FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Dentro das possibilidades terapÃuticas atuais para o tratamento de pacientes com problemas congÃnitos de metabolismo, a dieta constitui o pilar mais importante e a D-tagatose tem atraÃdo uma grande atenÃÃo nos Ãltimos anos devido a seus benefÃcios à saÃde humana, bem como à semelhanÃa de suas propriedades com a sacarose. Dentre as suas muitas aplicaÃÃes, ressalta-se o potencial em auxiliar no controle de peso, uma preocupaÃÃo crescente no Brasil, uma vez que a obesidade cresce a ritmos alarmantes. No entanto, a L-arabinose isomerase, enzima que catalisa isomerizaÃÃo de D-galactose em D-tagatose, ainda nÃo està disponÃvel comercialmente e, portanto, estudos visando à obtenÃÃo deste biocatalisador se fazem necessÃrios de maneira a viabilizar a implantaÃÃo do processo industrial. Portanto neste trabalho, estudou-se a obtenÃÃo da enzima L-arabinose isomerase utilizando uma cepa de Enterococcus faecium. A enzima produzida por fermentaÃÃo foi caracterizada e imobilizada em suportes a base de quitosana. Os resultados de estabilidade tÃrmica, operacional e de estocagem obtidos para a enzima imobilizada covalentemente sobre quitosana em meio alcalino (pH 10), confirmou a importÃncia do controle do pH durante a imobilizaÃÃo, uma vez que a formaÃÃo de uniÃes multipontuais à favorecida quando comparado ao pH 7,0. No entanto, baixas concentraÃÃes de proteÃna eram obtidas na etapa de fermentaÃÃo, portanto, estudou-se a produÃÃo da enzima L-AI de forma heterÃloga em Escherichia coli. As proteÃnas recombinantes expressas foram purificadas por cromatografia de afinidade em uma Ãnica etapa, e visualizadas em SDS-PAGE. O sucesso na construÃÃo do gene e na clonagem em vetores de expressÃo em E. coli resultou em quantidade satisfatÃria de expressÃo das proteÃnas recombinantes, pois apresentaram-se na forma solÃvel, facilmente purificadas e ativas, permitindo suas caracterizaÃÃes. Por ultracentrifugaÃÃo analÃtica foi possÃvel descobrir que a enzima L-AI recombinante tem uma tendÃncia para formaÃÃo de estruturas com maior tamanho (oligÃmeros). A seguir, suportes multifuncionais foram preparados para a imobilizaÃÃo da L-AI e observou-se uma rÃpida imobilizaÃÃo, apresentando um elevado rendimento de imobilizaÃÃo, superior a 75%. Devido à baixa estabilidade tÃrmica dos derivados, estudos futuros serÃo necessÃrios para a estabilizaÃÃo da estrutura quaternÃria desta enzima. / Within the current therapeutic options for treatment of patients with congenital metabolic problems, diet is the most important pillar and D-tagatose has attracted great attention in recent years because of its benefits to human health and due to its similarities with sucrose. Among its many applications, it emphasizes the potential to assist in weight management, a growing concern in Brazil, since obesity is growing at alarming rates. However, L-arabinose isomerase, the enzyme that catalyses the isomerization of D-galactose into D-tagatose, is not yet commercially available and therefore studies in order to obtain this biocatalyst are necessary in order to enable the implementation of the industrial process. Therefore, in this work, the production of L-arabinose isomerase by Enterococcus faecium was investigated. The produced enzyme was characterized and immobilized onto chitosan. Results of thermal, operational stability and self-life obtained by using L-AI, covalently immobilized onto chitosan in an alkaline medium (pH 10), confirmed the importance of the pH during immobilization, since multipunctuality is favored compared to pH 7.0. Nevertheless, enzyme concentration after fermentation was low and, therefore, we have studied the production of heterologous enzyme in Escherichia coli. The expressed recombinant proteins were purified by affinity chromatography by a single step, and displayed as a single band on SDS-PAGE. The successful construction of the gene and cloning into expression vectors in E. coli resulted in higher amount of the recombinant proteins, which are soluble, easily purified and active, allowing their characterization. Through analytical ultracentrifugation, it was possible to find that the recombinant L-AI has a tendency to form larger structures (oligomers). Multifunctional supports were prepared to L-AI immobilization, allowing achieving high yields (more than 75%) at short contact times. Due to the low thermal stability of the immobilized enzyme, future studies will be needed to stabilize its quaternary structure.

Esta pesquisa analisa o efeito de dois sistemas de restrição de atividade física - imobilização gessada e suspensão pela cauda sobre o osso longo e a vértebra, e compara esses dois modelos com a utilização de algumas propriedades mecânicas que refletem a resistência óssea. Foram utilizadas 36 ratas que, aos 90 dias de idade, foram divididas em três grupos: 10 constituíram o controle (sem tratamento), nove tiveram todo o membro inferior direito imobilizado por três semanas e 12 animais ficaram suspensos pela cauda por três semanas. Cinco animais foram descartados. Ao fim do tempo de observação foram retirados o fêmur e a tíbia do membro posterior direito e a última vértebra lombar. A tíbia foi submetida a ensaio mecânico em três pontos até a fratura. Do fêmur foram retirados corpos de prova retangulares da face anterior do terço médio da diáfise que também foram submetidos a ensaios de flexão em três pontos. Da última vértebra lombar foi obtida uma secção transversal da região média do seu corpo e ensaiada em compressão. Os parâmetros analizados foram carga máxima e tenacidade. Os resultados mostraram que ambos os métodos causaram enfraquecimento do osso longo, embora não tenha sido possível uma comparação precisa entre eles. Entretanto, para o corpo vertebral, a imobilização gessada causou enfraquecimento do osso, enquanto que a suspensão pela cauda causou seu fortalecimento, provavelmente em decorrência de maiores esforços mecânicos aplicados na região ao se manter o animal suspenso. / The effect of two systems of physical restriction - cast immobilization and tail suspension were studied on the rat long bones and vertebra through mechanical tests. Thirty-six 90 days old female rats were used and divided into three groups: ten were allocated to control and did not receive any treatment. Nine rats had the right posterior limb immobilized in a plaster cast and 12 animals were suspended by the tail. The observation period was three weeks for all the animals. After being killed, the right femur, right tibia and the last lombar vertebra were harvested. Three point mechanical compression tests were performed for the entire tibia whereas for the femur samples from the mid-diaphysis were collected and tested in flexion. The vertebrae were tested in compression at the cancellous bone region. The overall results showed that both methods caused a weakening of the long bones although it was not possible to establish a close comparison between them. For the vertebrae, the cast caused their weakening and, conversely, the tail suspension strengthened the cancellous bone. This result was seen as a biological response to an increased mechanical demand that possibly occur in the lombar region in the suspended position.

