A vinhaça e o bagaço de cana são os principais subprodutos oriundos do processamento da cana-de-açúcar nas indústrias sucroalcooleiras, sendo geradas grandes quantidades dos mesmos. O fungo basidiomiceto Pleurotus ostreatus tem a capacidade de degradar materiais lignocelulolíticos e produzir enzimas lignolíticas de interesse para as indústrias. Com o objetivo de avaliar a produção das enzimas lacases e peroxidase, o fungo Pleurotus ostreatus, foi cultivado em meio contendo bagaço pré-tratado e vinhaça, ou em meio contendo apenas vinhaça, em sistema de fermentação semissólido ou submerso; as enzimas extracelulares foram avaliadas após 7, 10 e 12 dias de cultivo. O bagaço peneirado foi considerado pré-tratado fisicamente (T1); para o pré-tratamento T2 o bagaço umedecido foi submetido a autoclave (121°C e 1 atm por 15 min); nos pré-tratamentos químicos, T3 e T4, o bagaço foi tratado com peróxido de hidrogênio e hidróxido de sódio nas seguintes concentrações: 0,75% H2O2 + 0,75% NaOH (T3) e 0,75% H2O2 + 1% NaOH (T4) na proporção 1:10 (p/v) e, em seguida foram submetidos à autoclave (121°C e 1 atm por 15min). A vinhaça utilizada foi proveniente de uma indústria sucroalcooleira (V1) e outra de destilaria (V2); a composição físico-química mostrou que a primeira possuía os índices de matéria orgânica e fósforo mais elevados que na vinhaça V2, enquanto que a relação C:N foi menor na vinhaça V1. Os extratos enzimáticos foram obtidos após filtração do meio submerso; para o meio semissólido foi necessário a adição de tampão citrato (1:5 p/v) antes da filtração. A atividade de lacasse e peroxidase em meio submerso, nos tratamentos com a vinhaça V1, foi superior ao observado em meio semissólido. A produção das enzimas em fermentação submersa, utilizando a vinhaça V1, apresentou valores de atividade de lacase, no tratamento TL1 e TL2, de 784,9 e 707,5 U.L-1, com atividade específica de 3,04 e 2,86 U.mg-1, respectivamente, e a amostra VL1, contendo apenas vinhaça, de 1,91 U.mg-1, no 12º dia de fermentação. Os valores mais altos de atividade de peroxidase foram obtidos nos tratamentos TL1, TL2, VL1, com 133,1; 131,2 e 126,1 U.L-1, respectivamente, após 12 dias de cultivo. A maior atividade específica obtida foi na VL1 (0,86 U.mg-1) no 7º dia de cultivo. O pré-tratamento físico do bagaço mostrou melhores condições para a produção das enzimas. Para a produção da lacase e da peroxidase é fundamental a composição da vinhaça. / The vinasse and bagasse are the principal by-products derived from the processing of sugarcane in the sugarcane industry, which generated large amounts of them. The basidiomycete fungus Pleurotus ostreatus, has the ability to degrade lignocellulolytic materials and produce lignolíticas enzymes of interest to industry. In order to evaluate the production of laccase and peroxidase enzymes, fungus P. ostreatus was grown in medium containing pre-treated bagasse and vinasse, or in medium containing only vinasse in semi-solid or submerged fermentation system; extracellular enzymes were evaluated after 7, 10 and 12 days of cultivation. The screened bagasse was considered pretreated physically (T1); for the pretreatment T2 moistened residue was subjected to autoclaving (121°C and 1 atm for 15 min). The chemical pretreatments, T3 and T4, the residue was treated with hydrogen peroxide and sodium hydroxide solution in the following concentrations 0,75% H2O2 + 0,75% NaOH (T3) and 0,75% H2O2 + 1% NaOH (T4) 1:10 (w/v) and then underwent autoclaving (121°C and 1 atm for 15 min). Vinasse used was coming from a sugar and alcohol industry (V1) and a distillery (V2); the physico-chemical composition showed that the former had the rates of organic matter and phosphorus higher than in V2 vinasse, whereas the C: N ratio was lower in V1 vinasse. The enzymatic extracts were obtained after filtration medium the submerged; to semisolid medium was necessary the addition of citrate buffer (1:5 w/v) prior to filtration. The activity of peroxidase and lacasse in submerged medium, in the treatments with the V1 vinasse, was higher than observed in semi-solid medium. The production of enzymes by submerged fermentation using the vinasse V1, presented laccase activity values, in the treatment TL1 and TL2, of 784,9 and 707,5 UI.L-1, with specific activity of 3,04 e 2,86 U.mg-1, on the 12th day of fermentation. Higher values peroxidase activity were obtained in the treatments TL1, TL2, VL1, with 133,1; 131,2 and 126,1 UI.L-1, respectively, after 12 days of culture. The highest specific activity was obtained at VL1 (0,86 U.mg-1) on the 7th day of culture. Physical bagasse pretreatment showed better conditions for the production of enzymes. For the production of the laccase and peroxidase is fundamental composition of vinasse.

