CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / The aim of this research was to use emerging technologies on the processing of the prebiotic orange juice added of fructo-oligosaccharides (FOS) and in prebiotic orange juice produced by enzymatic synthesis. The first stage of the study was evaluated the effect of atmospheric pressure cold plasma (ACP) and high pressure processing (HPP) on the prebiotic orange juice added 7% commercial FOS. The orange juice was directly and indirectly exposed to plasma discharge at 70 kV with processing times of 15, 30, 45 and 60 seconds. For high pressure processing, the juice containing the same concentration of FOS was treated at 450 bars for 5 minutes. After the treatments, the fructo-oligosaccharides were qualified and quantified by Thin Layer Chromatography (TLC), using densitometer. The organic acids, color analysis and pH values were also evaluated. Both processes did not degrade the FOS. The organic acids and the color of the treated samples were also preserved. On the second stage of the study, the effect of plasma and ozone treatments on prebiotic orange juice produced by enzymatic synthesis were evaluated. The orange juice was directly and indirectly exposed to plasma discharge at 70 kV with processing times of 15, 30, 45 and 60 seconds. For ozone processing, different loads (0.057, 0.128 and 0.230 mg/ O3.mL of juice) were evaluated. After the treatments, the oligosaccharides were quantified by HPLC. The juice pH, color, total phenolic content and total antioxidant activity were also determined. Both processes promoted a partial degradation of the oligosaccharides in the juice. However, the juice maintained an enough amount of oligosaccharides to be classified as a prebiotic food. The other parameters analyzed were preserved. Thus, atmospheric cold plasma and ozone are suitable non-thermal alternatives for prebiotic orange juice treatment. / O objetivo desta pesquisa foi empregar tecnologias emergentes no processamento de suco prebiÃtico de laranja adicionado de fruto-oligossacarÃdeos (FOS) e em suco prebiÃtico de laranja produzido via sÃntese enzimÃtica. A primeira etapa da pesquisa consistiu em avaliar o efeito da aplicaÃÃo das tecnologias de plasma e de alta pressÃo, como mÃtodos de conservaÃÃo, em suco de laranja adicionado de 7% de FOS comercial. O suco foi exposto direta e indiretamente ao processamento por plasma em diferentes tempos: 15 30, 45 e 60 s. Para o processamento com alta pressÃo, o suco foi tratado a uma pressÃo de 450 bars por 5 minutos. ApÃs os tratamentos, a concentraÃÃo de fruto-oligossacarÃdeos foi quantificada pela tÃcnica de cromatografia em camada delgada (CCD), utilizando o equipamento densitÃmetro. DeterminaÃÃes de cor, pH e concentraÃÃo de Ãcidos orgÃnicos foram tambÃm realizadas. Ambos os processos nÃo degradaram os FOS presentes no suco. Ãcidos orgÃnicos e a cor das amostras tratadas tambÃm foram preservados. Na segunda etapa da pesquisa, foi avaliado o efeito da aplicaÃÃo dos tratamentos de plasma e ozÃnio em suco prebiÃtico de laranja produzido via sÃntese enzimÃtica. O suco foi exposto direta e indiretamente ao processamento por plasma, a 70 kV, em diferentes tempos: 15 30, 45 e 60 s. Para o processamento com ozÃnio, diferentes cargas (0,057, 0,128 e 0,230 mg/ O3.mL de suco) foram avaliadas. ApÃs os tratamentos, a concentraÃÃo de oligossacarÃdeos foi determinada pela tÃcnica de HPLC. Os valores de pH, cor, conteÃdo de fenÃlicos totais e atividade antioxidante total tambÃm foram determinados. Ambos os processos promoveram uma degradaÃÃo parcial dos oligossacarÃdeos no suco. Contudo, o suco manteve uma quantidade suficiente de oligossacarÃdeos para ser classificado como um alimento prebiÃtico. Os demais parÃmetros analisados foram preservados. Diante disso, sugere-se que os tratamentos de plasma, alta pressÃo e ozÃnio sÃo alternativas nÃo tÃrmicas adequadas para o tratamento de suco de laranja prebiÃtico.