Ciclodextrina glicosiltransferase (CGTase, EC 2.4.1.19) é a enzima capaz de converter o amido e seus açúcares relacionados em ciclodextrinas (CDs) através da reação de ciclização. As CDs têm inúmeras aplicações na indústria farmacêutica, cosmética e de alimentos, devido à sua capacidade de encapsular moléculas hidrofóbicas dentro de sua cavidade. A CGTase de Thermoanaerobacter sp. é capaz de converter o amido em CDs sob condições de processo industrial, em temperaturas elevadas. A produção de CDs em escala industrial é feita, geralmente, em processos de batelada, nos quais é utilizada a enzima livre diretamente. No entanto, a imobilização da CGTase tem sido testada, com o propósito de permitir seu uso contínua e repetidamente, de modo a prevenir sua solubilização e promover uma forma molecular mais estável. Neste trabalho, buscouse imobilizá-la em microesferas de sílica-polietilenoglicol (sílica-PEG). O suporte foi silanizado com 3- aminopropiltrimetoxisilano (APTMS) e ativado com glutaraldeído para gerar condições de imobilização de enzimas, que foi realizada a 6ºC e pH 6, durante 15h. O rendimento de imobilização e a atividade recuperada foram 83% e 73%, respectivamente. Os resultados foram comparados com estudos anteriores sobre a imobilização covalente de CGTase. As propriedades enzimáticas da CGTase imobilizada foram investigadas e comparadas com as da enzima solúvel. CGTases solúveis e imobilizadas apresentaram valores similares de pH ótimo. Por outro lado, a temperatura ótima foi de 100ºC e 80ºC para as formas solúvel e imobilizada da enzima, respectivamente. Em comparação com a CGTase solúvel, a forma imobilizada apresentou maior Km (constante de Michaelis), menor Vmax (velocidade máxima de reação), a estabilidade de armazenamento diminuiu cerca de 15% e apenas um ligeiro decréscimo foi observado quando a estabilidade térmica estava sob avaliação. A estabilidade operacional foi medida em repetidos processos de batelada e a enzima imobilizada reteve cerca de 60% da atividade catalítica inicial, após 15 ciclos. / Cyclodextrin glicosyltransferase (CGTase, EC 2.4.1.19) is the enzyme able to convert starch and related sugars into cyclodextrins (CDs) via cyclization reaction. Cyclodextrins have numerous applications in the pharmaceutical, cosmetics, and food industry, because of their capacity to encapsulate hydrophobic molecules within their cavity. The CGTase from the Thermoanaerobacter sp. is able to degrade starch into CDs under industrial conditions (high temperature). For the industrial scale production of CDs, conventional batch production methods, which utilize soluble CGTase directly, have been mainly adopted. However the immobilization of CGTase has been pursued with the purpose of allow its reuse continuously and repeatedly by avoiding enzyme solubilization and promoting a more stable molecule form. In this research, Thermoanaerobacter CGTase was immobilized on silica-polyethyleneglycol (silica-PEG) microspheres. The support was silanized with 3- aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) and activated with glutaraldehyde to generate conditions for enzyme immobilization, which was carried out at 6ºC and pH 6, during 15h. The immobilization yield and recovery activity was around 83% and 73%, respectively. Results were compared with previous studies on covalent immobilization of CGTase. The enzymatic properties of immobilized CGTase were investigated and compared with those of the soluble enzyme. Soluble and immobilized CGTases showed similar values for optimum pH. On the other hand, the optimum temperature was 100ºC and 80ºC for the soluble and immobilized forms, respectively. In comparison with the soluble CGTase, the immobilized form exhibited higher Km (Michaelis constant), lower Vmax (maximal reaction rate), the storage stability was decreased about 15% and just a slight decrease was observed when thermal stability was under evaluation. The operational stability was evaluated in repeated batch process and the immobilized enzyme retained about 60% of the initial catalytic activity after 15 cycles.

