This doctoral project is focused on the development and analysis of algorithms for the reconstruction of genome-scale metabolic models, such algorithms include decision-making based on probabilistic criteria. As a fundamental result of the doctoral research, the web application Computational Platform to Access Biological Information (COPABI), which can reconstruct genome-scale metabolic models of biological systems, has been developed. During its computational implementation, it was followed the methodology used for the reconstruction of the first genome-scale metabolic model of a photosynthetic microorganism, the Synechocystis sp. PCC6803. Different mathematical algorithms were applied to compare the models that were automatically generated by COPABI with those published in the literature for different species. / El presente proyecto doctoral se ha centrado en el desarrollo y análisis de algoritmos para la reconstrucción de modelos metabólicos a escala genómica; tales algoritmos incluyen la toma de decisiones a partir de criterios probabilísticos. Como resultado fundamental de la investigación doctoral cabe destacar que se ha desarrollado la aplicación web Computational Platform to Access Biological Information (COPABI) que permite reconstruir modelos metabólicos a escala genómica de sistemas biológicos. Durante su implementación computacional, se ha seguido la metodología usada para la reconstrucción del primer modelo metabólico a escala genómica de un microorganismo fotosintético, la Synechocystis sp. PCC6803. Se aplicaron diferentes algoritmos matemáticos para comparar los modelos generados automáticamente por COPABI con los publicados en la literatura para diferentes especies. / Reyes Chirino, R. (2013). Desarrollo y análisis de algoritmos probabilísticos para la reconstrucción de modelos metabólicos a escala genómica [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/34344 / TESIS

O trabalho é proposto visando melhorar o consumo de xilose na bactéria Burkholderia sacchari utilizando o acúmulo de PHB como modelo de produção Foi desenvolvido um processo de evolução por meio da aplicação de feast and famine e Cultivos sequenciais em fase exponencial. Foi obtida uma linhagem mutante com uma velocidade especifica de crescimento de 0,24 h -1. Foi feita uma análise de fluxos metabólicos da qual foi possível concluir que o metabolismo da xilose acontecia em sua maioria pela VP junto com a ED. Foi feito um ensaio de acumulo com carbono marcado utilizando uma solução de xilose, de 20:80 de xilose marcada 13C em todos os carbonos e xilose não marcado, para determinar quais seriam as possíveis vias metabólicas no uso da xilose por parte de B. sacharia LFM 101 e da linhagem evoluída BSEV11. Foi determinado que houve embaralhamento de carbonos, fato que só acontece quando o metabolismo da xilose e feito pela VP junto com a via ED, assim foi possível conferir a via ED como principal via para o metabolismo da xilose em B. sacchari LFM 101. / To evaluate the possibilities of improving the productivity of PHA production from xylose, evolutionary engineering techniques were applied to B. sacchari to select cells with maximum specific growth rates (max) higher than the wild type. Metabolic flux analysis was also performed to evaluate the fluxes through central pathways and the possibility of further improvements by modifying fluxes rates. The evolved strain reached a max of 0.24 ± 0.01 h-1 at the end of the evolutionary process. Strains were submitted to bioreactor experiments. A metabolic network of the strain was usedn to determine the possible distribution of metabolic fluxes. A total of 19 elementary modes were obtained. It was concluded that the metabolism of xylose occurred mostly by VP along with the ED. The ED pathway has the major activity going on in a cyclic way. It was also performed a 13C labeled xylose assay, in which it was possibly to confirm the obtained results from the metabolic flux analyses.

Os hormônios de crescimento, principalmente os do eixo GH/IGF-I são responsáveis pelo crescimento tecidual e estrutural desde o nascimento. O GH produzido na hipófise é um hormônio com funções metabólicas e anabólicas e é o principal estimulador da síntese e liberação do IGF-I no fígado que tem suas ações endócrinas, parácrinas e autócrinas mediadas pelas IGFBPs. O exercício físico está intimamente ligado à função anabólica, estimulando a secreção e a ação dos hormônios do eixo GH/IGF-I.Existe a hipótese de haver um comportamento bifásico do eixo durante uma temporada de treinamento,caracterizado por uma fase catabólica, seguida de uma fase anabólica dependendo das fases do treinamento, porém vários estudos têm resultados controversos. O objetivo desse projeto foi investigar o impacto de uma temporada de treinamento em atletas de voleibol sobre o eixo GH/IGF-I e IGFBP-3 e sua relação com desempenho em testes físicos. A amostra foi composta por 10 jogadores de Voleibol categoria adulto da equipe de Franca-SP que foram analisados no início(A1), durante(A2) e ao final(A3) de 15 semanas de treinamento. Foram analisados dados antropométricos, altura de salto e potência de membros inferiores no Squat Jump (SJ), Counter Moviment Jump(CMJ)e Drop Jump 40 cm (DJ40), Índice de Força Reativa (IFR), Razão de Utilização Excêntrica (RUE) e concentrações deIGF-I e IGFBP-3. Para as análises estatísticas foram utilziadas ANOVA de medidas repetidas, Magnitude de Efeito (ES) e Probabilidade Quantitativa de Chances (QC). Os resultados mostram redução dos valores de Massa Coporal Total (MCT), Percentual de Gordura Coporal (%GC), Massa Magra (MM) e Massa Gorda (MG), com menor valor em A3, os resultados dos saltos apresentaram aumento linear com diferença estatísitca (p < 0,05) no DJ40 em A3. A sessão de treino não teve influência sobre as concentrações de IGF-I e IGFBP-3, indicando que a intensidade de disputa dessa modalide não é capaz de alterar as concentrações desses hormônios. Não foi verificada diferença estatísitca (p < 0,05) entre as coletas durante o período de treinamento, mas, as análises de ES e QC indicam tendência de aumento do IGF-I em A3. O comportamento bifásico do eixo GH/IGF-I não foi observado nesse estudo, possivelmente devido a forma de planejamento do período de treinamento, contudo, o IGF-I apresentou maiores concentrações em A3 coincidindo com os maiores resultados de altura de salto. Com esses resultados foi possível inferir que a concentração de IGF-I está correlacionada positivamente com o desempenho físico de atletas de voleibol e que a redução ou a incapacidade de aumento de IGF-I pode ser um sinal de alerta para atletas e treinadores. Ainda assim, são necessários novos estudos para investigar se o treinamento terá efeitos semelhantes durante longos períodos de treinamento, períodos de treinamento com maior intensidade, diferentes fases durante o período de preparação ou competição produzirão respostas hormonais semelhantes / Growth hormones, especially the GH/IGF-I axis is responsible for tissue and structural growth from birth. GH produced in the pituitary gland is a hormone with metabolic and anabolic functions and is the main stimulator for the synthesis and release of IGF-I in the liver that has its endocrine, paracrine and autocrine actions mediated by IGFBPs. Physical exercise is closely linked to anabolic function, stimulating the secretion and action of the hormones of the GH/IGF-I axis. There is a hypothesis of a biphasic behavior of the axis during a training season, characterized by a catabolic phase, followed by an anabolic phase depending on the training phases, but several studies have controversial results. The objective of this project was to investigate the impact of a training season on volleyball athletes on the GH/IGF-I axis and IGFBP-3 and its relation to performance in physical tests. The sample consisted of 10 adult category Volleyball players from the Franca-SP team who were analyzed at baseline (A1), during (A2) and at the end (A3) of 15 weeks of training. Anthropometric data, jump height and power of lower body in Squat Jump (SJ), Counter Movement Jump (CMJ) e Drop Jump 40 cm (DJ40), Reactive Force Index (RFI), Eccentric Usability Ratio (EUR) and IGF-I and IGFBP-3 concentrations were analyzed. Statistical analyzes were performed using repeated measures ANOVA, Effect Size test (ES) and Probability of Quantitative Chances(QC). The results show a reduction in Total Body Mass (TBM) values, Percentage of Body Fat (%BF), Lean Mass (LM) and Fat Mass (FM), with a lower value in A3, the jump results showed a linear increase with a statistical difference (p <0.05) in DJ40 in A3. The training session had no influence on the concentrations of IGF-I and IGFBP-3, indicating that the intensity of contention of this modality is not able to alter the concentrations of these hormones. There was no statistically significant difference (p <0.05) between the collections during the training period, but the ES and QC analyzes indicated an upward trend in IGF-I in A3. The biphasic behavior of the GH/IGF-I axis was not observed in this study, possibly due to the planning of the training period, however, IGF-I presented higher concentrations in A3 coinciding with higher jump height results. With these results it was possible to infer that the concentration of IGF-I is positively correlated with the physical performance of volleyball athletes and that the reduction or inability to increase IGF-I may be a warning signal for athletes and coaches. Still, further studies are needed to investigate whether training will have similar effects during long periods of training, more intense training periods, different phases during the preparation or competition period will produce similar hormonal responses.

Objetivo - Avaliar o sono, ritmos biológicos e metabolismo de trabalhadores de uma comunidade amazônica do Acre, segundo diferentes graus de urbanização das residências. Métodos - Foram executados três sub-estudos distintos. No primeiro estudo foram feitas análises de dados referentes às características sociodemográficas, medidas antropométricas, hábitos de vida, características do sono e morbidades referidas de trabalhadores da reserva extrativista de Xapuri, Acre. Para o segundo estudo foi executada uma análise de dados alimentares de recordatório de 24 horas para obtenção de padrões alimentares e suas associações possíveis para variáveis de sono e sonolência em trabalhadores. Para o último estudo foram realizadas coleta e análise de dados alimentares, antropométricos, variáveis metabólicas, relacionados ao sono e aos hábitos de vida de trabalhadores residentes nas regiões rurais e urbanas de Xapuri. Resultados - Foram produzidos três manuscritos que representaram os três sub-estudos distintos que compõe este trabalho múltiplo. O primeiro estudo avaliou os efeitos do tipo de trabalho (elevado ou baixo esforço físico) e o estilo de vida sobre o sono dos trabalhadores da reserva amazônica. O segundo estudo propôs uma nova abordagem na avaliação do consumo alimentar e suas relações com o sono e sonolência de trabalhadores, envolvendo a investigação dos padrões alimentares. O terceiro estudo apresentou os principais achados