Orientador: José Augusto Rosário Rodrigues / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T17:51:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zampieri_LuizArthur_D.pdf: 85903823 bytes, checksum: 1e986b4988d705babbd33a4f64b81704 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Estudou-se e foram desenvolvidos biocatalisadores baseados em duas técnicas de imobilização: em gel de alginato (com/sem revestimento de quitosana) e em nanossílica funcionalizada. Foram preparados biocatalisadores com lacases (comercial e do caldo enzimático de crescimento do fungo Pycnoporus sanguineus, sob ação de indutores de atividade enzimática), utilizados em reações de oxidação de alcoóis, na decomposição de fármacos e em descoloramento de corantes azo. Também foram preparados biocatalisadores por imobilização de células íntegras de 4 microrganismos, utilizados em reações de redução de enonas. As lacases foram imobilizadas em esferas de alginato de cobre além de poderem ser revestidas com quitosana. A quitosana aumentou a resistência mecânica das esferas e possibilitou que fossem utilizadas por até 3 vezes sucessivas. As reações de oxidação de alcoóis feitas com alginato revestido com quitosana forneceram porcentagens de produto inferiores a relatado na literatura (~50% contra 80% da literatura) e, por isso, essa técnica foi substituída por outra, baseada em nanossílica funcionalizada. A técnica de imobilização de lacases em nanossílica funcionalizada forneceu maiores porcentagens de produtos de oxidação do que a de imobilização em gel, havendo 100% de conversão inicial do substrato (álcool para-metoxibenzílico) quando é utilizado o mediador TEMPO. É possível utilizar este biocatalisador por até 10 vezes, sendo esta a técnica de escolha para essa reação de oxidação de alcoóis com o sistema lacase mediador. A imobilização de lacases em nanossílica funcionalizada também mostrou-se capaz de decompor fármacos (diclofenaco, estradiol, ciprofloxacina, naproxeno e norfloxacina), se colocando como uma alternativa complementar para sistemas de tratamento de águas. O descoloramento de corantes azo pelas esferas de alginato contendo lacases foi estudado tanto com esferas contendo lacase comercial como com o caldo enzimático sob indução. Ambas demonstraram capacidade de descolorir todos os corantes testados, por até 4 ciclos, sendo que a utilização do mediador HBT ampliou as porcentagens de descoramento (~40/50% sem HBT contra ~70/85% com HBT). As esferas contendo caldo enzimático apresentaram resultados ligeiramente superiores, ambas com HBT (85% do caldo enzimático contra 70% da enzima comercial). O biocatalisador com células de microrganismos (S.cerevisiae, R.glutinis, C.albicans e G. candidum) foi preparado em esferas de alginato de cálcio e também em esferas de alginato de cálcio revestidas com quitosana, o que alterou as propriedades e forneceu resultados diversos daquelas sem quitosana, permitindo o controle quimiosseletivo do processo reacional para alguns dos substratos. Os biocatalisadores com células em gel apresentaram algumas vantagens em relação às células livres, já que não ocorrem as emulsões durante o processo de isolamento, não se observou desalogenação, contorna-se a morte das células possibilitando que as reações sejam mantidas por mais tempo ou com maior quantidade de substrato e, em alguns casos, houve aumento do excesso enantiomérico, mostrando que esta técnica tem grande versatilidade e ainda atribuiu características de controle do processo reacional, o que é difícil ou mesmo impossível de ser feito com células livres / Abstract: In this work biocatalysts based on two immobilization techniques were developed and studied: those based on alginate gel entrapping (with or without an outer chitosan layer) and those based on functionalized nanosilica linkage. Laccase-based biocatalysts were prepared and used in the oxidation of alcohols, degradation of pharmaceuticals and bleaching of azo dyes. Both commercial laccase and laccase obtained from the fungus Pycnoporus sanguineus under enzymatic activity inductors were used. Biocatalysts for the reduction of enones were also prepared by immobilization of whole cells from four different microorganisms in calcium alginate. Laccases were immobilized in copper alginate, in some experiments being covered by a layer of chitosan. The chitosan layer enhanced the spheres¿ mechanical resistance, making it possible for them to be reutilized up to three successive times. Alcohol oxidations carried out by laccases in alginate beads covered by chitosan yielded lower conversions to those reported in the literature (ca. 50% versus 80% from the literature), and, thus, this technique was replaced by another one based on functionalized nanosilica. This immobilization technique yielded a higher amount of the oxidation product than the gel immobilization, and up to 100% conversion was achieved for the model substrate (p-methoxybenzyl alcohol) when TEMPO was used as the mediator. It was possible to use this biocatalyst up to ten times, ultimately being the chosen technique for the alcohol oxidations using the laccase-mediator system. Functionalized nanosilica-immobilized laccases were also able to decompose pharmaceuticals (diclofenac, estradiol, ciprofloxacin, naproxen and norfloxacin), presenting itself as a complementary alternative to water treatment systems. Azo dye bleaching by alginate-entrapped laccases was studied using both commercial laccase and the enzymatic broth under induction. Both showed capability of decolorizing all inspected dyes, for up to four cycles, and the utilization of the mediator HBT enhanced the decolorizing percentage (ca. 40-50% without HBT versus ca. 70- 85% with HBT). Beads containing the enzymatic broth presented slightly superior results, both with HBT (85% for the enzymatic broth versus 70% with the commercial enzyme). Whole-cell biocatalysts were prepared with microorganisms (S. cerevisiae, R. glutinis, C. albicans and G. candidum) entrapped in calcium alginate beads with or without an outer chitosan layer. The chitosan layer altered the beads¿ properties, as well as the reduction outcomes, allowing the chemoselectivity control for some of the substrates. Gel-entrapped biocatalysts presented some advantages compared to those with free cells, since no emulsion was observed in the reaction workups, no dehalogenation was observed in the case of halogenated enones, cell death could be delayed, making it possible for reactions to be carried out for more time and with greater amounts of substrate, and in some cases, an enhancement of enantiomeric excess was observed. These results show that it is a very versatile technique that can be used as a strategy for the control of the biocatalytic reactions, which is harder to achieve when free cells are employed / Doutorado / Quimica Organica / Doutor em Ciências