Orientador: Prof. Dr. Danilo da Cruz Centeno / Coorientadora: Profª. Drª. Hana Paula Masuda / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biotecnociência, São Bernardo do Campo, 2018. / A busca por fontes renováveis de energia tem aumentado devido à preocupação mundial com o uso excessivo de combustíveis fósseis, destacando-se como alternativa o etanol produzido a partir da cana-de-açúcar. O plantio de cana é intenso no Brasil, por ser uma cultura relativamente bem adaptada às distintas condições locais. No entanto, condições de estresse biótico e abiótico podem reduzir a produtividade e gerar grandes prejuízos, sobretudo em períodos de seca. Nesta perspectiva, o estudo de características agronomicamente desejáveis, como a tolerância ao déficit hídrico, em diferentes variedades é fundamental para a seleção de cultivares apropriadas e o desenvolvimento de cultivares mais produtivas, que elevem a produção de etanol, sem que haja uma expansão demasiada das áreas de cultivo de cana. Neste trabalho, indivíduos de cana-de-açúcar SP80-3280, uma das cultivares mais produzidas no Estado de São Paulo, foram cultivados em condições hídricas distintas e tiveram suas folhas mais jovens (folha +1) analisadas em diferentes aspectos. Os dados fisiológicos foram medidos no Infra-Red GAS Analyzer (IRGA). A quantificação relativa de transcritos foi feita através do método de PCR em tempo real (qPCR), para galactinol sintase (ScgolS), rafinose sintase (ScrafS) e estaquiose sintase (ScstaS), genes-chave na via dos Oligossacarídeos da Série da Rafinose (OSR), envolvida na tolerância à seca. As sequências codificantes de ScgolS, ScrafS e ScstaS, foram obtidas através de análises fenéticas, realizadas com as regiões codificantes de homólogos em milho, sorgo e cana. A quantificação dos metabólitos primários foi realizada através da técnica de cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC-MS). Plantas que permaneceram sob déficit hídrico por 7 dias (DH - 7 dias) apresentaram diminuição em todos os parâmetros ecofisiológicos, e aumento nos níveis de mio-inositol, manitol, glicose, frutose, ácido quínico e ácido chiquímico. Já plantas com 20 dias de déficit hídrico (DH - 20 dias) mostraram diminuição na taxa de crescimento, no número de folhas verdes e na taxa fotossintética, mesmo com aumento nos níveis de condutância estomática e na concentração interna de CO2. Também apresentaram aumento nos níveis de frutose, galactose, ácido quínico e ácido chiquímico, e redução nos níveis de manitol. As plantas Reidratadas sobreviverem à reidratação e voltaram à crescer após o reestabelecimento da água, apresentando aumento na taxa fotossintética, mesmo com redução nos níveis de condutância estomática, na concentração interna de CO2 e na transpiração. Apresentaram também, aumento nos níveis de mio-inositol, manitol, frutose, ácidos orgânicos e ácidos graxos, e na quantidade relativa de transcritos de ScstaS. Em conclusão, plantas que passaram pelo déficit hídrico apresentaram redução da taxa de crescimento, maior quantidade de compostos relacionados ao ajuste osmótico, e não foi observada indução elevada dos genes-chave da via dos OSR. A sensibilidade de SP80-3280 ao déficit hídrico foi reafirmada, mas foi surpreendente a sobrevivência e reestabelecimento após a reidratação. Aparentemente, SP80-3280 induz mecanismos de prevenção ao déficit hídrico, que possibilitam sua sobrevivência, mas não consegue induzir suficientemente mecanismos de tolerância que garantam à planta melhores condições de crescimento diante do estresse. / The search for renewable sources of energy has increased due to the worldwide preoccupation with the excessive use of fossil fuels, highlighting as alternative the ethanol produced from sugarcane. Cane planting is intense in Brazil, because it is a relatively well adapted crop to the different local conditions. However, biotic and abiotic stress can reduce productivity and generate great losses, especially in periods of drought. In this perspective, the study of agronomically desirable characteristics, such as tolerance to water deficit, in different varieties is fundamental for the selection of appropriate cultivars and the development of more productive cultivars, increasing the ethanol production, without extensive expansion of sugarcane planting areas. In this work, individuals of cultivar SP80-3280, one of the most produced in the State of São Paulo, were cultivated under different water conditions and had their youngest leaves (leaf +1) analyzed in different aspects. Physiological data were measured in the Infra-Red GAS Analyzer (IRGA). The relative quantification of transcripts was done by real-time PCR method (qPCR) for galactinol synthase (ScgolS), raffinose synthase (ScrafS) and stachyose synthase (ScstaS), keygenes in the Raffinose Family Oligosaccharides (RFO), involved in drought tolerance. The coding sequences of ScgolS, ScrafS and ScstaS were obtained through phenetic analyzes performed with the homologous coding regions of maize, sorghum and cane. The primary metabolites were quantified by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS). The plants that remained under water deficit for 7 days (DH - 7 days) presented a decrease in all the ecophysiological parameters, and increased levels of myo-inositol, mannitol, glucose, fructose, quinic acid and shikimic acid. Plants with 20 days of water deficit (DH - 20 days) showed a decrease in the growth rate, in the number of green leaves and in the photosynthetic rate, even with an increase in stomatal conductance and in the internal CO2 concentration. There was also an increase in the levels of fructose, galactose, quinic acid and shikimic acid, and reduction in mannitol levels. The rehydrated plants survived rehydration and returned to grow after water reestablishment, with an increasing in the photosynthetic rate, even with a reduction in stomatal conductance, internal CO2 concentration and transpiration levels. They also showed increased levels of myo-inositol, mannitol, fructose, organic acids and fatty acids, and at the relative amount of ScstaS transcripts. In conclusion, plants that underwent water deficit had a reduction in the growth rate, a greater number of compounds related to the osmotic adjustment, and no high induction of the key genes of the RFO pathway was observed. The sensitivity of SP80-3280 to water deficit was reaffirmed, but survival and reestablishment after rehydration was surprising. Apparently, SP80-3280 induces prevention mechanisms that allow its survival, but it can not sufficiently induce tolerance mechanisms that guarantee the plant better growth conditions in the face of stress.

Orientadora: Profª. Drª. Hana Paula Masuda / Coorientador: Prof. Dr. Danilo da Cruz Centeno / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biotecnociência, São Bernardo do Campo, 2018. / Os oligossacarídeos da série da rafinose (OSRs) são carboidratos formados pela adição sequencial de um grupo galactosil, geralmente doado por uma molécula de galactinol, à molécula de sacarose. Essa via é regulada principalmente por três enzimas. A galactinol sintase (GOLS) que é responsável pela síntese de galactinol. A rafinose sintase (RAFS) que transfere o resíduo galactosil do galactinol à molécula de sacarose dando origem a rafinose. E a estaquiose sintase (STS) que é responsável pela transferência de galactosil para a rafinose, dando origem a estaquiose. Esses açúcares desempenham importantes papéis fisiológicos nas células vegetais e têm sido considerados como moléculas chave na resposta ao estresse abiótico. Cada enzima envolvida no metabolismo dos OSRs é codificada por uma família de gênica. No entanto, ainda são escassos os trabalhos que apresentem descrições sistemáticas dos genes e suas relações evolutivas nas espécies vegetais. Os poucos trabalhos disponíveis focam nos genes que codificam GOLS, frequentemente considerada a enzima-chave da via. O objetivo deste trabalho foi estudar a diversidade e evolução dos genes rafs e sts em monocotiledôneas, para ampliar o conhecimento sobre os genes nessas espécies. Foram investigados genes rafs e sts em oito espécies vegetais, seis monocotiledôneas e duas dicotiledôneas. Também foram produzidas análises filogenéticas, de ortologia e a caracterização dos domínios proteicos nos genes identificados. Os resultados mostraram que RAFS e STS existem em grande diversidade e que são codificadas por vários genes putativos. As árvores filogenéticas permitiram diferenciar rafs de sts, sugerir relações evolutivas entre os genes e identificar diferentes grupos nessa família gênica. Análises de sintenia indicam a existência de genes ortólogos e duplicações in tandem. Por fim, a análise dos domínios proteicos confirmou a similaridade entre rafs e sts. Como conclusão, essa dissertação expande o conhecimento a respeito dos genes codificadores da via do OSRs, fornece informações para futuros trabalhos com foco em biotecnologia e contribui com a descrição das informações genômicas obtidas nos projetos de sequenciamento genético de espécies vegetais. / The raffinose series oligosaccharides (RFOs) are small carbohydrates synthetized by the sequential addition of a galactosil group, usually donated by a galactinol to sucrose. This metabolic pathway is regulated, among others, by the galactinol synthase (GOLS) enzyme, responsible for the synthesis of galactinol; the raffinose synthase (RAFS), responsible