Group I introns belong to a class of large RNAs that catalyze their own excision from precursor RNA through a two-step process called self-splicing reaction. These self-splicing introns have often been converted into ribozymes with the ability site specifically cleave RNA molecules. One such ribozyme, derived from a self-splicing Pneumocystis carinii group I intron, has subsequently been shown to sequence specifically excise a segment from an exogenous RNA transcript through trans excision-splicing reaction.The trans excision-splicing reaction requires that the substrate be cleaved at two positions called the 5' and 3' splice sites. The sequence requirements at these splice sites were studied. All sixteen possible base pair combinations at the 5' splice site and the four possible nucleotides at the 3' splice site were tested for reactivity. It was found that all base pair combinations at the 5' splice site allow the first reaction step and seven out of sixteen combinations allow the second step to occur. Moreover, it was also found that non-Watson-Crick base pairs are important for 5' splice site recognition and suppress cryptic splicing. In contrast to the 5' splice site, 3' splice site absolutely requires a guanosine.The pathway of the trans excision-splicing reaction is poorly understood. Therefore, as an initial approach, a kinetic framework for the first step (5' cleavage) was established. The framework revealed that substrate binds at a rate expected for RNA-RNA helix formation. The substrate dissociates with a rate constant (0.9 min-1), similar to that for substrate cleavage (3.9 min-1). Following cleavage, the product dissociation is slower than the cleavage, making this step rate limiting for multiple-turnover reactions. Furthermore, evidence suggests that P10 helix forms after the 5' cleavage step and a conformational change exists between the two reaction steps of trans excision-splicing reaction. Combining the data presented herein and the prior knowledge of RNA catalysis, provide a much more detailed view of the second step of the trans excision-splicing reaction.These studies further characterize trans excision-splicing reaction in vitro and provide an insight into its reaction pathway. In addition, the results describe the limits ofthe trans excision-splicing reaction and suggest how key steps can be targeted for improvement using rational ribozyme design approach.

A (Na+,K+)-ATPase presente no tecido branquial dos crustáceos osmorreguladores é um componente essencial do sistema de regulação iônica e osmótica e de excreção ativa de NH4 +. Dessa forma, a caracterização cinética da (Na+,K+)-ATPase branquial de Clibanarius vittatus pode fornecer dados importantes para a compreensão dos mecanismos bioquímicos desses processos. Nesse sentido, foram realizados ensaios cinéticos com a fração microsomal obtida do tecido branquial de C. vittatus. Os dados obtidos revelaram a presença de um único pico com atividade ATPase. Os dados obtidos a partir da hidrólise do substrato ATP revelaram a presença de dois sítios, um de alta afinidade que apresenta interação sítio-sítio (nH=1,9; K0,5= 63,8 ± 2,9 nM e V= 19,1 ± 0,8 U/mg) e outro de baixa afinidade, com características Michaelianas (nH=1,0; KM= 44,1 ± 2,6 mM e VM= 123,5 ± 6,1 U/mg). Além disso, foi observada interação do tipo sítio-sítio (nH= 1,8) para estimulação dos íons magnésio (V= 132,0 ± 5,3 U/mg e K0,5= 0,36 ± 0,02 mM). Por outro lado, as interações dos íons sódio (K0,5= 7,4 ± 0,4 mM), potássio (K0,5= 1,51 ± 0,05 mM) e amônio (K0,5= 4,5 ± 0,2 mM) obedeceram a uma cinética Michaeliana. Os dados obtidos mostraram que em condições saturantes de íons potássio, a atividade enzimática aumenta de maneira concentração-dependente quando na presença de íons amônio (V= 290,8 ± 14,4 U/mg e KM= 2,9 ± 0,1 mM). A presença da ouabaína no meio reacional acarretou 66% de inibição (KI= 117,3 ± 3,5 mM), indicando a presença de outras ATPases. A atividade K+-fosfatase, medida usando o substrato sintético PNFF revelou a presença de um único sítio de hidrólise (V= 47,4 ± 1,9 U/mg e KM= 1,0 ± 0,04 mM) com características Michaelianas (nH= 1,1). Entretanto, para os íons Mg2+ (nH= 2,6 e K0,5= 0,6 ± 0,1 mM), K+ (nH= 1,4 e K0,5= 3,7 ± 0,1 mM) e NH4 + (nH= 1,9 e K0,5= 19,3 ± 0,7 mM) foram observadas interações sítio-sítio. Em conjunto, os resultados cinéticos obtidos para a (Na+,K+)-ATPase branquial de C. vittatus, reforçam a possibilidade de que essa enzima contribui eficientemente com o mecanismo adaptativo desencadeado em resposta à exposição a altas concentrações externas de amônia. É importante ressaltar que o presente trabalho representa o primeiro estudo de caracterização cinética da enzima (Na+,K+)- ATPase no ermitão C. vittatus, um animal inserido em um microambiente constituído pela concha. Finalmente, este trabalho agrega informações relevantes relacionadas ao grupo dos Decapoda, em relação ao papel da (Na+,K+)-ATPase nos processos metabólicos e de osmorregulação nos crustáceos. / (Na+,K+)-ATPase is an essential component of osmotic and iono-regulatory system of crustacean gill and plays a relevant role in NH4 + excretion. Thus, the kinetic characterization of Clibanarius vittatus gill microsomal (Na+,K+)-ATPase, can provide crucial data to the understanding of osmoregulating and excretion processes of these animals in different environments, especially the shell microenvironment. In this way, kinetic assays were performed with gill microsomal fraction. The results showed a single protein peak with ATPase activity. The results from ATP hydrolysis revealed the presence of two different sites. One of them is related to the high-affinity with site-site interaction (nH=1.9; K0.5= 63.8 ± 2.9 nM and V= 19.1 ± 0.8 U/mg) and the other shows low-affinity, obeying Michaelis-Menten kinetics (nH=1.0; KM= 44.1 ± 2.6 mM and VM= 123.5 ± 6.1 U/mg). Moreover, site-site interaction (nH= 1.8) was observed to the magnesium ions stimulation (V= 132.0 ± 5.3 U/mg and K0.5= 0.36 ± 0.02 mM). On the other hand, the stimulations of Na+ (K0.5= 7.4 ± 0.4 mM), K+ (K0.5= 1.51 ± 0.05 mM) and NH4 + (K0.5= 4.5 ± 0.2 mM), followed Michaelis-Menten kinetics. At saturating concentrations of potassium ions, the enzyme