Orientador: Paulo Mazzafera / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T10:24:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cesarino_Igor_D.pdf: 8868735 bytes, checksum: c2f0579fef15f4e7a7a37e4b77a434f3 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A lignina é um heteropolímero complexo depositado principalmente na parede celular secundária de tipos celulares especializados, conferindo força mecânica e rigidez para as plantas se manterem eretas e também proporcionando hidrofobicidade para que células condutoras transportem água e nutrientes por longas distâncias. Embora a lignina seja essencial para o desenvolvimento da planta, este polímero é o principal componente da parede celular responsável pela recalcitrância da biomassa vegetal, sendo que sua presença afeta negativamente o uso do material lignocelulósico para a produção de biocombustíveis e biomateriais. Diversas evidências suportam um papel para peroxidases e laccases no processo de polimerização da lignina. No entanto, identificar genes/isoformas relacionados(as) com o processo de polimerização de lignina e caracterizar seu mecanismo de ação estão entre as tarefas mais desafiadoras acerca do metabolismo deste polímero fenólico. Neste trabalho, uma abordagem técnica abrangente foi aplicada com o objetivo de se identificar potenciais candidatos envolvidos na oxidação dos monômeros de lignina. No capítulo I, atividade enzimática e o perfil proteômico de peroxidases de classe III foram analisados durante o desenvolvimento do colmo de cana-de-açúcar. No capítulo II, células em suspensão foram usadas como valiosa ferramenta para isolar e caracterizar peroxidases de classe III potencialmente envolvidas na polimerização de lignina. Finalmente, no capítulo III, a combinação de análises de co-expressão, expressão tecido/tipo celular específica e complementação de um mutante de Arabidopsis thaliana permitiu a caracterização de uma laccase fortemente relacionada com a polimerização de lignina em cana-de-açúcar. Acreditamos que estes foram os primeiros trabalhos a caracterizar peroxidases e laccases em cana-de-açúcar, além de terem contribuído para aumentar o conhecimento acerca do metabolismo de lignina nesta importante cultura dedicada à bioenergia / Abstract: Lignin is a complex heteropolymer deposited in the secondarily thickened walls of specialized plant cells to provide strength and rigidity for plants to stand upright and hydrophobicity to conducting cells for long-distance water transport. Although lignin is essential for plant growth and development, this phenolic polymer is the major plant cell wall component responsible for biomass recalcitrance and its presence negatively affects the use of ligriocellulose as a source for biofuels and bio-based materiais. Several evidences support the role of peroxidases and laccases in lignin polymerization. However, the identification and characterization of peroxidases/laccases involved in lignin polymerization is still a major bottleneck. Here, we carried out a comprehensive approach to identify candidate genes related to the combinatorial coupling of lignin monomers. ln chapter I, we analyzed the enzymatic activity and proteomic profile of class III peroxidases during sugarcane stem development. ln chapter II, suspension cell culture was used as a tool for the characterization of class III peroxidases potentially involved in lignin polymerization. Finally, in chapter III, we provide evidence for the role of a laccase gene in lignin biosynthesis in sugarcane, by using a combination of co-expression analysis, tissue-specific expression analysis and genetic complementation of an Arabidopsis thaliana mutant. To our knowledge, these are the first reports on the characterization of peroxidases and laccases in sugarcane, which might ultimately improve our understanding of the lignin metabolism in this important bioenergy crop / Doutorado / Biologia Vegetal / Doutor em Biologia Vegetal

Submitted by Danielle Karla Martins Silva (danielle.martins@ufpe.br) on 2015-03-04T13:59:08Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Dianny Carolyne Vasconcelos da Silva - 2012- PPGBF.CCB.pdf: 2240468 bytes, checksum: d65f5b00f17d9e964813f987f5ba3be9 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-04T13:59:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Dianny Carolyne Vasconcelos da Silva - 2012- PPGBF.CCB.pdf: 2240468 bytes, checksum: d65f5b00f17d9e964813f987f5ba3be9 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012 / FACEPE / Os efluentes têxteis contêm grandes quantidades de corantes, que quando lançados no ambiente representam riscos ecológico e de saúde pública, pois são tóxicos à vida aquática e são agentes mutagênicos, carcinogênicos e/ou teratogênicos. Os objetivos deste trabalho foram isolar e identificar fungos filamentosos de sedimento do Rio Capibaribe contaminado com efluentes de lavanderias industriais têxteis e selecionar fungos eficientes na produção de enzimas lignolíticas (manganês peroxidase, lignina peroxidase e lacase) e na descoloração de corantes sintéticos. As coletas do sedimento contaminado com efluentes das indústrias têxteis foram realizadas no município de Toritama-PE. Os fungos filamentosos foram isolados, identificados e selecionados em meio sólido quanto à produção de fenoloxidase. Os fungos selecionados foram analisados quanto à descoloração dos corantes têxteis Índigo Carmine, Azul Brilhante de Remazol e Vermelho Congo e a produção de manganês peroxidase, lignina peroxidase e lacase. Foram isoladas 31 espécies de fungos filamentosos. Os gêneros predominantes foram respectivamente: Aspergillus, Trichoderma e Penicillium. Quanto à seleção dos fungos filamentosos produtores de fenoloxidases, dos 49 isolados testados 18 demonstraram potencial para a produção da enzima. Fusarium redolens, Westerdykella dispersa, Aspergillus terreus I foram as espécies que demonstraram os maiores valores para a atividade de manganês peroxidase. Para a produção de lignina peroxidase o melhor produtor foi Aspergillus terreus II. Entre os produtores de lacase, Aspergillus terreus I e Aspergillus terreus III demontraram os melhores resultados. Quanto à descoloração dos corantes têxteis, Trichoderma hamatum II e Aspergillus terreus II apresentaram absorbância igual a zero ao longo de todo o espectro. Os resultados constataram que fungos filamentosos isolados de sedimento contaminado são eficientes na descoloração de corantes industriais têxteis e na produção de enzimas lignolíticas.