for the transfer of a galactosil group to sucrose, synthetizing rafinose, and; stachyose synthase (STS), responsible for the transfer of another galactosil group to raffinose, thus producing stachyose. These sugars play important physiological roles on plant cells and are considered key molecules in the response to abiotic stress. The enzymes involved on the RFOs metabolism exhibit a large number of functional genes. However, few studies present systematic descriptions of these genes and their evolutionary relationships on plant species. The few available studies focused on the genes that code for GOLS, frequently considered the key enzyme of RFOs metabolic pathway. The objective of this study was to understand the diversity and evolution of the rafs and sts genes in monocot species, to extend the knowledge on these plant genes. Rafs and sts genes were surveyed in eight plant species, six monocot and two dicot species. Phylogenetic and synteny analyses were performed, as well as, the characterization of the protein domains. The results showed that a large number of putative genes codifies both RAFS and STS, indicating that this gene family have a high diversity in plant genomes. The phylogenetic trees allowed proposing the evolutionary relationships between those genes and suggested the existence of different sequence groups. Synteny analyses showed groups of orthologue genes and in tandem gene duplications. Finally, the protein domain analyses corroborated the high similarity between rafs and sts. In conclusion, this work expands the knowledge about RFOs metabolism genes, provided information for further biotechnology studies and contributes to the description of sequence data from genomics projects.

Submitted by Pedro Silva Filho (pfsilva@ipen.br) on 2017-11-23T11:17:22Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-23T11:17:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A papaína é uma enzima proteolítica empregada no debridamento e cicatrização de feridas. Contudo, problemas de estabilidade na forma farmacêutica, bem como reações alérgicas reportadas por pacientes submetidos à tratamentos com a enzima, culminaram na restrição aos produtos contendo papaína para uso tópico por órgãos regulatórios internacionais. Este trabalho objetivou desenvolver hidrogel nanoestruturado contendo complexo de papaína e ciclodextrina visando obter forma farmacêutica estável e eficaz como curativo dérmico, com redução da resposta imunológica. A síntese do hidrogel foi realizada combinando fenômenos de cristalização e/ou reticulação e esterilização simultânea induzida por radiação gama, de modo a promover nanoestruturação adequada da membrana para veiculação da papaína nativa e do complexo. O complexo e o produto final tiveram suas propriedades biológicas e físico-químicas avaliadas. O hidrogel a base de PVA contendo complexo de papaína-ciclodextrina apresentou características adequadas para aplicação como curativo, além de apresentar indícios de redução na resposta imunológica e melhora na citocompatibilidade quando comparado à papaína nativa, isso devido ao encapsulamento molecular com a ciclodextrina e à alta retenção do complexo por parte da matriz. Por outro lado, a irradiação, não alterou o perfil citotóxico da enzima, mas acarretou leve diminuição em seu potencial imunogênico. O hidrogel se mostrou promissor para uso como curativo e demonstrou potencial redução nas reações adversas desencadeadas pelo uso da papaína. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / FAPESP:10/10935-9

Primary cell walls are a composite of cellulose microfibrilsand hemicelluloses. Xyloglucan is the principal hemicelluloseof primary cell walls of dicotyledons. Xyloglucanendotransglycosylases (XETs) cleave and religate xyloglucanpolymers in plant cell walls. A XET (PttXET16A) from hybridaspen has been heterologously expressed and characterized inour lab. To study XETs enzymology on a molecular level a series ofnovel xyloglucan oligosaccharides (XGOs) have been synthesized.The chromogenic 2-nitrophenol XGO and fluorogenic XGOs havebeen used as kinetic probes for PttXET16A. The first 3-Dstructure of the XET and of the enzyme-substrate complexrevealed new insights into the requirements fortransglycosylation. Cellulose fibers are an important raw material for manyindustries. In a novel chemo-enzymatic approach, thetransglycosylating activity of XET was used for biomimeticfiber surface modification. The aminoalditol XGO derivate wasused as key intermediate to incorporate novel chemicalfunctionality into xyloglucan. TheXGO derivatives wereintegrated into xyloglucan with PttXET16A. The resultingmodified xyloglucan was used as a versatile tool fiber surfacemodification.