activity was increased in a dependent-concentration manner with increasing ammonium ions concentration (V= 290.8 ± 14.4 U/mg and KM= 2.9 ± 0.1 mM). Ouabain inhibited 66% of (Na+,K+)-ATPase activity (KI= 117.3 ± 3.5 mM) of the gill microsomal enzyme, indicating the presence of other ATPase activities. The K+-fosfatase activity was also measured using PNPP, a synthetic substrate. PNPP hydrolysis resulted in single site hydrolysis site, obeying the Michaelis-Menten kinetics (nH= 1.1). However, it was observed site-site interactions for Mg2+ (nH= 2.6; K0.5= 0.6 ± 0.1 mM), K+ (nH= 1.4; K0.5= 3.7 ± 0.1 mM) and NH4 + (nH= 1.9; K0.5= 19.3 ± 0.7 mM) ion estimulations. Taken together, these results provide important informations on the kinetic properties of gill (Na+,K+)-ATPase of C. vittatus, emphasizing the synergiistic stimulation induced by K+ and NH4 +, which appear to contribute to the efficient adaptive mechanism triggered by exposure of high external ammonia concentrations. It is important to emphasize that this is the first study on the kinetic properties of (Na+,K+)-ATPase enzyme of the hermit crab C. vittatus. Finally, this study provide information concerning the (Na+,K+)-ATPase role in the metabolic and osmoregulating mechanisms of this Decapoda group

Apesar da incidência per capita da tuberculose (TB) ter se mantido estável em 2005, o número de novos casos que surgem a cada ano continua a aumentar no mundo todo. De acordo com a Organização Mundial de Saúde, foram estimados 9,4 milhões de novos casos de TB em 2008, dos quais 1,4 milhões eram HIV - positivos, e com 1,8 milhões de mortes - o equivalente a 4.500 mortes por dia. Fatores como migração, privação sócio-econômica, co-infecção TB-HIV e o aparecimento de cepas resistentes contribuíram para o aumento do número de casos de TB no mundo, principalmente nos países onde a TB já foi considerada erradicada, e criaram a necessidade do desenvolvimento de novas terapêuticas. Alvos moleculares específicos, que são essenciais para o patógeno, e ausentes no hospedeiro, como as enzimas da via do ácido chiquímico são alvos atraentes para o desenvolvimento de novas drogas antituberculose. Essa via leva à síntese de compostos aromáticos, como aminoácidos aromáticos, e é encontrada em plantas, fungos, bactérias e parasitas do phylum Apicomplexa, mas está ausente em humanos. No ano de 2000, foi comprovada a essencialidade dessa via para a viabilidade do bacilo, tornando todas essas enzimas alvos validados para estudo. A segunda enzima da via, deidroquinato sintase (DHQS), catalisa a conversão de 3-deoxi-D-arabino heptulosonato-7-fosfato em 3-deidroquinato, o primeiro composto cíclico. Neste trabalho, são descritos o requerimento de metais divalentes na reação e a determinação do mecanismo cinético da DHQS. Os parâmetros cinéticos verdadeiros foram determinados e, juntamente com os experimentos de ligação, o mecanismo rápido-equilíbrio aleatório foi proposto. O tratamento com EDTA aboliu completamente a atividade de DHQS, sendo que a adição de Co+2 e Zn+2 levam a recuperação total e parcial da atividade enzimática, respectivamente. O excesso de Zn+2 inibe a atividade DHQS, e os dados de ITC indicaram a presença de dois sítios seqüenciais de ligação, o que é consistente com a existência de um sítio secundário inibitório. O protocolo de cristalização foi estabelecido e experimentos em andamento proporcionarão a elucidação da estrutura tridimensional da DHQS, que irá beneficiar tanto o desenho de novos inibidores como uma análise detalhada dos rearranjos do domínio da proteína. Em conjunto, estes resultados representam um passo essencial para o desenho racional de inibidores específicos que podem fornecer uma alternativa promissora para um novo, eficaz, e mais curto de tratamento para TB. / Although the estimated per capita tuberculosis (TB) incidence was stable in 2005, the number of new cases arising each year is still increasing globally. According with World Health Organization, there were estimated 9.4 million new TB cases in 2008, from which 1.4 million were HIV-positive, with 1.8 million deaths total – equal to 4500 deaths a day. Migration, socio-economic deprivation, HIV co-infection and the emergence of extensively-resistance strains, have all contributed to the increasing number of TB cases worldwide, mainly in countries where it was once considered eradicated, and have created an urgent need for the development of new therapeutics against TB. Specific molecular targets, that are essential to the pathogen, and absent in the host, like the enzymes of the shikimate pathway, are attractive targets to development of new antitubercular drugs. This pathway leads to the biosynthesis of aromatic compounds, including aromatic amino acids and it is found in plant, fungi, bacteria and Apicomplexa parasites, but is absent in humans. In 2000, this pathway was proved to be essential to the viability of the pathogen, which validates all its enzymes as potential targets. The second enzyme of this pathway, dehydroquinate synthase (DHQS), catalyzes the conversion of 3-deoxy-D-arabinoheptulosonate 7-phosphate in 3-dehydroquinate, the first cyclic compound. In this work, we described the metal requirement and kinetic mechanism determination of the dehydroquinate synthase. The determination of the true kinetic parameters was performed, and, in addition to ligand binding experiments, the rapid-equilibrium random mechanism was determined. The treatment with EDTA abolished completely the activity of DHQS, and the addition of Co+2 and Zn+2 leads to full and partial recovery of enzyme activity, respectively. Excess of Zn+2 inhibits the DHQS activity, and the ITC data revealed two sequential binding sites, which is consistent with the existence of a secondary inhibitory site. The crystallization protocol was established and ongoing experiments will provide the three-dimensional structure of mtDHQS, which will benefit both the design of novel inhibitors as well as detailed analysis of domain rearrangements of protein. Taken together, these results represent an essential step for the rational design of specific inhibitors that can provide a promising alternative to a new, effective, and shorter treatment for TB.

