Orientador: Elso Drigo Filho / Banca: Keizo Yukimitu / Banca: Nelson Augusto Alves / Banca: José Geraldo Nery / Banca: Marcelo de Freitas Lima / Resumo: As interações que ocorrem dentro de hemoproteínas são importantes para os sistemas biológicos e constituem termos de forte interesse para compreensão de sistemas vivos. Desta forma, é importante conhecer as interações vibracionais e eletrostáticas neste sistema. Neste trabalho foi feito um estudo sobre a interação entre o íon ferro(II) e o monóxido de carbono confinados em cavidades esféricas que mimetizam volumes de cavidades proteicas e um estudo do potencial de Morse confinado para o monóxido de carbono. Dessa forma, descrevemos como os autovalores de energia no estado fundamental para os potenciais da interação íon-dipolo e Morse se comportam no confinamento para um dos possíveis ligantes da mioglobina e da hemoglobina. Para o potencial de Morse desdobramos os cálculos para as seguintes moléculas diatômicas: nitrogênio, lítio e hidreto de sódio. Foi calculada, via Método Variacional, a energia para o sistema íon-dipolo confinado e potencial de Morse confinado. A função de onda teste sugerida foi inspirada na Mecânica Quântica Supersimétrica. Por fim, verificou-se como a energia de interação entre o íon e o dipolo se comporta com a mudança de permissividade do meio e como é o comportamento vibracional das moléculas de CO, N2, Li2 e NaH / Abstract: The interactions that occur within hemeproteins were important for biological systems and they were terms of strong interest for understanding living systems. ln this way, it is important to know the vibrational and electrostatic interactions in this system. ln this work a study is made on the interaction between iron ion and carbon monoxide confined in spherical cavities that mimic volumes of protein cavities and a study of the confined Morse potential for carbon monoxide. ln this way, we describe how the eigenvalues of energy in the ground state for the potentials of ion-dipole interaction and Morse behave in the confinement regime for one of the possible ligands of myoglobin and hemoglobin. For the Morse potential, we perform the calculations for the following diatomic molecules: nitrogen, lithium and sodium hydride. The energy for the confined ion-dipole system is calculated using the Variational Method. The suggested trial wavefunction is inspired by Supersymmetric Quantum Mechanics. Finally, it is verified how the energy of interaction between the ion and the dipole behaves in a change permittivity and how is the vibrational behavior of molecules of CO, N2, Li2 and NaH / Doutor

Submitted by Jonathan Brito Souza de Oliveira (jonath_brito@hotmail.com) on 2018-08-07T16:40:23Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_final_.pdf: 2492287 bytes, checksum: 97355dac17e5ee7a8bd27f2dac2943e2 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Carolina Gonçalves Bet null (abet@iq.unesp.br) on 2018-08-08T17:43:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 oliveira_jbs_me_araiq_int.pdf: 2471764 bytes, checksum: e9ce68f4b56affe9b165a13603afd25a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-08T17:43:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 oliveira_jbs_me_araiq_int.pdf: 2471764 bytes, checksum: e9ce68f4b56affe9b165a13603afd25a (MD5) Previous issue date: 2018-06-29 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / As hemoglobinas extracelulares apresentam alta estabilidade oligomérica, resistência à oxidação, cooperatividade e afinidade para ligar oxigênio, além do potencial uso em aplicações biotecnológicas como substituto sanguíneo e biossensores de contaminação ambiental. Devido a estas propriedades, os objetivos desta dissertação foram caracterizar a estrutura e a estabilidade da hemoglobina extracelular gigante do anelídeo Amynthas gracilis (HbAg) por diferentes técnicas biofísicas, tais como, absorção ótica, intensidade de espalhamento de luz (LSI), espalhamento de luz dinâmico (DLS), eletroforese SDS-PAGE, ultracentrifugação analítica (AUC), espectrometria de massas por tempo de voo (MALDI-TOF-MS) e microscopia de força atômica (AFM). Em pH 7,0, a HbAg apresentou espectro de absorção ótica com máximo em 415 nm (banda de Soret) e em 540 e 575 nm (bandas Q). A alcalinização do meio deslocou os máximos de absorção para 405 nm e uma única banda Q alargada em 540 nm, devido à oxidação do grupo heme. O perfil proteico apresentado pela HbAg por eletroforese SDS-PAGE foi semelhante, mas não igual a hemoglobina extracelular de Glossoscolex paulistus (HbGp). A HbAg apresentou três bandas com massa molar (MM) entre 25-37 KDa associadas as cadeias L, enquanto a HbGp apresenta apenas duas bandas nesta faixa de massa. As análises dos dados de MALDI-TOF-MS mostraram que a HbAg apresenta quatro isoformas para o monômero d (d1 - d4) com MM entre 16,2-16,8 kDa, três linkers (L1, L2 e L3), 25,8-26,8 kDa, duas isoformas para o trímero abc e uma única isoforma para o tetrâmero abcd (67,7 kDa). Por AUC foi determinada a MM da HbAg na sua forma íntegra de 3,9 MDa, sendo este valor superior a HbGp (3,6 MDa). O maior valor de MM observado é associado a auto-agregação da HbAg em função do tempo de estocagem. O valor de ponto isoelétrico (pI) estimado por Potencial Zeta foi de 6,0 ± 0,3. A HbAg nativa apresenta um diâmetro hidrodinâmico (Dh) de 28 nm determinado por DLS. Porém, em pH menor que 6,5 a proteína mostrou tendência em formar agregados, já em pH acima de 8,0 a hemoglobina sofreu dissociação concomitante com agregação. A microscopia de força atômica (AFM) de filmes de HbAg em pH 7,0 revelou altura entre 15-20 nm que foi associado a dois discos hexagonais sobrepostos. Estudos iniciais de atividade peroxidase (POD) indicaram maior estabilidade da HbAg frente altas concentrações de peróxido de hidrogênio (H2O2) em relação a HbGp. Por fim os resultados apresentados nesta dissertação mostram um grande avanço na caracterização da HbAg, uma hemoglobina extracelular gigante até então não relatada na literatura. Adicionalmente possibilitou a criação de novas vertentes de estudos que no futuro poderão resultar na criação de produtos de grande aplicação biotecnológica, tais como biossensores destinados às áreas médica e ambiental, além de produtos de suprimento de oxigênio para tecidos sob condição de hipóxia. / The extracellular hemoglobin molecules present high oligomeric stability, resistance to oxidation, cooperativity and affinity to bind oxygen, besides the potential use in biotechnological applications a s blood substitute and biosensors of environmental contam ination. Considering that, this dissertation aimed to characterize the structure and stability of the giant extracellular hemoglobin of the annelid Amynthas gracilis (HbAg) by different biophysical t echniques, such as optical absorption, light scattering intensity (LSI), dynamic light scattering (DLS), SDS - PAGE electrophoresis, analytical ultracentrifugation (AUC), Matrix Assisted Laser Desorption Ionization - Time of Fly - Mass Spectrometry (MALDI - TOF - MS ) and atomic force microscopy . The HbAg had an optical absorption spectrum with a maximum of 415 nm (Soret band) , and 540 and 575 nm (Q bands) at pH 7.0 . The alk alinization of the medium shifted the absorption maxima to 405 nm and a single broad Q band at 54 0 nm due to the oxidation of the heme group. The protein profile presented by HbAg by SDS - PAGE electropho resis was similar but not identical to the extracellular hemoglobin of Glossoscolex paulistus (HbGp). HbAg presented three bands with molecular mass (MM) ranging 25 - 37 KDa associated with the L chains, whereas HbGp presented only two bands in this MM range. MALDI - TOF - MS data show ed that HbAg presents four isoforms for the monomer d ( d 1 - d 4 ) with MM ranging 16.2 - 16.8 kDa, three linkers ( L 1 , L 2 and L 3 ), 2 5.8 - 26.8 kDa, two isoforms for the abc trimer and a single isoform for the abcd tetramer (67.7 kDa). By AUC , the MM of whole HbAg was determined in 3.9 MDa, a higher value than that observed for HbGp (3.6 MDa). The highest MM value observed was associated with self - aggregation of HbAg as a function of storage time. The isoelectric point value (pI) estimated by Zeta Potential wa s 6.0 ± 0.3. Native HbAg had a h ydrodynamic d iameter (D h ) of 28 nm determined by DLS. However, at pH less than 6.5 the protein sho we d tendency to form aggregates; at pH above 8.0 the hemoglobin undergoes dissociation concomitant wit h aggregation. Atomic Force M icroscopy (AFM) of HbAg films at pH 7.0 revealed a height between 15 - 20 nm that was associated with two overlapping hexagonal l ayers. Initial studies of peroxidase activity (POD) indicate d higher stability of HbAg against high concentrations of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) relative to HbGp. Finally, the results presented in this dissertation show a great advance in the characterizatio n of HbAg, a giant extracellular hemoglobin not previously reported in the literature. In addition, it has enabled the creation of new study strands that in the future may result in the creation of products of great biotechnological application, such as bi osensors destined to the medical and environmental areas, as well as products of oxygen supply to tissues under the condition of hypoxia. / FAPESP: 2016/10884-1 / FAPESP:2017/19332-4 / FAPESP:2015/11447-1

Cristais de mioglobina tipo A foram dopados por processo de difusão com o marcador 2, 2, 6, 6 - tetrametil-l-oxil (TEMPO). Observa-se a existência de uma espécie de marcador isotrópica e outra anisotrópica, que exibe uma simetria axial com A// = 23,4 G, A&#8869 = 20, 6 G e g = 2,0056. São estimados os tempos de correlação rotacional &#964// = 7,2.10-9s e &#964&#8869 = 4,8.10-9s. Uma análise do grau de hidrofobicidade dos resíduos, situados na parte interna da molécula, sugere como um possível sitio de localização para o TEMPO o bolso formado na região da tirosina 103 - hélice H e 151 - terminal 3HC. Este bolso tem tamanho suficiente para abrigar o radical e posição coerente com a heme, o que não acontece com outros sítios. Observa-se uma mudança conformacional da proteína, induzida pela temperatura na região 20-30&#176. Esta pode ser atribuída a um movimento da hélice H. Este resultado somado ao de outros autores indica uma mudança conformacional de grande extensão na molécula. / Type A myoglobin single crystals were doped with the 2, 2, 6, 6 -tetramethyl - 1 - oxyl (TEMPO) spin label by a diffusion process. We observed one isotropic spin label type, and another anisotropic type which shows an axial symmetry with A// = 23,4 G, A&#8869 = 20, 6 G and g = 2,0056. The rotational correlation times are estimated to be a &#964// = 7,2.10-9s and &#964&#8869 = 4,8.10-9s. A quantitative analysis on the hydrophobic nature of the residues situated inside the molecule suggests, as a possible site for the TEMPO, the pocket formed in the region of tyrosine 103-helix H and tyrpsine 151 - terminal 3HC. This pocket is of sufficient size to contain the radical and is positioned in such fashion as to be a compatible with the heme group, this not holding for other sites. A temperature induced conformational change in the protein is observed in the region 20-30&#176, which may be ascribed to a shift of the H helix. This fact, together with the finds of other authors, seems to indicate a generalized temperature induced conformational alteration in the molecule.