Por sua capacidade de produzir e secretar uma mistura de enzimas durante seu crescimento em material lignocelulósico os fungos filamentosos são reconhecidos como importantes organismos no processo de degradação de biomassa. Porém, o processo demonstra-se limitado, uma vez que o polímero de lignina dificulta o acesso das enzimas celulolíticas a estrutura da celulose. Nesse contexto, o objetivo do presente estudo foi identificar fungos filamentosos capazes de produzir enzimas oxidorredutases e avaliar sua utilização em complemento a enzimas celulases de Trichoderma reesei no processo de sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar. Cepas de fungos foram avaliadas quanto a sua capacidade em degradar compostos modelo de lignina, permitindo a seleção e identificação do fungo Pestalotiopsis sp., um ascomiceto com grande importância em biotecnologia. O fungo foi avaliado quanto a sua capacidade de produzir enzimas oxidorredutases e celulases. Os resultados mostraram uma maior atividade da enzima lacase (7,18 U/mg ao 6° dia de cultivo) em relação as outras enzimas estudadas. Os sobrenadantes de T. reesei e Pestalotiopsis sp. foram concentrados 5x e utilizados no ensaio final de sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar. O coquetel enzimático produzido a partir da mistura do sobrenadante de T. reesei como o sobrenadante de Pestalotiopsis sp. produziu maior quantidade de açúcares redutores, gerando 15,52 g/L contra 12,29 g/L da amostra controle após 24 horas. Além disso, foi avaliada a atividade enzimática durante o processo de sacarificação. Constatou-se que no coquetel enzimático ocorre um aumento na atividade de celulases em relação ao controle durante as primeiras 6 horas de reação, podendo estar relacionado a despolimerização da lignina pelas enzimas oxidorredutases. Concluiu-se que para a produção de coquetéis enzimáticos mais eficientes para a degradação da biomassa vegetal, podem ser combinados diferentes grupos de enzimas provenientes de diferentes fungos. Assim, são necessários mais estudos acerca do papel de diferentes enzimas durante o processo e a identificação de novos microrganismos e seus perfis de secreção. / Due to its capacity to produce and secrete a mixture of enzymes during its growth in lignocellulosic material the filamentous fungi are recognized as important organisms in the process of degradation of biomass. However, the process is shown to be limited, since the lignin polymer hinders the access of cellulolytic enzymes to the cellulose structure. In this context, the objective of the present study was to identify filamentous fungi capable of producing oxidoreductase enzymes and to evaluate its use in complement to the enzymes cellulases of Trichoderma reesei in the saccharification process of sugarcane bagasse. Fungi strains were evaluated for their ability to degrade lignin model compounds, allowing the selection and identification of the fungus Pestalotiopsis sp., an ascomycete with great importance in biotechnology. The fungus was evaluated for its ability to produce oxidoreductase enzymes and cellulases. The results showed a higher activity of the enzyme laccase (7.18 U / mg) at the 6th day of culture in relation to the other enzymes studied. Supernatants of T. reesei and Pestalotiopsis sp., were concentrated 5x and used in the final saccharification test of sugarcane bagasse. The enzymatic cocktail produced from the mixture of T. reesei and Pestalotiopsis sp. supernatants produced a higher amount of reducing sugars, generating 15.52 g / L against 12.29 g / L of the control sample after 24 hours. In addition, the enzymatic activity during the saccharification process was evaluated. It was observed that in the enzymatic cocktail there is an increase in cellulase activity in relation to the control during the first 6 hours of reaction, and may be related to depolymerization of lignin by oxidoreductases enzymes. It was concluded that for the production of more efficient enzymatic cocktails for the degradation of the vegetal biomass, different groups of enzymes from different fungi can be combined. Thus, further studies are needed on the role of different enzymes during the process and the identification of new microorganisms and their secretion profiles.