Apesar da incidência per capita da tuberculose (TB) ter se mantido estável em 2005, o número de novos casos que surgem a cada ano continua a aumentar no mundo todo. De acordo com a Organização Mundial de Saúde, foram estimados 9,4 milhões de novos casos de TB em 2008, dos quais 1,4 milhões eram HIV - positivos, e com 1,8 milhões de mortes - o equivalente a 4.500 mortes por dia. Fatores como migração, privação sócio-econômica, co-infecção TB-HIV e o aparecimento de cepas resistentes contribuíram para o aumento do número de casos de TB no mundo, principalmente nos países onde a TB já foi considerada erradicada, e criaram a necessidade do desenvolvimento de novas terapêuticas. Alvos moleculares específicos, que são essenciais para o patógeno, e ausentes no hospedeiro, como as enzimas da via do ácido chiquímico são alvos atraentes para o desenvolvimento de novas drogas antituberculose. Essa via leva à síntese de compostos aromáticos, como aminoácidos aromáticos, e é encontrada em plantas, fungos, bactérias e parasitas do phylum Apicomplexa, mas está ausente em humanos. No ano de 2000, foi comprovada a essencialidade dessa via para a viabilidade do bacilo, tornando todas essas enzimas alvos validados para estudo. A segunda enzima da via, deidroquinato sintase (DHQS), catalisa a conversão de 3-deoxi-D-arabino heptulosonato-7-fosfato em 3-deidroquinato, o primeiro composto cíclico. Neste trabalho, são descritos o requerimento de metais divalentes na reação e a determinação do mecanismo cinético da DHQS. Os parâmetros cinéticos verdadeiros foram determinados e, juntamente com os experimentos de ligação, o mecanismo rápido-equilíbrio aleatório foi proposto. O tratamento com EDTA aboliu completamente a atividade de DHQS, sendo que a adição de Co+2 e Zn+2 levam a recuperação total e parcial da atividade enzimática, respectivamente. O excesso de Zn+2 inibe a atividade DHQS, e os dados de ITC indicaram a presença de dois sítios seqüenciais de ligação, o que é consistente com a existência de um sítio secundário inibitório. O protocolo de cristalização foi estabelecido e experimentos em andamento proporcionarão a elucidação da estrutura tridimensional da DHQS, que irá beneficiar tanto o desenho de novos inibidores como uma análise detalhada dos rearranjos do domínio da proteína. Em conjunto, estes resultados representam um passo essencial para o desenho racional de inibidores específicos que podem fornecer uma alternativa promissora para um novo, eficaz, e mais curto de tratamento para TB. / Although the estimated per capita tuberculosis (TB) incidence was stable in 2005, the number of new cases arising each year is still increasing globally. According with World Health Organization, there were estimated 9.4 million new TB cases in 2008, from which 1.4 million were HIV-positive, with 1.8 million deaths total – equal to 4500 deaths a day. Migration, socio-economic deprivation, HIV co-infection and the emergence of extensively-resistance strains, have all contributed to the increasing number of TB cases worldwide, mainly in countries where it was once considered eradicated, and have created an urgent need for the development of new therapeutics against TB. Specific molecular targets, that are essential to the pathogen, and absent in the host, like the enzymes of the shikimate pathway, are attractive targets to development of new antitubercular drugs. This pathway leads to the biosynthesis of aromatic compounds, including aromatic amino acids and it is found in plant, fungi, bacteria and Apicomplexa parasites, but is absent in humans. In 2000, this pathway was proved to be essential to the viability of the pathogen, which validates all its enzymes as potential targets. The second enzyme of this pathway, dehydroquinate synthase (DHQS), catalyzes the conversion of 3-deoxy-D-arabinoheptulosonate 7-phosphate in 3-dehydroquinate, the first cyclic compound. In this work, we described the metal requirement and kinetic mechanism determination of the dehydroquinate synthase. The determination of the true kinetic parameters was performed, and, in addition to ligand binding experiments, the rapid-equilibrium random mechanism was determined. The treatment with EDTA abolished completely the activity of DHQS, and the addition of Co+2 and Zn+2 leads to full and partial recovery of enzyme activity, respectively. Excess of Zn+2 inhibits the DHQS activity, and the ITC data revealed two sequential binding sites, which is consistent with the existence of a secondary inhibitory site. The crystallization protocol was established and ongoing experiments will provide the three-dimensional structure of mtDHQS, which will benefit both the design of novel inhibitors as well as detailed analysis of domain rearrangements of protein. Taken together, these results represent an essential step for the rational design of specific inhibitors that can provide a promising alternative to a new, effective, and shorter treatment for TB.