Orientadora: Patrícia Soares Santiago / Coorientadora: Patrícia Gleydes Morgante / Banca: Eduardo Maffud Cilli / Banca: Norival Alves Santos Filho / Resumo: As hemoglobinas extracelulares apresentam alta estabilidade oligomérica, resistência à oxidação, cooperatividade e afinidade para ligar oxigênio, além do potencial uso em aplicações biotecnológicas como substituto sanguíneo e biossensores de contaminação ambiental. Devido a estas propriedades, os objetivos desta dissertação foram caracterizar a estrutura e a estabilidade da hemoglobina extracelular gigante do anelídeo Amynthas gracilis (HbAg) por diferentes técnicas biofísicas, tais como, absorção ótica, intensidade de espalhamento de luz (LSI), espalhamento de luz dinâmico (DLS), eletroforese SDS-PAGE, ultracentrifugação analítica (AUC), espectrometria de massas por tempo de voo (MALDI-TOF-MS) e microscopia de força atômica (AFM). Em pH 7,0, a HbAg apresentou espectro de absorção ótica com máximo em 415 nm (banda de Soret) e em 540 e 575 nm (bandas Q). A alcalinização do meio deslocou os máximos de absorção para 405 nm e uma única banda Q alargada em 540 nm, devido à oxidação do grupo heme. O perfil proteico apresentado pela HbAg por eletroforese SDS-PAGE foi semelhante, mas não igual a hemoglobina extracelular de Glossoscolex paulistus (HbGp). A HbAg apresentou três bandas com massa molar (MM) entre 25-37 KDa associadas as cadeias L, enquanto a HbGp apresenta apenas duas bandas nesta faixa de massa. As análises dos dados de MALDI-TOF-MS mostraram que a HbAg apresenta quatro isoformas para o monômero d (d1 - d4) com MM entre 16,2-16,8 kDa, três linkers (L1, L2 e L3), 25,8-26... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The extracellular hemoglobin molecules present high oligomeric stability, resistance to oxidation, cooperativity and affinity to bind oxygen, besides the potential use in biotechnological applications a s blood substitute and biosensors of environmental contam ination. Considering that, this dissertation aimed to characterize the structure and stability of the giant extracellular hemoglobin of the annelid Amynthas gracilis (HbAg) by different biophysical t echniques, such as optical absorption, light scattering intensity (LSI), dynamic light scattering (DLS), SDS - PAGE electrophoresis, analytical ultracentrifugation (AUC), Matrix Assisted Laser Desorption Ionization - Time of Fly - Mass Spectrometry (MALDI - TOF - MS ) and atomic force microscopy . The HbAg had an optical absorption spectrum with a maximum of 415 nm (Soret band), and 540 and 575 nm (Q bands) at pH 7.0 . The alk alinization of the medium shifted the absorption maxima to 405 nm and a single broad Q band at 54 0 nm due to the oxidation of the heme group. The protein profile presented by HbAg by SDS - PAGE electropho resis was similar but not identical to the extracellular hemoglobin of Glossoscolex paulistus (HbGp). HbAg presented three bands with molecular mass (MM) ranging 25 - 37 KDa associated with the L chains, whereas HbGp presented only two bands in this MM range. MALDI - TOF - MS data show ed that HbAg presents four isoforms for the monomer d ( d 1 - d 4 ) with MM ranging 16.2 - 16.8 kDa, three linkers... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Cristais de mioglobina tipo A foram dopados por processo de difusão com o marcador 2, 2, 6, 6 - tetrametil-l-oxil (TEMPO). Observa-se a existência de uma espécie de marcador isotrópica e outra anisotrópica, que exibe uma simetria axial com A// = 23,4 G, A&#8869 = 20, 6 G e g = 2,0056. São estimados os tempos de correlação rotacional &#964// = 7,2.10-9s e &#964&#8869 = 4,8.10-9s. Uma análise do grau de hidrofobicidade dos resíduos, situados na parte interna da molécula, sugere como um possível sitio de localização para o TEMPO o bolso formado na região da tirosina 103 - hélice H e 151 - terminal 3HC. Este bolso tem tamanho suficiente para abrigar o radical e posição coerente com a heme, o que não acontece com outros sítios. Observa-se uma mudança conformacional da proteína, induzida pela temperatura na região 20-30&#176. Esta pode ser atribuída a um movimento da hélice H. Este resultado somado ao de outros autores indica uma mudança conformacional de grande extensão na molécula. / Type A myoglobin single crystals were doped with the 2, 2, 6, 6 -tetramethyl - 1 - oxyl (TEMPO) spin label by a diffusion process. We observed one isotropic spin label type, and another anisotropic type which shows an axial symmetry with A// = 23,4 G, A&#8869 = 20, 6 G and g = 2,0056. The rotational correlation times are estimated to be a &#964// = 7,2.10-9s and &#964&#8869 = 4,8.10-9s. A quantitative analysis on the hydrophobic nature of the residues situated inside the molecule suggests, as a possible site for the TEMPO, the pocket formed in the region of tyrosine 103-helix H and tyrpsine 151 - terminal 3HC. This pocket is of sufficient size to contain the radical and is positioned in such fashion as to be a compatible with the heme group, this not holding for other sites. A temperature induced conformational change in the protein is observed in the region 20-30&#176, which may be ascribed to a shift of the H helix. This fact, together with the finds of other authors, seems to indicate a generalized temperature induced conformational alteration in the molecule.

