it was only taken into account those expressed exclusively in the midgut or midgut and Malpighian tubules . The V- ATPase in T.molitor appears to be a pump used for powering many transports along the midgut, as of oligopeptides. The Na+ and K+ pumps are responsible for charge load balancing and therefore are present in most cell types. Two sequences of oligopeptide / H+ cotransporters were found in the transcriptome and their expression is higher in the posterior region. This agrees with the fact that there is the last possibility of oligopeptides remaining in the lumen to be absorbed. It is highly probable that T.molitor absorbs amino acids and sugars throughout the midgut, once these types of carriers have a uniform expression throughout the midgut . The expression of NH3/NH4+ transporters in T.molitor is confined to the regions where the pH of the insect midgut is more acidic. There is also chloride transporter expression there. The expression of bicarbonate transporters is more significant in the posterior midgut. The results suggest that acidification in the anterior T.molitor midgut may result from the secretion of NH4+ and chloride ions together, whereas the alkalization in the posterior midgut results from bicarbonate release. There is water absortion (along with glucose) throughout the midgut , while the water secretion occurs only in the final two-thirds of the midgut with the aid of aquaporins, complemented by ion transporters. It would result in the net absorption and net secretion of water in the anterior and postertior midgut, respectively. This clarifies the molecular basis of the midgut countercurrent fluxes evidenced by physiological experiments.