Apesar da incidência per capita da tuberculose (TB) ter se mantido estável em 2005, o número de novos casos que surgem a cada ano continua a aumentar no mundo todo. De acordo com a Organização Mundial de Saúde, foram estimados 9,4 milhões de novos casos de TB em 2008, dos quais 1,4 milhões eram HIV - positivos, e com 1,8 milhões de mortes - o equivalente a 4.500 mortes por dia. Fatores como migração, privação sócio-econômica, co-infecção TB-HIV e o aparecimento de cepas resistentes contribuíram para o aumento do número de casos de TB no mundo, principalmente nos países onde a TB já foi considerada erradicada, e criaram a necessidade do desenvolvimento de novas terapêuticas. Alvos moleculares específicos, que são essenciais para o patógeno, e ausentes no hospedeiro, como as enzimas da via do ácido chiquímico são alvos atraentes para o desenvolvimento de novas drogas antituberculose. Essa via leva à síntese de compostos aromáticos, como aminoácidos aromáticos, e é encontrada em plantas, fungos, bactérias e parasitas do phylum Apicomplexa, mas está ausente em humanos. No ano de 2000, foi comprovada a essencialidade dessa via para a viabilidade do bacilo, tornando todas essas enzimas alvos validados para estudo. A segunda enzima da via, deidroquinato sintase (DHQS), catalisa a conversão de 3-deoxi-D-arabino heptulosonato-7-fosfato em 3-deidroquinato, o primeiro composto cíclico. Neste trabalho, são descritos o requerimento de metais divalentes na reação e a determinação do mecanismo cinético da DHQS. Os parâmetros cinéticos verdadeiros foram determinados e, juntamente com os experimentos de ligação, o mecanismo rápido-equilíbrio aleatório foi proposto. O tratamento com EDTA aboliu completamente a atividade de DHQS, sendo que a adição de Co+2 e Zn+2 levam a recuperação total e parcial da atividade enzimática, respectivamente. O excesso de Zn+2 inibe a atividade DHQS, e os dados de ITC indicaram a presença de dois sítios seqüenciais de ligação, o que é consistente com a existência de um sítio secundário inibitório. O protocolo de cristalização foi estabelecido e experimentos em andamento proporcionarão a elucidação da estrutura tridimensional da DHQS, que irá beneficiar tanto o desenho de novos inibidores como uma análise detalhada dos rearranjos do domínio da proteína. Em conjunto, estes resultados representam um passo essencial para o desenho racional de inibidores específicos que podem fornecer uma alternativa promissora para um novo, eficaz, e mais curto de tratamento para TB. / Although the estimated per capita tuberculosis (TB) incidence was stable in 2005, the number of new cases arising each year is still increasing globally. According with World Health Organization, there were estimated 9.4 million new TB cases in 2008, from which 1.4 million were HIV-positive, with 1.8 million deaths total – equal to 4500 deaths a day. Migration, socio-economic deprivation, HIV co-infection and the emergence of extensively-resistance strains, have all contributed to the increasing number of TB cases worldwide, mainly in countries where it was once considered eradicated, and have created an urgent need for the development of new therapeutics against TB. Specific molecular targets, that are essential to the pathogen, and absent in the host, like the enzymes of the shikimate pathway, are attractive targets to development of new antitubercular drugs. This pathway leads to the biosynthesis of aromatic compounds, including aromatic amino acids and it is found in plant, fungi, bacteria and Apicomplexa parasites, but is absent in humans. In 2000, this pathway was proved to be essential to the viability of the pathogen, which validates all its enzymes as potential targets. The second enzyme of this pathway, dehydroquinate synthase (DHQS), catalyzes the conversion of 3-deoxy-D-arabinoheptulosonate 7-phosphate in 3-dehydroquinate, the first cyclic compound. In this work, we described the metal requirement and kinetic mechanism determination of the dehydroquinate synthase. The determination of the true kinetic parameters was performed, and, in addition to ligand binding experiments, the rapid-equilibrium random mechanism was determined. The treatment with EDTA abolished completely the activity of DHQS, and the addition of Co+2 and Zn+2 leads to full and partial recovery of enzyme activity, respectively. Excess of Zn+2 inhibits the DHQS activity, and the ITC data revealed two sequential binding sites, which is consistent with the existence of a secondary inhibitory site. The crystallization protocol was established and ongoing experiments will provide the three-dimensional structure of mtDHQS, which will benefit both the design of novel inhibitors as well as detailed analysis of domain rearrangements of protein. Taken together, these results represent an essential step for the rational design of specific inhibitors that can provide a promising alternative to a new, effective, and shorter treatment for TB.