A imobilização de um segmento corporal tem sido amplamente utilizada na recuperação de lesões músculo-esqueléticas. Por essa razão, os mecanismos de adaptação funcional dos músculos após um período de redução de uso tem sido objeto de estudo de várias pesquisas. No entanto, a imobilização provoca déficits funcionais de difícil recuperação para os pacientes, e não se sabe ao certo qual a contribuição relativa da lesão e da imobilização para esses déficits. Nesse sentido, a determinação dos prejuízos causados puramente pelo processo de imobilização parece fundamental a fim de que se possam diferenciar os mecanismos específicos de adaptação muscular. Isso possibilitará uma melhor definição das estratégias para minimizar os efeitos deletérios do período de imobilização. Existem evidências que indicam que após um período de imobilização (ou de redução de uso) ocorre redução da força em decorrência de hipotrofia muscular e um aumento do percentual de fibras de contração rápida em relação às fibras de contração lenta. Apesar disso, as informações obtidas por esses estudos ainda são inconsistentes, e não permitem a definição de um comportamento padrão. Sendo assim, o objetivo do presente estudo foi verificar a influência da imobilização da articulação do cotovelo, em indivíduos saudáveis, nas propriedades mecânicas e elétricas dos músculos flexores e extensores. Essas propriedades foram avaliadas por meio das relações torqueângulo e torque-velocidade, da fatigabilidade e da ativação elétrica muscular. As hipóteses formuladas para este estudo eram de que (1) a imobilização provocaria uma redução da capacidade de produção de força máxima isométrica, bem como da ativação elétrica (valor RMS); (2) determinaria um deslocamento da relação torquevelocidade em direção a um aumento da força em maiores velocidades; (3) uma redução do tempo de sustentação de um nível submáximo de força e um aumento precoce do valor RMS e uma redução também precoce da mediana da freqüência durante o protocolo de fadiga; além da (4) manutenção do comportamento da relação torque-ângulo, uma vez que o ângulo de imobilização utilizado foi considerado ótimo para a produção de força. A amostra foi constituída por 18 indivíduos do sexo masculino, sendo 11 pertencentes ao grupo controle e sete ao grupo experimental (faixa etária de 22 a 42 anos). Todos os indivíduos realizaram duas avaliações com intervalo de 14 dias entre elas. O grupo experimental foi submetido à imobilização por 14 dias, com tala gessada, da articulação do cotovelo em um ângulo de 90°. O torque máximo foi obtido no ângulo de 90°; a relação torque-ângulo foi avaliada nos ângulos 30°, 60° e 120°; a relação torque-velocidade foi avaliada nas velocidades angulares de 60°/s, 120°/s, 180°/s, 240°/s e 300°/s; o protocolo de fadiga foi realizado a 70% da contração voluntária máxima isométrica de flexores e extensores até a exaustão. Os resultados indicaram redução do torque máximo absoluto (15 e 17% para flexores e extensores no ângulo de 90°, respectivamente) e manutenção do comportamento da relação torque-ângulo, no grupo experimental, após a imobilização. Nas demais análises não foram encontradas diferenças significativas. Os resultados obtidos no presente estudo revelaram que indivíduos saudáveis parecem não apresentar alterações na estrutura dos músculos flexores e extensores da articulação do cotovelo, além de uma hipotrofia por redução do uso. Os efeitos do uso reduzido por imobilização em sujeitos saudáveis acarretam uma redução da força muscular que não pode ser explicada pelos resultados de perimetria e nem por redução da atividade eletromiográfica dos músculos. Nossos resultados sugerem que a redução do uso do membro superior em indivíduos saudáveis produz somente uma redução na capacidade de produção de força máxima dos músculos. A comparação desses resultados com o de outros modelos de redução de uso pode auxiliar na elucidação dos mecanismos de adaptação decorrentes da redução do uso em sujeitos saudáveis, como é o caso de astronautas submetidos à redução do uso por ambiente de microgravidade. / Limb immobilization has been extensively used during the recovery process of musculoskeletal injuries. However, this technique causes musculoskeletal functional deficits to the patients. For that reason, mechanisms of muscles functional adaptations after a reduced use period have been studied on scientific literature. There are several evidences showing force reduction due to muscle atrophy and an increment of the fast twitch fibers percentage. In spite of these evidences, the results obtained from different studies are inconsistent and do not allow for the determination of a common behavior and/or mechanism. Also, the relative contributions of the injuries and that of reduction in muscle use due to immobilization are not well understood. The determination of the effects of skeletal muscle reduced use due to immobilization in healthy subjects might help to differentiate between the specific mechanisms of muscle adaptation due to immobilization and those on musculoskeletal injuries. This might allow for a better definition of strategies to minimize the deleterious effects of an immobilization periods. Therefore, the aim of the present study was to verify the influence of the elbow joint immobilization in healthy subjects, on the mechanical and electrical properties of the elbow flexors and extensors muscles. These properties were evaluated using the torque-angle and torque-velocity relationships, the fatigability and muscle electrical activation. The hypotheses of this study were that (1) immobilization should cause a reduction in maximal isometric force production capacity force and a Root Mean Square (RMS) reduction; (2) the torque-velocity should shift in the direction of higher velocities; (3) a decrease in the time of fatigue resistance, in the RMS and median frequency values after a 70% MVC isometric fatigue protocol; (4) and the maintenance of the torqueangle relationship due to the fact that subjects were immobilized at an angle considered as the most favorable for force generation. Eighteen male healthy subjects (22 to 42 years) took part in this study, being assigned to a control group (n=11) and an experimental group (n=7). All subjects performed the same tests twice with a 14-days interval period. The experimental group had the non-dominant elbow joint immobilized with a cast at a joint angle of 90° during 14 days. The maximal isometric torque was obtained at a joint angle of 90°, and the torque-angle relationship was obtained at additional joint angles of 30°, 60° and 120°. The torquevelocity relationship was obtained at six different angular velocities (30°/s, 60°/s, 120°/s, 180°/s, 240°/s and 300°/s. The fatigue protocol consisted of a 70% of the MVC isometric contraction of the flexors and extensors of the elbow until exhaustion. There was a decrease on the maximum absolute torque (15% and 17% at 90°, for flexors and extensors, respectively). There was no change in the torque-angle relationship behavior in the experimental group after immobilization, and no significant differences were observed for the other variables of the study. These results indicate that healthy subjects show a general decrease in the absolute torque at all joint angles as the only change in the mechanical properties of the muscles after 14-days of immobilization of the elbow joint. The results of torque production reduction after immobilization cannot be explained by changes in forearm and arm girths or by reduction in the electromyographic activity of the muscles. Comparison of these results with those of other reduced use models might help to elucidate the mechanisms of muscle adaptation due to reduced use in healthy subjects, as is the case of astronauts subjected to reduced use by being exposed to micro gravity ambient.