Neste trabalho foram estudadas a atividade e a estabilidade de lacases dos fungos Coriolus hirsutus e Trametes versicolor em meio aquoso contendo líquidos iônicos (LI) como co-solventes, com o objetivo de se obter informações sobre os efeitos desses solventes na atividade enzimática. Foi avaliado o efeito de onze LI (cátions: tetrabutilamônio, 1-butil-3-metilpiperidina e 1-alquil-3-metilimidazólios; combinados com ânions: brometo, cloreto, metilsulfato, metanossulfonato e tetrafluorborato) em diferentes frações molares em meio aquoso tamponado com ácido acético (0,1 mol L-1, pH 4,7 e 25 &#176;C). De um modo geral, a atividade inicial das lacases nos diferentes líquidos iônicos foi inferior à obtida em solução aquosa somente tamponada. O aumento da concentração dos LI também resultou no decréscimo da atividade enzimática. Tanto os resultados obtidos para atividade, como para estabilidade enzimática, se correlacionaram bem com a série de Hofmeister, que ordena os íons de acordo com suas propriedades cosmotrópicas/caotrópicas. Ânions cosmotrópicos e cátions caotrópicos estabilizam proteínas, enquanto ânions caotrópicos e cátions cosmotrópicos as desestabilizam. As lacases estudadas foram fortemente inibidas na presença dos ânions caotrópicos Br- e BF4-. Entre os LI utilizados neste trabalho, o metanossulfonato de 1-etil-3-metilimidazólio foi co-solvente mais promissor para lacase. Os dados cinéticos das reações enzimáticas em metanossulfonato de 1-etil-3-metilimidazólio e metanossulfonato de 1-butil-3-metilimidazólio, utilizando os substratos catecol e siringaldazina, revelaram que o decréscimo da atividade enzimática é resultado do aumento da constante michaeliana. Os resultados obtidos da estabilidade e temperatura de transição de desnaturação térmica da lacase em LI formado por MeSO3-, cosmotrópico, foram comparáveis aos obtidos em tampão. A ordem crescente de atividade e estabilidade da lacase em líquidos iônicos para cátions foi BuN+&#8776;BMPP+&#8776;BMIM+&#60;EMIM+, enquanto para ânions foi Br-&#8776;BF4- < MeSO4- < MeSO3-. A diminuição da eficiência catalítica da reação (Kcat/Km) em meio contendo líquido iônico foi proporcionada principalmente pelo aumento da Km. Líquidos iônicos têm se apresentado como potenciais solventes para utilização em biocatálise. As propriedades físico-químicas dos LI podem ser moduladas pela combinação de diferentes cátions e ânions, visando características diferenciais para atividade enzimática. O estudo do mecanismo catalítico e dos efeitos específicos dos íons é de fundamental importância para a utilização vantajosa desses solventes em reações enzimáticas. / In this study, the activity and stability of laccase of T. versioclor and C. hirsutus were studied in ionic liquid (IL)-containing aqueous systems to provide valuable information with regard to the effect of IL on the enzyme activity. The effect of IL on the laccase performance was investigated by comparing the activity, stability, kinetic (such as Km, Vmax) and thermal denaturation. An excessive amount of these ILs in the reaction systems resulted in decline in enzymatic activity. Both activity and stability of the enzyme correlate well with the Hofmeister series in terms of the salt\'s kosmotropic/chaotropic properties. Proteins are usually found to be stabilized by a kosmotropic anion and a chaotropic cation and destabilized by a chaotropic anion and a kosmotropic cation. Laccases strong had been inhibited presence of chaotropic anions Br- and BF4-. Among the IL used here, 1-etyl-3-methylimidazoliun methanesulfonate was the most promising IL for laccase. A detailed analysis of kinetic data in the presence of catecol and syrigadalzine as substrate revealed that the decrease in the laccase activity was a result of increase in Km. Equal stability the transition temperature for the thermal denaturation of laccase of T. versioclor in ionic liquids based in MeSO3- (kosmotropic) was comparable to that of the control sample. It was observed an ion effect on the laccase activity and stability, for cations this parameters values increased in the order BMIM+&#8776;BuN+&#8776;BMPP+ < EMIM+; while for anions the order is Br-&#8776;BF4- < MeSO4- < MeSO3-. Also an increase in Km is correlated with the decrease in the catalytic reaction efficiency (Kcat/Km) in medium containing ionic liquid. Design and use of water-mimicking IL composed of chaotropic cations and kosmotropic anions may facilitate the applications of IL in biotransformations.