A (Na+,K+)-ATPase presente no tecido branquial dos crustáceos osmorreguladores é um componente essencial do sistema de regulação iônica e osmótica e de excreção ativa de NH4 +. Dessa forma, a caracterização cinética da (Na+,K+)-ATPase branquial de Clibanarius vittatus pode fornecer dados importantes para a compreensão dos mecanismos bioquímicos desses processos. Nesse sentido, foram realizados ensaios cinéticos com a fração microsomal obtida do tecido branquial de C. vittatus. Os dados obtidos revelaram a presença de um único pico com atividade ATPase. Os dados obtidos a partir da hidrólise do substrato ATP revelaram a presença de dois sítios, um de alta afinidade que apresenta interação sítio-sítio (nH=1,9; K0,5= 63,8 ± 2,9 nM e V= 19,1 ± 0,8 U/mg) e outro de baixa afinidade, com características Michaelianas (nH=1,0; KM= 44,1 ± 2,6 mM e VM= 123,5 ± 6,1 U/mg). Além disso, foi observada interação do tipo sítio-sítio (nH= 1,8) para estimulação dos íons magnésio (V= 132,0 ± 5,3 U/mg e K0,5= 0,36 ± 0,02 mM). Por outro lado, as interações dos íons sódio (K0,5= 7,4 ± 0,4 mM), potássio (K0,5= 1,51 ± 0,05 mM) e amônio (K0,5= 4,5 ± 0,2 mM) obedeceram a uma cinética Michaeliana. Os dados obtidos mostraram que em condições saturantes de íons potássio, a atividade enzimática aumenta de maneira concentração-dependente quando na presença de íons amônio (V= 290,8 ± 14,4 U/mg e KM= 2,9 ± 0,1 mM). A presença da ouabaína no meio reacional acarretou 66% de inibição (KI= 117,3 ± 3,5 mM), indicando a presença de outras ATPases. A atividade K+-fosfatase, medida usando o substrato sintético PNFF revelou a presença de um único sítio de hidrólise (V= 47,4 ± 1,9 U/mg e KM= 1,0 ± 0,04 mM) com características Michaelianas (nH= 1,1). Entretanto, para os íons Mg2+ (nH= 2,6 e K0,5= 0,6 ± 0,1 mM), K+ (nH= 1,4 e K0,5= 3,7 ± 0,1 mM) e NH4 + (nH= 1,9 e K0,5= 19,3 ± 0,7 mM) foram observadas interações sítio-sítio. Em conjunto, os resultados cinéticos obtidos para a (Na+,K+)-ATPase branquial de C. vittatus, reforçam a possibilidade de que essa enzima contribui eficientemente com o mecanismo adaptativo desencadeado em resposta à exposição a altas concentrações externas de amônia. É importante ressaltar que o presente trabalho representa o primeiro estudo de caracterização cinética da enzima (Na+,K+)- ATPase no ermitão C. vittatus, um animal inserido em um microambiente constituído pela concha. Finalmente, este trabalho agrega informações relevantes relacionadas ao grupo dos Decapoda, em relação ao papel da (Na+,K+)-ATPase nos processos metabólicos e de osmorregulação nos crustáceos. / (Na+,K+)-ATPase is an essential component of osmotic and iono-regulatory system of crustacean gill and plays a relevant role in NH4 + excretion. Thus, the kinetic characterization of Clibanarius vittatus gill microsomal (Na+,K+)-ATPase, can provide crucial data to the understanding of osmoregulating and excretion processes of these animals in different environments, especially the shell microenvironment. In this way, kinetic assays were performed with gill microsomal fraction. The results showed a single protein peak with ATPase activity. The results from ATP hydrolysis revealed the presence of two different sites. One of them is related to the high-affinity with site-site interaction (nH=1.9; K0.5= 63.8 ± 2.9 nM and V= 19.1 ± 0.8 U/mg) and the other shows low-affinity, obeying Michaelis-Menten kinetics (nH=1.0; KM= 44.1 ± 2.6 mM and VM= 123.5 ± 6.1 U/mg). Moreover, site-site interaction (nH= 1.8) was observed to the magnesium ions stimulation (V= 132.0 ± 5.3 U/mg and K0.5= 0.36 ± 0.02 mM). On the other hand, the stimulations of Na+ (K0.5= 7.4 ± 0.4 mM), K+ (K0.5= 1.51 ± 0.05 mM) and NH4 + (K0.5= 4.5 ± 0.2 mM), followed Michaelis-Menten kinetics. At saturating concentrations of potassium ions, the enzyme activity was increased in a dependent-concentration manner with increasing ammonium ions concentration (V= 290.8 ± 14.4 U/mg and KM= 2.9 ± 0.1 mM). Ouabain inhibited 66% of (Na+,K+)-ATPase activity (KI= 117.3 ± 3.5 mM) of the gill microsomal enzyme, indicating the presence of other ATPase activities. The K+-fosfatase activity was also measured using PNPP, a synthetic substrate. PNPP hydrolysis resulted in single site hydrolysis site, obeying the Michaelis-Menten kinetics (nH= 1.1). However, it was observed site-site interactions for Mg2+ (nH= 2.6; K0.5= 0.6 ± 0.1 mM), K+ (nH= 1.4; K0.5= 3.7 ± 0.1 mM) and NH4 + (nH= 1.9; K0.5= 19.3 ± 0.7 mM) ion estimulations. Taken together, these results provide important informations on the kinetic properties of gill (Na+,K+)-ATPase of C. vittatus, emphasizing the synergiistic stimulation induced by K+ and NH4 +, which appear to contribute to the efficient adaptive mechanism triggered by exposure of high external ammonia concentrations. It is important to emphasize that this is the first study on the kinetic properties of (Na+,K+)-ATPase enzyme of the hermit crab C. vittatus. Finally, this study provide information concerning the (Na+,K+)-ATPase role in the metabolic and osmoregulating mechanisms of this Decapoda group

Eventos como fosforilação e desfosforilação estão presentes nos processos de crescimento e diferenciação celular. As proteínas tirosina fosfatases estão envolvidas nestes processos. Estas enzimas são encontradas em animais, plantas e ocorrem em diversas formas, diferindo no peso molecular, substrato específico e sensibilidade a inibidores. As enzimas que possuem baixo peso molecular (entre 18-20 KDa), hidrolisam p-nitrofenilfosfato e são sensíveis ao p-hidroximercuribenzoato são chamadas como proteínas tirosina fosfatases de baixo peso molecular relativo (PTP-BMr) ou fosfatases ácidas. Vários dados sugerem que tipos de células de osso, como osteoblastos, podem expressar esta enzima ativa. Aqui, culturas de osteoblastos derivadas da medula removida do fêmur de rato foram investigadas para padronizar a metodologia de obtenção da PTP-BMr. A expressão e atividade catalítica desta enzima em diferentes estágios de crescimento de osteoblastos também foram verificadas. Foi observado que são necessários de 16-19 dias de cultura para obter maiores níveis de atividade da PTP-BMr em extrato citoplasmático. O nível de expressão do gene da PTP-BMr foi determinado por PCR em tempo real e uma maior quantificação de RNAm foi obtida em 16 dias de crescimento de osteoblasto. A caracterização bioquímica parcial confirma uma banda de atividade em gel de poliacrilamida com peso molecular de 17,6 KDa, e pH ótimo de 