comparando trabalhadores rurais e urbanos da reserva amazônica no que tange estilo de vida, sono, exposição à luz, aspectos metabólicos, estado nutricional e consumo alimentar. Conclusão - No que tange aos aspectos metabólicos, destaca-se alta prevalência de sobrepeso e obesidade entre trabalhadores urbanos, bem como marcadores alterados para doenças metabólicas. No que se refere ao sono, trabalhadores rurais apresentam um alta prevalência de distúrbios de sono; entretanto, entre os residentes urbanos destacam-se uma redução da duração de sono, horário de sono tardio e menor exposição à luz. O estudo de padrões alimentares demonstrou-se possível e eficaz eficaz na avaliação de desfechos relacionados à alimentação e ritmos biológicos, em especial o sono. / Aim - To evaluate the sleep, biological rhythms and metabolism of workers of an Amazonian community of Acre, according to different degrees of urbanization of the residences. Methods - Three different sub-studies were performed. In the first study, data were analyzed regarding socio-demographic characteristics, anthropometric measurements, lifestyle, sleep characteristics and referred morbidity of workers from the Xapuri Extractive Reserve, Acre. For the second study, a 24 hour recall data analysis was performed to obtain dietary patterns and their possible associations for sleep and sleepiness variables in workers. For the last study were collected and analyzed food data, anthropometric, metabolic variables, related to sleep and living habits of workers residing in the rural and urban regions of Xapuri. Results - Three manuscripts were produced that represented the three distinct sub-studies that compose this multiple work. The first study evaluated the effects of the type of work (high or low physical effort) and the sleep lifestyle of the workers of the Amazon reserve. The second study proposed a new approach in the evaluation of food consumption and its relationships with sleep and drowsiness of workers, involving the investigation of dietary patterns. The third study presented the main findings comparing rural and urban workers in the Amazon Reserve in relation to lifestyle, sleep, light exposure, metabolic aspects, nutritional status and food consumption. Conclusion - Regarding the metabolic aspects, there is a high prevalence of overweight and obesity among urban workers, as well as altered markers for metabolic diseases. As far as sleep is concerned, rural workers have a high prevalence of sleep disorders; however, among urban residents, there is a reduction in sleep duration, late sleep time and less light exposure. The study of dietary patterns has proved to be possible and effective in evaluating outcomes related to diet and biological rhythms, especially sleep.

During the past 30-years, Biochemical System Theory (BST) has been provided a concrete foundation for the study of the dynamic biological systems, e.g. S-systems models for reverse engineering of metabolic networks (Savageau, 1969; Savageau, 1970; Voit, 2000). One of the remarkable characteristics of these models is its parameters not only quantify the interactions between the components of the network, but also elucidate the networks topology. Automatic procedures for S-system parameterization from biological time series have been developed by many researches, where they assume a noise-free time series and a true estimated first derivative in their methodologies (Chou, et al., 2006; Kikuchi, et al., 2003). Nevertheless, this noise-free data is not a realistic scenario of the real biological experimental world. Methods as artificial neural network (ANN), Support Vectors Machines (SVM) and Saviztsky-Golay filter were proposed to overcome the denoising time series problem with the advantage of a closed form output which allowed determining the first derivative symbolically (Almeida and Voit, 2003; Borges, et al., 2006; Borges, et al., 2004; Voit and Almeida, 2004). However, these solutions showed some problematic artifacts in its first derivative even when they are not visually apparent in the smoothed data, leaving a gap on the issue of a fully automatic method for S-system parameterization from experimental data. The algorithm presented in this work is a proposal to fill this gap up providing an unbiased robust tool for signal extraction and first derivative estimation from noisy time series. / Nos últimos 30 anos, a Teoria dos Sistemas Bioquímicos (Biochemical System Theory - BST) tem fornecido uma fundação concreta para o estudo da dinâmica de sistemas biológicos, por exemplo, Sistemas-S (S-systems) usados em engenharia reversa de vias metabólicas (Savageau, 1969; Savageau, 1970; Voit, 2000). Uma característica marcante desse tipo de modelo é que os parâmetros não só quantificam as interações entres os componentes da rede metabólica, mas também fornecem a sua topologia de regulação. Procedimentos automáticos para a parametrização dos Sistemas-S a partir de séries temporais biológicas vêm sendo desenvolvidos por vários pesquisadores, onde se assume que a série temporal e sua derivada temporal são livres de ruído. Entretando, perfis metabólicos livres de ruído não são um realistas em cenários de experimentos de biologia molecular. Técnicas como Redes Neurais Artificiais (RNA), Máquinas de Vetores de Suporte (MVP) e filtro de Saviztsky-Golay foram propostas como solução do problema de suavização dos perfis metabólicos com a vantagem da obtenção da derivada temporal simbólica (Almeida and Voit, 2003; Borges, et al., 2006; Borges, et al., 2004; Voit and Almeida, 2004). Entretanto, essas soluções apresentaram alguns artefatos problemáticos na derivada até mesmo quando nenhum problema é visualmente detectado no dado suavizado, deixando aberto um espaço vazio na questão de um método automático para a parametrização dos Sistemas-S a partir de dados experimentais. O algoritmo apresentado neste trabalho propõe preencher esse espaço com uma ferramenta robusta para a extração de sinal e de sua derivada temporal a partir de séries temporais ruidosas.