Este trabalho compreendeu estudar e definir as condições de cultivo que maximizam a produção de manganês peroxidases (MnPs) e lacases (Lacs) por C. subvermispora, fungo de degradação branca da madeira envolvido em processos industriais de biopolpação. O estudo envolveu cultivos submersos, em superfície ou com micélio imobilizado em espuma de poliuretano em meios complexo ou definido, e cultivos imobilizados em meio definido nos quais foram avaliados os efeitos: de diferentes concentrações de Mn2+, dos indutores 2,5-xilidina e álcool veratrílico, e do surfactante Tween 80, que levaram a diferentes níveis de expressões de Lacs e MnPs. Para a determinação de como essas condições afetam a produção das enzimas oxidativas (MnPs e Lacs), os cultivos foram avaliados cineticamente quanto à concentração de proteínas, às atividades enzimáticas, ao espectro de absorção de luz na região UV-VIS, ao teor de açúcares redutores, ao crescimento micelial, ao teor de amônio, ao pH, à condutividade elétrica. Também foram realizadas análises eletroforéticas de extratos de cultivos selecionados. Nos cultivos que tiveram como inóculo discos de micélio, a condição imobilizada em meio de composição complexa demonstrou potencial para produção de Lac (147,5 UI/L). Já nos cultivos inoculados com suspensão de micélio macerado em água, a condição imobilizada em meio de composição definida se destacou com produção seletiva de MnP (277,5 UI/L). Verificou-se que os cultivos em meio complexo nas formas submersa e imobilizada favoreceram a produção de Lac em detrimento de MnP. Nos cultivos de C. subvermispora imobilizado em espuma de poliuretano, em meio definido, a variação da concentração de manganês no meio de cultura alterou a produção de MnP, sendo a concentração de 11 ppm de Mn+2 promotora da máxima atividade (108,5 UI/L). No entanto, ao suprimir manganês do meio, ocorreu produção seletiva de Lac (15,5 UI/L). Com a suplementação do meio contendo 11 ppm de Mn+2 com 0,5 e 1,0 mM de 2,5-xilidina, foram alcançados máximos de atividade de Lac de 14,0 e 22 UI/L, respectivamente. A atividade máxima de MnP não foi afetada pela adição de 2,5-xilidina. Não houve aumentos significativos nas atividades máximas de Lac e de MnP quando o meio foi suplementado com álcool veratrílico. A suplementação do meio contendo 11 ppm de Mn+2 com Tween 80 nas concentrações de 0,05% e 0,5% v/v, em adição a 2,5-xilidina 1,0 mM, aumentou ainda mais a produção de Lac, com máximos de atividade de 53 e 61 UI/L, e de MnP, com picos de 175 e 182 UI/L, respectivamente. As eletroforeses em condições desnaturantes revelaram bandas proteicas de 12,4 a 118,3 KDa e nos géis de atividade foram detectadas atividades de MnP e Lac com mais de uma banda de atividade. Durante os cultivos, a exaustão de açúcares redutores acarretou em diminuição da concentração de micélio fúngico e aumento da concentração de nitrogênio amoniacal no meio, provavelmente devido à ocorrência de autólise celular. O pH e a condutividade variaram relativamente pouco. Em meio complexo, obsevou-se aumento da condutividade durante o cultivo, provavelmente devido à secreção de ácidos orgânicos pelo fungo. / This work involved the research and definition of the culture conditions that maximize the production of manganese peroxidase (MnP) and laccase (Lac) by C. subvermispora, a white-rot fungus studied in biopulping industrial processes. The study involved submerged or static cultures with immobilized mycelium in polyuretane foam in complex or defined medium, and immobilized cultures in defined medium with different concentrations of Mn2+ and inductors, 2.5-xylidin and veratryl alcohol, and surfactant, Tween 80, resulting in different expressions levels of MnPs and Lacs. To determine how these conditions affect the production of oxidative enzymes (MnP and Lac), the cultures were evaluated kinetically regarding the concentration of proteins, enzymatic activities, the absorption of light in the UV-VIS regions, the concentration of reducing sugars, the micelyal growth, the concentration of ammonium, pH, electrical conductivity. We also performed electrophoretic analysis of some selected cultures. In the cultures inoculated whith discs of mycelium, the condition immobilized in poliuretane foam whith complex medium showed potential for producing Lac (147.5 IU / L). In the cultures inoculated with homogenized mycelium, the immobilized condition whith defined medium showed selective production of MnP (277.5 IU/L). It was found that the submerged and immobilized cultures in complex medium increased the production of Lac instead of MnP. In the immobilized cultures with defined medium, the variation of the concentration of manganese in the medium altered the production of MnP, being the concentration of 11 ppm that promoting maximum activity (108.5 IU/L). However, in the absence of manganese in the medium, the selective production of Lac (15.5 IU / L) was observed. With the supplementation of the defined medium containing 11 ppm Mn+2 with 0.5 or 1.0 mM 2.5-xylidine, maximum activities of Lac of 14.0 and 22.0 IU / L, respectively, were achieved. The maximum activity of MnP was not affected by the addition of 2.5-xylidine. There was no significant increase in the maximum activities of Lac and MnP when the medium was supplemented with veratryl alcohol. Supplementation of the medium with Tween 80, at concentrations of 0.05% and 0.5% v/v, in addition to 11 ppm Mn+2 and 1.0 mM 2.5-xylidine, further increased the production of Lac, with highest activities of 53 and 61 IU/L; MnP activities were 175 and 182 IU/L, respectively. Electrophoresis under denaturing conditions revealed bands of approximately 12.4-118.3 KDa in the electrophoresis non-denaturing PAGE showed MnP and Lac activities in differents bands. During the cultivations, the exhaustion of sugars led to decreased concentrations of mycelium and increased concentrations of ammonia in the extracts, probably due to the occurrence of cellular autolysis. The pH and conductivity showed low variations. The culture in complex medium showed an increased conductivitywith time, probably due to the secretion of organic acids by the fungus.