5,5. A hidrólise do p-nitrofenilfosfato demonstra uma pequena cooperatividade relativa (n=1,2) com K0,5= 0,12 e Vmax= 3,5U/mg. Esta atividade foi fortemente inibida (60 a 75%) por molibdato de amônio (10mM); fosfato de sódio (10mM); ortovanadato de sódio (10mM) e p-hidroximercuribenzoato de sódio (10mM). Estas propriedades são típicas desta classe. A interação entre osteoblastos e diferentes superfícies pode ativar ou desativar genes. Este presente projeto investigou se a interação com superfície de titânio pode modificar o perfil de atividade da PTP-BMr. Quando em presença de uma superfície de titânio há um maior aumento na atividade catalítica do que nos níveis de RNAm da PTP-BMr o que sugere uma estimulação da enzima a qual pode estar auxiliando no processo de formação óssea. / Events as phosphorilation and desphosphorilation are experienced in cell growth and differentiation processes. Tyrosine phosphatases proteins are involved in these processes. These enzymes are found in animals, plants and occur in multiple forms, differing in relative molecular weight, substrate specificity and sensitivity to inhibitors. The enzymes that have low molecular weight (between 18-20KDa), hydrolize p-nitrophenilphosphate and are sensible to p-hidroximercuribenzoate are known as low molecular weight relative tyrosine phosphatase proteins (PTP-LMWr) or acid phosphatase. Several data suggest that bone cell types, such as osteoblasts, may express this enzyme activity. Here, osteosblast cultures derived from medulla removed from rat femur were investigated to standardize the methodology of PTP-LMW obtainment. The expression and the catalytic activity of this protein in different stages of osteoblast growth were checked as well. It was observed that 16-19 culture days are necessary to obtain greater levels of activity of PTP-LMW in the cytoplasmatic extracts. The gene expression level of PTP-LMW was determined by quantitative real-time PCR, and a greater quantity of mRNA was observed within sixteen days of osteoblast growth. The partial biochemistry characterization confirms a single active band in poliacrilamide gel with molecular weight of about 17.6KDa, and a pH-optimum around 5.5. p-nitrophenilphosphate hydrolysis shows a small cooperative behavior (n=1.2) with K0.5=0.12mM and Vmax=3.5U/mg. This activity was strongly inhibited (about 60-95%) by ammonium molybdate (10mM); sodium phosphate (10mM); sodium orthovanadate (10mM) and sodium p-hydroximercuribenzoate (10mM). These properties are typical for this enzyme class.

Eventos como fosforilação e desfosforilação estão presentes nos processos de crescimento e diferenciação celular. As proteínas tirosina fosfatases estão envolvidas nestes processos. Estas enzimas são encontradas em animais, plantas e ocorrem em diversas formas, diferindo no peso molecular, substrato específico e sensibilidade a inibidores. As enzimas que possuem baixo peso molecular (entre 18-20 KDa), hidrolisam p-nitrofenilfosfato e são sensíveis ao p-hidroximercuribenzoato são chamadas como proteínas tirosina fosfatases de baixo peso molecular relativo (PTP-BMr) ou fosfatases ácidas. Vários dados sugerem que tipos de células de osso, como osteoblastos, podem expressar esta enzima ativa. Aqui, culturas de osteoblastos derivadas da medula removida do fêmur de rato foram investigadas para padronizar a metodologia de obtenção da PTP-BMr. A expressão e atividade catalítica desta enzima em diferentes estágios de crescimento de osteoblastos também foram verificadas. Foi observado que são necessários de 16-19 dias de cultura para obter maiores níveis de atividade da PTP-BMr em extrato citoplasmático. O nível de expressão do gene da PTP-BMr foi determinado por PCR em tempo real e uma maior quantificação de RNAm foi obtida em 16 dias de crescimento de osteoblasto. A caracterização bioquímica parcial confirma uma banda de atividade em gel de poliacrilamida com peso molecular de 17,6 KDa, e pH ótimo de 5,5. A hidrólise do p-nitrofenilfosfato demonstra uma pequena cooperatividade relativa (n=1,2) com K0,5= 0,12 e Vmax= 3,5U/mg. Esta atividade foi fortemente inibida (60 a 75%) por molibdato de amônio (10mM); fosfato de sódio (10mM); ortovanadato de sódio (10mM) e p-hidroximercuribenzoato de sódio (10mM). Estas propriedades são típicas desta classe. A interação entre osteoblastos e diferentes superfícies pode ativar ou desativar genes. Este presente projeto investigou se a interação com superfície de titânio pode modificar o perfil de atividade da PTP-BMr. Quando em presença de uma superfície de titânio há um maior aumento na atividade catalítica do que nos níveis de RNAm da PTP-BMr o que sugere uma estimulação da enzima a qual pode estar auxiliando no processo de formação óssea. / Events as phosphorilation and desphosphorilation are experienced in cell growth and differentiation processes. Tyrosine phosphatases proteins are involved in these processes. These enzymes are found in animals, plants and occur in multiple forms, differing in relative molecular weight, substrate specificity and sensitivity to inhibitors. The enzymes that have low molecular weight (between 18-20KDa), hydrolize p-nitrophenilphosphate and are sensible to p-hidroximercuribenzoate are known as low molecular weight relative tyrosine phosphatase proteins (PTP-LMWr) or acid phosphatase. Several data suggest that bone cell types, such as osteoblasts, may express this enzyme activity. Here, osteosblast cultures derived from medulla removed from rat femur were investigated to standardize the methodology of PTP-LMW obtainment. The expression and the catalytic activity of this protein in different stages of osteoblast growth were checked as well. It was observed that 16-19 culture days are necessary to obtain greater levels of activity of PTP-LMW in the cytoplasmatic extracts. The gene expression level of PTP-LMW was determined by quantitative real-time PCR, and a greater quantity of mRNA was observed within sixteen days of osteoblast growth. The partial biochemistry characterization confirms a single active band in poliacrilamide gel with molecular weight of about 17.6KDa, and a pH-optimum around 5.5. p-nitrophenilphosphate hydrolysis shows a small cooperative behavior (n=1.2) with K0.5=0.12mM and Vmax=3.5U/mg. This activity was strongly inhibited (about 60-95%) by ammonium molybdate (10mM); sodium phosphate (10mM); sodium orthovanadate (10mM) and sodium p-hydroximercuribenzoate (10mM). These properties are typical for this enzyme class.

