As células trofoblásticas provenientes de cones ectoplacentários na fase de pós-implantação expressam as subunidades do complexo NAD(P)H-oxidase de membrana p22-phox, gp91-phox, p47-phox, p40-phox, p67-phox e Rac1 previamente descritas em fagócitos e envolvidas com a atividade fagocitária destas células. Ocorre modulação da expressão das subunidades do complexo enzimático NAD(P)H-oxidase sob o estímulo com PMA, agente capaz de fosforilar a subunidade p47-phox e ativar esta enzima em fagócitos profissionais. Nossos ensaios experimentais indicam que as células trofoblásticas são capazes de gerar espécies reativas de oxigênio dependente da atividade do complexo NAD(P)H-oxidase de membrana de baixa intensidade quando não estimuladas e de forma muito mais intensa quando estimuladas pelo PMA. As características de expressão e atividade do complexo enzimático NAD(P)H-oxidase de membrana encontradas neste estudo sugerem que esta enzima é semelhante a encontrada em outros fagócitos e, desta forma possa talvez estar também envolvida com processos de defesa da interface materno-fetal. / In macrophages and neutrophils, the activation of the phagocytosis is defined by the acquisition of competence for microbicide, tumoricide and cytolytic functions resultant of generation and release of oxygen reactive species, besides the phagocytic process per se. Like these phagocytes, trophoblast cells in many species are also phagocytic. This cellular population involves completely the embryo and exhibits different and specific characteristics along the gestation. In rodents and primates, these cells are strategically positioned between maternal and fetal circulation and exhibit invasive and phagocytic activity, respectively responsible for anchorage of the embryo into the endometrium and uptake of an adequate nutritional supply for the embryo development. In rodents, these activities present a maximum degree during the implantation period, gradually declining, as the placenta develops. In the presence of strange particles at the maternal-placental interface, however, this process can be reactivated and, in this case, may be related to defense\'s mechanisms. Previous studies performed in our laboratory showed the potential of the trophoblast in producing and releasing reactive species of oxygen/nitrogen, in a very similar manner to that observed in macrophages and neutrophils. The production of such molecules is associated to different enzymes, but the localization of hydrogen peroxide on trophoblast cell surface has suggested a NAD(P)H-oxidase activity. NAD(P)H-oxidase is formed by the cytochrome b558 associated to the cellular membrane (subunits p22-phox + gp91-phox), the cytosolic subunits p47-phox, p67-phox and p40phox and, the GTPases Rac1 and Rac2 in an electron generator system that uses NADH or NADPH as substratum. Once activated, the enzymatic complex is responsible for the electron inflow to the molecular oxygen, yields superoxide anion. Thus, based on the literature and results previously obtained by our group, this study analyzed the protein and gene expression of the NAD(P)H-oxidase complex subunits respectively by immunolocalization and Westernblotting and rt-PCR, in the mouse trophoblast stimulated with PMA. Rt-PCR semi-quantitative analyses showed increase expression of the subunits p22-phox, gp91-phox, p47-phox, p67-phox, p40phox and Rac1 in PMA-treated in comparison with non treated ectoplacental cones. The expression of the subunits gp91-phox, p47-phox and p67-phox were confirmed by Western blotting and, like gene expression also increased in the presence of PMA. These subunits were mostly located in the trophoblast giant cell population, associated to the phagocytic process at the maternal-placental interface. Increased expression of such subunits may be related to an increase in the NAD(P)H-oxidase activity. To analyze this possibility and to determine the role played by NAD(P)H-oxidase activity in the reactive oxygen species produced by trophoblast cells, cellular assays were performed using the oxyethidium fluorescence, a product of dihydroethidium oxidation by superoxide anion. Thus, under PMA stimulus and antimycin A that blocks the mitochondrial NAD(P)H-oxidase activity and, apocynin and allopurinol, respectively blocking the membrane NAD(P)H-oxidase and xhantine oxidase and, still, using specific superoxide and hydrogen peroxide scavengers (superoxide dismutase enzyme and catalase) we showed the generation of reactive species of oxygen-NAD(P)H-oxidase dependent by trophoblast cells, mostly when stimulated. These results come to add important information about the potential of the trophoblast in producing reactive species at the maternal-fetal interface and, open a new investigation interest on the NADPH-oxidase regulatory processes and its involvement in defense functions of the embryo in both healthy and pathological processes that can determine the failure of the gestation.