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Les α-galactosides sont des glucides non digestibles constitués d'unités galactose liées en α(1,6). Les α-galactosides de la famille du raffinose (RFO) sont, avec le saccharose, les principaux oligosaccharides des légumineuses. Cependant, aucune activité α(1,6)-galactosidase n'est retrouvée au niveau de l'épithélium intestinal humain, les RFO sont donc exclusivement fermentés par les enzymes microbiennes. Ces travaux introduisent une enzyme bifonctionnelle de Ruminococcus gnavus E1, un membre majoritaire du microbiote intestinal humain, présentant une activité α(1,6)-galactosidase/ saccharose kinase (AgaSK). L'analyse de la séquence peptidique montre qu'AgaSK présente deux domaines : un domaine homologue aux α-galactosidases GH36, et un autre contenant un motif de fixation des nucléotides (motif A de Walker). La caractérisation des paramètres biochimiques d'AgaSK met en évidence cette bifonctionnalité puisqu'elle est capable d'hydrolyser les α(1,6)-galactosides solubles, et parallèlement en présence d'ATP de phosphoryler le saccharose spécifiquement sur la position C6 du glucose. La production directe de saccharose-6-phosphate à partir de l'hydrolyse du raffinose constitue une voie métabolique jamais décrite chez les bactéries. L'analyse de chacun des domaines montre que les domaines isolés d'AgaSK sont actifs mais la comparaison de leurs paramètres cinétiques montre qu'il y a des différences entre la protéine entière et les domaines isolés. La résolution de la structure du domaine α-galactosidase en complexe avec le galactose démontre que l'état oligomérique est nécessaire pour le bon repliement de la protéine et pour une fixation efficace du substrat. / Α-galactosides are non digestible carbohydrates present in many leguminous plants. Soluble α-galactosides consist of galactose units α(1,6) linked to different carbohydrates. Among these, the raffinose family oligosaccharides (RFO) and sucrose, are the most abundant oligosaccharides found in legumes. However, no α(1,6)galactosidase activity exists in the human intestine mucosa and α-galactosides are exclusively fermented by microbial α(1,6)galactosidases (EC3.2.1.22). Here we introduce a bifunctional enzyme, the α(1,6)galactosidase/sucrose kinase (AgaSK) whose gene is highly transcribed in vivo by Ruminococcus gnavus E1, a major member of human dominant intestinal microbiota. Sequence analysis showed that AgaSK is composed of two domains: one closely related to α-galactosidases from glycoside hydrolase family GH36 and the other containing a nucleotide binding motif (Walker A motif). Its biochemical characterization showed that AgaSK is able to hydrolyze efficiently soluble α-galacosides. Furthermore, AgaSK it is able to bind nucleotide to phosphorylate specifically on the C6 position of glucose sucrose. The production of sucrose-6-P directly from raffinose brings out a glycolytic pathway in bacteria, not described so far. In addition, AgaSK isolated domains are active but the biochemical characterization has shown that there are differences in the activities between the whole protein and isolated domains. The crystal structures of the galactosidase domain in complex with the product shed light onto the reaction and substrate recognition mechanisms and highlight an oligomeric state necessary for efficient substrate binding.