As β-glicosidades são enzimas que catalisam a hidrólise de ligações glicosídicas. São amplamente encontradas na natureza em plantas, frutas e animais. Possuem diversas aplicações biotecnologicas podendo ser amplamente empregadas na indústria de alimentos e bebidas afim de melhorar a qualidade de aroma, sabor, coloração e viscosidade do produto. Este estudo apresenta o processo de imobilização de uma β-glicosidase comercial em suporte de quitosana e a obtenção de um derivado ativo e estável, para ser aplicado no processamento de vinhos aumentando a complexidade aromática de vinhos joven. A imobilizaçãpo foi realizada em suporte de quitosana, reticulado com glutaraldeído, atingindo 100% de eficiência na imobilização com 50mg de proteína por grama de suporte e 65% de atividade recuperada no derivado imobilizado. A imobilização além de contribuir para um maior controle do processo, alterou algumas características da β-glicosidase, a qual demonstrou manter uma atividade mais alta em faixas mais amplas de pH, quando comparada a enzima livre. A β-glicosidase imobilizada apresentou grande estabilidade podendo ser reutilizada por mais de 30 ciclos, mantendo sua atividade inicial. A aplicação da β-glicosidase no vinho foi realizada em batelada, por um tempo de 90 min, sob agitação. A análise por SPME/GC-MS revelou um aumento na concentração terpenos, quando comparada a amostras não tratadas. Houve um aumento na concentração de geraniol, citronelol, linalol e nerol. A aplicação da β-glicosidase foi bem sucedida, liberando os compostos aromáticos em um curto períuodo de tempo de contato. O processo de reutilização mostra que o biocatalisador imobilizado é uam ferramenta vantajosa para a indústria de bebidas. / β-glucosidases are enzymes that catalyze the hydrolysis of glycosidic bonds. They are widely found in nature at plants, fruits and animals. They have various biotechnological applications being largely used in food and beverage industry for the enhance the product viscosity, coloration, flavour and aroma qualities. This study presents a commercial β-glucosidase immobilization in chitosan support in order to obtain an active and stable derivative, enabling its application in winemaking, enhancing the aromatic complexity in young wines. The immobilization process was conducted in chitosana support, cross-linked with glutaraldehyde, reaching 100% efficiency in immobilization with 50 mg of protein per gram of support and 65% recovered activity in imobilized derived. The immobilization of the enzyme contributes to greater control of the process, changed some features of β-glucosidase, which proved to be more stable at pH changes when compared to free enzyme. Also the immobilized β-glucosidase showed great operational stability been reused for more than 30 cycles maintaining its initial activity. The application of β-glucosidase in the wine was held in batch for 90 minutes under stirring. The analyzis by SPME / GC-MS revelead a increasement in terpens concentration when compared to the sample without treatment. Was noticed a increase in geraniol, citronellol, linalool and nerol concentration. Apliccation of β-glucosidase was sucesfull, releasing aromatic compounds in contact for a short period of time. The reuses process showed that the immobilized biocatalyst is a advantageous tool for the beverage industry.

Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos, Escola de Química e Alimentos, 2010. / Submitted by Caroline Silva (krol_bilhar@hotmail.com) on 2012-08-19T20:33:18Z No. of bitstreams: 1 dissertao graciella campello.pdf: 486302 bytes, checksum: 0f3c85b47643a8359572feee54269a00 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2012-09-24T23:15:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertao graciella campello.pdf: 486302 bytes, checksum: 0f3c85b47643a8359572feee54269a00 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-09-24T23:15:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertao graciella campello.pdf: 486302 bytes, checksum: 0f3c85b47643a8359572feee54269a00 (MD5) Previous issue date: 2010 / Este trabalho teve como objetivo principal investigar a imobilização da enzima β- galactosidase comercial de Kluyveromyces lactis (Lactozym®), bem como caracterizar a enzima livre e imobilizada visando sua aplicação na reação de hidrólise da lactose. Foram feitos testes preliminares com três suportes diferentes para a imobilização (alginato, quitosana e Eupergit® C), sendo que os valores de recuperação da atividade enzimática foram, respectivamente, 2,43%, 6,27% e 41,86%, selecionando-se o suporte Eupergit® C como o mais promissor. Um planejamento Plackett-Burman, correspondente a 12 ensaios mais 3 réplicas no ponto central, foi proposto a fim de verificar os efeitos das variáveis temperatura, pH, força iônica, tempo de imobilização, concentração de galactose, concentração de íons Mg2+ e volume de enzima na imobilização de β-galactosidase em Eupergit® C. A força iônica e o pH foram as variáveis que apresentaram efeito significativo (p<0,1) na imobilização, sendo que o aumento da força iônica de 0,1 M para 1,5 M e o aumento do pH de 6,6 para 7,4 representaram aumento de 30,0% e redução de 17,3% na recuperação da atividade enzimática, respectivamente. À temperatura de 25°C, pH 6,6, concentração salina de 1,5 M, tempo de imobilização de 8 h, concentração de Mg2+ de 1 mM e 0,4 mL de enzima adicionada, atingiu-se 85% de recuperação da atividade enzimática. As enzimas livre e imobilizada, nas melhores condições em Eupergit® C, foram caracterizadas quanto aos perfis de pH e temperatura, estabilidade térmica, parâmetros cinéticos e termodinâmicos. Quanto aos perfis de pH e temperatura, foram obtidos, para ambas, valores máximos de atividade enzimática em pH 6,6 e 45°C. Houve um ganho de estabilidade térmica com a imobilização enzimática, tendo-se observado um aumento de cerca de 4 vezes no tempo de meia-vida da enzima imobilizada a 45oC, em relação à livre, o que pode representar vantagens na utilização da enzima imobilizada em escala comercial. Os valores de energia de ativação para as enzimas livre e imobilizada foram, respectivamente, iguais a 35,28 