As propriedades dos derivados nitrosilados de diferentes hemoproteínas em função da temperatura, da concentração de óxido nítrico (NO) e pH, foram investigadas utilizando a técnica de Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE). Nas hemoproteínas, o grupo heme está acomodado em um bolso: de um lado encontra-se a histidina proximal, de outro uma cavidade aberta onde pode ocorrer a ligação de O2 (ou outras moléculas, tais como H2O, NO, CO, etc.). Perto daí, encontra-se o sítio distal, que pode ou não estar ocupado por uma cadeia lateral de aminoácido, o qual pode influenciar a ligação do ligante. As proteínas estudadas, marcadas com NO, foram: mioglobinas de Cavalo de Cacgalote, que possuem o sítio distal ocupado por um resíduo de histidina, a mioglobina do molusco Aplysia brasiliana (Mb Apb) que não possue um resíduo de aminoácido no sítio distal e a eritrocruorina da minhoca Annelidae Glossoscolex paulistus (Ec AGp), cuja vizinhança do heme não está determinada. Os resultados obtidos com as soluções de mioglobinas de Cavalho e de Cachalote, preparadas a partir da proteína liofilizada (Sigma) mostram cerca de 13% de mioglobina está na forma oxi (MbA) e o restante na forma meta (MbB). A ligação de NO à Mba se faz por simples substituição da molécula de O2 por NO, mantendo o ferro em seu estado ferroso. Já para a MbB, a ligação ocorre em duas etapas: na primeira reduzindo o Fe3+ a Fe2+ e, numa segunda, cuja extensão depende da concentração de NO, o óxido nítrico liga-se ao Fe2+ produto da redução do ferro da MbB. Se a razão NO/Mb é igual ou maior que 2/1, o espectro da RPE é uma linha carga (tipo B), como tem sido identificado na literatura. Se a razão NO/b é da ordem de 0,2/1, o espectro de RPE (tipo A) apresenta um desdobramento hiperfino, similar ao da deoxiHb humana na conformação T. Se a razão NO/Mb varia entre 0,2 e 2, o espectro de RPE é uma mistura de dois tipos (AB). Os espectros tipo A e AB apresentam uma clara dependência com a temperatura, ao passo que o espectro tipo B não. Observa-se que também que a afinidade pelo NO da MbB depende do pH; quanto menor o pH, mais difícil fica se completar a reação do Fe3+ com o NO, mesmo se a razão NO/Mb é maior que 2. Os espectros de RPE da MbANO e da MbBNO são diferentes, porque o campo cristalino em torno do ferro apresenta pequenas variações, alterando a distância de N&#949-FE-NO. No caso da MbA isto dá origem a um espectro similar ao encontrado para o ferro pentacoordenado (tipo A); no caso da MbB, o espectro é do tipo encontrado para ferro hexacoordenado (tipo B). O estudo da dependência do espectro de RPE com a temperatura, no caso da EcNO AGp, mostra que existe um equilíbrio térmico entre duas espécies hexacoordenadas: a espécie I, que predomina à baixa temperatura e cujo espectro de RPE exibe desdobramento superhiperfino com 9 linhas; a espécie II, que predomina altas temperaturas e cujo espectro de RPE é uma linha larga. No intervalo de temperaturas estudado, pode ser observado que em temperaturas intermediárias, os espectros são uma mistura das duas espécies. Pode-se através de diferença espectral estudar o comportamento de cada espécie separadamente e o equilíbrio da mistura. Verificou-se que as duas espécies estão separadas por cerca de 2 kcal/mol. Com os resultados obtidos e comparando-os com os obtidos na literatura, é possível sugerir a existência de uma glutamina distal para a Ec AGP. Para a MbNO ApB, encontra-se um espectro de RE que apresenta desdobramento superhiperfino com 9 linhas. Os espectros a baixa e alta temperatura são similares apenas à alta temperatura e a resolução é menor. Observa-se ainda, a influenciado sítio distal (his E7 nas mioglobinas de Cavalo e de Cachalote) sobre a ligação Fe-N-O. Nas Mb de Cavalo e de Cachalote, em que o sítio distal é ocupado por uma histidina, o espectro da RPE da MbNO é uma linha larga que não varia significativamente com a temperatura. Na Ec AGp, em que o sítio distal está provavelmente ocupado por uma glutamina, o espectro de RPE apresenta uma dependência com a temperatura: a 309.3K, o espectro é uma linha larga, a 103.0K, o espectro apresenta desdobramento superhiperfino. Na Mb Apb, em que não há resíduo básico ocupando a posição distal, o espectro apresenta desdobramento superhiperfino em todo o intervalo de temperatura estudado (113,7K a 283,3K). / Using the Electron Paramagnetic Resonance (EPR) technique, the properties of several nitrosyl hemoproteins were investigated as a function of temperature, pH and nitric oxide (NO) concentration. In hemoproteins, the heme moiety is esconced in a pocket: in one side there is na open cavity where the bonding of different molecules, such as H2O, NO, CO, etc., may occur occupied or not by an aminoacid residue thus influencying in different ways the ligand bonding. The following nitrosyl hemoproteins were studied: horse and spermwhale myoglobins which have an histidine residue occupying the distal site, the myoglobin of the mollusk Aplysia brasiliana (Mb Apb) which has no aminoacid residue in the distal site and the erythrocruorin from the earthworn Annelidae Glossoscolex paulistus (Ec AGp) whose structure is no yet known. The results that were obtained with horse and spermwhale myoglobins solutions prepared using liofilized protein from Sigma, show that almost 13% of the myoglobins is in the oxi form (MbA) and the remaining 87% is in the meta form (MbB). The NO binding to MbA is done by simple substitution of the O2 molecule, remaining the iron atom in its ferrous state. With