Esta tese descreve o desenvolvimento e aplicação de sensores particulados (Parte A) e nanomecânicos (Parte B). Nanopartículas de poliestireno (PS) decoradas com Poli (etileno glicol), PEG, foram sintetizadas e caracterizadas antes e após adsorção do corante vermelho do Congo (VC). Colesterol oxidase (Chox), a principal enzima na oxidação do colesterol, foi imobilizada sobre PS/PEG e PS/PEG/VC para gerar sensores de colesterol. A bioconjugação entre VC e Chox permitiu respostas lineares para dosagem de colesterol HDL presente em amostras de sangue artificial. A lipase, uma hidrolase com larga aplicação científica e industrial, também foi imobilizada sobre PS/PEG e PS/PEG/VC. Os parâmetros cinéticos da hidrólise de p-nitrofenil butirato determinados para lipase livre e lipase imobilizada mostraram que sobre PS/PEG/VC a velocidade máxima de reação (Vmax) e número de renovação (kcat) aumentaram em comparação com os valores determinados para enzima livre. Lipase imobilizada sobre PS/PEG/VC pôde ser reutilizado por até sete vezes, perdendo um máximo de 10% ou 30% da atividade enzimática original a 40 °C ou 25 °C, respectivamente. Estes efeitos foram atribuídos à bioconjugação entre lipase e VC. Os comportamentos catalíticos da lipase e da Chox na ausência e na presença de grafeno (G) ou grafeno oxidado (GO) foram sistematicamente investigados. Na presença de G, ambas enzimas apresentaram valores de Vmax e de kcat superiores aos das enzimas livres. Já na presença de GO, Chox não apresenteou atividade e lipase apresentou Vmax e de kcat superiores aos da enzima livre. Estes resultados foram atribuídos à bioconjugação com as partículas de G e GO e grupos hidrofílicos presentes no plano basal de GO. Sensores nanomecânicos foram desenvolvidos a partir de microcantileveres (MC). Respostas nanomecânicas frente à variação de umidade relativa do meio foram detectadas utilizando filmes finos de Poli (hidroxietil metacrilato), PHEMA, com três diferentes massas molares médias depositados sobre MC de silício puros, um substrato hidrofílico, e sobre MC revestidos com PS, um substrato hidrofóbico. Os resultados demonstraram que as respostas nanomecânicas dependem não só do tamanho de cadeia de PHEMA, mas também da camada de água interfacial entre PHEMA e MC. Transdução nanomecânica foi usada para detectar e dosar a presença do biomarcador antígeno carcinoembrionário (CEA) presente em amostras de soro. CEA é um biomarcador de interesse clínico-diagnóstico para acompanhamento e prognóstico de câncer de cólon. O biomarcador é primeiro reconhecido pelo anticorpo (MAb 3C1) ancorado a uma nanopartícula de ouro, e posteriormente reconhecido pelo anticorpo (MAb 3C6) ancorado em um MC de silício, o qual serve como um ressonador mecânico de massa de nanopartículas de ouro capturadas. O biosensor desenvolvido é capaz de dosar CEA sérico em concentrações traços, correspondente a 1,0 10-16 g ml-1. / This thesis reports the development and application of particulate (Part A) and nanomechanics sensors (Part B). Poly (ethylene glycol), PEG, decorated polystyrene (PS) nanoparticles were synthesized and characterized before and after adsorption of the dye Congo red (CR). Cholesterol oxidase (Chox), the key enzyme in the oxidation of cholesterol, was immobilized onto PS/PEG and PS/PEG/CR particles for generating cholesterol sensors. The bioconjugation between CR and Chox allowed linear responses for HDL cholesterol content in artificial blood samples. Lipase, a hydrolase with large scientific and industrial applications, was also immobilized onto PS/PEG and PS/PEG/VC nanoparticles. The kinetic parameters of the hydrolysis of p-nitrophenyl butyrate were determined for free lipase and immobilized onto PS/PEG/CR particles. The results showed that maximum reaction velocity (Vmax) and catalytic efficiency (kcat) increased compared to the values determined for the free enzyme. Lipase immobilized onto PS/PEG/CR particles could be recycled seven times, losing maximum 10% or 30% of the original enzymatic activity at 40 °C or 25 °C, respectively. These effects were attributed to bioconjugation between lipase and CR. Catalytic behavior of lipase and Chox in the absence and in the presence of graphene (G) or graphene oxide (GO) was systematically investigated. In the presence of G, both enzymes showed Vmax and kcat values higher than free enzymes. On the other hand, ChOx was inactive and the interactions between GO and lipase showed Vmax and kcat values higher than those of the free enzyme. These results were attributed to bioconjugation of G and GO particles and hydrophilic groups present in the basal plane of GO. Nanomechanical sensors were developed from microcantilevers (MC). Nanomechanical answers against the relative humidity variation of the medium were detected using thin films of poly (hydroxyethyl methacrylate), PHEMA, with three different average molecular masses deposid onto bare silicon microcantilevers, a hydrophilic substrate, and onto polystyrene (PS) coated microcantilevers, which is a hydrophobic substrate. The results found in the present study demonstrate that the micromechanical responses observed are related not only to the polymer molecular weight, but also to the polymer-interface phenomena and environment-polymer interface. Nanomechanics transductions were used to dose and detect the presence of carcinoembryonic antigen in serum samples. CEA is a biomarker of clinical diagnostic interest for monitoring and prognose of colon cancer. Biomarker is first recognized by a surface-anchored antibody to a gold nanoparticle (MAB 3C1) and later recognized by a surface-anchored antibody to a silicon MC (MAB 3C6), that acts as a mechanical resonator for \'weighing\' the mass of the captured nanoparticles. The biosensor developed is able to dose serum CEA in trace concentrations, corresponding to 1.0 10-16 g ml-1.