kJ.mol-1 e 29,46kJ.mol-1; e os valores de energia de ativação da reação de desnaturação para as enzimas livre e imobilizada foram iguais, respectivamente, a 266,12 kJ.mol-1 e 198,77 kJ.mol-1. Foram determinados os parâmetros cinéticos para as enzimas livre e imobilizada, sendo que os valores de Km, 30,33 mM e 104,00 mM, respectivamente, representaram uma diminuição da afinidade da enzima pelo substrato com a imobilização, possivelmente devido a fatores estéricos e conformacionais. Parâmetros termodinâmicos foram calculados, evidenciando novamente a maior estabilidade térmica da enzima imobilizada e indicando que a perda de estabilidade de ambas as enzimas, livre e imobilizada, parece não estar associada a alterações relevantes na estrutura terciária. / Immobilization of b-galactosidase (Lactozym®) on Eupergit® C and its characterization This study aimed to investigate the immobilization of commercial β-galactosidase from Kluyveromyces lactis (Lactozym®) and characterize the free and immobilized enzymes for their application in lactose hydrolysis. Three preliminaries tests were carried out with three different supports for immobilization (alginate, chitosan and Eupergit® C), and the values for recovery of enzyme activity were, respectively, 2.43%, 6.27% e 41.86%, selecting Eupergit® C as the most promising. A Plackett-Burman design, composed of 12 assays over 3 central points was proposed in order to verify the effects of temperature, pH, ionic strength, reaction time, galactose concentration, Mg2+ concentration and enzyme volume on β-galactosidase immobilization using Eupergit® C support. The ionic strength and pH were the variables that presented significant effect (p<0.1) on immobilization. The increase in the ionic strength from 0.1 to 1.5 M and the decrease in pH from 6.6 to 7.4 represented an increase of 30.0% and a reduction of 17.3% in the recovery of enzyme activity, respectively. At 25°C, pH 6.6, salt concentration of 1.5 M, immobilization for 8 h, 1 mM Mg2+ and 0.4 mL of enzyme added, reached 85% recovery of enzymatic activity. The free and immobilized enzyme on Eupergit® C were characterized,determining pH and temperature profiles, thermal stability, kinetic and thermodynamic parameters. pH and temperature profiles showed maximum activity at pH 6.6 and 45°C. There was a gain in thermal stability with the enzyme immobilization and there was an increase of about 4 times in the half-life of immobilized enzyme at 45°C, which may represent advantages when using in a commercial scale. The values of activation energy for free and immobilized enzymes were, respectively, equal to 35.28 kJ.mol-1 and 29.46 kJ.mol-1, and the values of activation energy of denaturation reaction for free and immobilized enzymes were equal, respectively, to 266.12kJ.mol-1 and 198.77 kJ.mol-1. Kinetic parameters were determined for the immobilized and free enzyme. Km values of 30.33 mM and 104.00 mM, respectively, represented a decrease of the affinity of the enzyme by the substrate with immobilization, possibly due to steric and conformational factors. Thermodynamic parameters were calculated, showing the higher thermal stability of the immobilized enzyme and indicating that the loss of stability of both enzymes, immobilized and free, does not seem to be associated with significant changes in tertiary structure.

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-17T02:08:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlvaradoHuallanco_MonicaBeatriz_D.pdf: 1075413 bytes, checksum: f34b7681cc54bc046c7344d2601d8d16 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Os frutooligossacarídeos são considerados prebióticos, uma vez que promovem seletivamente o crescimento de micro-organismos probióticos como Lactobacillus acidophillus e Bifidobacterium bifidus. Novas enzimas, na forma livre ou imobilizada, representam uma das possibilidades para síntese destes compostos. Neste trabalho procedeu-se ao estudo da modelagem cinética e simulação da síntese de frutooligossacarídeos a partir de sacarose em diferentes tipos de reatores, pela enzima frutosiltransferase produzida pela levedura do gênero Rhodotorula, isolada em trabalhos prévios. Os estudos foram realizados sob condições de pH 4,5, 50°C e 5 UTF/mL de concentração da enzima. Tanto a enzima livre quanto a imobilizada mostraram seguir a cinética de Michaelis-Menten com inibição pelo substrato para concentrações acima de 70% e 60% (p/v), respectivamente. Observou-se inibição competitiva da glicose para os substratos sacarose, kestose e nistose. Por outro lado, considerou-se significativa a atividade hidrolítica da nistose, sendo incluída no modelo. Após a análise de sensibilidade dos parâmetros cinéticos, estes foram ajustados por simulação, e determinou-se seus valores intrínsecos. O modelo mostrou-se válido com desvios menores que 4% para a enzima livre (57% de FOS) e de 5% para enzima imobilizada (46% de FOS), indicando que ele pode ser utilizado no desenvolvimento e controle de biorreatores. No caso da enzima imobilizada incluiu-se no balanço de massa o efeito da resistência à transferência de massa externa. Devido ao suporte ser um sólido compacto, com porosidade interna desprezível, desprezou-se a difusão intraparticular, considerando-se que a imobilização da enzima foi somente na superfície da partícula. A otimização do processo em reator de cesto em batelada, tanto quanto na do reator de cesto contínuo, foi realizada segundo delineamentos do tipo composto central rotacional (DCCR), nas condições de 50% de sacarose, 50?C e pH 4,5. As condições ótimas para o processo em batelada, foram de 14 Ui/mL para a enzima imobilizada e 45 rpm para a agitação, sendo o rendimento de FOS igual a 50,60% após 24 horas de síntese. Para o reator de cesto contínuo as variáveis otimizadas foram de 15 Ui/mL para a enzima imobilizada e 45 rpm para a agitação, com rendimentos de FOS de 32,1% e produtividade de 5,0 g?L.h, com tempo de residência de 32 h. Neste último caso, o componente principal de FOS foi o GF4 (25%). Os resultados mostraram que a atividade biocatalítica e o coeficiente de transferência de massa tiveram influência significativa