MbB we have a quite different situation and in this case, two steps are needed to obtain the nitric oxide derivative: first the Fe3+ is reduced to Fe Fe2+ and then the NO molecule bind to it, the extention to which this last step occurs, depends on the nitric oxide concentration. If the NO/Mb ratio is equal to or greater than 2/1, the EPR signal is a broad line (B type), as it has been already identified. If the NO/Mb ratio is around 0,2/1, the EPR spectrum (A type) is characterized by a hyperfine splitting similar to that of human deoxihemoglobin in the T conformation. Finally, in the NO/Mb ratio has a value between 0,2/1 and 2/1, the EPR signal observed is due to contributions from both species (AB). Variations in the EPR spectra with temperature is only observed for the A and AB types. Futhermore, it has also been observed that MbB affinity for NO is pH dependent, the lower the pH, more difficult is the completation of the Fe3+ reaction with NO, even IF the NO/Mb ratio is greater than 2/1. The difference between the EPR spectra of MbA and MbB is due to the small but significative differences in the crystal field around the iron atom, thus modifying the N&#949-FE-NO distance. In the MbA case, this gives rise to a spectrum similar to that find for pentacoordinated iron (A type), for MbB the spectrum shows a pattern similar to that find for a hexacoordinated iron atom (B type). The analysis of the EPR spectra of EcNO AGp at various temperatures showed that there is a thermal equilibrium between two hexacoordinated species: species I, which is predominant at a low temperatures and is characterized by a nine-line superhyperfine splitting, and species II, which is predominant at high temperatures, characterized by a broad line EPR spectrum . It was found that in the range of temperatures studied , the EPR signals are due to contributions from two species. The spectral difference made possible to learn about each species independently and the equilibrium. The two species differ in enthalpy by no more than about 2 kcal/mol. At the light of these findings, and compearing with the data found in the literature, it may be postulated the existence of a glutamine at the distal site in Ec AGp. For MbNO Apb, it was found an EPR spectrum exhibiting a nine-line superhyperfine splitting. The EPR spectra at low and high temperatures are similar, but the former are well resolved while in the latter, the superhyperfine splitting is something blurred. Futhermore, it has been possible to learn about the influence of the distal site on the Fe-N-O bond. For horse and spern whale myoglobins, where na histidine occupies the distal site, the EPR spectrum is a broad line which does not change significatively with temperature. For Ec AGp, where a glutamine probably occupies the distal site, the EPR spectra are temperature dependent: at 309.3K it is a broad line and at 103.0K it presents superhyperfine splitting. Finally, for Mb Apb where there is no basic residue occupying the distal site, the EPR spectra are characterized by a nine-line superhyperfine splitting all over the temperature range studied (113.7K to 283,3K).

Neste trabalho são estudadas as mioglobínas de Aplysía Brasiliana (MbApB) e da tartaruga marinha \"Dermoche lis Coriacea\" (MbT) focalizando a transição ácida alcalina (TAA), a interação com metais de transição e mudanças conformacionais induzidas - termicamente com objetivo de observar diferenças estruturais destas mioglobinas. A TAA da MbApB possui um pK = 7,2 quando observada Fe3+ em espectro do Fe3+ em g1 = 5,83 e pK = 7,5 quando medida através da absorção óptica (&#955=590nm). O espectro de EPR do Fe+ a pH alcalino revela uma distorção rômbica no campo cristalino do ferro que esta de acordo com a ausência da histidina distantes ta proteína. Além disso, as linhas associadas à configuração de baixo spin são bastante alargadas. Este alargamento de linha PQ de ser explicado por uma flutuação no posicionamento da heme em relação aos eixos de simetria. A MbApB forma complexos com o Cu2+ e Mn2+ . Existe som te um sitio de ligação para esses metais na proteína. Este sítio provavelmente envolve ligantes comuns ao Mn2+ e Cu2+ pois a ligação é competitiva, indicando que o complexo com o Cu2+ é mais estável do que com Mn2+ (KAMn2+ = (11,5-0,8).103 M-1 ). O complexo MbApB: Cu2+ exibe uma transição dependente do pH indicando uma mudança na coordenação do Cu2+ . Esta transição pode ser ajustada teoricamente admitindo-se uma interconversão entre duas formas, fornecendo um pK = 11,0. Observa-se também que a complexação da MbApB com mais de um Cu2+ provoca desnaturação. A TAA da MbT foi estudada por absorção óptica (pK=8,4) e EPR (pK = 8,3). Os espectros de EPR mostram que o Fe3+ esta num campo cristalino com simetria axial e distorção rômbica. As medidas de absorção óptica revelam pontos isosbéstioos praticamente idênticos aos de outras mioglobinas e um espectro na região de Soret típico de hemoproteínas que possuem a histidina distal. Estes dados permitem antecipar que a MbT deve possuir os mesmos resíduos de aminoácidos na região da heme que a Mb(II), porem com a histidina E-7 ligeiramente inclinada em relação ao eixo de simetria da heme. As mudanças conformacionais induzidas pela temperatura foram estudadas para a MbT em várias pH\'s. Esta proteína possui uma cisteína em sua cadeia polipeptídica que permite a ligação de um marcador de spin especifico para os grupos SR. Os resultados obtidos através do espectro de EPR do marcador de spin e da absorção óptica