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-04-18T13:17:39Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese Tiago Araújo.compressed.pdf: 7089899 bytes, checksum: 0d9fa1d7f42954a36ff78b4171da7ef7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-18T13:17:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese Tiago Araújo.compressed.pdf: 7089899 bytes, checksum: 0d9fa1d7f42954a36ff78b4171da7ef7 (MD5) Previous issue date: 2015-04-30 / CAPEs / O presente estudo teve como objetivo investigar a relação entre hiperuricemia, distúrbios metabólicos e as atividades biológicas de Myrciaria cauliflora, Crataeva tapia e Indigofera suffruticosa. Para tanto, foi realizado inicialmente um estudo populacional, com 3620 voluntários, adultos, homens, não diabéticos, do Nordeste brasileiro. Obesidade abdominal e hipertrigliceridemia foram avaliadas para a identificação do fenótipo denominado Cintura Hipertrigliceridêmica (CHTG) e para a avaliação da influência desses distúrbios metabólicos sobre a hiperuricemia. Posteriormente, estudos com modelo animal (Mus musculus) foram conduzidos. Assim, extratos orgânicos (etéreo, acetônico e metanólico) foram preparados a partir do epicarpo de frutos maduros de M. cauliflora, denominados, sequencialmente, de MCEE, MCAE e MCME, nas concentrações de 200mg/Kg e de 400mg/Kg. Análise fitoquímica e estudo da toxicidade oral desses extratos foram realizadas. MCAE foi administrado durante 14 dias em camundongos com diabetes induzida por aloxana; e avaliação do perfil glicídico, lipídico, de função renal e hepática e análise histológica do pâncreas foram realizadas. Atividade anti-hiperuricêmica de MCAE, em modelo de oxonato de potássio, também foi investigada. MCEE, MCAE e MCME foram usados para a avaliação de: atividade anti-inflamatória, usando os modelos de edema de pata e de peritonite; atividade antinociceptiva, nos modelos de dor induzida por ácido acético e de placa quente; atividade antioxidante, por ensaio com 2,2-difenil-β- picrilhidrazil; e atividade antitumoral, contra tumor sólido de carcinoma de Ehrlich. Lectina de C. tapia foi purificada e testada para avaliação de atividade hipoglicêmica. Extratos etéreo, clorofórmico e acetônico de folhas de I. suffruticosa foram preparados, analisados fitoquimicamente e testados contra cepas de S. aureus. Como principais resultados, este estudo demonstrou que: obesidade abdominal e hipertrigliceridemia, isoladas, mostraram significativas razões de chance (RC) sobre a presença de hiperuricemia, porem o fenótipo CHTG demonstrou o maior efeito (RC = 4,3), especialmente após o uso dos pontos de corte obtidos especificamente para a população do estudo; hiperuricemia apresentou uma forte associação com alto risco de morte por evento cardiovascular em dez anos (RC = 3,5); 200mg/Kg/dia e 400mg/Kg/dia de MCAE causou uma redução significativa da glicose plasmática e redução nos níveis séricos de triglicerídios, uréia, creatinina e transaminases, aumento de HDL-colesterol, melhora do aspecto morfológico das ilhotas pancreáticas e diminuição de cerca de 50% nos níveis de ácido úrico; MCEE, MCAE e MCME apresentaram relevante atividade antioxidante e produziram reduções significativas da resposta inflamatória, de nocicepção e da massa tumoral; lectina de C. tapia provocou redução significativa nos níveis de glicose, melhora das funções e dos aspectos morfológicos dos rins, pâncreas e fígado de camundongos diabéticos; o extrato acetônico de folhas de I. suffruticosa foi um potente inibidor de S. aureus, seguido pelo extrato clorofórmico, melhorando também sinergisticamente o efeito da eritromicina. Portanto, hiperuricemia está bastante relacionada com o fenótipo CHTG em homens do Nordeste do Brasil, podendo elevar em muito o risco cardiovascular desses indivíduos. M. cauliflora demonstrou um grande potencial terapêutico para hiperuricemia e as condições metabólicas associadas e, assim como lectina de C. tapia, demonstrou ser um agente promissor para o tratamento da diabetes; enquanto que I. suffruticosa mostrou-se ser bastante promissora contra S. aureus. / This study aimed to investigate the relationship among hyperuricemia, metabolic disorders and the biological activities of Myrciaria cauliflora, Crataeva tapia e Indigofera suffruticosa. Therefore, it was initially performed a population study, with 3620 volunteers, adults, men, non-diabetic, from northeastern Brazil. Abdominal obesity and hypertriglyceridemia were evaluated for the identification of phenotype referred as Hypertriglyceridemic Waist (HTGW) and to assess the influence of these metabolic disorders hyperuricemia. Later, animal model studies (Mus musculus) were conducted. Thus, organic extracts (ether, acetone, and methanol) were prepared from ripe fruit epicarp of M. cauliflora referred to, sequentially, MCEE, MCAE, and MCME, at concentrations of 200mg/Kg and 400mg/Kg. Phytochemical analysis and study of oral toxicity of these extracts were made. MCAE was administered for 14 days in mice with alloxan-induced diabetes; and evaluation of glucose profile, lipid, renal and hepatic function and histological analysis of the pancreas were