Os carboidratos são componentes essenciais de muitos produtos naturais de grande importância medicinal. As porções carboidrato podem aumentar a solubilidade em água de drogas, diminuir a toxicidade e/ou contribuir para a bioatividade dos produtos naturais. A síntese de C-glicosídeos, a partir de D-glicose, é de grande interesse porque estes são úteis como blocos de construção para a síntese de vários tipos de moléculas com grande potencial de utilização em princípios ativos para tratamento de câncer, diabetes, HIV, como antivirais, entre outros. Os C-glicosídeos são essencialmente inertes à degradação porque o centro anomérico natural (um O- ou N-acetal instável) foi transformado hidroliticamente em ligação éter. Como resultado, uma atenção significativa tem sido dedicada para o desenvolvimento de novas vias sintéticas. A reação de Knoevenagel, descrita há mais de um século, consiste na condensação de aldeídos com moléculas contendo metileno ativo, tais como o ácido malônico ou o seu éster e dicetonas. Embora consista de uma desidratação, surpreendentemente, a reação é favorecida em meio aquoso, em alguns casos. A condensação de carboidratos desprotegidos com dicetonas tem atraído crescente interesse com a crescente cobrança da sociedade por tecnologias mais limpas (verdes). Nesse sentido, baseando-se no conceito de Química Verde e seus Doze princípios, buscou-se a redução ou troca de solventes orgânicos por outros mais verdes, adaptação dos sistemas de reação para operação em temperaturas mais brandas e substituição de matérias-primas por outras mais verdes. O objetivo principal consistiu na preparação da cetona-?-C-glicosídeo (CG) e seus derivados, a partir da D-glicose, com potencial aplicação como intermediários de fármacos. Nesse trabalho, foram preparados derivados do CG e da D-glicose: CG peracetilado, D-glicose peracetilada, CG perbenzoilado, D-glicose perbenzoilada, CG peracetilado clorado, CGAr1 ((E)-4-(4-metoxifenil)-1-(3,4,5-trihidroxi-6- (hidroximetil)-tetrahidro-2H-piran-2-il)but-3-en-2-ona), CGAr1 peracetilado e CGAr1 peracetilado bromado. O CG foi preparado em meio aquoso ou em EtOH-água 4:1, pH alcalino (35-80%). O CG peracetilado (2,3,4,6-tetracetil-1-C-(?-D-glicopiranosil)propan-2-ona) e a Dglicose peracetilada (1,2,3,4,6-pentacetil-1-C-(?-D-glicopiranosil)) foram preparados (71 e 77,5%) usando quatro metodologias: duas usando AcONa/Ac2O a 50-90 °C, uma com AcONa/py/DMAP a t.a. e uma com I2/Ac2O a 28 °C. O CG perbenzoilado (2,3,4,6-tetrabenzoil- 1-C-(?-D-glicopiranosil)propan-2-ona) e a D-glicose perbenzoilada (1,2,3,4,6-pentabenzoil-1-C- (?-D-glicopiranosil) foram preparados (31 e 83%), respectivamente, usando sete metodologias: duas em solução de NaOH a t.a., quatro com py e DCM e/ou tolueno como solvente a 65 °C, uma com py/DCM a 5 °C. O CG peracetilado clorado (2-(acetoximetil)-6-(3-cloro-2- oxopropil)tetrahidro-2H-piran-3,4,5-triil triacetato) foi preparado (19,6%) usando NH4Cl/oxone em MeOH sob refluxo. O CGAr1 foi preparado a partir do CG bruto com p-anisaldeído, L-prolina e TEA em MeOH a t.a (33,5%). O CGAr1 peracetilado ((E)-2-(acetoximetil)-6-(4-(4-metoxifenil)- 2-oxobut-3-en-1-il)-tetrahidro-2H-piran-3,4,5-triil triacetato) foi preparado (54%) usando três metodologias: Ac2O/AcONa a 50 °C, I2/Ac2O a 28 e a 50°C. O CGAr1 