do Fe3+ permitem concluir que esta proteína exibe o fenômeno de pré-desnaturação e a transição da forma nativa para a desnaturada é o resultado de uma seqüência de etapas indicando que existem estados intermediários. / The myoblobins of \"Applysia Brasiliana\" (MbApB) and of the sea turtle \"Dermochelis Coriacea\" (MbT) are studied in this work with special attention devoted to the acid-aIkaIyne transition (AAT) , the interaction with transition metals and temperature induced conformational changes in order to characterize structural differences in these proteins. The AAT of MbApB has a pK = 7.2 obtained from the EPR spectra of Fe3+ at g1 = 5,83 and a pK = 7,5 obtained from optical absorption (&#955=590nm). The EPR Spectrum of Fe3+ at alkaline pH shows a rhombic distortion the ion crystal field which is in agreement with the absence in this protein of the distal histidine residue. The ESR lines associated with the low spin configuration are considerably broadened. This effect can be explained by fluctuations on the heme position relative to the symmetry axis. MbApB forms complexes with both Cu2+ and Mn2+ only one binding site is obtained for both metals in the protein. This site probably has common ligands for Mn2+ and Cu2+ as the binding is competitive, suggesting also that the Cu2+ complex is more stable than the Mn2+ one (KAMn2+ = (11,5-0,8).103 M-1 ). The Cu2+: MbApB complex shows a pH dependent transition probably related to a change in the Cu2+ coordination. This transition can be adjusted assuming an interconversion between two different forms with a pK = 11,0. Addition of more than one Cu2+ ion per MbApB produces the denaturation of the protein. The AAT of MbT was studied through optical absorption (pK =: 8,4) and EPR (pK =: 8.3). The EPR spectra show that the Fe3+ ion is in a crystal field with axial symmetry with rhombic distortion. Measurements of optical absorption show isosbestic points practically identical to other hemoproteins with the distal histidina present. Our data permit to anticipate that MbT probably has the same aminoacid residues in the heme region as Mb (II), and thÉit a slight displacement of the histidine E-7 about the heme symmetry axis is observed. Temperature induced conformational changes were studied in MbT at various pH\'s. This protein has a cysteine residue in the polypeptide chain which allows the binding of a specific spin label, a maleimide derivative. Our results from the EBR spectra of the spin label attached to MbT together with the optical absorption by Fe3+ lead to the conclusion that this protein exhibits a pre-denaturation behaviour and the transition from the native to the denatured forms in a result of a sequence of steps suggesting the existence of intermediate states.

Neste trabalho são estudadas as mioglobínas de Aplysía Brasiliana (MbApB) e da tartaruga marinha \"Dermoche lis Coriacea\" (MbT) focalizando a transição ácida alcalina (TAA), a interação com metais de transição e mudanças conformacionais induzidas - termicamente com objetivo de observar diferenças estruturais destas mioglobinas. A TAA da MbApB possui um pK = 7,2 quando observada Fe3+ em espectro do Fe3+ em g1 = 5,83 e pK = 7,5 quando medida através da absorção óptica (&#955=590nm). O espectro de EPR do Fe+ a pH alcalino revela uma distorção rômbica no campo cristalino do ferro que esta de acordo com a ausência da histidina distantes ta proteína. Além disso, as linhas associadas à configuração de baixo spin são bastante alargadas. Este alargamento de linha PQ de ser explicado por uma flutuação no posicionamento da heme em relação aos eixos de simetria. A MbApB forma complexos com o Cu2+ e Mn2+ . Existe som te um sitio de ligação para esses metais na proteína. Este sítio provavelmente envolve ligantes comuns ao Mn2+ e Cu2+ pois a ligação é competitiva, indicando que o complexo com o Cu2+ é mais estável do que com Mn2+ (KAMn2+ = (11,5-0,8).103 M-1 ). O complexo MbApB: Cu2+ exibe uma transição dependente do pH indicando uma mudança na coordenação do Cu2+ . Esta transição pode ser ajustada teoricamente admitindo-se uma interconversão entre duas formas, fornecendo um pK = 11,0. Observa-se também que a complexação da MbApB com mais de um Cu2+ provoca desnaturação. A TAA da MbT foi estudada por absorção óptica (pK=8,4) e EPR (pK = 8,3). Os espectros de EPR mostram que o Fe3+ esta num campo cristalino com simetria axial e distorção rômbica. As medidas de absorção óptica revelam pontos isosbéstioos praticamente idênticos aos de outras mioglobinas e um espectro na região de Soret típico de hemoproteínas que possuem a histidina distal. Estes dados permitem antecipar que a MbT deve possuir os mesmos resíduos de aminoácidos na região da heme que a Mb(II), porem com a histidina E-7 ligeiramente inclinada em relação ao eixo de simetria da heme. As mudanças conformacionais induzidas pela temperatura foram estudadas para a MbT em várias pH\'s. Esta proteína possui uma cisteína em sua cadeia polipeptídica que permite a ligação de um marcador de spin especifico para os grupos SR. Os resultados obtidos através do espectro de EPR do marcador de spin e da absorção óptica do Fe3+ permitem concluir que esta proteína exibe o fenômeno de pré-desnaturação e a transição da forma nativa para a desnaturada é o resultado de uma seqüência de etapas indicando que existem estados intermediários. / The myoblobins of \"Applysia Brasiliana\" (MbApB) and of the sea turtle \"Dermochelis Coriacea\" (MbT) are studied in this work with special attention devoted