A biomassa vegetal pode ser uma importante fonte de obtenção de diversos produtos a partir da desestruturação de suas frações por um vasto grupo de enzimas. No entanto, a geração de compostos de alto valor agregado a partir da biomassa lignocelulósica requer o desenvolvimento de novos sistemas enzimáticos. Pensando nisso, a prospecção e a caracterização de novas enzimas que estão presentes no secretoma de fungos degradadores da biomassa lignocelulósica tem sido fonte de pesquisa por pesquisadores do mundo todo. O objetivo deste trabalho foi prospectar, clonar e expressar de maneira heteróloga o gene codificante de uma enzima putativa do fungo termofílico T. terrestris em cepas do fungo filamentoso A. nidulans A773 e promover sua caracterização bioquímica e biofísica. O gene da enzima foi amplificado, clonado e inserido no vetor pEXPYR antes de ser inserido no sistema de expressão do A. nidulans. Os transformantes obtidos foram induzidos em meio mínimo de cultivo contendo 3% (m/v) de maltose e 1% (m/v) de glicose em meio estacionário para a produção, seguido da purificação da enzima. Estudos bioquímicos foram realizados para determinar o pH e a temperatura ótima de reação, bem como, a especificidade aos substratos e a determinação dos parâmetros cinéticos. A termoestabilidade da enzima também foi avaliada por estudo de dicroísmo circular (DC). Além disso, foi avaliado o efeito colaborativo entre uma xilanase GH10 e a enzima em estudo na hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado. A enzima obtida por expressão heteróloga foi caracterizada como uma xilo-oligossacarídeo oxidase (XylO). Por meio da análise filogenética das sequências de aminoácidos entre a enzima expressa e outras enzimas oxidativas, a XylO foi classificada como pertencente a família das flavoproteínas e subfamília das BBE. A enzima TtXylO demonstrou ter especificidade em oligossacarídeos de C5 apresentando boa atividade enzimática em substratos complexos de xilana. A enzima possui pH ótimo de 5,5 e temperatura ótima de 25 ºC. As análises de DC indicaram temperatura de desnaturação de 62,7 ºC, caracterizando esta enzima como termofílica. Contudo, novos estudos ainda são necessários para avaliar os produtos gerados a partir da oxidação dos diferentes xilo-oligossacarídeos pela XylO e seu potencial uso na indústria. / Plant biomass is an important source for generation of several products obtained from enzymatic cleavage of its fractions by a large group of enzymes. However, the generation of high value compounds from lignocellulosic biomass requires the development of new enzymatic systems. Considering that, prospection and characterization of enzymes present in the biomass-degrading fungi secretome has been a source of study by researchers around the world. The aim of this work was to prospect, clone and heterologously express a putative enzyme encoding gene from the thermophilic fungus T. terrestris in A. nidulans A773 strains and to promote its biochemical and biophysical characterization. The gene was amplified, cloned and inserted into the pEXPYR vector before being inserted into A. nidulans expression system. The transformants were induced by culture in minimal médium containing 3% (w/v) maltose and 1% (w/v) glucose by stationary culture for the production, followed by enzyme purification. Biochemical analyses were performed to determine optimum pH and temperature as well as the substrate specificities and kinetic parameters. The enzyme thermostability was also evaluated by circular dichroism (CD). In addition, the collaborative effect between the enzyme and a GH10 on hydrolys of pre-treated sugarcane bagasse was evaluated. The enzyme obtained by heterologous expression was characterized as a xylooligosaccharide oxidase (XylO). Phylogenetic analysis between amino acid sequences of expressed enzyme and other oxidative enzymes classified XylO as belonging to flavoproteins family and subfamily of BBE. TtXylO has been shown to have specificity on C5 oligosaccharides exhibiting good enzymatic activity on complex xylan substrates. The enzyme has an optimum pH of 5.5 and optimum temperature of 25 ºC. DC analyses showed melting temperature of 62.7 ºC, characterizing this enzyme as thermophilic. In general, further studies are still needed to evaluate the products generated from oxidation of xylooligosaccharides by XylO and their potential use in the industry.

A imobilização de moléculas de interesse biológico em superfícies sólidas é essencial para uma série de aplicações biotecnológicas. Dentre as técnicas de imobilização, a automontagem camada por camada por adsorção física possui inúmeras vantagens, incluindo condições brandas e fisiológicas de preparação, capacidade de incorporar diferentes biomoléculas, e controle molecular. Nesta tese foram explorados filmes nanoestruturados de materiais de interesse biológico, bem como modelos de membranas, em que foram empregadas a técnica de automontagem e a preparação de lipossomos. Os lipossomos, que serviram como modelos de membrana, foram imobilizados em filmes automontados e sua integridade estrutural foi mantida. Também foram utilizados para incorporar e estabilizar melanina, e então imobilizados em filmes automontados, com preservação da propriedade fluorescente da melanina. A automontagem também foi utilizada para imobilização das enzimas uricase, fitase e colesterol oxidase, alternadas com camadas de polieletrólitos. Estes filmes mostraram bom desempenho como biossensores amperométricos para uricase e fitase, e como biossensores usando espectroscopia de impedância para a fitase e colesterol oxidase. Tais biossensores foram usados para detectar baixas quantidades de ácido úrico, ácido fítico e colesterol, respectivamente. Não houve efeitos de interferentes nos sensores amperométricos devido à utilização de eletrodos previamente modificados com azul da Prússia, que funcionou como mediador redox. A alta sensibilidade e seletividade dos biossensores foram atribuídas à natureza do filme ultrafino e à capacidade de reconhecimento das biomoléculas, respectivamente. Esta abordagem abre caminho para novas tecnologias de dispositivos para diagnósticos clínicos e análises de alimentos, bem como para entender mecanismos de interação da biomolécula com a membrana celular para o desenvolvimento de agentes terapêuticos. / The immobilization of molecules of biological interest on solid surfaces is essential for a number of biotechnological applications. Among the techniques for immobilization the layer-by-layer (LbL) method based on physical adsorption exhibits several advantages, including mild, physiological conditions for film preparation, ability to incorporate different biomolecules and molecular control. In this thesis, nanostructured films made with materials of biological interest were exploited as model membranes, where use was made of the LbL technique and liposomes. The latter, which served as membrane models, were immobilized in LbL films and had their structural integrity preserved. Liposomes were also used to incorporate and stabilize melanin, which were then deposited on LbL films with the fluorescence of melanin being preserved. The LbL method was also used to immobilize the enzymes uricase, phytase and cholesterol oxidase, alternated with layers of polyelectrolytes. These LbL films were employed in amperometric biosensors with uricase and phytase, and in biosensors based on impedance spectroscopy for phytase and cholesterol oxidase. Low amounts of uric acid, phytic acid and cholesterol were detected, respectively. There was no effect from interferents in the amperometric biosensors because the electrodes were previously modified with a layer of Prussian Blue, which acted as a redox mediator. The high sensitivity and selectivity were attributed to the ultrathin nature of the films and the ability of molecular recognition of the biomolecules, respectively. The approaches used here open the way for novel devices for clinical diagnostics and food quality control, in addition to understanding the interaction mechanisms between the biomolecules and the cell membranes, which is important for developing therapeutic agents.