peracetilado bromado foi preparado (78%) usando Br2/CCl4 a t.a. / Carbohydrates are essential components of many natural products of great medicinal importance. The carbohydrate portions may increase the water solubility of drugs, decrease toxicity and/or contribute to the bioactivity of the natural products. The synthesis of Cglycosides, from D-glucose, is of great interest because they are useful as building blocks for the synthesis of various types of molecules with great potential as active principles for the treatment of cancer, diabetes, HIV, as antivirals, among others. C-glycosides are essentially inert to degradation because their natural anomeric center (an unstable O- or N-acetal) has been hydrolytically transformed into an ether linkage. Thus, significant attention has been devoted to the development of new synthetic routes. The Knoevenagel reaction, described over a century ago, consists of the condensation of aldehydes with molecules containing active methylene, such as malonic acid or its ester and diketones. Although it consists of a dehydration, surprisingly, the reaction is favored in aqueous medium in some cases. The condensation of unprotected carbohydrates with diketones has attracted increasing interest with the growing society\'s demand for cleaner (green) technologies. Based on the concept of Green Chemistry and its Twelve Principles, the aim was to reduce or substitute organic solventes for greener ones, adapt reaction systems to operate at milder temperatures and substitute raw materials for greener ones. The main goal was to prepare ketone-?-C-glucoside (CG) and its derivatives, from D-glucose, with potential application as drug intermediates. In this work, CG and D-glucose derivatives were prepared: peracetylated CG, peracetylated D-glucose, perbenzoylated CG, perbenzoylated D-glucose, chlorinated peracetylated CG, CGAr1 ((E)-4-(4- methoxyphenyl)-1-(3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)-tetrahydro-2H-pyran-2-yl)but-3-en-2- one), peracetylated CGAr1 and brominated peracetylated CGAr1. CG was prepared (35-80%) in water or EtOH-water (4:1), alkaline pH. Peracetylated CG (2,3,4,6-tetraacetyl-1-C-(?-Dglucopyranosyl) propan-2-one) and peracetylated D-glucose (1,2,3,4,6-pentacetyl-1-C-(?-Dglucopyranosyl)) were prepared (71 and 77,5%), using four methodologies: two using AcONa/ Ac2O at 50-90 °C, one with AcONa/py/DMAP at rt and one with I2/Ac2O at 28 °C. The perbenzoylated CG (2,3,4,6-tetrabenzoyl-1-C-(?-D-glucopyranosyl)propan-2-one) and perbenzoylated D-glucose (1,2,3,4,6-pentabenzoyl-1-C-(?-D-glucopyranosyl) were prepared (31 and 83%) using seven methodologies: two in NaOH aqueous solution, four with py and DCM and/or toluene as solvent at 65 °C. Chlorinated peracetylated CG (2-(acetoxymethyl)-6-(3- chloro-2-oxopropyl)tetrahydro-2H-pyran-3,4,5-triyl triacetate) was prepared (19,6%) using NH4Cl/oxone in MeOH under reflux. CGAr1 was prepared from crude CG with p-anisaldehyde, L-proline and TEA in MeOH at rt (33,5%). The peracetylated CGAr1 ((E)-2-(acetoxymethyl)-6- (4-(4-methoxyphenyl)-2-oxobut-3-en-1-yl)-tetrahydro-2H-pyran-3,4,5-triyl triacetate) was prepared (54%) using three methodologies: Ac2O/AcONa at 50 °C, I2/Ac2O at 28 and at 50 °C. Brominated peracetylated CGAr1 was prepared (78%) using Br2/CCl4 at rt.