Orientador: Lara Durães Sette / Resumo: As lacases têm sido alvo de investigação devido à capacidade de oxidar compostos aromáticos fenólicos e não fenólicos com a concomitante redução do oxigênio à agua. Embora possam ser sintetizadas por diversos organismos, sua produção se destaca em fungos de podridão branca. As lacases tem sido amplamente aplicada no campo industrial e ambiental. A fim de comparar o potencial catalítico das lacases dos fungos de ambiente marinho e terrestre, no presente estudo as lacases produzidas pelos basidiomicetos de origem marinha (Peniophora sp. CBMAI 1063 e Marasmiellus sp. CBMAI 1062) e terrestre (Peniophora cinerea CCIBt 2541 e Marasmiellus colocasiae CCIBt 3388) foram parcialmente purificadas (ultrafiltração e cromatografia de troca iônica) e caracterizadas bioquimicamente. Para a quantificação das laccases foram utilizados os substratos enzimáticos 2,2’-azino-bis (3- etilbenzotiazolina-6-sulfónico) (ABTS) e siringaldazina (SYG). Os fungos analisados apresentaram produção de lacases no meio utilizado, o qual foi previamente otimizado para a produção de lacases para o Peniophora sp. CBMAI 1063. Nestas condições de cultivo, as enzimas ligninoliticas Manganês Peroxidase (MnP) e Lignina Peroxidase (LiP) não foram produzidas. Com relação ao processo de purificação, a cada passo houve perda no rendimento, em proporções diferentes para o conjunto enzimático de cada fungo, com melhor recuperação para as lacases produzidas pelos fungos do gênero Marasmiellus. O zimograma revelou que Peniopho... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Laccases have been under investigation due to their capacity to oxidize phenolic and non-phenolic aromatic compounds with concomitant reducing of oxygen to water. Although laccases can be synthetized by several organisms; their production is notable in white rot fungi. Laccases have been wide applied in industrial and environmental fields. Aiming to compare the catalytic potential of laccases in fungi from marine and terrestrial environments, in the present work laccases produced by marine basidiomycetes (Peniophora sp. CBMAI 1063 and Marasmiellus sp. CBMAI 1062) and the terrestrial (Peniophora cinerea CCIBt 2541 and Marasmiellus colocasiae CCIBt 3388) were partially purified (ultrafiltration and ionic chromatography) and biochemically characterized. For the laccases quantification were used 2,2’-azino-bis (3- ethilbenzotiazolina-6-sulphnic) (ABTS) and syringaldazine (SYG) as substrates. All studied fungi showed satisfactory laccases productions in the utilized medium, which was previously optimized to laccases production by Peniophora sp. CBMAI 1063. In these culture conditions ligninolytic enzymes Manganese Peroxidase (MnP) and Lignin Peroxidase (LiP) were not produced. Regarding the purification process, there was yield loss in each step, in different proportions to the enzymatic pool for each fungi, with better yielded the laccases produced by the fungi from Marasmiellus genus. Zymogram revealed that Peniophora sp. CBMAI 1063 has two laccase isoforms, P. cinerea CCIBt 254... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Este trabalho descreve a preparação e caracterização de biocátodos para biocélula a combustível Etanol e Metanol//O2 utilizando a enzima lacase (trametes versicolor) num sistema de transferência eletrônica mediada (TEM). Na primeira etapa do trabalho, os resultados de cinética enzimática com a enzima lacase em solução e imobilizada sobre tecido de carbono mostraram que os vários parâmetros experimentais (pH, temperatura, estabilidade) analisados devem ser considerados, a fim de se obter atividade máxima com os biocatalisadores. Além disso, em relação aos testes cinéticos e de estabilidade, pode-se inferir que o dendrímero PAMAM pode ser empregado como um bom agente imobilizante na preparação de bicátodos para biocélula a combustível enzimática. Na segunda etapa do trabalho, uma semibiocélula Etanol//O2 foi testada e os eletrocatalisadores testados foram o verde de metileno (VM) e o azul de meldola (AM). Os testes de potência mostraram a importância da presença do mediador ABTS e do eletrocatalisador (VM) para melhorar o desempenho do dispositivo. Na terceira etapa do trabalho, eletrodos com diferentes mediadores (ABTS, ferro porfirina, ferroceno, complexo de ósmio e complexo de rutênio) e com polipirrol eletropolimerizado na superfície do eletrodo foram testados numa semibiocélula Metanol//O2. Os testes de semibiocélula Etanol e Metanol//O2 com transferência eletrônica mediada mostraram que os biocátodos preparados com o dendrímero PAMAM e com os diferentes eletrocatalisadores e mediadores, se mostraram capazes de gerar densidades de potência competitivas em relação aos valores encontrados na literatura. / This work describes the preparation and characterization of biocathodes for Ethanol and Methanol//O2 biofuel cell using the enzyme laccase (trametes versicolor) enzyme and mediated electron transfer (MET). Investigation of the enzymatic kinetics of the enzyme laccase in solution and immobilized onto carbon platforms showed that the analyzed experimental parameters (pH, temperature, and stability) must be considered for maximum activity to be achieved. The kinetic and stability tests revealed that PAMAM dendrimers constitute very good immobilization agent to prepare biocathodes for enzymatic biofuel cell. The second part of this work, dealt with Ethanol//O2half-cell using methylene green (MG) ormeldola blue (MB) as electrocatalyst. The power test evidenced that it is important to have ABTS as mediator and an electrocatalyst, to ensure that the device performs better. The third part of this work evaluated electrodes with distinct mediators (ABTS, iron porphyrin, ferrocene, osmium complex, and ruthenium complex) and containing electropolymerized polypyrrole on their surface in a Methanol//O2half-cell. Ethanol and Methanol//O2 half-cell tests with mediated electron transfer showed that the biocathodes prepared with PAMAM dendrimers, electrocatalyst, and distinct mediators generated competitive power densities as compared with literature data.