to the acid-aIkaIyne transition (AAT) , the interaction with transition metals and temperature induced conformational changes in order to characterize structural differences in these proteins. The AAT of MbApB has a pK = 7.2 obtained from the EPR spectra of Fe3+ at g1 = 5,83 and a pK = 7,5 obtained from optical absorption (&#955=590nm). The EPR Spectrum of Fe3+ at alkaline pH shows a rhombic distortion the ion crystal field which is in agreement with the absence in this protein of the distal histidine residue. The ESR lines associated with the low spin configuration are considerably broadened. This effect can be explained by fluctuations on the heme position relative to the symmetry axis. MbApB forms complexes with both Cu2+ and Mn2+ only one binding site is obtained for both metals in the protein. This site probably has common ligands for Mn2+ and Cu2+ as the binding is competitive, suggesting also that the Cu2+ complex is more stable than the Mn2+ one (KAMn2+ = (11,5-0,8).103 M-1 ). The Cu2+: MbApB complex shows a pH dependent transition probably related to a change in the Cu2+ coordination. This transition can be adjusted assuming an interconversion between two different forms with a pK = 11,0. Addition of more than one Cu2+ ion per MbApB produces the denaturation of the protein. The AAT of MbT was studied through optical absorption (pK =: 8,4) and EPR (pK =: 8.3). The EPR spectra show that the Fe3+ ion is in a crystal field with axial symmetry with rhombic distortion. Measurements of optical absorption show isosbestic points practically identical to other hemoproteins with the distal histidina present. Our data permit to anticipate that MbT probably has the same aminoacid residues in the heme region as Mb (II), and thÉit a slight displacement of the histidine E-7 about the heme symmetry axis is observed. Temperature induced conformational changes were studied in MbT at various pH\'s. This protein has a cysteine residue in the polypeptide chain which allows the binding of a specific spin label, a maleimide derivative. Our results from the EBR spectra of the spin label attached to MbT together with the optical absorption by Fe3+ lead to the conclusion that this protein exhibits a pre-denaturation behaviour and the transition from the native to the denatured forms in a result of a sequence of steps suggesting the existence of intermediate states.

As propriedades dos derivados nitrosilados de diferentes hemoproteínas em função da temperatura, da concentração de óxido nítrico (NO) e pH, foram investigadas utilizando a técnica de Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE). Nas hemoproteínas, o grupo heme está acomodado em um bolso: de um lado encontra-se a histidina proximal, de outro uma cavidade aberta onde pode ocorrer a ligação de O2 (ou outras moléculas, tais como H2O, NO, CO, etc.). Perto daí, encontra-se o sítio distal, que pode ou não estar ocupado por uma cadeia lateral de aminoácido, o qual pode influenciar a ligação do ligante. As proteínas estudadas, marcadas com NO, foram: mioglobinas de Cavalo de Cacgalote, que possuem o sítio distal ocupado por um resíduo de histidina, a mioglobina do molusco Aplysia brasiliana (Mb Apb) que não possue um resíduo de aminoácido no sítio distal e a eritrocruorina da minhoca Annelidae Glossoscolex paulistus (Ec AGp), cuja vizinhança do heme não está determinada. Os resultados obtidos com as soluções de mioglobinas de Cavalho e de Cachalote, preparadas a partir da proteína liofilizada (Sigma) mostram cerca de 13% de mioglobina está na forma oxi (MbA) e o restante na forma meta (MbB). A ligação de NO à Mba se faz por simples substituição da molécula de O2 por NO, mantendo o ferro em seu estado ferroso. Já para a MbB, a ligação ocorre em duas etapas: na primeira reduzindo o Fe3+ a Fe2+ e, numa segunda, cuja extensão depende da concentração de NO, o óxido nítrico liga-se ao Fe2+ produto da redução do ferro da MbB. Se a razão NO/Mb é igual ou maior que 2/1, o espectro da RPE é uma linha carga (tipo B), como tem sido identificado na literatura. Se a razão NO/b é da ordem de 0,2/1, o espectro de RPE (tipo A) apresenta um desdobramento hiperfino, similar ao da deoxiHb humana na conformação T. Se a razão NO/Mb varia entre 0,2 e 2, o espectro de RPE é uma mistura de dois tipos (AB). Os espectros tipo A e AB apresentam uma clara dependência com a temperatura, ao passo que o espectro tipo B não. Observa-se que também que a afinidade pelo NO da MbB depende do pH; quanto menor o pH, mais difícil fica se completar a reação do Fe3+ com o NO, mesmo se a razão NO/Mb é maior que 2. Os espectros de RPE da MbANO e da MbBNO são diferentes, porque o campo cristalino em torno do ferro apresenta pequenas variações, alterando a distância de N&#949-FE-NO. No caso da MbA isto dá origem a um espectro similar ao encontrado para o ferro pentacoordenado (tipo A); no caso da MbB, o espectro é do tipo encontrado para ferro hexacoordenado (tipo B). O estudo da dependência do espectro de RPE com a temperatura, no caso da EcNO AGp, mostra que existe um equilíbrio térmico entre duas espécies hexacoordenadas: a espécie I, que predomina à baixa temperatura e cujo espectro de RPE exibe desdobramento superhiperfino com 9 linhas; a espécie II, que predomina altas temperaturas e cujo espectro de RPE é uma linha larga. No intervalo de temperaturas estudado, pode ser observado que em temperaturas intermediárias, os espectros são uma mistura das duas espécies. Pode-se através de diferença espectral estudar o comportamento de