Orientador: João Alexandre Ribeiro Gonçalves Barbosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:09:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valerio_AmandaAbdalla_D.pdf: 3553304 bytes, checksum: 97ba97062f1c23d4b29447c0b9a7316d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Glicosídeo hidrolases (EC 3.2.1.-) são enzimas que hidrolisam ligações glicosídicas. Neste trabalho realizamos estudos funcionais e estruturais de duas glicosídeo hidrolases: a celulase XF0810 de Xylella fastidiosa e a lisozima digestiva 1 de Musca domestica (MdL1). A celulase XF0810 está anotada no genoma da X. fastidiosa como membro da família 5 das glicosídeo hidrolases (EC 3.2.1.4). Após a amplificação, clonagem, expressão e purificação da mesma; prosseguimos com os experimentos de filtração em gel analítica, dicroísmo circular, DLS, ensaio enzimático e cristalização desta proteína. Foi feito um estudo de modelagem onde ficou evidenciado que a XF0810 não pertenceria à família 5 pois quatro dos sete resíduos conservados que caracterizam esta família foram substituídos, incluindo os dois resíduos catalíticos de glutamato essenciais para o mecanismo de clivagem de retenção. Isto foi comprovado através da ausência de atividade nos ensaios feitos com a proteína purificada. A MdL1 pertence à família 22 das glicosídeo hidrolases (EC 3.2.1.17) e foi cristalizada com o ligante Nacetilquitotetraosídeo para a difração de raios X. A resolução da estrutura (2H5Z no PDB) foi realizada por meio do método de substituição molecular tendo como modelo a estrutura nativa. A análise comparativa da MdL1 com outras lisozimas de quatro classes diferentes de animais mostrou grande semelhança e pequenas diferenças apenas na região das voltas. Estas diferenças foram utilizadas para explicar as características especiais de uma lisozima com função digestiva. A volta na região definida pelos resíduos 98-100 apresenta uma deleção na MdL1, tornado-a menos exposta ao solvente, podendo justificar a resistência à proteólise. O resíduo Gln100 participa de uma interação com o ligante. Os resíduos Thr107 e Asn46 são apontados como responsáveis pelo decréscimo dos pKa dos grupos carboxilas dos resíduos catalíticos Glu32 e Asp50, respectivamente. A diminuição dos pKa explica o pH ótimo mais ácido característico de lisozimas digestivas / Abstract: Glycoside hydrolases (EC 3.2.1.-) are enzymes that hydrolyze glycoside bonds. In this work we studied functional and structural features of two glycoside hydrolases: the cellulase XF0810 of Xylella fastidiosa and the digestive lysozyme 1 of Musca domestica (MdL1). The cellulase XF0810 is annotated in the genome of X. fastidiosa as member of family 5 of glycoside hydrolases (EC 3.2.1.4). After the amplification, cloning, expression and purification of XF0810; we continued with the experiments of analytical gel filtration, circular dichroism, DLS, enzymatic assay and crystallization of this protein. A homology model was built which showed that XF0810 did not belong to family 5 because four of seven conserved residues that characterize the family were substituted, including the two catalytic residues of glutamate that are essential for the retention hydrolysis mechanism. This was further confirmed by the absence of activity in the assays (exocellulase with PNPc) performed with the purified protein. The MdL1 belongs to the family 22 of glycoside hydrolases (EC 3.2.1.17) and was crystallized with the ligand N-acetilchitotetraose for X-ray diffraction. The resolution of the structure (2H5Z in PDB) was accomplished by molecular replacement with the native structure as the searching model. The comparative analysis of MdL1 with other lysozymes of four different classes of animals showed a high similarity and few differences appeared only in the loops¿ regions. These differences were used to explain the special characteristics of the lysozyme with a digestive function. The loop in the region defined by residues 98-100 presents one deletion in the MdL1, becoming less exposed to the solvent, this might justify the proteolysis resistance. The residue Gln100 participates directly in an interaction with the ligand. The residues Thr107 and Asn46 are pointed out as responsible for a reduction in the pKa of the carboxyl groups of catalytic residues Glu32 e Asp50, respectively. The reduction in pKa explains the more acidic pH optimum that characterizes the digestive lysozymes / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2017-06-29T18:35:24Z No. of bitstreams: 1 2016 - Elisabete Maria da Gra?a Costa do Nascimento.pdf: 1991326 bytes, checksum: cc5f12994a8bca0da10c49a977a74e39 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-29T18:35:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016 - Elisabete Maria da Gra?a Costa do