Em quadros mais avançados da insuficiência cardíaca (IC), além do comprometimento do miocárdio, observa-se uma importante perda de massa muscular esquelética, a qual contribui para o mau prognóstico e orbimortalidade dos pacientes. As espécies reativas de oxigênio (ROS) parecem estar diretamente envolvidas no desenvolvimento e progressão da atrofia muscular em doenças crônico-degenerativas. De fato, já é sabido que a IC está associada ao estresse oxidativo na musculatura esquelética, o qual parece contribuir para o catabolismo proteico culminando em atrofia muscular na síndrome, apesar desta relação de causa e efeito ainda ser pouco investigada. No entanto, as fontes envolvidas na produção exacerbada de ROS na musculatura esquelética em ratos com infarto do miocárdio ainda não foram caracterizadas. Como a NADPH oxidase é um complexo enzimático especializado em produzir ROS, e sabendo que esta família de enzimas pró-oxidantes é ativada for agentes pró-inflamatórios e alguns agonistas de receptores acoplados à proteína G que estão aumentados na IC, na primeira parte do projeto de pesquisa testou-se a hipótese de que as NADPH oxidases estariam hiperativadas nos músculos plantar e sóleo de ratos submetidos ao infarto do miocárdio, contribuindo para um quadro de estresse oxidativo e consequente hiperativação do sistema proteolítico ubiquitina proteassoma (SUP), culminando assim na atrofia deste tecido. Para testar esta hipótese, ratos Wistar foram submetidos à cirurgia de infarto do miocárdio ou Sham e, quatro semanas pós-cirurgias, foram submetidos a oito semanas de tratamento com uma substância inibidora da NADPH oxidase (apocinina) ou placebo. Foram quantificados nos músculos plantar e sóleo: níveis de mRNA de componentes da família Nox da NADPH oxidase presentes no tecido muscular, bem como a atividade desse complexo enzimático; marcadores de estresse oxidativo; atividade de enzimas antioxidantes e concentração total de glutationa; níveis de mRNA de componentes do SUP e atividade do proteassoma; e o trofismo muscular (Subprojeto 1). A segunda parte deste projeto testou a hipótese de que o treinamento físico aeróbico (TFA) previniria a hiperativação das NADPH oxidases na musculatura esquelética de ratos submetidos ao infarto do miocárdio, contribuindo para uma diminuição do quadro de estresse oxidativo e menor ativação do SUP, prevenindo assim a atrofia deste tecido. Para testar esta hipótese, ratos Sham e infartados foram submetidos a oito semanas de TFA ou permaneceram sedentários (Subprojeto 2). As variáveis estudadas foram as mesmas relacionadas ao subprojeto 1. Os resultados do subprojeto 1 demonstraram que o infarto do miocárdio em ratos promove atrofia do músculo plantar desencadeada em parte pela ativação da NADPH oxidase, promovendo uma maior produção de ROS e consequente hiperativação do SUP. Além disso, o infarto do miocárdio promove atrofia do músculo sóleo, a qual também está associada a um aumento dos níveis de ROS e da atividade do proteassoma, porém independente da ativação da NADPH oxidase. Em relação ao subprojeto 2, nossos dados também demonstram que o TFA previne parcialmente a atrofia do músculo plantar de ratos infartados, prevenindo a hiperativação da NADPH oxidase e a hiperativação do SUP induzida pelo infarto do miocárdio. Essa intervenção não farmacológica também previne a atrofia do músculo sóleo dos ratos infartados associada à redução das ROS e à redução da hiperativação do SUP induzida pelo infarto do miocárdio, porém de forma independente da atividade do complexo enzimático NADPH oxidase. Dessa forma, concluímos que a NADPH oxidase está envolvida de maneira músculo-específica com a produção de ROS levando a ativação do SUP e à atrofia muscular associada ao infarto crônico do miocárdio. O TFA é capaz de prevenir a atrofia muscular esquelética induzida pelo infarto do miocárdio associada a redução das ROS em ambos os músculos estudados. No musculo plantar, esta resposta esta relacionada a uma redução na hiperativação do complexo enzimático NADPH oxidase, ressaltando a contribuição desse complexo para a geração de ROS em músculos glicolíticos de ratos infartados. O TFA consiste em importante ferramenta não farmacológica agindo na homeostase redox e proteica no musculo esquelético de ratos infartados / Although heart failure (HF) is a syndrome of cardiac origin, it promotes significant skeletal muscle atrophy in more advanced stages, which contributes to poor prognosis and increased mortality rate. Reactive oxygen species (ROS) seem to be directly involved in the development and progression of muscle atrophy in chronic degenerative diseases. In fact, HF is associated with skeletal muscle oxidative stress, which seems to contribute to protein catabolism and muscle atrophy. However, it is important to highlight that the sources involved in the exacerbated skeletal muscle ROS production in HF have not been characterized yet. NADPH oxidase enzyme complex is an important source of ROS production activated by proinflammatory cytokines and some G-protein-coupled receptors, which are increased in HF. Therefore, in the first part of the thesis, we tested whether NADPH oxidases would be overactivated in plantaris and soleus muscles of rats submitted to myocardial infarction, thus contributing to oxidative stress and consequent ubiquitin proteasome proteolytic system (UPS) hyperactivation, ultimately leading to muscle atrophy. To test this hypothesis, Wistar rats underwent myocardial infarction or Sham surgery and, four weeks post-surgery, rats underwent eight weeks of treatment with an NADPH oxidase inhibitor (apocynin) or placebo. It was quantified in plantaris and soleus muscles: mRNA levels of skeletal muscle-NOX family, as well as NADPH oxidase activity; oxidative stress markers; antioxidant enzymes activity and total glutathione concentration; mRNA levels of UPS components and proteasome activity; and muscle trophicity (Subproject 1). In the second part of the thesis we tested whether aerobic exercise training (AET) would prevent NADPH oxidases overactivity in plantaris and