performed. Anti-hyperuricemic activity of MCAE, in potassium oxonate model, was investigated. MCEE, MCAE, and MCME were used for evaluation of: anti-inflammatory activity, using the rat paw edema model and peritonitis; antinociceptive activity, in models of pain induced by acetic acid and hot plate; antioxidant activity, by 2,2-diphenyl-β-picrylhydrazyl assay; and antitumor activity against solid tumor of Ehrlich carcinoma. Lectin of C. tapia was purified and tested for evaluation of hypoglycemic activity. Ether, chloroform and acetone extracts of leaves of I. suffruticosa were prepared, phytochemically analyzed and tested against strains of S. aureus. As main results, this study demonstrated that: abdominal obesity and hypertriglyceridemia, isolated, showed significant odds ratios (OR) for the presence of hyperuricemia, but HTGW phenotype demonstrated the most effect (OR = 4.3), especially after use the cutoffs obtained specifically for the study population; hyperuricemia showed a strong association with high risk of cardiovascular events death in ten years (OR = 3.5); 200mg/Kg/dia and 400mg/Kg/dia of MCAE caused a significant reduction in plasma glucose and reduction in serum levels of triglycerides, urea, creatinine and transaminases, increase in HDL-cholesterol, improvement in the morphological appearance of the pancreatic islets and decrease about 50% in the levels of uric acid; MCEE, MCAE, and MCME presented significant antioxidant activity and produced significant reductions in the inflammatory response, nociception and of the tumor mass; C. tapia lectin caused a significant reduction in glucose levels, improved the function and morphology of the kidneys, pancreas and liver of diabetic mice; and the acetone extract from the leaves of I. suffruticosa was a potent inhibitor of S. aureus followed by chloroform extract, also synergistically improving the effect of erythromycin. Therefore, hyperuricemia is closely related to the HTGW phenotype in men in Northeast Brazil, and can significantly increase the cardiovascular risk of these individuals. M. cauliflora demonstrated a great therapeutic potential for hyperuricemia and associated metabolic conditions, as well as C. tapia lectin proved to be a promising agent for the treatment of diabetes; while I. suffruticosa shown to be quite promising against S. aureus.

O trabalho é proposto visando melhorar o consumo de xilose na bactéria Burkholderia sacchari utilizando o acúmulo de PHB como modelo de produção Foi desenvolvido um processo de evolução por meio da aplicação de feast and famine e Cultivos sequenciais em fase exponencial. Foi obtida uma linhagem mutante com uma velocidade especifica de crescimento de 0,24 h -1. Foi feita uma análise de fluxos metabólicos da qual foi possível concluir que o metabolismo da xilose acontecia em sua maioria pela VP junto com a ED. Foi feito um ensaio de acumulo com carbono marcado utilizando uma solução de xilose, de 20:80 de xilose marcada 13C em todos os carbonos e xilose não marcado, para determinar quais seriam as possíveis vias metabólicas no uso da xilose por parte de B. sacharia LFM 101 e da linhagem evoluída BSEV11. Foi determinado que houve embaralhamento de carbonos, fato que só acontece quando o metabolismo da xilose e feito pela VP junto com a via ED, assim foi possível conferir a via ED como principal via para o metabolismo da xilose em B. sacchari LFM 101. / To evaluate the possibilities of improving the productivity of PHA production from xylose, evolutionary engineering techniques were applied to B. sacchari to select cells with maximum specific growth rates (max) higher than the wild type. Metabolic flux analysis was also performed to evaluate the fluxes through central pathways and the possibility of further improvements by modifying fluxes rates. The evolved strain reached a max of 0.24 ± 0.01 h-1 at the end of the evolutionary process. Strains were submitted to bioreactor experiments. A metabolic network of the strain was usedn to determine the possible distribution of metabolic fluxes. A total of 19 elementary modes were obtained. It was concluded that the metabolism of xylose occurred mostly by VP along with the ED. The ED pathway has the major activity going on in a cyclic way. It was also performed a 13C labeled xylose assay, in which it was possibly to confirm the obtained results from the metabolic flux analyses.

Os hormônios de crescimento, principalmente os do eixo GH/IGF-I são responsáveis pelo crescimento tecidual e estrutural desde o nascimento. O GH produzido na hipófise é um hormônio com funções metabólicas e anabólicas e é o principal estimulador da síntese e liberação do IGF-I no fígado que tem suas ações endócrinas, parácrinas e autócrinas mediadas pelas IGFBPs. O exercício físico está intimamente ligado à função anabólica, estimulando a secreção e a ação dos hormônios do eixo GH/IGF-I.Existe a hipótese de haver um comportamento bifásico do eixo durante uma temporada de treinamento,caracterizado por uma fase catabólica, seguida de uma fase anabólica dependendo das fases do treinamento, porém vários estudos têm resultados controversos. O objetivo desse projeto foi investigar o impacto de uma temporada de treinamento em atletas de voleibol sobre o eixo GH/IGF-I e IGFBP-3 e sua relação com desempenho em testes físicos. A amostra foi composta por 10 jogadores de Voleibol categoria adulto da equipe de Franca-SP que foram analisados no início(A1), durante(A2) e ao final(A3) de 15 semanas de treinamento. Foram analisados dados antropométricos, altura de salto e potência de membros inferiores no Squat Jump (SJ), Counter Moviment Jump(CMJ)e Drop Jump 40 cm (DJ40), Índice de Força Reativa (IFR), Razão de Utilização Excêntrica (RUE) e concentrações deIGF-I e IGFBP-3. Para as análises estatísticas foram utilziadas ANOVA de medidas repetidas, Magnitude de Efeito (ES) e Probabilidade Quantitativa de Chances (QC). Os resultados mostram redução dos valores de Massa Coporal Total (MCT), Percentual de Gordura Coporal (%GC), Massa Magra (MM) e Massa Gorda (MG), com menor valor em A3, os resultados dos saltos apresentaram aumento linear com diferença estatísitca (p < 0,05) no DJ40 em A3. A sessão de treino não teve influência sobre as concentrações de IGF-I e IGFBP-3, indicando que a intensidade de disputa dessa modalide não é capaz de alterar as concentrações desses hormônios. Não foi verificada diferença estatísitca (p < 0,05) entre as coletas durante o período de treinamento, mas, as análises de ES e QC indicam tendência de aumento do IGF-I em A3. O comportamento bifásico do eixo GH/IGF-I não foi observado nesse estudo, possivelmente devido a forma de planejamento do período de treinamento, contudo, o IGF-I apresentou maiores concentrações em A3 coincidindo com os maiores resultados de altura de salto. Com esses resultados foi possível inferir que a concentração de IGF-I está correlacionada positivamente com o desempenho físico de atletas de voleibol e que a redução ou a incapacidade de aumento de IGF-I pode ser um sinal de alerta para atletas e treinadores. Ainda assim, são necessários novos estudos para investigar se o treinamento terá efeitos semelhantes durante longos períodos de treinamento, períodos de treinamento com maior intensidade, diferentes fases durante o período de preparação ou competição produzirão respostas hormonais semelhantes / Growth hormones, especially the GH/IGF-I axis is responsible for tissue and structural growth from birth. GH produced in the pituitary gland is a hormone with metabolic and anabolic functions and is the main stimulator for the synthesis and release of IGF-I in the liver that has its endocrine, paracrine and autocrine actions mediated by IGFBPs. Physical exercise is closely linked to anabolic function, stimulating the secretion and action of the hormones of the GH/IGF-I axis. There is a hypothesis of a biphasic behavior of the axis during a training season, characterized by a catabolic phase, followed by an anabolic phase depending on the training phases, but several studies have controversial results. The objective of this project was to investigate the impact of a training season on volleyball athletes on the GH/IGF-I axis and IGFBP-3 and its relation to performance in physical tests. The sample consisted of 10 adult category Volleyball players from the Franca-SP team who were analyzed at baseline (A1), during (A2) and at the end (A3) of 15 weeks of training. Anthropometric data, jump height and power of lower body in Squat Jump (SJ), Counter Movement Jump (CMJ) e Drop Jump 40 cm (DJ40), Reactive Force Index (RFI), Eccentric Usability Ratio (EUR) and IGF-I and IGFBP-3 concentrations were analyzed. Statistical analyzes were performed using repeated measures ANOVA, Effect Size test (ES) and Probability of Quantitative Chances(QC). The results show a reduction in Total Body Mass (TBM) values, Percentage of Body Fat (%BF), Lean Mass (LM) and Fat Mass (FM), with a lower value in A3, the jump results showed a linear increase with a statistical difference (p <0.05) in DJ40 in A3. The training session had no influence on the concentrations of IGF-I and IGFBP-3, indicating that the intensity of contention of this modality is not able to alter the concentrations of these hormones. There was no statistically significant difference (p <0.05) between the collections during the training period, but the ES and QC analyzes indicated an upward trend in IGF-I in A3. The biphasic behavior of the GH/IGF-I axis was not observed in this study, possibly due to the planning of the training period, however, IGF-I presented higher concentrations in A3 coinciding with higher jump height results. With these results it was possible to infer that the concentration of IGF-I is positively correlated with the physical performance of volleyball athletes and that the reduction or inability to increase IGF-I may be a warning signal for athletes and coaches. Still, further studies are needed to investigate whether training will have similar effects during long periods of training, more intense training periods, different phases during the preparation or competition period will produce similar hormonal responses.

A complexidade de alguns sistemas biotecnológicos impossibilita seu estudo sem o uso de técnicas de programação matemática avançadas. A quantificação de fluxos metabólicos e a síntese e projeto ótimos de plantas multiproduto são problemas com esta característica, abordados na presente tese. A quantificação de fluxos metabólicos empregando balanços de marcações é representada como um problema de otimização não-linear, o qual se resolve através da minimização da diferença entre as medidas experimentais e as predições do modelo da rede metabólica. Este problema surge da necessidade de se caracterizar o metabolismo mediante a estimação das velocidades das reações bioquímicas. O modelo matemático para problemas deste tipo é composto basicamente por balanços de metabólitos e de isótopos; os primeiros são lineares, enquanto os segundos introduzem não-linearidades ao problema e, neste trabalho, são modelados mediante uma modificação da técnica de matrizes de mapeamento de átomos. Para quantificar os fluxos metabólicos