Nascimento.pdf: 1991326 bytes, checksum: cc5f12994a8bca0da10c49a977a74e39 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / CAPES / Brazil is the largest producer and consumer in the world passion fruit and their production is growing every year due to the good acceptance of its juice. Passion fruit juice is a small part of the fruit and the peels presents a problem for the environment, loss of material rich in fiber and loss than may pose as a gain for the economy. The aim of this study was to present a safe possibility for exploitation and processing of passion fruit peel. For this was done drying with application of ultrasound(SCUS) on the drying kinetics and also tested the antioxidant property and quantified the cyanogenic glycosides. Bioassay with Artemia salina was undertaken to determine and assess the lethal dose for 50% of the population of A. salina (LD50). The cyanogenic glycosides Amygdalin and prunasin in passion fruit peel flour sample sold in the Rio de Janeiro market were quantified in samples processed by Lyophilization (L), processed by convective drying (SC) and samples submitted to the thermoplastic extrusion process(ET). Major benefits have been found in the use of passion fruit peel as an ingredient as the decrease of glucose levels in blood and cholesterol, anti-inflammatory action and other. The dietary fiber content was quantified by various authors and ranged 35-90% and these findings have encouraged the development of several products, for example, breakfast cereal, diets cookie, sweet biscuits, pasta, cereal bars and candies in syrup added flour of the passion fruit peel, and others, but few studies consider the quantification of residual cyanogenic as an important part of the evaluation. The cyanotic toxicity of some plants has been well established by epidemiological studies and exposure to cyanogenicglycosides food, from acute or chronic form, can cause neuropathology, goiter, cretinism endemic and sometimes death. It was carried out as a strategy for studying processes in the best conditions to obtain security for toxic levels of cyanogenic and preservation of bioactive compounds in the tested processes. For quantification of Amygdalin glycosides and prunasin were used high-performance liquid chromatography. The tests to evaluate the antioxidant activity were made using the method for the reduction of iron (Ferric-Reducing Ability Power (FRAP)) and by the measure of total phenolic compounds against the Folin Ciocalteu reagent. The result of drying with ultrasound coupled at the lower temperatures tested affected the kinetic accelerating the process and preserved better antioxidant capacity. The microstructure also revealed that during the drying process wrinkling of matrix cells behave more evenly going in the same direction and drying without the use of ultrasound cells show a more disorganized wrinkling. The results for A. salina bioassay showed that the LD50 for potassium cyanide was 2.83 mg kg-1 and passion fruit peels in natura 397.30 mg kg-1. The results of the quantification Amygdalin and prunasin for passion fruit peels drying process showed that only the sample with ultrasound coupled drying at a temperature of 40?C and had only one commercial levels below Brazilian ANVISA standards. The general conclusion was that there are not enough studies to prove that the use of passion fruit peel flour is harmless to human health and that exposure to cyanogenic, even at low levels, can provide a public health problem in Brazil. / O Brasil ? o maior produtor e consumidor de maracuj? do mundo e sua produ??o vem crescendo a cada ano devido ? boa aceita??o do seu suco. O suco de maracuj? representa uma pequena parte do fruto e a casca dele apresenta um problema para o meio ambiente, perda de material rico em fibras e perda do que ele pode representar como ganho para economia do pa?s. O objetivo desse estudo foi apresentar uma possibilidade segura para aproveitamento e processamento da casca do maracuj?. Para isso foi feito uma secagem com aplica??o do ultrassom (SCUS) sobre cianog?nicos. Foi feito um bioensaio com Artemia salinapara determinar e avaliar a dose letal para 50% da popula??o de A. salina (DL50). Foram quantificados os glicos?deos cianog?nicos Amigdalina e Prunasina em amostra de farinha de cascas de maracuj? vendidos no mercado do Rio de Janeiro, em amostras processadas por liofiliza??o (L), processadas por secagem convectiva (SC) e amostras submetidas ao processo de extrus?o termopl?stica (ET). Grandes benef?cios t?m sido encontrados no uso da casca do maracuj? como ingrediente como a diminui??o dos n?veis de glicose no sangue e de colesterol, a??o anti-inflamat?ria e outras. O teor de fibra alimentar foi quantificado por v?rios autores e variaram de 35 a 90% e esses achados