cada espécie separadamente e o equilíbrio da mistura. Verificou-se que as duas espécies estão separadas por cerca de 2 kcal/mol. Com os resultados obtidos e comparando-os com os obtidos na literatura, é possível sugerir a existência de uma glutamina distal para a Ec AGP. Para a MbNO ApB, encontra-se um espectro de RE que apresenta desdobramento superhiperfino com 9 linhas. Os espectros a baixa e alta temperatura são similares apenas à alta temperatura e a resolução é menor. Observa-se ainda, a influenciado sítio distal (his E7 nas mioglobinas de Cavalo e de Cachalote) sobre a ligação Fe-N-O. Nas Mb de Cavalo e de Cachalote, em que o sítio distal é ocupado por uma histidina, o espectro da RPE da MbNO é uma linha larga que não varia significativamente com a temperatura. Na Ec AGp, em que o sítio distal está provavelmente ocupado por uma glutamina, o espectro de RPE apresenta uma dependência com a temperatura: a 309.3K, o espectro é uma linha larga, a 103.0K, o espectro apresenta desdobramento superhiperfino. Na Mb Apb, em que não há resíduo básico ocupando a posição distal, o espectro apresenta desdobramento superhiperfino em todo o intervalo de temperatura estudado (113,7K a 283,3K). / Using the Electron Paramagnetic Resonance (EPR) technique, the properties of several nitrosyl hemoproteins were investigated as a function of temperature, pH and nitric oxide (NO) concentration. In hemoproteins, the heme moiety is esconced in a pocket: in one side there is na open cavity where the bonding of different molecules, such as H2O, NO, CO, etc., may occur occupied or not by an aminoacid residue thus influencying in different ways the ligand bonding. The following nitrosyl hemoproteins were studied: horse and spermwhale myoglobins which have an histidine residue occupying the distal site, the myoglobin of the mollusk Aplysia brasiliana (Mb Apb) which has no aminoacid residue in the distal site and the erythrocruorin from the earthworn Annelidae Glossoscolex paulistus (Ec AGp) whose structure is no yet known. The results that were obtained with horse and spermwhale myoglobins solutions prepared using liofilized protein from Sigma, show that almost 13% of the myoglobins is in the oxi form (MbA) and the remaining 87% is in the meta form (MbB). The NO binding to MbA is done by simple substitution of the O2 molecule, remaining the iron atom in its ferrous state. With MbB we have a quite different situation and in this case, two steps are needed to obtain the nitric oxide derivative: first the Fe3+ is reduced to Fe Fe2+ and then the NO molecule bind to it, the extention to which this last step occurs, depends on the nitric oxide concentration. If the NO/Mb ratio is equal to or greater than 2/1, the EPR signal is a broad line (B type), as it has been already identified. If the NO/Mb ratio is around 0,2/1, the EPR spectrum (A type) is characterized by a hyperfine splitting similar to that of human deoxihemoglobin in the T conformation. Finally, in the NO/Mb ratio has a value between 0,2/1 and 2/1, the EPR signal observed is due to contributions from both species (AB). Variations in the EPR spectra with temperature is only observed for the A and AB types. Futhermore, it has also been observed that MbB affinity for NO is pH dependent, the lower the pH, more difficult is the completation of the Fe3+ reaction with NO, even IF the NO/Mb ratio is greater than 2/1. The difference between the EPR spectra of MbA and MbB is due to the small but significative differences in the crystal field around the iron atom, thus modifying the N&#949-FE-NO distance. In the MbA case, this gives rise to a spectrum similar to that find for pentacoordinated iron (A type), for MbB the spectrum shows a pattern similar to that find for a hexacoordinated iron atom (B type). The analysis of the EPR spectra of EcNO AGp at various temperatures showed that there is a thermal equilibrium between two hexacoordinated species: species I, which is predominant at a low temperatures and is characterized by a nine-line superhyperfine splitting, and species II, which is predominant at high temperatures, characterized by a broad line EPR spectrum . It was found that in the range of temperatures studied , the EPR signals are due to contributions from two species. The spectral difference made possible to learn about each species independently and the equilibrium. The two species differ in enthalpy by no more than about 2 kcal/mol. At the light of these findings, and compearing with the data found in the literature, it may be postulated the existence of a glutamine at the distal site in Ec AGp. For MbNO Apb, it was found an EPR spectrum exhibiting a nine-line superhyperfine splitting. The EPR spectra at low and high temperatures are similar, but the former are well resolved while in the latter, the superhyperfine splitting is something blurred. Futhermore, it has been possible to learn about the influence of the distal site on the Fe-N-O bond. For horse and spern whale myoglobins, where na histidine occupies the distal site, the EPR spectrum is a broad line which does not change significatively with temperature. For Ec AGp, where a glutamine probably occupies the distal site, the EPR spectra are temperature dependent: at 309.3K it is a broad line and at 103.0K it presents superhyperfine splitting. Finally, for Mb Apb where there is no basic residue occupying the distal site, the EPR spectra are characterized by a nine-line superhyperfine splitting all over the temperature range studied (113.7K to 283,3K).