soleus muscles of rats submitted to myocardial infarction, thus decreasing oxidative stress and UPS hyperactivation, preventing skeletal muscle atrophy. To test this hypothesis, Sham and infarcted rats underwent eight weeks of AET or remained sedentary (Subproject 2). The variables studied were the same as in Subproject 1. The results of the subproject 1 demonstrated that myocardial infarction in rats induces plantaris muscle atrophy triggered in part by overactivation of NADPH oxidase promoting increased ROS production paralleled by UPS hyperactivation. Moreover, myocardial infarction induced soleus muscle atrophy, which was also associated with increased ROS levels and proteasome overactivity, but independently of NADPH oxidase activation. Regarding the subproject 2, our data showed that AET partially prevented plantaris muscle atrophy in infarcted rats, preventing myocardial infarction-induced NADPH oxidase hyperactivation and UPS hyperactivation. AET also prevented soleus muscle atrophy in infarcted rats, which was associated with a ROS levels reduction and prevention of myocardial infarction-induced UPS hyperactivation, but independently of NADPH oxidase activity. Collectively, our data give support for the involvement of NADPH oxidase as a source of ROS production leading to UPS activation and skeletal muscle atrophy associated with chronic myocardial infarction, however this occurs in a muscle specific pattern. AET prevents myocardial infarction-induced skeletal muscle atrophy and exacerbated ROS levels in both plantaris and soleus muscles. In plantaris muscle, this response is related to a prevention of NADPH oxidase hyperactivation, highlighting the contribution of this enzyme complex to ROS production in glycolytic muscles of infarcted rats. Finally, AET is an important nonpharmacologic tool acting in skeletal muscle redox and protein homeostasis of infarcted rats

A biomassa vegetal pode ser uma importante fonte de obtenção de diversos produtos a partir da desestruturação de suas frações por um vasto grupo de enzimas. No entanto, a geração de compostos de alto valor agregado a partir da biomassa lignocelulósica requer o desenvolvimento de novos sistemas enzimáticos. Pensando nisso, a prospecção e a caracterização de novas enzimas que estão presentes no secretoma de fungos degradadores da biomassa lignocelulósica tem sido fonte de pesquisa por pesquisadores do mundo todo. O objetivo deste trabalho foi prospectar, clonar e expressar de maneira heteróloga o gene codificante de uma enzima putativa do fungo termofílico T. terrestris em cepas do fungo filamentoso A. nidulans A773 e promover sua caracterização bioquímica e biofísica. O gene da enzima foi amplificado, clonado e inserido no vetor pEXPYR antes de ser inserido no sistema de expressão do A. nidulans. Os transformantes obtidos foram induzidos em meio mínimo de cultivo contendo 3% (m/v) de maltose e 1% (m/v) de glicose em meio estacionário para a produção, seguido da purificação da enzima. Estudos bioquímicos foram realizados para determinar o pH e a temperatura ótima de reação, bem como, a especificidade aos substratos e a determinação dos parâmetros cinéticos. A termoestabilidade da enzima também foi avaliada por estudo de dicroísmo circular (DC). Além disso, foi avaliado o efeito colaborativo entre uma xilanase GH10 e a enzima em estudo na hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado. A enzima obtida por expressão heteróloga foi caracterizada como uma xilo-oligossacarídeo oxidase (XylO). Por meio da análise filogenética das sequências de aminoácidos entre a enzima expressa e outras enzimas oxidativas, a XylO foi classificada como pertencente a família das flavoproteínas e subfamília das BBE. A enzima TtXylO demonstrou ter especificidade em oligossacarídeos de C5 apresentando boa atividade enzimática em substratos complexos de xilana. A enzima possui pH ótimo de 5,5 e temperatura ótima de 25 ºC. As análises de DC indicaram temperatura de desnaturação de 62,7 ºC, caracterizando esta enzima como termofílica. Contudo, novos estudos ainda são necessários para avaliar os produtos gerados a partir da oxidação dos diferentes xilo-oligossacarídeos pela XylO e seu potencial uso na indústria. / Plant biomass is an important source for generation of several products obtained from enzymatic cleavage of its fractions by a large group of enzymes. However, the generation of high value compounds from lignocellulosic biomass requires the development of new enzymatic systems. Considering that, prospection and characterization of enzymes present in the biomass-degrading fungi secretome has been a source of study by researchers around the world. The aim of this work was to prospect, clone and heterologously express a putative enzyme encoding gene from the thermophilic fungus T. terrestris in A. nidulans A773 strains and to promote its biochemical and biophysical characterization. The gene was amplified, cloned and inserted into the pEXPYR vector before being inserted into A. nidulans expression system. The transformants were induced by culture in minimal médium containing 3% (w/v) maltose and 1% (w/v) glucose by stationary culture for the production, followed by enzyme purification. Biochemical analyses were performed to determine optimum pH and temperature as well as the substrate specificities and kinetic parameters. The enzyme thermostability was also evaluated by circular dichroism (CD). In addition, the collaborative effect between the enzyme and a GH10 on hydrolys of pre-treated sugarcane bagasse was evaluated. The enzyme obtained by heterologous expression was characterized as a xylooligosaccharide oxidase (XylO). Phylogenetic analysis between amino acid sequences of expressed enzyme and other oxidative enzymes classified XylO as belonging to flavoproteins family and subfamily of BBE. TtXylO has been shown to have specificity on C5 oligosaccharides exhibiting good enzymatic activity on complex xylan substrates. The enzyme has an optimum pH of 5.5 and optimum temperature of 25 ºC. DC analyses showed melting temperature of 62.7 ºC, characterizing this enzyme as thermophilic. In general, further studies are still needed to evaluate the products generated from oxidation of xylooligosaccharides by XylO and their potential use in the industry.