t?m incentivado o desenvolvimento de diversos produtos como, por exemplo, cereal matinal, cookie diets, biscoitos doces, massa aliment?cia, barra de cereais e doces em calda adicionados da farinha da casca de maracuj?, e outros, por?m poucos estudos consideram a quantifica??o dos cianog?nicos residuais como parte importante da avalia??o. A toxicidade cianog?nica de alguns vegetais j? foi bem estabelecida por estudos epidemiol?gicos e a exposi??o a alimentos que cont?m glicos?deos cianog?nicos de forma aguda ou cr?nica pode causar neuropatologias, b?cio, cretinismo end?mico e algumas vezes morte. Assim, foi realizado como estrat?gia para o estudo processamentosnas melhores condi??espara se obter a seguran?a quanto aos n?veis t?xicos de cianog?nicos e a preserva??o dos compostos bioativos nos processos testados.Para quantifica??o dos glicos?deos Amigdalina e Prunasina foi utilizada cromatografia liquida de alta efici?ncia. Os testes para avaliar a atividade antioxidante foram feitos atrav?s do m?todo pela redu??o do ferro (Ferric-Reducing Ability Power (FRAP)) e pela medida dos compostos fen?licos totais frente ao reagente Folin Ciocalteu. O resultado da secagem com ultrassom acoplado nas mais baixas temperaturas testadas afetou a cin?tica acelerando o processo e preservou melhor a capacidade antioxidante. A microestrutura revelou tamb?m que durante o processo de secagem o enrugamento das c?lulas da matriz se comportam mais uniformemente acontecendo na mesma dire??o e na secagem sem o uso do ultrassom as c?lulas mostram um enrugamento mais desorganizado. Os resultados para o bioensaio com A. salina mostraram que a DL50 para cianeto de pot?ssio foi de 2,83 mg kg-1e para cascas de maracuj? in natura de 397,30 mg kg-1. Os resultados da quantifica??o de Amigdalina e Prunasina para os processos de secagem de cascas de maracuj? mostraram que apenas a amostra com secagem com ultrassom acoplado na temperatura de 40?C e uma comercial tiveram n?veis abaixo dos padr?es brasileiros da ANVISA. A conclus?o geral foi que n?o existem estudos suficientes que comprovem que a utiliza??o da farinha de casca de maracuj? ? in?cua ? sa?de humana e que uma exposi??o aos cianog?nicos, mesmo que em baixos n?veis, pode oferecer um problema de sa?de p?blica para o Brasil.

Les oomycètes représentent un groupe de microorganismes eucaryotes filamenteux distincts phylogénétiquement des champignons incluant de nombreuses espèces phytopathogènes. CBEL est une glycoprotéine pariétale de Phytophthora parasitica constituée d'une répétition de deux régions séparées par un linker. Chaque région protéique est constituée d'un domaine protéique de liaison à la cellulose (CBM1) et un motif PAN /Apple impliqué dans des interactions protéines-protéines ou protéines-polysaccharides. Cette étude doctorale porte sur la caractérisation de la protéine CBEL et plus particulièrement de ses CBM1s ainsi que sur l'évaluation et optimisation du potentiel de cette protéine à : (i) stimuler les défenses naturelles des plantes (ii) augmenter l'activité de glycosides hydrolases. Dans la première partie de ce travail doctoral différents tests visant à reproduire un traitement éliciteur externe sur plante entière ont pour cela été développés. Ces tests ont permis de mettre en évidence que formulée en présence de surfactants CBEL est capable d'induire diverses réponses de défense chez A. thaliana. Une production en masse de cette protéine a été réalisée dans la levure Pichia pastoris et la bactérie Escherichia coli dans l'optique d'une future application agronomique. Les protéines recombinantes CBELcol et CBELpic produite dans ces différents systèmes d'expression présentent des profils de glycosylation différents de celui de la protéine native CBELnat. Alors que ces protéines semblent se lier de manière identique à la cellulose les différents tests d'élicitation développés au cours de ce travail mettent en évidence des variations dans leur activité élicitrice suggérant que la nature des résidus glucidiques présents sur cette glycoprotéine peut avoir un impact sur sa capacité induire des réponses de défenses en application externe. Lors de la deuxième partie de ce travail de thèse la capacité de CBEL à interagir avec différents substrats cellulosiques a été caractérisée. Les résultats obtenus ont permis de montrer que CBEL se lie avec une haute affinité à la cellulose cristalline avicel et que la présence de CBM1 fonctionnels est nécessaire à cette interaction. De manière intéressante, le CBM1-1 et CBM1-2 ne semblent pas contribuer de manière égale à cette interaction. Par ailleurs la laison de CBEL à la cellulose induit des perturbations structurales sur le substrat et permet d'améliorer l'activité de la xylanase XynB de Talaromyces versatilis sur paille de blé. En outre une