no curso da reação e no rendimento de produção de FOS e que o melhor processo foi o de batelada em reator de cesto / Abstract: Fructooligosaccharides (FOS) are considered prebiotics, since selectively promote the growth of microorganisms as probiotic Lactobacillus and Bifidobacterium bifidus acidophillus. New enzymes, in its free or immobilized form, represent one of the possibilities for this development. In this work, the kinetic modeling and simulation of the synthesis of FOS from sucrose in different types of reactors were carried out. The enzyme utilized was the fructosyltransferase from Rhodotorula sp., a microorganism isolated in a previous study. The studies were performed under conditions of pH 4.5, 50°C and 5 UFT/mL concentration of enzyme. Both free and immobilized enzymes showed the Michaelis-Menten kinetics with substrate inhibition, at concentrations above 70% and 60% (w/v), respectively. Additionally, it was shown that there is competitive inhibition of glucose over sucrose, kestose and nystose uptake. Moreover, the hydrolytic activity on nystose was considered significant, therefore, it was included in the model. After the parameter sensitivity analysis the intrinsic kinetic parameters were determined and the model was validated against experimental data for sucrose concentrations of 50 and 70%. The model proved to be valid with deviations of less than 4% for the free enzyme (57% FOS) and 5% for immobilized enzyme (46% FOS), indicating that it can be used in the development and control of bioreactors. The enzyme immobilization was by adsoption on the surface of a niobium ore, which is a compact solid with negligible internal porosity. For the batch and continuous basket reactor processes, the optimization experiments were simulated in two central composite rotatable designs (DCCR), using 50% of sucrose concentration, 50?C and pH 4.5. The optimum conditions for the batch reactor were: 14 Ui/mL for the activity of immobilized enzyme and agitation speed of 45 rpm, with yield of 50.60% of FOS, after 24 hours of synthesis. For the continuous basket reactor, the optimum conditions were: an activity of immobilized enzyme of 15 Ui/mL and an agitation speed of 45 rpm, performing a FOS yield of approximately 32.1% and produtivity of 5.0 g?L.h, with a residence time of 32 h. In the latter case of the main FOS fraction was the GF4, with about 25% of the total, a result very different from those obtained with other types of reactors. The results showed that the immobilized enzyme activity and the coefficient of mass transfer had a significant influence on the course of the reaction and the yield of FOS and that the best process for FOS production is the batch basket reactor / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Em face à busca por novos suportes de baixo custo para imobilizaÃÃo de enzimas e à procura por alternativas de aproveitamento para a casca de coco verde, o presente trabalho teve como objetivo avaliar o potencial da utilizaÃÃo da fibra da casca de coco verde como suporte para imobilizaÃÃo de enzimas, em especÃfico a lipase do tipo B de Candida antarctica. Foram testadas duas tÃcnicas de imobilizaÃÃo, adsorÃÃo e ligaÃÃo covalente. As variÃveis estudadas no processo de imobilizaÃÃo por adsorÃÃo foram: concentraÃÃo inicial de enzima, tempo de contato, pH do meio de imobilizaÃÃo e pH da superfÃcie da fibra. Para concentraÃÃes iniciais de enzima no sobrenadante atà 150 U/mL, o tempo de contato de 2 horas foi suficiente para imobilizaÃÃo. Um derivado bastante estÃvel foi obtido fazendo uso de uma soluÃÃo inicial de enzima contendo 40 U/mL, em tampÃo fosfato a pH 7, para imobilizaÃÃo em fibra de coco lavada com Ãgua (pH da superfÃcie = 5), sendo o tempo de contato igual a 2 horas. O fator de estabilizaÃÃo tÃrmica a 60ÂC foi igual a 92,15 e os valores de KBmB e VBmÃxB da enzima imobilizada foram iguais aos da enzima na forma solÃvel. AlÃm disso, observou-se que a fibra possui carÃter iÃnico, sendo o processo de adsorÃÃo influenciado pelo pH do meio de imobilizaÃÃo. Quanto ao processo de imobilizaÃÃo por ligaÃÃo covalente, as variÃveis estudadas foram concentraÃÃo inicial de enzima, tempo de contato, pH do meio de imobilizaÃÃo, uso de aditivos durante o processo de imobilizaÃÃo e uso de borohidreto de sÃdio como agente redutor das bases de Schiff. Observou-se a formaÃÃo de multicamadas quando se imobilizou a enzima a partir de uma soluÃÃo contendo 280 U/mL. A presenÃa de Ãcido butÃrico e PEG 6.000 durante o processo de imobilizaÃÃo nÃo tiveram influÃncia significativa sobre a atividade hidrolÃtica do derivado e sobre a conversÃo de Ãcido butÃrico na reaÃÃo de sÃntese. O uso de borohidreto de sÃdio como agente redutor resultou em derivados menos ativos e mais instÃveis tanto no processo de imobilizaÃÃo a pH 7 quanto em pH 10. Comparando a imobilizaÃÃo a pH 7 com a imobilizaÃÃo a pH 10, maior carga enzimÃtica imobilizada, maior estabilidade operacional de sÃntese e maior estabilidade à estocagem foram obtidos com derivado imobilizados em pH 7. Num paralelo entre imobilizaÃÃo por ligaÃÃo covalente e por adsorÃÃo, concluiu-se que para meios aquosos, derivados obtidos por ligaÃÃo covalentes sÃo mais adequados, contudo, para reaÃÃes em meios orgÃnicos a imobilizaÃÃo por adsorÃÃo à mais indicada por ser uma tÃcnica simples, de baixo custo e que promove derivado bastante estÃvel. Por fim, buscando aumentar a Ãrea superficial e caracterizar o suporte estudado, foram realizados estudos investigativos da morfologia da superfÃcie da fibra e suas modificaÃÃes por tratamentos quÃmicos. / For the last few years, many researches have sought for inexpensive support matrixes to enzyme immobilization. Meanwhile, in Brazil, an effort is being made to find alternative uses to green coconut husk, an agroindustrial waste. Therefore, the present study investigates the feasibility of using green coconut fiber for the immobilization of Candida antarctica lipase B. Two immobilization strategies were investigated: adsorption and covalent attachment. The effect of different variables on adsorption process have been studied, such as: lipase loading, contact time, pH of the coupling media and pH of the support surface. A stable immobilized enzyme was obtained by contacting coconut fiber washed with water (surface pH = 5) with an enzyme solution containing 40 U/mL in sodium phosphate buffer (pH 7.0) for 2h at room temperature. The thermal stabilization factor at 60ÂC was 92.15. Kinetic parameters for Michaelis-Menten model (Km and VmÃx) were the same for both immobilized enzyme and soluble enzyme. It was also observed that coconut fiber is an ion exchange material because of the influence of the coupling media pH on adsorption. Afterwards, we have studied the effect of some variables on the covalent immobilization on coconut fiber activated with GPTMS, such as: lipase loading, contact time, pH of the coupling media, use of additives during the immobilization and sodium borohydride as reducing agent of the Schiffâs bases formed on the covalent attachment. It was observed that a high enzyme loading, for instance 280 U/mL of initial enzyme concentration on the supernatant, promoted a multilayer immobilization. The effect of butyric acid and PEG 6.000, both used as additives during immobilization, were not significant on hydrolytic activity or butyric acid conversion. The use of sodium borohydride as a reducing agent of the Schiffâs bases promoted a loss on the immobilized enzyme activity. Moreover, the immobilized enzyme obtained after the reduction was less stable considering thermal stability in all the cases studied. Best results of enzyme loading, operational stability of synthesis and storage stability were obtained when the enzyme was immobilized covalently at pH 7. Drawing a comparison between adsorption and covalent attachment, results allow concluding that, for aqueous media reactions, the use of immobilized enzyme by covalent attachment is more indicated. However, the immobilization by adsorption a suitable method for organic media reactions, since it is cheaper and a very stable immobilized enzyme is obtained. Finally, searching to increase the surface area of the support and to characterize it, somo studies have been made on the fiber morphologic characteristics and on its modifications after each treatment.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A DoenÃa de Parkinson (DP) à uma desordem neurodegenerativa caracterizada pela perda de neurÃnios dopaminÃrgicos na substancia nigra (SN). Estudos epidemiolÃgicos sugerem uma associaÃÃo entre estresse, depressÃo e DP. Agentes antioxidantes tem sido relatados como capazes de mudar o curso da doenÃa, bloqueando a neurodegeneraÃÃo dopaminÃrgica. Com a finalidade de estudar os efeitos neuroprotetores da catequina, um flavonÃide encontrado na Camelia sinensis, o presente trabalho avaliou os efeitos deste composto no comportamento motor, memÃria, avaliaÃÃo imunohistoquÃmica e bioquÃmica em um modelo de DP induzido em ratos pela 6-OHDA. Em uma outra etapa do trabalho tambÃm avaliou-se os efeitos da associaÃÃo do estresse com a DP sobre estes mesmos parÃmetros, usando um modelo animal de estresse de imobilizaÃÃo subcrÃnico (11d/6hrs). Os animais (ratos Wistar machos, 200-250g) foram tratados com catequina (10 e 30 mg/kg i.p.) diariamente por 16 dias, iniciando-se na ocasiÃo da lesÃo estriatal pela 6-OHDA (21Âg/ 3ÂL). Os resultados obtidos demonstram que a 6-OHDA aumentou o nÃmero de rotaÃÃes contralaterais à lesÃo induzida por apomorfina e a catequina nas duas doses foi capaz de reverter esse dano motor. Houve uma recuperaÃÃo da atividade exploratÃria e memÃria de trabalho promovido pela catequina nas doses testadas. A 6-OHDA diminuiu a imunorreatividade para tirosina hidroxilase (TH) e transportador de dopamina (DAT) no corpo estriado e mesencÃfalo, alÃm de promover uma diminuiÃÃo nos nÃveis de GSH. A catequina nas duas doses em animais lesionados pela 6-OHDA foi capaz de recuperar a imunorreatividade para TH e DAT, alÃm de aumentar significativamente os nÃveis de GSH em relaÃÃo aos animais lesionados pela 6-OHDA. A 6-OHDA promoveu a morte neuronal demonstrada pela diminuiÃÃo nos nÃveis de catecolaminas, a catequina, por sua vez, foi capaz de reverter esses nÃveis. O estresse de imobilizaÃÃo subcrÃnico nÃo reverteu o nÃmero de rotaÃÃes contralaterais induzidas pela apomorfina, nem melhorou a memÃria de trabalho dos danos pela 6-OHDA, mas foi capaz de melhorar a atividade locomotora e a memÃria aversiva. O estresse subcrÃnico levou os animais a um estado depressivo no teste de nado forÃado, o que nÃo foi observado em animais que sofreram apenas a lesÃo estriatal. Houve uma diminuiÃÃo no ganho de peso nos animais submetidos ao estresse. AlÃm disso, houve uma aumento discreto da imunorreatividade para a TH e DAT em animais submetidos ao estresse e lesÃo pela 6-OHDA. Em relaÃÃo Ãs catecolaminas, houve uma reversÃo parcial nos nÃveis de noradrenalina e serotonina pelo efeito do estresse. Os resultados do presente trabalho demonstram que tanto a catequina, quanto estresse de imobilizaÃÃo foram neuroprotetores neste modelo experimental da DP. A catequina na dose de 30mg demonstrou um efeito prÃ-oxidante. O estresse de imobilizaÃÃo parece ter exercido um condicionamento fisiolÃgico nos animais, protegendo, de certa maneira, dos efeitos tÃxicos da 6-OHDA. / Parkinsonâs disease (PD) is a neurodegenerative disorder reported since antiquity and characterized for neuronal dopaminergic loss mainly in the substantia nigra (SN). Epidemiological studies suggest association between depression and PD and stress has been implicated in causing depression. The currently available therapies can not prevent the progression of PD, but are able to contain the symptoms. Neuroprotective agents have been reported as able to change the course of the disease, stopping dopaminergic neurodegeneration. Many of these agents are derived from plants with antioxidant actions, as catechin, a flavonoid found in green tea. In order to study the neuroprotective effects of catechin, the present study evaluated the effects of this compound on motor behavior, memory, Immunohistochemistry, biochemical evaluation and determination of catecholamines in an animal model of PD by 6-OHDA. Another stage of the study also evaluated the effects of stress associated with PD on the same parameters, in an animal model of subchronic restraint stress (11d/6hrs). Animals (male Wistar rats, 200-250g) were treated with catechin (10 and 30mg/kg ip) daily for 16 days, starting at the time of injury by striatal 6-OHDA. Results show that 6-OHDA increased the number of rotations contralateral to the lesion induced by apomorphine and catechin in the two doses was able to reverse the 6-OHDA damage. There was a recovery of exploratory activity and working memory promoted by catechin in both doses. Catechin in a dose of 30mg worsened the aversive memory. 