Made available in DSpace on 2017-07-20T12:40:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Agnes Thiane Machado.pdf: 7176772 bytes, checksum: 01a4049f5c4aed0935803a0cf3a6468d (MD5) Previous issue date: 2017-03-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Study of protein three-dimensional structures allow us to investigate the relations between amino acid sequence, structure and function, what is important chiefly for proteins from pathogenic organisms or ones that belong to the same genus of these, such that they can be used as a structural model. In this context, this work aims at the structural characterization of the enzymes alanine racemase long isoform from Trypanosoma cruzi and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase from Naegleria gruberi. The long isoform of alanine racemase catalyzes the conversion between L and D-alanine which, in turn, is part of one of the metabolic pathways in Trypanosoma cruzi, the etiologic agent of Chagas disease. The heterologous expression of this enzyme in Escherichia coli BL21 (DE3) GroEL was analyzed by SDS-PAGE, which revealed that the protein is in higher proportion in the insoluble fraction, thus it was necessary to establish a recovery protocol followed by an in vitro refolding. Data from enzymatic assays and circular dichroism revealed the success of the recovery/refolding protocol, which may in the future contribute to the search for specific inhibitors. Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase from Naegleria gruberi catalyzes the sixth step of the organism’s glycolytic pathway. NgGAPDH enzyme was expressed in E. coli (DE3) using the pET-15b vector, and then purified by tree chromatographic steps, two of nickel affinity and one of size exclusion. The enzymatic characterization was investigated with the enzyme without the his-tag; NgGAPDH presented higher activity at pH 8.0, 25 °C and 10 mM of arsenate, and positive cooperativity for substrates G3P and NAD+. His-tag depleted NgGAPDH crystals appeared in 3 days after drop settings, the best crystal diffracted to 1.94 A resolution and belongs to space group P21 with cell parameters a = 83.74 A, b = 94.55 A, c = 90.93 A, = 99.96 °. The final refined structure presents R = 0.1652 and Rfree = 0.2029. The catalytic domain formed by residues 134 to 313 is highly conserved, as expected, with the exception of Asn145, present only in NgGAPDH, while the other GAPDHs present either Ser or Thr on the corresponding position. Molecular dynamics analysis revealed that Asn145 has correlated motion with residues Ala123, Thr125 and Pro126 that belong to what was called "bonded loop". It should be emphasized that this is the first GAPDH from the phylum Percolozoa that has its three dimensional structure determined and kinetic parameters established, such that we expect to have contributed to the understanding of the evolution of this class of proteins. / O estudo da estrutura tridimensional de proteínas nos permite investigar as relações entre sequência de aminoácidos, estrutura e função, o que é importante principalmente para proteínas de organismos patogênicos ou mesmo pertencente ao gênero destes, que podem ser utilizadas como modelo estrutural. Neste contexto, o presente trabalho visa caracterizar estruturalmente as enzimas alanina racemase isoforma longa de Trypanosoma cruzi e gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase de Naegleria gruberi. A alanina racemase isoforma longa catalisa a conversão entre L e D-alanina em uma das vias metabólicas do T. cruzi, que é o agente etiológico da doença de Chagas. A análise por SDS-PAGE de amostras da expressão heteróloga dessa enzima em Escherichia coli BL21(DE3) GroEL revelou que a proteína está em maior proporção na fração insolúvel, por isso, foi necessário estabelecer um protocolo de recuperação seguido de um reenovelamento in vitro. Dados de ensaios enzimáticos e dicroísmo circular revelaram o sucesso do protocolo de recuperação/reenovelamento, o que poderá no futuro contribuir para a busca de inibidores específicos. A gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase de Naegleria gruberi catalisa a sexta etapa da via glicolítica do organismo. A enzima NgGAPDH foi expressa em E. coli (DE3) usando-se o vetor pET-15b e então purificada em três passos de cromatografia, dois por afinidade a níquel e um por exclusão por tamanho. A caracterização enzimática foi realizada com a enzima sem a ―his-tag‖; a NgGAPDH apresentou maior atividade em pH 8,0, 25 °C e 10 mM de arsenato, e cooperatividade positiva frente aos substratos G3P e NAD+. Cristais de NgGAPDH sem a ―his-tag‖ apareceram em 3 dias após montagem das gotas e o melhor difratou a 1,94 A de resolução, pertencendo ao grupo espacial P21 com parâmetros de cela a = 83,74 Å, b = 94,55 A, c = 90,93 A e = 99,96 °. A estrutura final refinada apresenta R = 0,1652 e Rfree = 0,2029. O domínio catalítico formado pelos resíduos 134 a 313 é altamente conservado, como esperado, com exceção da Asn145, presente somente em NgGAPDH, enquanto que as demais GAPDHs apresentam Ser ou Thr na posição correspondente. Análises por dinâmica molecular revelaram que a Asn145 tem correlação de movimento com os resíduos Ala123, Thr125 e Pro126, pertencentes ao que se chamou de ―bonded loop‖. Ressalte-se que esta é a primeira GAPDH do filo Percolozoa que tem sua estrutura tridimensional determinada e parâmetros cinéticos estabelecidos, tal que se espera contribuir para o entendimento da evolução dessa classe de proteínas.

Os estudos da função intestinal foram particularmente estimulados após a conscientização de que o tubo digestivo é uma enorme interface relativamente pouco protegida entre o inseto e o meio ambiente e pode ser usado como alvo para controle de pragas. Neste contexto, nosso trabalho envolve a purificação e caracterização de uma α-manosidase solúvel e a detecção de uma α-manosidase de membrana. As α-manosidases pertencem a uma família de exoglicosidases as quais hidrolisam resíduos de α-D-manosil a partir de terminais não redutores de oligossacarídeos. Estas enzimas são implicadas no catabolismo de carboidratos e na via de N-glicosilação protéica em insetos, mas pouco se sabe sobre a bioquímica destas glicosidases. O Tenebrio molitor é um Coleoptera bastante estudado pelo nosso laboratório devido a sua relevância como praga agrícola e o seu posicionamento em um ponto estratégico da árvore filogenética de insetos. O estudo de distribuição desta enzima mostrou que a α-manosidase encontra-se, principalmente, como uma enzima solúvel no conteúdo anterior e médio do intestino médio, mas também existe uma atividade significante na fração de membrana. Para confirmar a existência desta enzima de membrana, microvilosidades foram purificadas por precipitação diferencial com cálcio. A enzima aminopeptidase foi utilizada como marcadora, uma vez que sabe-se que esta enzima é uma típica de membrana microvilar. Como a α-manosidase solúvel é majoritária demos início a sua purificação e posterior caracterização. A sua purificação foi realizada utilizando uma combinação de quatro passos de cromatografia: Uma de troca iônica em Hitrap Q XL (Amersham/Bioscience), duas filtrações em gel, uma em Superdex 75 e outra em Superdex 200 (Amersham/Bioscience) usando o sistema AKTA, e o último passo é uma hidrofóbica em Phenyl Superose. Nós observamos a presença de dois picos de atividade nomeados de Man 1 e Man 2, sugerindo a existência de duas α- manosidases solúveis, que se diferem quanto a hidrofobicidade. O pH ótimo das α-manosidases é de 5,6 e sua massa molecular, determinada por cromatografia de 8 filtração em gel, é de 123 kDa, e no SDS-PAGE observamos uma única banda de 70 KDa, indicando a existência de duas subunidades. Em um gel nativo revelado com o substrato fluorescente (metilumbelliferil-α-D-manopiranosídeo) nota-se somente uma banda de atividade. A Man 2 possui pI de 3,38. α-manosidases de T. molitor seguem a cinética de Michaelis-Menten com Km para o substrato p-nitrofenil-α-D-manopiranosídeo de 0,84 mM para Man 1 e 0,62 mM para Man 2. Também foram feitos ensaios de inibição com dois inibidores que sabidamente inibem carboidrases, um é o deoximanojirimicina e o outro é a swainsonina. O Ki encontrado para o primeiro inibidor foi de 0,12 mM para Man 1 e 0,15 mM para Man 2 e o Ki para o segundo inibidor foi de 67,8 nM para Man 1 e 63 nM para Man 2, sendo ambos inibidores competitivos. O fato destas enzimas serem inibidas apenas por Swainsonina em concentrações razoáveis, permite a sua classificação como tipo II. Isso sugere que elas são derivadas da forma lisossômica, embora apresente pH ótimo alterado. / Studies of intestinal function were prompted after noticing that the gut is a huge and relatively unprotected interface between the insect and the environment and can thus be used as a target for pest control. In this context, our work involves the purification and characterization of an soluble alpha-mannosidase and detection of a membrane α-mannosidase. α-Mannosidases are a family of exoglycosidases which hydrolyse α-D-mannosyl residues from terminal non-reducing end of oligossacharides. These enzymes are implicated in the catabolism of carbohydrates and N-linked protein glycosylations in insects, but little is known on this biochemistry. T.molitor is a Coleoptera studied in our laboratory because of its relevance as agricultural pest and its position at a strategic point in the phylogenetic tree of insects. α-Mannosidase is more active in the anterior and middle midgut content of T.molitor larvae, although there is a significant activity in the membrane fraction. To confirm the existence of this membrane enzyme, microvilli were purified by differential precipitation with calcium. Aminopeptidase was used as a marker, since it is known that it is a typical microvilar membrane enzyme. Most α-mannosidase activity is soluble. This led us to purify this enzyme for further characterization. The purification of T. molitor α-mannosidase was attained by using a combination of four chromatographic steps: an anion-exchange chromatography in Hitrap Q XL (Amersham/Bioscience), two gel filtration chromatographies, one in Superdex 200 and another in Superdex 75 (Amersham/Bioscience) using an AKTA system, and the last step is a Hydrophobic cromatography in Phenyl Superose. Two peaks of activity were resolved: Man 1 and Man 2, suggesting the existence of two soluble α-mannosidases, differing only in hydrophobicity. The optimum pH of the α- mannosidases is 5.6 and the molecular mass is 123 KDa determined by gel filtration and 70 KDa in the case of SDS PAGE. This suggests that the holoenzyme has two subunits. In a native gel revealed with the fluorescent substrate (methylumbelliferyl-α-D-mannopyranoside) only one band of activity is seen. Man 2 has pI 3.38. T. molitor α-mannosidases followed Michaelis-Menten kinetics with a Km value of 0.84 mM for Man 1 and 0.62 mM for Man 2 using p-nitrophenyl-α-D-mannopyranoside as substrate. Inhibition tests were made with typical inhibitors of α-mannosidases: one is the 1-deoxymannojirimycin and the other is the Swainsonine. The Ki for the first was of 0.12 mM for Man 1 and 0.15 mM for Man 2 and for the second was 67.8 nM for Man 1 and 63 nM for Man 2. Both were competitive inhibitors. The fact that the enzymes are inhibited only by swainsonine in reasonable concentrations, allows us to classify them as type II. This suggests that they are derived from the lysosomal form, although they have an altered optimum pH.