Este trabalho compreendeu estudar e definir as condições de cultivo que maximizam a produção de manganês peroxidases (MnPs) e lacases (Lacs) por C. subvermispora, fungo de degradação branca da madeira envolvido em processos industriais de biopolpação. O estudo envolveu cultivos submersos, em superfície ou com micélio imobilizado em espuma de poliuretano em meios complexo ou definido, e cultivos imobilizados em meio definido nos quais foram avaliados os efeitos: de diferentes concentrações de Mn2+, dos indutores 2,5-xilidina e álcool veratrílico, e do surfactante Tween 80, que levaram a diferentes níveis de expressões de Lacs e MnPs. Para a determinação de como essas condições afetam a produção das enzimas oxidativas (MnPs e Lacs), os cultivos foram avaliados cineticamente quanto à concentração de proteínas, às atividades enzimáticas, ao espectro de absorção de luz na região UV-VIS, ao teor de açúcares redutores, ao crescimento micelial, ao teor de amônio, ao pH, à condutividade elétrica. Também foram realizadas análises eletroforéticas de extratos de cultivos selecionados. Nos cultivos que tiveram como inóculo discos de micélio, a condição imobilizada em meio de composição complexa demonstrou potencial para produção de Lac (147,5 UI/L). Já nos cultivos inoculados com suspensão de micélio macerado em água, a condição imobilizada em meio de composição definida se destacou com produção seletiva de MnP (277,5 UI/L). Verificou-se que os cultivos em meio complexo nas formas submersa e imobilizada favoreceram a produção de Lac em detrimento de MnP. Nos cultivos de C. subvermispora imobilizado em espuma de poliuretano, em meio definido, a variação da concentração de manganês no meio de cultura alterou a produção de MnP, sendo a concentração de 11 ppm de Mn+2 promotora da máxima atividade (108,5 UI/L). No entanto, ao suprimir manganês do meio, ocorreu produção seletiva de Lac (15,5 UI/L). Com a suplementação do meio contendo 11 ppm de Mn+2 com 0,5 e 1,0 mM de 2,5-xilidina, foram alcançados máximos de atividade de Lac de 14,0 e 22 UI/L, respectivamente. A atividade máxima de MnP não foi afetada pela adição de 2,5-xilidina. Não houve aumentos significativos nas atividades máximas de Lac e de MnP quando o meio foi suplementado com álcool veratrílico. A suplementação do meio contendo 11 ppm de Mn+2 com Tween 80 nas concentrações de 0,05% e 0,5% v/v, em adição a 2,5-xilidina 1,0 mM, aumentou ainda mais a produção de Lac, com máximos de atividade de 53 e 61 UI/L, e de MnP, com picos de 175 e 182 UI/L, respectivamente. As eletroforeses em condições desnaturantes revelaram bandas proteicas de 12,4 a 118,3 KDa e nos géis de atividade foram detectadas atividades de MnP e Lac com mais de uma banda de atividade. Durante os cultivos, a exaustão de açúcares redutores acarretou em diminuição da concentração de micélio fúngico e aumento da concentração de nitrogênio amoniacal no meio, provavelmente devido à ocorrência de autólise celular. O pH e a condutividade variaram relativamente pouco. Em meio complexo, obsevou-se aumento da condutividade durante o cultivo, provavelmente devido à secreção de ácidos orgânicos pelo fungo. / This work involved the research and definition of the culture conditions that maximize the production of manganese peroxidase (MnP) and laccase (Lac) by C. subvermispora, a white-rot fungus studied in biopulping industrial processes. The study involved submerged or static cultures with immobilized mycelium in polyuretane foam in complex or defined medium, and immobilized cultures in defined medium with different concentrations of Mn2+ and inductors, 2.5-xylidin and veratryl alcohol, and surfactant, Tween 80, resulting in different expressions levels of MnPs and Lacs. To determine how these conditions affect the production of oxidative enzymes (MnP and Lac), the cultures were evaluated kinetically regarding the concentration of proteins, enzymatic activities, the absorption of light in the UV-VIS regions, the concentration of reducing sugars, the micelyal growth, the concentration of ammonium, pH, electrical conductivity. We also performed electrophoretic analysis of some selected cultures. In the cultures inoculated whith discs of mycelium, the condition immobilized in poliuretane foam whith complex medium showed potential for producing Lac (147.5 IU / L). In the cultures inoculated with homogenized mycelium, the immobilized condition whith defined medium showed selective production of MnP (277.5 IU/L). It was found that the submerged and immobilized cultures in complex medium increased the production of Lac instead of MnP. In the immobilized cultures with defined medium, the variation of the concentration of manganese in the medium altered the production of MnP, being the concentration of 11 ppm that promoting maximum activity (108.5 IU/L). However, in the absence of manganese in the medium, the selective production of Lac (15.5 IU / L) was observed. With the supplementation of the defined medium containing 11 ppm Mn+2 with 0.5 or 1.0 mM 2.5-xylidine, maximum activities of Lac of 14.0 and 22.0 IU / L, respectively, were achieved. The maximum activity of MnP was not affected by the addition of 2.5-xylidine. There was no significant increase in the maximum activities of Lac and MnP when the medium was supplemented with veratryl alcohol. Supplementation of the medium with Tween 80, at concentrations of 0.05% and 0.5% v/v, in addition to 11 ppm Mn+2 and 1.0 mM 2.5-xylidine, further increased the production of Lac, with highest activities of 53 and 61 IU/L; MnP activities were 175 and 182 IU/L, respectively. Electrophoresis under denaturing conditions revealed bands of approximately 12.4-118.3 KDa in the electrophoresis non-denaturing PAGE showed MnP and Lac activities in differents bands. During the cultivations, the exhaustion of sugars led to decreased concentrations of mycelium and increased concentrations of ammonia in the extracts, probably due to the occurrence of cellular autolysis. The pH and conductivity showed low variations. The culture in complex medium showed an increased conductivitywith time, probably due to the secretion of organic acids by the fungus.