6-OHDA decreased the immunoreactivity for tyrosine hydroxylase (TH) and dopamine transporter (DAT) in striatum and midbrain, and promote a decrease in GSH levels. Catechin in two doses in animals injured by 6-OHDA was able to increase the immunoreactivity for TH and DAT, significantly increasing the levels of GSH compared to lesioned animals by 6-OHDA. 6-OHDA caused neuronal death demonstrated by decreasing levels of catecholamines, catechin, in turn, was able to reverse these levels. The subchronic restraint stress did not reverse the number of contralateral rotations induced by apomorphine, neither improved the working memory of the damage by 6-OHDA, but was able to increase the number of crossings and improve the aversive memory. Stressed subchronic animals led to an increase in immobilization time in the forced swimming test, which was not observed in animals that were only striatal injury. There was a decrease in weight gain in animals subjected to stress. There was a slight increase of immunoreactivity for TH and DAT in animals subjected to stress and injury by 6-OHDA. In relation to catecholamines, there was a partial reversal in the levels of noradrenaline and serotonin by the effect of stress. Results of this study demonstrate that both catechin and immobilization stress were neuroprotective in this experimental model of PD. The catechin in a dose of 30mg was both oxidant and pro-oxidant. Restraint stress appears to have exerted a priming in animals, protecting, in a way, the toxic effects of 6-OHDA.

Este trabalho descreve a preparação e caracterização de bioanodos para biocélula a combustível etanol/O2 utilizando enzimas desidrogenases, tanto com transferência eletrônica mediada como com transferência eletrônica direta. Na primeira etapa do trabalho, os resultados de cinética enzimática com as enzimas comerciais álcool desidrogenase e aldeído desidrogenase em solução e imobilizada mostraram claramente que os vários parâmetros cinéticos analisados devem ser considerados, a fim de se obter atividade máxima com os biocatalisadores; além disso, os resultados obtidos com as diferentes metodologias de imobilização empregadas (adsorção passiva e automontagem) confirmaram que tal etapa é crucial para a obtenção de um sistema viável. Os testes de semi-célula e estabilidade com transferência eletrônica mediada mostraram que o dendrímero PAMAM se mostra bastante atrativo na preparação de bioanodos para biocélula a combustível enzimática com ambas as metodologias testadas. Na segunda parte do trabalho, os resultados obtidos com os bioanodos preparados com as enzimas desidrogenases contendo o grupamento pirroquinolina quinona extraídas da bactéria Gluconobacter sp. 33 e purificadas em laboratório mostraram que ambos os protocolos de imobilização empregados nesta etapa (dendrímero PAMAM e Nafion-modificado) foram capazes de proporcionar um ambiente no qual as enzimas são capazes de realizar transferência eletrônica diretamente com superfícies de ouro e carbono. Com base nos resultados de caracterização eletroquímica, observou-se que a reação de interesse ocorre mais facilmente na presença de nanotubos de carbono, onde se acredita que os grupamentos heme-c permanecem em um arranjo mais adequado que facilita o processo de transferência eletrônica e consequentemente fornece maiores correntes catalíticas. Os testes de semi-célula etanol/O2 com transferência eletrônica direta mostraram que os bioanodos preparados tanto com a membrana Nafion-modificada quanto com o dendrímero PAMAM se mostraram capazes de gerar densidades de potência competitivas em relação a outros métodos de imobilização. / This work describes the preparation and characterization of bioanodes for ethanol/O2 biofuel cell using dehydrogenases enzymes, using either mediated electron transfer or direct electron transfer. First, investigation of the enzymatic kinetics of the commercial enzymes alcohol dehydrogenase and aldehyde dehydrogenase in solution and immobilized onto carbon platforms clearly showed that the analyzed kinetic parameters must be considered for achievement of maximum activity. The results obtained by using different immobilization methodologies (passive adsorption and self-assembly) confirmed that this step is crucial for attainment of a viable system. The half-cell and stability tests employing mediated electron transfer showed that PAMAM dendrimers seem to be very attractive for the preparation of bioanodes for enzymatic biofuel cell using the tested protocols. In the second part of the work, the results obtained with the bioanodes prepared with dehydrogenases enzymes containing the pyrroloquinoline quinone group, extracted from the bacteria Gluconobacter sp. 33 and purified in our laboratory, revealed that both immobilization protocols employed in this step (PAMAM dendrimers and modified-Nafion) were able to provide an environment in which the enzymes undergo direct electron transfer with gold and carbon surfaces. The electrochemical characterization results evidenced that the reaction of interest occurs more easily in the presence of carbon nanotubes. We believe that the c-heme groups remain in a more suitable arrangement in the nanotubes, which facilitates the electron transfer process and provides higher catalytic currents. Ethanol/O2 half-cell tests with direct electron transfer showed that both the bioanodes prepared with modified-Nafion membrane and PAMAM dendrimers were capable of generating competitive power densities as compared to other immobilization methods.