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Os venenos de serpentes contem substÃncias biologicamente ativas, primariamente consistindo de proteÃnas (90-95%). Algumas delas apresentam atividade enzimÃtica como as fosfolipases A2 e L-aminoÃcido oxidase. O presente estudo verificou a aÃÃo dos venenos de Bothrops leucurus (BleuVT) e Bothrops marajoensis (BmarVT), e suas fraÃÃes PLA2 (BleuPLA2 e BmarPLA2) e LAAO (BleuLAAO e BmarLAAO) sobre cepas de bactÃria, C. albicans, Leishmania sp e T. cruzi, bem com sua toxicidade sobre macrÃfagos murinos. A susceptibilidade das cepas bacterianas e fÃngica foi analisada atravÃs do mÃtodo de difusÃo em Ãgar, para determinaÃÃo do potencial antimicrobiano; e microdiluiÃÃo em caldo, para determinaÃÃo da CIM e CLM, com modificaÃÃes. A atividade antiparasitÃria foi avaliada atravÃs do tratamento das culturas de parasitos com diferentes concentraÃÃes dos venenos ou de suas fraÃÃes. As formas promastigotas de Leishmania sp. foram cultivadas, durante 72h, em meio NNN/Schneider a 28ÂC; e as formas epimastigotas de T. cruzi foram cultivadas em meio LIT, durante 5 dias, a 28ÂC. Os macrÃfagos foram cultivados em meio RPMI 1640, em presenÃa de diferentes concentraÃÃes dos venenos e fraÃÃes, durante 24h, e submetidos ao ensaio com MTT. Os resultados foram estatisticamente analisados atravÃs do teste t ou ANOVA seguida do teste Bonferroni, quando apropriado, com p<0.05. A BmarLAAO foi capaz de inibir o crescimento bacteriano do Gram-negativo P. aeruginosa, da levedura C. albicans e do Gram-positivo S. aureus; e o BleuTV inibiu o crescimento de S. aureus, sendo a inibiÃÃo dose-dependente. A ordem de susceptibilidade dos microorganismos testados com BmarLAAO foi S. aureus > C. albicans > P. aeruginosa. Por outro lado o BmarTV, BmarPLA2, BleuPLA2 e BleuLAAO nÃo apresentaram nenhum grau de inibiÃÃo sobre as cepas em estudo. O potencial inibitÃrio foi mais significante sobre S. aureus apresentando CIM= 50Âg/mL e CLM=200Âg/mL para BmarLAAO, e CIM=CLM=25Âg/mL para BleuTV. Em concentraÃÃes maiores que 1.56Âg/mL a BmarLAAO foi capaz de inibir o crescimento de formas promastigotas de L. chagasi e L.amazonensis, sendo os valores de IC50, apÃs 72h de cultivo, para L. amazonenis, 2.55Âg/mL e 2.86 Âg/mL para L. chagasi. BmarTV e BleuTV tambÃm apresentaram significante inibiÃÃo sobre o crescimento parasitÃrio, sendo os valores de IC50 86.56 Âg/mL para L. amazonensis e 79.02Âg/mL para L. chagasi, quando tratado com BmarTV; e 5.49Âg/mL para L. amazonensis e 1.94Âg/mL para L. chagasi, quando tratado com BleuTV. Os venenos e BmarLAAO mostraram efeito inibitÃrio sobre formas epimastigotas de T. cruzi. Os valores de IC50 para BleuTV, BmarTV e BmarLAAO foram, respectivamente, 1.14Âg/mL, 24.19Âg/mL e 0.89Âg/mL. As fraÃÃes BmarPLA2, BleuPLA2 e BleuLAAO nÃo foram capazes de promover nenhum efeito inibitÃrio sobre os parasitos em estudo. O BmarLAAO , BmarTV e BleuTV apresentaram baixa toxicidade sobre macrÃfagos nas concentraÃÃes estudadas. Em conclusÃo, os veneno de B. leucurus e de B. marajoensis, bem como a L-aminoÃcido oxidase de Bothrops marajoensis mostraram ser capazes de interferir no crescimento de diferentes microorganismos como S.aureus, C. albicans, P. aeruginosa, Leishmania sp. e T. cruzi. / Snakes venoms contain biologically active substances primarily consisting of proteins (90-95%). Some of these present enzymatic activities, such as phospholipases A2 and the L-amino acid oxidases. In this study we verify the action of Bothrops leucurus (BleuTV) and Bothrops marajoensis (BmarTV) venoms, and fractions PLA2 (BleuPLA2 and BmarPLA2) and LAAO (BleuLAAO and BmarLAAO) on strains of bacteria, yeast, Leishmania sp and T. cruzi. The susceptibility of bacterial and yeast strains was analyzed through disc-diffusion assay, for determination of antimicrobial potential; and the microdilution method, for determination of MIC and MLC, with modifications. The antiparasitic activity was evaluated through of the culture treatment of parasites with different concentrations of venoms or their fractions. The forms promastigotes of Leishmania sp. had been cultived, during 72h, in NNN/Schneider media, 28ÂC; and the forms epimastigotes of T. cruzi had been cultived in LIT media, during 5d, 28ÂC. The macrophages were cultured in RPMI 1640 media, during 24h, 37ÂC and 5% of CO2, with different concentrations of venoms or fractions. After, they were analyzed by MTT method. The results was statistically analyzed with t test or ANOVA followed the Bonferroniâs test, when appropriated, with p<0.05. The BmarLAAO was able to inhibit the growth of gram negative P. aeruginosa, of yeast C. albicans and of gram positive S. aureus; and the BleuTV inhibited the growth of S. aureus, being the inhibitions dose-dependent. The order of susceptibility of microorganisms tested against BmarLAAO was S. aureus > C. albicans > P. aeruginosa. On the other hand the BmarTV, BmarPLA2, BleuPLA2 and BleuLAAO had not provided any degree of inhibition on strains in study. The inhibitory effect was more significant on S. aureus presenting CIM= 50Âg/mL and CLM=200Âg/mL for BmarLAAO, and CIM=CLM=25Âg/mL for the BleuTV. In concentrations greater than 1.56Âg/mL BmarLAAO was able to inhibit the growth of promastigotes forms of L. chagasi and L.amazonensis, after 72h of culture. The IC50 values were 2.55Âg/mL for L. amazonenis, and 2.86 Âg/mL for L. chagasi. BmarTV and BleuTV also provided significant inhibition of the parasitic growth, with an IC50 value of 86.56 Âg/mL for L. amazonensis and 79.02 Âg/mL for L. chagasi, when treated with BmarTV; and 5.49Âg/mL for L. amazonensis and 1.94Âg/mL for L. chagasi, when treated with BleuTV. The venoms and BmarLAAO showed inhibitory effect on epimastigotes forms of T. cruzi. The IC50 value for BleuTV, BmarTV and BmarLAAO where, respectively 1.14Âg/mL, 24.19Âg/mL and 0.89Âg/mL.This effects presented behavior dose-dependent. The fractions BmarPLA2, BleuPLA2 and BleuLAAO had not been capable to promote any inhibition on the growth of these parasites. The BmarLAAO, BmarTV and BleuTV presented low toxicity in studied concentrations. In conclusion, the whole venoms as well as the L-amino acid oxidase from Bothrops marajoensis showed to be capable to interfere in the growth of several microorganisms as S.aureus, Candida albicans, Pseudomonas aeruginosa, Leishmania sp. and T. cruzi.