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Cellulosabaserade material är världens rikligast förekommande förnyelsebara råvara. Växters cellväggar är naturliga kompositmaterial där den kristallina cellulosan är inbäddad i en väv av hemicellulosa, strukturproteiner och lignin. Xyloglukaner är en viktig hemicellulosagrupp som omger och korslänkar den kristallina cellulosan i cellväggarna. I denna avhandling undersöks undersöks sambanden mellan struktur och funktion hos olika xyloglukan-aktiva enzymer. En modell för effektiv enzymatisk omvandling av biomassa ges av cellulosomen hos den anaeroba prokaryota organismen Clostridium thermocellum. Cellulosomen är ett proteinkomplex med hög molmassa och flera olika enzymaktiviteter, bl.a. det inverterande xyloglukan-endohydrolaset CtXGH74A. Proteinstrukturen för CtXGH74A har lösts i komplex med xyloglukanoligosackarider, som stabliliserar vissa loopar/slingor som är oordnade i apostrukturen. Ytterligare detaljerade kinetiska och produktananalyser har genomförts för att entydigt visa att CtXGH74A är ett endoxyloglukanas vars slutliga nedbrytningsprodukt är Glc4-baserade xyloglukanoligosackarider. Som jämförelse innehåller glykosidhydrolasfamilj 16 (GH16) såväl hydrolytiska endoxyloglukanaser som xyloglukantransglykosylaser (XETs) från växter. För att utreda vad som bestämmer förhållandet mellan transglykosylering och hydrolys i xyloglukanaktiva enzymer från familj GH 16 jämfördes struktur och kinetik hos ett strikt transglykosylas, PttXET16-34 från hybridasp, med ett nära besläktat hydrolytiskt enzym, NXG1 från krasse. I NXG1 identifierades en viktig förlängningsloop, som vid trunkering gav ett muterat enzym med högre transglykosyleringshastighet och minskad hydrolytisk aktivitet. Kinetikstudierna genomfördes med hjälp av nyutvecklade känsliga provmetoder med väldefinerade XGO:er och ett antal kromogena XGO-arylglykosider. En detaljerad förståelse av enzymologin inom GH16 möjliggjorde utvecklingen av en ny kemoenzymatisk metod för biomimetisk fiberytmodifiering med hjälp av PttXET16-34s translgykosyleringsaktivitet. Aminoalditolderivat av xyloglukanoligosackarider användes som nyckelintermediärer för att introducera ny kemisk funktionalitet hos xyloglukan, såsom kromoforer, reaktiva grupper, proteinligander och initiatorer för polymeriseringsreaktioner. Tekniken innebär ett nytt och mångsidigt verktyg för fiberytmodifiering. / Zellulosehaltige Materialien sind die häufigsten erneuerbaren Rohmaterialien auf der Welt. Pflanzenzellwände sind natürliche Kompositmaterialien, sie enthalten kristalline Zellulose, die in einer Matrix aus Hemizellulosen, Proteinen und Lignin eingebettet sind. Xyloglukane sind eine wichtige Gruppe der Hemizellulosen, sie ummanteln und verbinden Zellulose in der pflanzlichen Zellwand. In dieser Abhandlung werden Strukturen von drei Xyloglukanaktiven Enzymen in Beziehung zu ihrer Funktion untersucht. Ein Paradigma für effizienter Nutzung von Biomasse ist das Cellulosom des anaerob lebenden Bakteriums Clostridium thermocellum. Das Cellulosom ist ein hochmolekularer Komplex von Proteinen mit vielen verschiedenen Aktivitäten, darunter ist auch die invertierende Xyloglukan Endohydrolase CtXGH74A. Die Proteinstruktur von CtXGH74A wurde im Komplex mit Xyloglukanoligosacchariden (XGO) gelöst, welche ungeordnete Loops der apo-Struktur stabilisierten. Durch weitere detaillierte Analyse der Kinetik und Reaktionsprodukte konnte schlüssig gezeigt werden, daß CtXGH74A eine Endoglukanase ist, die Glc4-basierte XGO produziert. Im Vergleich dazu enthält die retentierende Glykosidhydrolasefamilie 16 (GH16) sowohl hydrolytische Endoxyloglukanasen als auch Transglykosidasen von Pflanzen. Um zu erklären welche Faktoren das Verhältnis zwischen Transglykosidase und Hydrolase Aktivität bei GH16 Xyloglukanaktiven Enzymen bestimmen wurde eine reine Transglykosidase PttXET16-34 von Hybridaspen mit einem nah verwandten hydrolytischen Enzym NXG1 von Kapuzinerkresse strukturell und kinetisch verglichen. Als Schlüsselstelle wurde