considerando a existência de ótimos locais, desenvolveu-se um algoritmo branch & bound espacial, no qual a busca global é feita mediante a divisão da região de busca (branching) e a geração de seqüências de limites (bounding) que convergem para a solução global. Como estudo de caso, estimaram-se os fluxos no metabolismo central de Saccharomyces cerevisiae. Os resultados confirmam a existência de soluções locais e a necessidade de desenvolver uma estratégia de busca global; a solução global obtida apresenta semelhanças, nos fluxos centrais, com a melhor solução obtida por um algoritmo evolucionário. Quanto aos problemas de síntese e projeto de sistemas biotecnológicos multiproduto, As abordagens mais empregadas para resolve-los são a definição e dimensionamento seqüencial das operações unitárias, e a fixação dos parâmetros de dimensionamento e de estimação do tempo de operação (com valores obtidos em laboratório ou planta piloto); porém ambas abordagens fornecem soluções subótimas. Por outro lado, a solução simultânea da síntese e projeto de sistemas biotecnológicos multiproduto gera modelos misto-inteiros não-lineares (MINLP) de grande porte, devido à combinação das decisões, ligadas à existência de alternativas no processo, com as restrições não-lineares geradas dos modelos das operações. Como estudo de caso considera-se uma planta para produção de insulina, vacina para hepatite B, ativador de plasminogênio tecidual (tissue plasminogen activator) e superóxido dismutase, mediante três hospedeiros diferentes: levedura (S. cerevisiae) com expressão extra ou intracelular, Escherichia coli e células de mamíferos. O projeto deve satisfazer a meta de produção para cada produto, minimizando os custos de capital e selecionando os hospedeiros, as operações e o arranjo dos equipamentos em cada estágio. Os resultados obtidos mostram que a formulação das decisões por abordagem big-M permite resolver o modelo MINLP gerado e que a consideração de múltiplos produtos com seqüências e condições de processamento diferentes gera grande ociosidade nos equipamentos e aumenta o custo total do projeto. Para o estudo de caso observou-se que a alocação de tanques intermediários tem um efeito limitado na diminuição do custo do projeto, porém a implementação simultânea da flexibilização do scheduling, do projeto de equipamentos auxiliares e tanques intermediários permite obter projetos satisfatórios. / The complexity of biotechnological systems does not allow their study without the use of advanced mathematical programming techniques. Metabolic flux quantification and optimal synthesis and design of multiproduct plants are problems with this characteristic, and are addressed in this thesis. The metabolic flux quantification employing labeling balances is formulated as a nonlinear optimization problem that is solved by the minimization of the difference between experimental measurements and predictions of the metabolic network model. This problem is generated by the necessity of estimating the rates of biochemical reactions that characterize the metabolism. The mathematical model for this class of problems is composed by balances of metabolites and isotopes; the former are linear whereas the latter are nonlinear and, in this work, are modeled by a modification of the atom mapping matrix technique. A spatial branch & bound algorithm was developed to quantify the metabolic fluxes, that considers the existence of local optima; in this algorithm, the global search is developed by the division of the searching region (branching) and the generation of sequences of bounds (bounding) that converge to the global solution. As a case study, fluxes in central metabolism of Saccharomyces cerevisiae were estimated. The results confirm the existence of local solutions and the necessity of develop a global search strategy; the central fluxes in the obtained global solution are similar to those ones obtained by an evolutionary algorithm. To solve problems of synthesis and design of multiproduct biotechnological systems, the most employed approaches are the sequential selection and sizing of the unit operations, and the fixing of sizing and time parameters (employing values from laboratory or pilot plants); nevertheless, both approaches generate suboptimal solutions. On the other hand, the simultaneous solution of the synthesis and design of multiproduct biotechnological systems generates large size mixed-integer nonlinear models (MINLP), due to the combination of options into the processing with nonlinear constraints from the operation models. As case study, a plant for production of insulin, hepatitis B vaccine, tissue plasminogen activator and superoxide dismutase was considered, by three hosts: yeast (S. cerevisiae) with extra or intracellular expression, Escherichia coli and mammalian cells. The design must satisfy the production target for each product, minimizing the capital cost and considering the selection of hosts, the operations and the number of parallel units in each stage. The obtained results show that the formulation of decisions by the big-M approach allows the solution of the generated MINLP model and that consideration of several products with different processing sequences and conditions generates large idleness at the equipment and increases the total cost of the design. In the case study it was observed that the allocation of storage tanks has a limited effect on cost reduction, but the simultaneous implementation of flexible scheduling, design of auxiliary equipments and intermediate storage tanks allow the generation of satisfactory designs.