xylanase chimère possédant dans sa séquence le CBM1-1 de CBEL possède également une activité augmentée sur paille blé. L'ensemble de ces résultats met en évidence le potentiel de CBEL et de son CBM1-1 pour l'amélioration de l'activité de glycoside hydrolases utilisables par exemple en bioraffinerie. En dernier lieu un travail de caractérisation structurale de la protéine CBEL a également été entamé au cours de cette étude. L'enveloppe de la protéine CBEL en solution à notamment été déterminée par SAXS (Small Angle X-ray Scattering) et un modèle 3D de cette protéine a été obtenu. / Oomycetes are fungal like microorganisms evolutionary distinct from true fungi that include pathogens of plants. CBEL is a cell wall glycoprotein isolated from the oomycete Phytophthora parasitica that is composed of two distinct regions linked by a threonine/proline rich linker. Each region owns a cellulose binding module (CBM1) and a PAN-Apple domain involved in protein-protein or proteins-polysaccharides interactions. Since CBEL is able to induce defense responses in numerous plant species, its use for the development of products able to protect crops has been envisaged. For this purpose we analysed the effect of an external CBEL treatment on plants. We found that in the presence of surfactants CBEL is able to induce cytosolic calcium changes, defense gene expression, and cell death on A. thaliana. CBEL application for crop protection requires the development of economically reliable production processes. In the case of proteinaceous elicitors, an attractive strategy to obtain large amount of elicitors is to express them in heterologous hosts such as bacteria or yeasts. CBELcol and CBELpic were produced respectively in E. coli and in P. pastoris. CBELcol is unglycosylated whereas CBELpic displays a glycosylation profile distinct from the native protein (CBELnat). We found that all these proteins are able to bind crystalline cellulose. On the other side we found that the elicitor activity of CBELpic is distinct from CBELnat and CBELcol suggesting that the glycosylation on CBEL can have an impact on its ability to induce plant defense responses after external treatment on A. thaliana. In the second part of this work the two CBMs (1-1 and 1-2) that form part of CBEL have been submitted to detailed characterization, first to better quantify their interaction with cellulose and second to determine whether these CBMs can be useful for biotechnological applications, such as biomass hydrolysis. A variety of biophysical techniques were used to study the interaction of the CBMs with various substrates and the data obtained clearly indicate that CBEL's CBM1-1 exhibits much greater cellulose binding ability than CBM1-2. Engineering of the family 11 xylanase from Talaromyces versatilis (TvXynB), an enzyme that naturally bears a family 1 CBM, has produced two variants. The first one lacks a CBM, whereas the second contains the CBEL CBM1-1 in the place of the natural CBM1. The study of these enzymes has revealed that wild type TvXynB binds to cellulose, probably via its CBM1, and that the substitution of its CBM by oomycetal CBM1-1 does not affect its activity on this substrate. Moreover, the presence of CBEL during the hydrolysis of wheat straw actually potentiates the action of TvXynB, a result that is consistent with the hypothesis that CBM1-1 can alter cellulose surface fibres rather like some other members of CBM family 1.

Orientador: Fabio Marcio Squina, Roberto Ruller / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T02:46:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hoffmam_ZairaBruna_M.pdf: 4922807 bytes, checksum: df6edae9e54a10424f07783fcf889151 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O etanol de segunda geração, produzido a partir dos polissacarídeos da biomassa lignocelulósica, apresenta-se como uma alternativa promissora para tornar a matriz energética brasileira sólida e, em grande parte, renovável. A biomassa é composta basicamente por celulose, hemicelulose e lignina. Celulose e hemicelulose devem ser hidrolisadas a açúcares monoméricos fermentescíveis para produzir etanol. Entretanto, a tarefa de propor um processo enzimático de hidrólise eficiente e de baixo custo com a finalidade de sacarificar a biomassa é desafiadora, pois os polissacarídeos que a compõem são complexos e recalcitrantes. Embora as hemiceluloses representem cerca de 30% dos açúcares do bagaço da cana-de-açúcar, uma das biomassas mais promissoras para a produção de etanol de segunda geração no Brasil, ainda poucos estudos são direcionados ao estudo da sacarificação dessa fração de polissacarídeos. Hemicelulases são glicosídeo hidrolases que catalisam a hidrólise dos polissacarídeos hemicelulósicos, e que em atuação sinérgica com celulases promove a hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar de maneira mais eficiente que as classes de enzimas isoladamente. A primeira parte dessa dissertação apresenta a caracterização bioquímica e biofísica de uma arabinofuranosidase GH51 do micro-organismo Bacillus subtilis 168. ?-L-arabinofuranosidases são hemicelulases que hidrolisam terminais não redutores de polissacarídeos contendo arabinose. A AbfA mostrou-se robusta, atuando numa ampla faixa de temperatura, e capaz de liberar monômeros de arabinose hidrolisando 1,5-?-L-arabinoheptaose a partir da extremidade não-redutora. A análise dos dados de SAXS combinada com simulações de dinâmica molecular mostrou que a AbfA em solução é hexamérica, com cada subunidade contendo uma molécula com domínio catalítico em enovelado na forma de barril (?/?)8 seguido por um domínio acessório ?-sandwich. Esses dados evidenciam que a estrutura quaternária pode ser importante para o desempenho de atividade das arabinofuranosidases da família 51. A segunda parte da dissertação aborda uma avaliação da influência dos domínios de ligação a carboidratos na atividade de xilanases mesofílicas e termofílicas. Xilanases são hemicelulases que catalisam a hidrólise de ligações endo-1,4-?-D-xilosídicas na molécula de xilano. Fusões gênicas uniram end-to-end um CBM6 de Clostridium thermocellum aos domínios catatalíticos xilanásicos das enzimas GH10 termofílica (de Thermotoga petrophila) e GH11 mesofílica (de Bacillus subtilis 168). O CBM6 alterou o padrão de hidrólise das quimeras termofílicas e aumentou a constante de eficiência da quimera mesofílica, quando comparadas as enzimas nativas respectivas. Além disso, na hidrólise da biomassa da cana-de-açúcar a xilanase quimérica mesofílica suplementou o coquetel comercial Accellerase 1500, liberando mais açúcares redutores. Dessa forma a fusão ao CBM6 mostrou-se uma alternativa para construir enzimas com melhor desempenho cinético / Abstract: The second generation ethanol, produced from lignocellulosic biomass polysaccharides, presents itself as a promising alternative to make the Brazilian energy matrix solid and largely renewable. Biomass is composed mainly of cellulose, hemicellulose and lignin. Cellulose and hemicellulose must be hydrolyzed in fermentable monomeric sugars to produce ethanol. However, the task of proposing a process for enzymatic hydrolysis efficient and low cost in order to saccharify the biomass is challenging because its polysaccharides are complex and recalcitrant, so it requires the presence of several different catalytic activities for hydrolysis. Although hemicelluloses represent about 30% of sugars from sugarcane bagasse, one of the most promising biomass for the production of second generation ethanol in Brazil, few studies are directed to the saccharification study of this polysaccharidic fraction. Hemicellulases are glycoside hydrolases that catalyze the hydrolysis of hemicellulosic polysaccharides and works synergistically with cellulases promoting the hydrolysis of sugarcane bagasse more efficiently than each one class of enzymes alone. The first part of this dissertation presents the biochemistry and biophysics characterization of a GH51 arabinofuranosidase from microorganism Bacillus subtilis 168. ?-Larabinofuranosidases are hemicellulases that hydrolyze linkages in terminal nonreducing ends of polysaccharides containing arabinose. The AbfA showed itself robust, working in a wide temperature range, and able to release arabinose monomers hydrolyzing 1,5-?-L-arabinoheptaose from the non-reducing end. The analysis of SAXS data in combination with molecular dynamics simulations showed that AbfA solution is hexameric, with each subunit containing a molecule with catalytic domain coiled in the form of barrel (?/?)8 followed by a ?-sandwich domain accessory. These results evidence and corroborate data that the quaternary structure may be important for the activity of GH51 arabinofuranosidases family. The second part of the thesis adresses an evaluation of the influence of carbohydratebinding modules, non-catalytic domains of polysaccharides recognition, in the activity of mesophilic and thermophilic xylanases. Xylanases are hemicellulases that catalyze the hydrolysis of endo-1 ,4-?-D-xylosidic linkages in xylan molecule. Gene fusions joined end-to-end a CBM6 from Clostridium thermocellum to catalytic xylanasic domains of enzymes thermophilic GH10 (from Thermotoga petrophila) and mesophilic GH11 (from Bacillus subtilis 168). The CBM6 changed the hydrolysis pattern of thermophilic chimeras increased the efficiency constant of mesophilic chimera, when compared to the respective native enzymes. Furthermore, in the sugarcane biomass hydrolysis mesophilic chimeric xylanase supplemented the commercial cocktail Accellerase 1500, releasing more reducing sugars. In conclusion, the CBM6 fusion proved itself an alternative to construct enzymes with better kinetic performance / Mestrado / Bioquimica / Mestra em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Munir Salomão Skaf / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T07:03:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_ThiagoCostaFerreira_D.pdf: 13438556 bytes, checksum: add103a09a2f775dbe590afd1507f3e4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nesta Tese foram investigados sistemas biológicos relacionados à hidrólise da biomassa lignocelulósica. O trabalho de tese está subdividido em três partes. Na primeira parte foram investigadas, mediante simulações por dinâmica molecular, as características estruturais e dinâmicas que conferem termoestabilidade a laminarinases, enzimas da família das glicosideo hidrolases de grande interesse no desenvolvimento de tecnologias viáveis para a produção industrial de etanol celulósico. Na segunda parte do trabalho, desenvolvemos e tornamos publicamente disponível um programa de computador, denominado cellulose-builder, que visa automatizar a construção de arquivos em formato PDB que representem cristalitos de celulose. Os arquivos em formato PDB gerados pelos nosso programa podem ser utilizados como configuração inicial em simulações por dinâmica molecular de sistemas que contenham fases cristalinas da celulose. O programa permite gerar cristalitos de forma e tamanho arbitrários, permitindo expor qualquer face cristalográfica de quatro alomorfos da celulose cristalina. Visando contribuir para o melhor entendimento em nível molecular da estrutura da parede celular vegetal e elucidar os modos de interação entre a celulose e a hemicelulose (dois componentes importantes da parede celular vegetal), na terceira parte deste trabalho empregamos o programa cellulose-builder para construir cristais de celulose com xilanos (hemiceluloses) adsorvidos em diversas faces cristalográficas e utilizamos simulações por dinâmica molecular para estudar em nível atômico a interação entre xilanos e diversas faces cristalográficas do alomorfo I-beta da celulose. Também investigamos o efeito de substituintes comumente presentes em hemiceluloses (acetil e glucuronil) nos parâmetros geométricos e energéticos da interação entre celulose e hemicelulose / Abstract: This Thesis comprises the study of biological systems related to the hydrolysis of lignocellulosic biomass. The work is divided in three parts. In the first part we investigated, by means of molecular dynamics simulations, the structural and dynamical features that confer thermostability to laminarinases, enzymes belonging to the glycoside hydrolase family, which are of great interest in the development of viable tecnologies aiming the industrial production of cellulosic ethanol. In the second part of the Thesis work we developed and made publicly available a computer program, named cellulose-builder, whose purpose is to automatize the construction of PDB-format files representing cellulose crystallites. The PDB-format files generated by our program can be used as starting configurations in molecular dynamics simulations of systems containing crystalline phases of cellulose. The program enables one to generate crystallites of arbitrary size and shape, making it possible to expose any crystallographic face of four cellulose allomorphs. Aiming to contribute to a better understanding of the plant cell wall structure at the molecular level and to elucidate the modes of interaction between cellulose and hemicellulose (two major components of the plant cell wall), in the third part of this work we employed the computer program cellulose-builder to set up cellulose crystals with xylans (hemicelluloses) adsorbed onto several crystallographic faces and applied molecular dynamics simulations to study, at the atomic level, the interactions between xylans and several crystallographic faces of cellulose's allomorph I-beta. We also investigated the effect of substituents commonly occurring in hemicelluloses (namely acetyl and glucuronyl) in geometric and energetic parameters resulting from the interaction between cellulose and hemicellulose / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Quimica

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.

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京都大学 / 0048 / 新制・論文博士 / 博士(農学) / 乙第12822号 / 論農博第2795号 / 新制||農||1025(附属図書館) / 学位論文||H26||N4817(農学部図書室) / 31309 / 京都大学農学研究科食品生物科学専攻 / (主査)教授 喜多 恵子, 教授 三上 文三, 教授 栗原 達夫 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第19194号 / 農博第2133号 / 新制||農||1034(附属図書館) / 学位論文||H27||N4940(農学部図書室) / 32186 / 京都大学大学院農学研究科森林科学専攻 / (主査)教授 髙野 俊幸, 教授 西尾 嘉之, 教授 梅澤 俊明 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DGAM