A sacarose é uma matéria-prima, cuja produção é considerada ecologicamente correta, sendo o Brasil seu maior produtor e exportador. O dissacarídeo pode ser convertido, através de um processo multienzimático, em substâncias de maior valor agregado: frutose e ácido glicônico, as quais são importadas pelo Brasil, tendo amplo uso nos setores químico, farmacêutico e alimentício. A conversão foi feita através da ação da invertase, glicose oxidase e catalase, utilizando os reatores descontínuo e contínuo. No procedimento utilizando reator descontínuo, o tempo de residência é igual para reagentes, produtos e catalisador. Neste caso as enzimas foram adicionadas seqüencialmente, em um primeiro momento, e na segunda etapa foram adicionadas simultaneamente. Os parâmetros de partida, a saber, concentração inicial de sacarose, pH, temperatura e atividades enzimáticas, foram testados em diferentes quantidades no intuito de encontrar a mistura inicial mais eficiente na conversão do substrato. No procedimento contínuo, utilizou-se reator com membrana, da marca MILLIPORE®, que permite integrar em uma única etapa a conversão catalítica, a separação/concentração do produto e a recuperação do biocatalisador. A temperatura foi controlada por circulação de água, tendo acoplado uma bomba peristáltica (para controlar a vazão de alimentação do substrato) e um sistema de pressurização. O reator operou com membrana de ultrafiltração (corte molecular = 100 kDa) e foi mantido sob agitação constante. Os parâmetros de partida, neste reator, foram fixados de acordo com os valores otimizados no reator descontínuo com o emprego simultâneo das enzimas. / Sucrose is produced in large amount in Brazil, being a worldwide commercialized commodity. However, it can be converted into more valuable products such as fructose and gluconic acid, both used largely in the chemical, pharmaceutical and food industry. Conversion occurred through the action of invertase, glucose oxidase and catalase, using the discontinuous and continuous reactors. In the batch reactor, the residence time is equal to reactants, products and catalyst. In this case, enzymes were added sequentially, at first, and in the second step were added simultaneously. Boot parameters, initial sucrose concentration, pH, temperature and enzyme activities were tested in different amounts in order to find the most efficient initial mixture to the conversion of the substrate. In continuous process, we used the membrane reactor, MILLIPORE®, which allows for one-step catalytic conversion, the separation / concentration of the product and recovery of the biocatalyst. The temperature was controlled by circulation of water, coupled with a peristaltic pump (to control the feed flow of the substrate) and a pressurization system. The reactor was operated with ultrafiltration membrane (molecular cutoff = 100 kDa) and was kept under constant agitation. The initial parameters in this reactor were set according to the values optimized in the batch reactor with the simultaneous use of enzymes.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-07-07T18:52:22Z No. of bitstreams: 1 CleidivanMacena.pdf: 2189360 bytes, checksum: 599a50d965fad9ff9559783fe4574feb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-07T18:52:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CleidivanMacena.pdf: 2189360 bytes, checksum: 599a50d965fad9ff9559783fe4574feb (MD5) Previous issue date: 2017-02-03 / Fundação de Amparo à Pesquisa e ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Maranhão (FAPEMA) / The present work demonstrated the potential of Scanning Electrochemical Microscopy (SECM) in the understanding of enzymatic systems using the enzymes glucose oxidase (GOx) and the peroxidase of strong root (HRP) as recognition model. In addition, it evaluated different platforms, such as: Graphene (Gr) and Carbon Nanotubes (CNTs) in the response of enzymatic systems through approximation curves and images. In this sense, the reactivity of the GOx and HRP enzymes was evaluated in the generator / collector mode on an insulating platform. In addition, the HRP was studied comparatively on graphene platform Gr, CNTs and on conductive surface. The use of the SECM technique in the investigation of these systems showed its applicability in the investigation of reactions catalyzed by enzymes and also showed that CNTs were the best platform for immobilization of HRP. In addition, it showed the application of SECM in enzymatic systems for the selective determination of compounds isomers: catechol and hydroquinone. / O presente trabalho demostrou a potencialidade da Microscopia Eletroquímica de Varredura (Scanning Electrochemical Microscopy - SECM) no entendimento de sistemas enzimáticos usando as enzimas glicose oxidase (GOx) e a peroxidase de raiz forte (HRP) como modelo de reconhecimento. Ademais, avaliou diferentes plataformas, como: Grafeno (Gr) e Nanotubos de Carbono (CNTs) na resposta de sistemas enzimáticos através de curvas de aproximação e imagens. Neste sentido, a reatividade das enzimas GOx e HRP foi avaliada no modo gerador/coletor sobre plataforma isolante. Adicionalmente, a HRP foi estudada comparativamente sobre plataforma de grafeno Gr, CNTs e sobre superfície condutora. O uso da técnica SECM na investigação desses sistemas mostrou sua aplicabilidade na investigação de reações catalisadas por enzimas e mostrou ainda que os CNTs fora a melhor plataforma para imobilização da HRP. Além disso, mostrou a aplicação da SECM em sistemas enzimáticos para a determinação seletiva de compostos isômeros: catecol e hidroquinona.

A funcionalização da matriz celulósica é um ponto essencial para o aprimoramento dos dispositivos microfluídicos baseados em papel (&micro;PADs). Ela permite minimizar o preparo de amostras e a interferência do usuário, principais fontes de erro no processo analítico. A oxidação da celulose durante uma hora com m-periodato de sódio e a imobilização química de enzimas a partir da formação de bases de Schiff (iminas), via a adição direta da enzima ao substrato oxidado sem a necessidade de outras etapas, é um processo rápido e de baixo custo, apresentando grande potencialidade de aplicação nos dispositivos microfluídicos em papel. A enzima glicose oxidase imobilizada na celulose, com a adição do estabilizante trealose, apresentou elevada atividade catalítica - de 31,9 &plusmn; 5,5 mmol L-1 para a enzima não imobilizada a 14,8 &plusmn; 2,0 mmol L-1 para a enzima imobilizada e com o estabilizante - além de apresentar maior homogeneidade de sinal, condições desejáveis em testes rápidos em papel. A confecção de dispositivos em papel via impressão em cera alia rapidez e baixo custo de produção, e o arranjo em camadas para originar dispositivos tridimensionais (3D) permite ampliar as funcionalidades dos dispositivos em duas dimensões, tal como o tratamento individualizado de camadas e o armazenamento de reagentes no próprio dispositivo. O método da adição de padrão para obtenção de curvas analíticas no próprio microchip em papel surge como alternativa às curvas analíticas externas, minimizando a manipulação e o preparo de amostras. O uso do ácido 2,2&rsquo;-azino-bis (3-etilbenzotiazolina-6-sulfônico) - ABTS como indicador redox para as reações enzimáticas e o método de adição de padrão nos &micro;PADs apresentou boa correlação com um modelo de crescimento e saturação de Michaelis-Menten (r2 = 0,8723) na faixa de 0 a 10 mmol L-1, e a utilização da faixa linear para quantificação de glicose (0 a 3 mmol L-1) apresentou grande correlação linear com a concentração estimada pelas curvas de adição de padrão (r2 = 0,959), demonstrando a potencialidade do método. A união da tecnologia desses dispositivos em papel com a de um software automatizado de reconhecimento de imagens (PAlizer) torna instantânea a obtenção de resultados, eliminando-se a necessidade de intervenção humana no processo, tornando os testes em papel mais robustos, reprodutíveis e rápidos. Com o contínuo aperfeiçoamento das funcionalidades e potencialidades dos dispositivos microfluídicos em papel espera-se que os testes diagnósticos de baixo custo atinjam àqueles que deles necessitam, contribuindo para a saúde da população. / Functionalization of a cellulosic matrix is essential for the success of the paper-based microfluidic analytical devices (&micro;PADs). It allows minimization of sample preparation and user interference, both being major sources of errors in the analytical process. Cellulose oxidation with sodium m-periodate during one hour and the direct chemical immobilization of enzymes on it by Schiff-base (imines) formation, which is made by direct insertion of the enzyme on the oxidized substrate without subsequent steps, is a fast and low cost process of immobilization, presenting great potential of application in paper-based microfluidic analytical devices. The glucose oxidase enzyme immobilized on cellulose, with the addition of trehalose stabilizer presented enhanced catalytic activity - from 31.9 &plusmn; 5.5 mmol L-1 for the non-immobilized enzyme to 14.8 &plusmn; 2.0 mmol L-1 for the immobilized enzyme with the stabilizing agent - also presenting greater signal homogeneity, which are ideal characteristics in a paper-based rapid test. Wax printing is a simple, inexpensive and fast method by which micro-devices can be fabricated. Additionally, the stacking of layers originating tridimensional devices (3D) allow for the improvement of functionalities of 2-dimensional ones, such as individualized layer treatment and reagent storage at different layers in the same device. Standard addition to analytical curves in paper-based microchips is an alternative to external analytical curves, minimizing handling/sample preparation. The use of 2,2\'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid - ABTS redox indicator with the enzymatic reactions and the standard addition method in &micro;PADs presented a good correlation in a growth and saturation Michaelis-Menten model (r2 = 0.8723), in the range of 0 to 10 mmol L-1, and the usage of the linear range to the glucose quantification (0 to 3 mmol L-1) presented a high linear correlation with the estimated concentration from the standard addition curves (r2 = 0.959), showing the potentiality of the method. The coupling of such paper-based devices to automated image analysis software, such as \'PAlizer\', turns the data acquisition process instantaneous, eliminating the need of human intervention during the process, making it more robust, reproducible and rapid. Expectations lie in improving the devices functions and potential so that these low-cost diagnostic devices can one day reach those who need them, contributing significantly to public health.