Croton (Euphorbiaceae), é um gênero promissor para pesquisa de compostos bioativos, tanto pela variedade de compostos químicos encontrados, quanto pela diversidade de uso na medicina tradicional/popular. Estudos farmacológicos comprovaram atividades antimicrobianas, antivirais, anti-inflamatórias, antioxidantes e citotóxicas. Neste trabalho, foram obtidos extratos fracionados em Soxhlet (hexano, diclorometano, acetato de etila e metanol) de folhas e caules de C. pallidulus Baill var. pallidulus (Baill.) L.B. Smith & S.F. Smith. Esses extratos foram avaliados quanto às atividades 1) antibacteriana pelo método de microdiluição em caldo, utilizando Staphylococcus aureus - cepas sensível e resistente à vancomicina, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli e Salmonella choleraesuis; 2) antioxidante (sequestro do radical livre DPPH); e quanto à toxicidade frente à Artemia salina. A fração mais ativa neste último ensaio foi selecionada para a avaliação da atividade citotóxica utilizando as células de sarcoma uterino humano. Os fenóis totais, e flavonóis e flavonas totais foram quantificados por métodos colorimétricos. O fracionamento dos extratos hexânico e diclorometânico foi feito por cromatografia em coluna de sílica, enquanto o dos extratos de acetato de etila e metanol, em coluna de PVPP. O isolamento das substâncias das frações ativas nos ensaios de atividade antibacteriana (S. aureus - sensível) e de toxicidade frente à A. salina foi realizado por CLAE semipreparativo. O teor de fenóis totais de C. pallidulus var. pallidulus foi de 1,95 g EAG/100g MS e de flavonóis e flavonas totais foi de 0,56 g EQ/100g MS. Todos os extratos apresentaram atividade contra S. aureus (sensível e resistente), com CBM de 2048 mg/L, exceto o extrato metanólico que apresentou atividade apenas contra S. aureus (sensível). Nenhum extrato apresentou atividade contra as demais cepas. As frações FH-5A - hexano (CBM de 256mg/L) e FA-7 - acetato de etila (CBM de 1024mg/L) foram as que apresentaram maior atividade antibacteriana. A fração FH-5A foi separada em coluna de sílica, e suas subfrações apresentaram atividades antibacterianas menores que a fração que lhe deu origem. Das sete substâncias majoritárias isoladas da fração FA-7, nenhuma apresentou atividade antibacteriana. Seis delas são flavonoides: três C-glicosídeos de apigenina, um O-glucosídeo de campferol, um O-galactosídeo de isoramnetina e um O-rutinosídeo de isoraminetina. Apenas o extrato diclorometânico apresentou atividade no ensaio de toxicidade frente à A. salina, com CL50 de 385mg/L. A fração com maior toxicidade foi a FD-4A, com CL50 de 101mg/L. As substâncias mais abundantes nesta fração foram isoladas e identificadas como 8,9-secocauranos, derivados da kongensina F. Quanto a atividade citotóxica, a atividade de FD-4A foi três vezes maior que a atividade do extrato diclorometânico. Os extratos de acetato de etila e de metanol apresentaram os maiores valores de atividade antioxidante: 12,11 e 11,77 gEQ/100g, respectivamente. Verificou-se que os flavonoides foram as substâncias fenólicas que mais influenciaram na atividade antioxidante das frações dos extratos de acetato de etila e de metanol. Com esses resultados verifica-se que C. pallidulus var. pallidulus possui ação antibacteriana, citotóxica e antioxidante, sendo uma potencial fonte para novos fármacos para tratamento de doenças infecciosas e câncer. Conseguiu-se também isolar três 8,9-secocauranos, derivados da kongensina F, que aparentemente não haviam ainda sido descritos / Croton (Euphorbiaceae), is a promising genre for investigation of bioactive compounds, both for the variety of compouds, as for the diversity of use in traditional medicine. Pharmacological studies have demonstrated antimicrobial, antiviral, anti-inflammatory, cytotoxic, and antioxidant activities. In this study, fractionated extracts of leaves and stems of C. pallidulus Baill var. pallidulus (Baill.) L.B. S.F. Smith & Smith were obtained throught Soxhlet (hexane, dichloromethane, ethyl acetate and methanol). The following activities of these extracts were tested: 1) antibacterial activity, through microbroth dilution assay using: Staphylococcus aureus - sensitive and vancomycin-resistant strains, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli and Salmonella choleraesuis; 2) antioxidant activity (free radical DPPH scavenging) and Artemia salina toxicity evaluation. The most active fraction in the latter test was selected to evaluate the cytotoxic activity using human uterine sarcoma cells. The total phenols, and total flavonols and flavones were quantified by colorimetric methods. The fractionation of hexane and dichloromethane extracts was done through silica column chromatography, while PVPP column was used for the ethyl acetate and methanol extracts. The isolation of the active fractions major compounds in the antibacterial activity (S. aureus - sensitive) and A. saline toxicity assays were performed by semipreparative HPLC. The total phenolic content of C. pallidulus var. pallidulus was 1.95 g GAE/100g DM and total flavonols and flavones was 0.56 g QE/100g MS. All extracts showed activity against S. aureus (sensitive and resistant), with MBC of 2048 mg/L, except for the methanol extract, which showed activity only against S. aureus (sensitive). Extracts showed no activity against the other strains. Fractions FH-5A-hexane (MBC: 256mg/L) and FA-7-ethyl acetate (MBC: 1024mg/L) showed the highest antibacterial activity. The fraction FH-5A was separated on a silica column, and its subfractions showed smaller antibacterial activity than FH-5A. The seven major compounds isolated from the FA-7 fraction, showed no antibacterial activity. Six of them are flavonoids, three apigenin C-glycosides, one kaempferol O-glucoside, one isorhamnetin O-galactoside and one isorhamnetin O-rutinoside. Only the dichloromethane extract showed activity in the A. salina toxicity assay, LC50: 385mg/L. The fraction with the highest toxicity was the FD-4A, LC50: 101mg/L. The most abundant substances in this fraction were isolated and identified as 8,9 - secokauranes derived from kongensin F. As for the cytotoxic activity, the FD-4A activity was three times higher than the dichloromethane extract activity. The extracts of ethyl acetate and methanol showed the highest antioxidant activity: 12.11 and 11.77 gQE/100g, respectively. It was observed that flavonoids were the phenolic substances that most influenced the antioxidant activity of the fractions of the ethyl acetate and methanol extracts. With these results we suggest that C. pallidulus var. pallidulus has antibacterial activity, cytotoxic and antioxidant properties, being a potential source of new drugs for treatment of infectious diseases and cancer. We also isolated three 8,9-secokauranes derived from kongensin F, which apparently had not been described yet