eine Verlängerung eines Loops in NXG1 identifiziert, Verkürzung des Loops führte zu einer Mutante mit erhöhter Transglykosylierungsrate bei verminderter hydrolytischer Aktivität. Kinetische Studien wurden erleichtert durch neu entwickelte hochempfindliche Methoden für Aktivitätsmessung, die auf XGO oder chromogene Aryl-XGO als definierte Substrate zurückgreifen. Detailliertes Verständnis von GH16 Enzymologie hat den Weg für die Entwicklung für eine neuartige Methode für biomimetische Oberflächenmodifikation von Zellulosefibern geebnet, dafür wurde die transglykosylierende Aktivität von PttXET16-34 angewendet. Aminoalditol-derivate von XGO wurden als wichtigste Zwischenprodukte angewendet, um neue chemische Funktionalitäten in Xyloglukan einzuführen, darunter waren Chromophore, reaktive Gruppen, Proteinliganden und Initiatoren für Polymerisationsreaktionen. Die modifizierten Xyloglukane wurden an eine Reihe von verschiedenen Zellulosematerialien gebunden und veränderten die Oberflächeneigenschaften dramatisch. Diese Methode ist ein neues wertvolles Werkzeug für Oberflächenmodifikation von Zellulosen. / Cellulosic materials are the most abundant renewable resource in the world; plant cell walls are natural composite materials containing crystalline cellulose embedded in a matrix of hemicelluloses, structural proteins, and lignin. Xyloglucans are an important group of hemicelluloses, which coat and cross-link crystalline cellulose in the plant cell wall. In this thesis, structure-function relationships of a range of xyloglucan-active enzymes were examined. A paradigm for efficient enzymatic biomass utilization is the cellulosome of the anaerobic bacterium Clostridium thermocellum. The cellulosome is a high molecular weight complex of proteins with diverse enzyme activities, including the inverting xyloglucan endo-hydrolase CtXGH74A. The protein structure of CtXGH74A was solved in complex with xyloglucan oligosaccharides (XGOs) which stabilized disordered loops of the apo-structure. Further detailed kinetic and product analyses were used to conclusively demonstrate that CtXGH74A is an endo-xyloglucase that produces Glc4-based XGOs as limit digestion products. In comparison, the retaining glycoside hydrolase family 16 (GH16) contains hydrolytic endo-xyloglucanases as well as xyloglucan transglycosylases (XETs) from plants. To elucidate the determinants of the transglycosylase/hydrolysis ratio in GH16 xyloglucan-active enzymes, a strict transglycosylase, PttXET16-34 from hybrid aspen, was compared structurally and kinetically with the closely related hydrolytic enzyme NXG1 from nasturtium. A key loop extension was identified in NXG1, truncation of which yielded a mutant enzyme that exhibited an increased transglycosylase rate and reduced hydrolytic activity. Kinetic studies were facilitated by the development of new, sensitive assays using well-defined XGOs and a series of chromogenic XGO aryl-glycosides. A detailed understanding of GH16 xyloglucan enzymology has paved the way for the development of a novel chemo-enzymatic approach for biomimetic fiber surface modification, in which the transglycosylating activity of PttXET16-34 was employed. Aminoalditol derivates of XGOs were used as key intermediates to incorporate novel chemical functionality into xyloglucan, including chromophores, reactive groups, protein ligands, and initiators for polymerization reactions. The resulting modified xyloglucans were subsequently bound to a range of cellulose materials to radically alter surface properties. As such, the technology provides a novel, versatile toolkit for fiber surface modification. / QC 20100624

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal