Devido às suas potenciais aplicações tecnológicas (células solares, transistores de filme fino TFT, etc.), o estudo do silício amorfo (a-Si) tem despertado o interesse da comunidade científica desde o final da década de 70. Mais recentemente, este interesse foi renovado com o desenvolvimento da técnica de cristalização induzida por metal (Metal-induced Crystallization MIC), por causa do considerável interesse na obtenção do silício cristalino (c-Si) a baixas temperaturas. Dentre as principais abordagens adotadas para o estudo da MIC, destaca-se aquela realizada em estruturas consistindo de camadas alternadas de silício amorfo e filmes metálicos, por exemplo. Conseqüentemente, concluiu-se que a difusão de átomos do semicondutor para o metal (e/ou vice-versa) é o mecanismo responsável pela cristalização. Esta explicação fenomenológica, entretanto, não considera os mecanismos microscópicos que provocam a cristalização à baixa temperatura. Tendo isto por base, este trabalho diz respeito a uma abordagem diferente e complementar para a investigação do processo de MIC, através da inserção de uma quantidade controlada e homogeneamente distribuída de átomos de metal na rede amorfa. Para este estudo, filmes de silício amorfo dopados com diferentes concentrações de Ni e possuindo diferentes espessuras, depositados em substratos de c-Si, c-Ge, quartzo cristalino e vidro foram preparados pela técnica de sputtering de rádio freqüência, em uma atmosfera controlada de argônio. Com o objetivo de se investigar a influência exercida pela estrutura atômica nos mecanismos de cristalização destes filmes, todos foram submetidos a tratamentos térmicos cumulativos até 1000 oC. Para isto, os filmes foram caracterizados pelas técnicas de espalhamento Raman, transmissão óptica, EDS (energy dispersive spectrometry) e microscopia eletrônica de varredura (SEM). Os resultados experimentais indicam que a quantidade de Ni, a espessura e a natureza do substrato determinam a temperatura para o qual se inicia a cristalização dos filmes de a-Si, e que a espessura e a presença de Ni têm efeito direto sobre as propriedades ópticas dos filmes. Estudos preliminares utilizando-se as técnicas de microscopia de força atômica (AFM) e Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) também foram feitos. / Due to their great technological potential (solar cells, thin film transistors, etc.), the study of amorphous silicon (a-Si) is attracting the attention of the scientific community since the 70s. More recently, such interest was renewed with the development of the Metal-induced Crystallization (MIC) technique, because of considerable interest in low-temperature formation of crystalline silicon (c-Si). Amongst the principal approaches to the study of MIC, stand out that performed on structures consisting of alternating layers of amorphous silicon and metal films, for example. Consequently, they conclude that the diffusion of semiconductor atoms into the metal (and/or vice-versa) is the mechanism responsible for the crystallization. This phenomenological explanation, however, does not consider the microscopic mechanisms that provoke the low temperature crystallization. Based on the above ideas, this work refers to a different and complementary approach to investigate the MIC process, by the insertion of a controlled and homogeneously distributed amount of metal atoms in the amorphous network. For this study, amorphous silicon films doped with different Ni concentrations and having different thicknesses, deposited on c-Si, c-Ge, crystalline quartz and glass substrates were prepared by the radio frequency sputtering technique in a controlled atmosphere of argon. In order to investigate the influence exerted by the atomic structure on the crystallization mechanisms of these films, all of them have been submitted to cumulative thermal annealing treatments up to 1000 C. To that aim, the films were investigated by Raman scattering, optical transmission, energy dispersive spectrometry (EDS) and scanning electron microscopy (SEM). The experimental results indicate that the Ni content, the thickness and the nature of the substrate determines the crystallization temperature onset of the a-Si films, and that the thickness and the presence of Ni have direct effect on the optical properties of the films. Preliminary studies using the atomic force microscopy (AFM) and Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) techniques have also been carried out.

Devido às suas potenciais aplicações tecnológicas (células solares, transistores de filme fino TFT, etc.), o estudo do silício amorfo (a-Si) tem despertado o interesse da comunidade científica desde o final da década de 70. Mais recentemente, este interesse foi renovado com o desenvolvimento da técnica de cristalização induzida por metal (Metal-induced Crystallization MIC), por causa do considerável interesse na obtenção do silício cristalino (c-Si) a baixas temperaturas. Dentre as principais abordagens adotadas para o estudo da MIC, destaca-se aquela realizada em estruturas consistindo de camadas alternadas de silício amorfo e filmes metálicos, por exemplo. Conseqüentemente, concluiu-se que a difusão de átomos do semicondutor para o metal (e/ou vice-versa) é o mecanismo responsável pela cristalização. Esta explicação fenomenológica, entretanto, não considera os mecanismos microscópicos que provocam a cristalização à baixa temperatura. Tendo isto por base, este trabalho diz respeito a uma abordagem diferente e complementar para a investigação do processo de MIC, através da inserção de uma quantidade controlada e homogeneamente distribuída de átomos de metal na rede amorfa. Para este estudo, filmes de silício amorfo dopados com diferentes concentrações de Ni e possuindo diferentes espessuras, depositados em substratos de c-Si, c-Ge, quartzo cristalino e vidro foram preparados pela técnica de sputtering de rádio freqüência, em uma atmosfera controlada de argônio. Com o objetivo de se investigar a influência exercida pela estrutura atômica nos mecanismos de cristalização destes filmes, todos foram submetidos a tratamentos térmicos cumulativos até 1000 oC. Para isto, os filmes foram caracterizados pelas técnicas de espalhamento Raman, transmissão óptica, EDS (energy dispersive spectrometry) e microscopia eletrônica de varredura (SEM). Os resultados experimentais indicam que a quantidade de Ni, a espessura e a natureza do substrato determinam a temperatura para o qual se inicia a cristalização dos filmes de a-Si, e que a espessura e a presença de Ni têm efeito direto sobre as propriedades ópticas dos filmes. Estudos preliminares utilizando-se as técnicas de microscopia de força atômica (AFM) e Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) também foram feitos. / Due to their great technological potential (solar cells, thin film transistors, etc.), the study of amorphous silicon (a-Si) is attracting the attention of the scientific community since the 70s. More recently, such interest was renewed with the development of the Metal-induced Crystallization (MIC) technique, because of considerable interest in low-temperature formation of crystalline silicon (c-Si). Amongst the principal approaches to the study of MIC, stand out that performed on structures consisting of alternating layers of amorphous silicon and metal films, for example. Consequently, they conclude that the diffusion of semiconductor atoms into the metal (and/or vice-versa) is the mechanism responsible for the crystallization. This phenomenological explanation, however, does not consider the microscopic mechanisms that provoke the low temperature crystallization. Based on the above ideas, this work refers to a different and complementary approach to investigate the MIC process, by the insertion of a controlled and homogeneously distributed amount of metal atoms in the amorphous network. For this study, amorphous silicon films doped with different Ni concentrations and having different thicknesses, deposited on c-Si, c-Ge, crystalline quartz and glass substrates were prepared by the radio frequency sputtering technique in a controlled atmosphere of argon. In order to investigate the influence exerted by the atomic structure on the crystallization mechanisms of these films, all of them have been submitted to cumulative thermal annealing treatments up to 1000 C. To that aim, the films were investigated by Raman scattering, optical transmission, energy dispersive spectrometry (EDS) and scanning electron microscopy (SEM). The experimental results indicate that the Ni content, the thickness and the nature of the substrate determines the crystallization temperature onset of the a-Si films, and that the thickness and the presence of Ni have direct effect on the optical properties of the films. Preliminary studies using the atomic force microscopy (AFM) and Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) techniques have also been carried out.

Orientador: Marina Corrêa Côrtes / Resumo: A fragmentação dos ambientes naturais pode gerar consequências negativas para a diversidade genética, a evolução e a conservação da biodiversidade. Esses efeitos podem se tornar ameaças à relevância dos ecossistemas para conservação da biodiversidade ao longo prazo e podem impulsionar a ocorrência de fenômenos evolutivos como a adaptação local em populações isoladas. Consequências negativas resultantes da fragmentação podem ser amplificadas por outras pressões negativas comuns em ambientes isolados, incluindo a poluição por metais pesados. A primeira parte desta tese avalia importantes mecanismos evolutivos que promovem a adaptação de plantas a solos contaminados por metais pesados. Informações sobre ecologia populacional, genômica e identificação de genes importantes para adaptação à alta concentração de elementos tóxicos, incluindo Fe, Pb, Cu, Al e Zn, foram usadas para testar mecanismos evolutivos. O estudo revela estratégias ecológicas e genes importantes para o crescimento de Cattleya liliputana em solos contaminados. Melhores ferramentas para a gestão da paisagem e maior integração de áreas protegidas e paisagens produtivas são importantes para reverter a tendência global de fragmentação e uso insustentável dos recursos naturais. A segunda parte da tese fornece ferramentas e análises para promover a conectividade, a integração e o manejo efetivo da paisagem. No segundo capítulo, uma ferramenta de análise espacial de fácil utilização para apoiar projetos com objetivo de ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The fragmentation of natural environments has pervasive consequences to genetic diversity, evolution and the conservation of biodiversity. These effects are important threats to the long-term relevance of ecosystems, and may drive evolutionary responses such as the local adaptation of isolated populations. Negative consequences resulting from fragmentation can be amplified by other common negative pressures in isolated environments, including pollution by heavy metals. Species that survive after contamination play an important role for restoration but face strong selective pressure for adaptation to the contaminants within an isolated environment. The first part of the thesis shed light on important evolutionary mechanisms that drive plant adaptation to soils contaminated by heavy metals. Information regarding population ecology, genomics, and identification of important genes for adaptation to the high concentration of toxic elements, including Fe, Pb, Cu, Al and Zn were used to test major evolutionary mechanisms. The study revealed ecological strategies and genes important for Cattleya liliputana adaptation to contaminated soils. Better tools for landscape management and enhanced integration of protected areas and production landscapes are important strategies to counter the global trend on fragmentation and unsustainable use of natural resources. The second part of the thesis provides tools and analysis to promote connectivity, integration and effective landscape managemen... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Superóxido dismutases (SODs) são metaloenzimas que convertem o ânion superóxido em oxigênio molecular (O2) e peróxido de hidrogênio (H2O2). A presença de metal nessas enzimas está diretamente relacionada com seus mecanismos de catálise e com suas estruturas tridimensionais. Evolucionariamente, FeSOD e MnSOD podem ter evoluído de um gene ancestral comum, porque possuem sequências homólogas e estruturas cristalográficas sobreponíveis. Entretanto, a nível catalítico, ambas as proteínas divergiram o suficiente para que seus metais não possam ser intercambiáveis, produzindo uma enzima funcional, indicando que essas proteínas possuem alta especificidade por metal. O objetivo deste projeto de pesquisa é Identificar os determinantes estruturais do ajuste fino da especificidade por metal de MnSOD e FeSOD. Inicialmente, pretendese selecionar resíduos para mutagênese sítio-dirigida em TrMnSOD e TbFeSODB2, a partir de análise de acoplamento estatístico (SCA). Em seguida, mutantes serão construídos, expressos, purificados e cristalizados. A estrutura tridimensional dos mutantes será resolvida por cristalografia e sua atividade enzimática determinada, bem como a acomodação estrutural dos metais por Resonância Paramagnética Eletrônica. Nossa hipótese de trabalho é que através de SCA é possível elencar resíduos de aminoácidos candidatos para mutagênese sítio-dirigida para desenhar novas SODs, com características intermediárias de ligação por Fe/Mn, como possibilidade de interconversão de especificidade, caminhando na história evolutiva dessas moléculas. / Superoxide dismutases (SODs) are metalloenzymes that convert the superoxide anion in molecular oxygen (O2) and hydrogen peroxide (H2O2). The metal in the catalytic center of such enzymes is directly related to their catalysis mechanisms and tridimensional structures. Evolutionarily, FeSOD and MnSOD may have evolved from a common ancestor, because both proteins have homologous primary sequences and superposable crystallographic structures. However, at the catalytic level, both proteins diverged sufficiently to prevent interchange of their metallic centers, which would generate non-functional enzymes, indicating that these proteins have high metal specificity. The objective of this research project is to identify structural determinants of Fe/MnSODs necessary to metal specificity. We intend to use statistical coupling analysis (SCA) to select amino acid residues for site-directed mutagenesis in TrMnSOD e TbFeSODB2. Mutant genes will be constructed and their proteins expressed, purified and crystallized. The tridimensional structure of such mutants will be solved by X-ray crystallography and their enzymatic activities determined, as well as their electron paramagnetic resonance spectra. We hypothesize that SCA is useful to identify amino acid candidates for site-directed mutagenesis to design new SODs with intermediated Fe/Mn specificity, and even metal specificity interconversion, by studying the evolutionary history of these proteins.

O capim tanzânia (Panicum maximum cv. Tanzânia) é promissor para uso em fitorremediação, devido ao seu sistema radicular extenso, boa adaptação a variados ambientes e alto rendimento de biomassa quando bem nutrido. O enxofre faz parte de compostos essenciais ao sistema antioxidante das plantas. A toxicidade causada por alta disponibilidade de metais, como o zinco, no meio de cultivo é um problema ambiental crescente. Objetivou-se avaliar o efeito do enxofre em amenizar o estresse causado pelo excesso de zinco no capim tanzânia. O experimento foi conduzido em casa de vegetação em Piracicaba - SP, durante o verão, em delineamento de blocos casualizados em esquema fatorial fracionado, com as combinações de doses de enxofre (mmol L-1) e zinco (μmol L-1): 0,1/0,7; 0,1/500; 0,1/3000; 1,0/250; 1,0/1000; 1,9/0,7; 1,9/500; 1,9/3000; 2,8/250; 2,8/1000; 3,7/0,7; 3,7/500 e 3,7/3000. Foram avaliadas as seguintes variáveis: componentes de produção (perfilhos, folhas, área foliar, massa de parte aérea e de raízes), concentrações dos nutrientes (N, S, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn e Zn), valor SPAD, atividades de enzimas do sistema antioxidante (GR, GPOX, APX, CAT e SOD) e concentração de prolina. A toxicidade de zinco no primeiro crescimento do capim limitou a produção de massa seca e o número total de folhas, enquanto no segundo crescimento também ocorreu limitação na área foliar e no número total de perfilhos. A concentração de enxofre na planta aumentou em função do fornecimento de enxofre e do excesso de zinco no meio de cultivo. O excesso de zinco na planta provocou desequilíbrio na nutrição da planta com os micronutrientes cobre, ferro e manganês. Os indicadores do estresse oxidativo foram sensíveis para detectar a toxicidade do zinco no capim. As reduções na concentração de prolina e nas atividades de enzimas do sistema antioxidante demonstraram o efeito do enxofre em aliviar o estresse por toxicidade de zinco no capim tanzânia. / Tanzania guinea grass (Panicum maximum cv. Tanzania) is promising for use in phytoremediation due to its extensive root system, good adaptation to diverse environments, and high biomass production when well nourished. Sulfur is part of essential compounds to the plant\'s antioxidant system. Toxicity caused by high availability of metals, such as zinc, in the growth medium is a growing environmental problem. The objective was to evaluate the effect of sulfur in mitigating the stress caused by zinc excess in tanzania guinea grass. The experiment was carried out in a greenhouse at Piracicaba, SP, during the summer, in a randomized block design with rates of sulfur (mmol L-1) and zinc (μmol L-1) of 1/0.7; 0.1/500; 0.1/3000; 1.0/250; 1.0/1000; 1.9/0.7; 1.9/500; 1.9/3000; 2.8/250; 2.8/1000; 3.7/0.7; 3.7/500 and 3.7/3000. The response variables evaluated were plant production components (number of tillers, number of leaves, leaf area, and shoots and roots dry matter), nutrient concentrations (N, S, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn and Zn), SPAD value, activities of the antioxidant enzymes (GR, GPOX, APX, CAT and SOD) and proline concentration. Zinc toxicity in the first growth of the grass limited the dry mass production and the total number of leaves, while in the second growth also there was limitation in the leaf area and the total number of tillers. The concentration of sulfur in the plant increased as a function of sulfur supply and excess zinc in the growth medium. Excess zinc in the plant caused imbalance in plant nutrition for the micronutrients copper, iron and manganese. The indicators of oxidative stress were sensitive to detect grass toxicity by zinc. Reductions in proline concentration and enzyme activities of the antioxidant system demonstrated the effect of sulfur in alleviating the stress of zinc toxicity in tanzania guinea grass.

O capim tanzânia (Panicum maximum cv. Tanzânia) é promissor para uso em fitorremediação, devido ao seu sistema radicular extenso, boa adaptação a variados ambientes e alto rendimento de biomassa quando bem nutrido. O enxofre faz parte de compostos essenciais ao sistema antioxidante das plantas. A toxicidade causada por alta disponibilidade de metais, como o zinco, no meio de cultivo é um problema ambiental crescente. Objetivou-se avaliar o efeito do enxofre em amenizar o estresse causado pelo excesso de zinco no capim tanzânia. O experimento foi conduzido em casa de vegetação em Piracicaba - SP, durante o verão, em delineamento de blocos casualizados em esquema fatorial fracionado, com as combinações de doses de enxofre (mmol L-1) e zinco (μmol L-1): 0,1/0,7; 0,1/500; 0,1/3000; 1,0/250; 1,0/1000; 1,9/0,7; 1,9/500; 1,9/3000; 2,8/250; 2,8/1000; 3,7/0,7; 3,7/500 e 3,7/3000. Foram avaliadas as seguintes variáveis: componentes de produção (perfilhos, folhas, área foliar, massa de parte aérea e de raízes), concentrações dos nutrientes (N, S, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn e Zn), valor SPAD, atividades de enzimas do sistema antioxidante (GR, GPOX, APX, CAT e SOD) e concentração de prolina. A toxicidade de zinco no primeiro crescimento do capim limitou a produção de massa seca e o número total de folhas, enquanto no segundo crescimento também ocorreu limitação na área foliar e no número total de perfilhos. A concentração de enxofre na planta aumentou em função do fornecimento de enxofre e do excesso de zinco no meio de cultivo. O excesso de zinco na planta provocou desequilíbrio na nutrição da planta com os micronutrientes cobre, ferro e manganês. Os indicadores do estresse oxidativo foram sensíveis para detectar a toxicidade do zinco no capim. As reduções na concentração de prolina e nas atividades de enzimas do sistema antioxidante demonstraram o efeito do enxofre em aliviar o estresse por toxicidade de zinco no capim tanzânia. / Tanzania guinea grass (Panicum maximum cv. Tanzania) is promising for use in phytoremediation due to its extensive root system, good adaptation to diverse environments, and high biomass production when well nourished. Sulfur is part of essential compounds to the plant\'s antioxidant system. Toxicity caused by high availability of metals, such as zinc, in the growth medium is a growing environmental problem. The objective was to evaluate the effect of sulfur in mitigating the stress caused by zinc excess in tanzania guinea grass. The experiment was carried out in a greenhouse at Piracicaba, SP, during the summer, in a randomized block design with rates of sulfur (mmol L-1) and zinc (μmol L-1) of 1/0.7; 0.1/500; 0.1/3000; 1.0/250; 1.0/1000; 1.9/0.7; 1.9/500; 1.9/3000; 2.8/250; 2.8/1000; 3.7/0.7; 3.7/500 and 3.7/3000. The response variables evaluated were plant production components (number of tillers, number of leaves, leaf area, and shoots and roots dry matter), nutrient concentrations (N, S, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn and Zn), SPAD value, activities of the antioxidant enzymes (GR, GPOX, APX, CAT and SOD) and proline concentration. Zinc toxicity in the first growth of the grass limited the dry mass production and the total number of leaves, while in the second growth also there was limitation in the leaf area and the total number of tillers. The concentration of sulfur in the plant increased as a function of sulfur supply and excess zinc in the growth medium. Excess zinc in the plant caused imbalance in plant nutrition for the micronutrients copper, iron and manganese. The indicators of oxidative stress were sensitive to detect grass toxicity by zinc. Reductions in proline concentration and enzyme activities of the antioxidant system demonstrated the effect of sulfur in alleviating the stress of zinc toxicity in tanzania guinea grass.

Whist copper (Cu) is an essential element for plants, when this element is present in excess quantities it can cause irreversible damage. This metal induces excessive production of reactive oxygen species (ROS), which damages organelles causing dysfunction. A possible means for the promotion of metal tolerance in plants is the adition of the element silicon (Si). The current study was conducted with the aim of evaluating the role of Si (0, 1 and 3 mmol L-1) on the morphologic, nutritional, metabolic and physiological responses of Panicum maximum cv. Tanzania under different Cu rates (0.3, 250, 500 and 750 μmol L-1). The grass was grown in a greenhouse under hydroponic conditions for two growth periods (33 and 30 days). Thirteen days after sowing, the seedlings were transplanted to a nutrient solution and supplied just with the Cu rate of 0.3 μmol L-1 and the set Si rates for 25 days. The remaining Cu rates were only added for a seven day period during the first growth stage. The second harvest took place 31 days after the first harvest. The experiment had six randomized blocks: three for yield, morphology and nutritional analyses and three for metabolic and physiological analyses. Plant yield, morphology and metabolic parameters were quantified in shoots and roots. Chlorophyll content index (SPAD values) and gas exchange parameters were determined in diagnostic leaves (DL), and Cu and Si concentrations were analysed from the DL and roots. The calculation of Cu and Si contents took into account the whole plant biomass. Plants exposed to Cu rates above 0.3 μmol L-1 showed low values of plant yield, morphologic parameters and SPAD, in both growth periods. Silicon supplied plants showed lower Cu concentration and content, and higher values of plant yield, morphlogic parameters and SPAD than the ones with no Si application. Silicon concentration and content were higher in plants exposed to excess Cu compared to those exposed to the control rate (0.3 μmol L-1). Gas exchange parameters in plants of the first growth were positively affected by Si supply and negatively affected by Cu rates. In the second growth, an eustress event was observed, in which plants exposed to stressing rates of residual Cu showed the highest values of gas exchange parameters and the lowest values of stress indicators. The activities of antioxidant enzymes were reduced with the increment in Cu rates. Silicon supply resulted in an increment in superoxide dismutase (SOD) activity. Tanzania guinea grass supplied with Si was able to better deal with Cu toxicity, showing increases in plant yield, morphologic and gas exchange parameters. Silicon supplied plants reduced their absorption of Cu and consequently, plants exposed to high Cu rates were still able to produce considerable biomass in the regrowth. / O cobre (Cu) é um elemento essencial para as plantas, porém, quando em excesso, pode causar danos irreversíveis às plantas. Este metal induz a produção excessiva de espécies reativas de oxigênio (ERO), que danificam organelas causando a disfunção delas. Uma possível maneira de aumentar a tolerância de plantas aos metais é o fornecimento de silício (Si). Um experimento foi conduzido com o objetivo de avaliar o papel do Si (0, 1 e 3 mmol L-1) nas respostas morfológicas, nutricionais, metabólicas e fisiológicas do Panicum maximum cv. Tanzânia sob doses de Cu (0,3, 250, 500 e 750 μmol L-1). Esse capim foi cultivado hidroponicamente em casa de vegetação por dois períodos de crescimento (33 e 30 dias). Treze dias após a semeadura, plântulas foram transplantadas para solução nutritiva, fornecendo-se apenas as doses de Si por 25 dias. A exposição ao cobre foi realizada apenas no primeiro crescimento das plantas e durou sete dias. O segundo corte ocorreu 31 dias após o primeiro corte. O experimento consistia de seis blocos completos ao acaso: três para avaliações de produção, morfologia e análises nutricionais e três para análises metabólicas e fisiológicas. A produção, a morfologia e o metabolismo das plantas foram quantificados na parte aérea e nas raízes. O índice de conteúdo de clorofila (valores SPAD) e as análises fisiológicas foram determinados nas lâminas diagnósticas (LD), e as concentrações de Cu e Si nas LD e nas raízes. Para o cálculo dos acúmulos de Cu e Si levou-se em consideração toda a biomassa da planta. Plantas expostas a doses de Cu acima de 0,3 μmol L-1 apresentaram menores valores de produtividade, parâmetros morfológicos e de SPAD. Plantas supridas com Si apresentaram menor concentração e acúmulo de Cu, e maiores valores de produtividade, parâmetros morfológicos e SPAD do que aquelas que não receberam o fornecimento de Si. A concentração e o acúmulo de silício foram maiores nas plantas expostas ao excesso de Cu do que nas expostas à dose controle de Cu (0,3 μmol L-1). Os parâmetros de trocas gasosas das plantas no primeiro crescimento foram afetados positivamente pelo Si e negativamente pelo incremento nas doses de Cu. No segundo crescimento, observou-se evento de eustresse em que plantas expostas à dose de Cu residual apresentaram os valores mais altos de parâmetros de troca gasosa e os valores mais baixos de indicadores de estresse. As atividades de enzimas antioxidantes foram reduzidas com o incremento nas doses de Cu. O suprimento de silício resultou em incremento na atividade da superóxido dismutase (SOD). O capim tanzânia suplementado com Si foi capaz de suportar melhor a toxicidade do Cu, mostrando um aumento na produção de biomassa da planta, e em parâmetros morfológicos e de trocas gasosas. As plantas suplementadas com Si reduziram a absorção de Cu e, consequentemente, plantas expostas a altas taxas de Cu e suplementadas com Si ainda foram capazes de produzir uma biomassa apreciável na rebrota.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2016-04-13T16:34:34Z No. of bitstreams: 1 JulianaRibeiroNascimento_DissertFinal.pdf: 1544852 bytes, checksum: f7b889157e7efc1834af5e11656509fa (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-13T16:34:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JulianaRibeiroNascimento_DissertFinal.pdf: 1544852 bytes, checksum: f7b889157e7efc1834af5e11656509fa (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências-Geoquímica. Niterói, RJ / A determinação de contaminantes em organismos é utilizada para avaliar o grau de poluição do ambiente em que vivem. A acumulação de metais, em um organismo marinho pode ser transferida diretamente ao homem ou através dos demais níveis tróficos superiores. O camarão–branco Litopenaeus schmitti é uma espécie de valor econômico ocorrente na baía de Sepetiba, região historicamente contaminada por metais oriundos da urbanização e das atividades industriais, principalmente metalúrgicas e portuárias. O objetivo deste trabalho é avaliar a concentração de Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Pb e Zn em camarões-branco da baía de Sepetiba. Os espécimes foram capturados por arrasto nas áreas interna e externa da baía durante período seco e chuvoso, utilizando o mesmo procedimento da pesca comercial, porém com tempo reduzido para 2 arrastos de 30 minutos cada. Machos e fêmeas foram identificados e o comprimento total foi utilizado para separar espécimes em estágio de vida juvenil (CT<110 mm) e adulto (CT>110 mm), tanto para machos quanto para fêmeas. A determinação de Cd, Cr, Cu, Mn, Pb e Zn em ICP OES e Hg no equipamento Lumex foi realizada para tecido muscular. As concentrações de Cd, Pb e Hg estiveram abaixo do limite de detecção, que são 0,02, 0,05, 0,005 μg/g, respectivamente. As maiores concentrações foram observadas para Cu e Zn, que variaram de 1.76 a 70.78 μg/g, e de 1.02 a 62.30 μg/g, respectivamente. As concentrações de Mn variaram de 0.38 a 7.96 μg/g, e as de Cr, de 0.08 a 1.76 μg/g. Apenas o Cr apresentou concentrações acima do limite estabelecido para consumo humano. A espécie não apresenta tendência geral de acumular metais em seu tecido muscular, mas correlações positivas com a biometria foram observadas para o Zn e para o Cr. O Mn apresenta correlações negativas com a biometria, sugerindo mecanismo de depuração deste metal. Diferenças significativas entre sexo foram observadas apenas para as concentrações de Cu, que em machos foram maiores que nas fêmeas, o que pode ser explicado pelas diferenças metabólicas entre sexos. Correlações significativas e positivas entre Cu e Zn ocorreram por se tratar de metais essenciais. O fator de bioconcentração (FBC) foi calculado utilizando dados secundários. Apenas o FBC do Cu foi superior a 1, entretanto é necessário cautela para interpretar este resultado como indicador de contaminação, já que o Cu é componente do pigmento respiratório de crustáceos. As diferenças de idade e tempo de exposição dos espécimes analisados foram normalizadas dividindo as concentrações de metais pelo peso seco. Esta abordagem evidenciou que o padrão de incorporação é maior em juvenis e adultos da área interna, mais próximos da fonte de contaminação, independentemente da sazonalidade e do sexo, ressaltando a importância da proximidade da fonte na assimilação de metais / Determine contaminants in organisms is useful to understand how impacted is the environment that they live. The metals accumulated in tissues of marine organisms can be directly transferred to humans or by the other trophic levels. The white shrimp Litopenaeus schmitti, economic explored species, occurs in Sepetiba Bay, which is contaminated by metals from urbanization; industrial activities, as metallurgical activities and sea harbor. The aim of this study is to evaluate the concentration of Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Pb and Zn on white shrimp from Sepetiba Bay. The specimens were caught by trawl in two sites (internal and external), during dry and rainy season, using the same procedure as commercial fishing, but during twice times of 30 minutes each. Males and females were identified and the total length was used to separate juveniles (TL < 110 mm) and adults (TL > 110 mm). The determination of Cd, Cr, Cu, Mn, Pb and Zn was performed to muscle tissue using ICP-OES, and Hg using Lumex. The concentrations of Cd, Pb and Hg were under detection limit (0.02, 0.05, 0.005 μg/g, respectively). The highest concentrations were observed for Cu and Zn, ranged from 1.76 to 70.78μg/g, and 1.02 to 62.30μg/g, respectively. The Mn concentrations ranged from 0.38 to 7.96μg/g and Cr from 0.08 to 1.76μg/g. Only the concentrations of Cr were above the limit for human consumption. The species has no general trend to accumulate metals in muscle tissue, but positive correlations with biometrics were observed for Cr and Zn. The Mn shows negative correlations with biometrics, suggesting depuration mechanism. No differences were observed evaluating males and females, except for Cu concentrations, explained by metabolic differences between genders. Positive correlations by Cu and Zn occurred because they are essential metals. The bioconcentration factor (BCF) was calculated using previous studies. The BCF of Cu was higher than 1, but caution is needed to interpret as an indicator of contamination, since Cu is the respiratory pigment of crustaceans. Concentrations of metals normalized by dry weight showed differences between age and season. The pattern of incorporation is greater in adults and juveniles from inner area, and it doesn’t depend on sex and season, showing that the assimilation is influenced by source of contamination

Superóxido dismutases (SODs) são metaloenzimas que convertem o ânion superóxido em oxigênio molecular (O2) e peróxido de hidrogênio (H2O2). A presença de metal nessas enzimas está diretamente relacionada com seus mecanismos de catálise e com suas estruturas tridimensionais. Evolucionariamente, FeSOD e MnSOD podem ter evoluído de um gene ancestral comum, porque possuem sequências homólogas e estruturas cristalográficas sobreponíveis. Entretanto, a nível catalítico, ambas as proteínas divergiram o suficiente para que seus metais não possam ser intercambiáveis, produzindo uma enzima funcional, indicando que essas proteínas possuem alta especificidade por metal. O objetivo deste projeto de pesquisa é Identificar os determinantes estruturais do ajuste fino da especificidade por metal de MnSOD e FeSOD. Inicialmente, pretendese selecionar resíduos para mutagênese sítio-dirigida em TrMnSOD e TbFeSODB2, a partir de análise de acoplamento estatístico (SCA). Em seguida, mutantes serão construídos, expressos, purificados e cristalizados. A estrutura tridimensional dos mutantes será resolvida por cristalografia e sua atividade enzimática determinada, bem como a acomodação estrutural dos metais por Resonância Paramagnética Eletrônica. Nossa hipótese de trabalho é que através de SCA é possível elencar resíduos de aminoácidos candidatos para mutagênese sítio-dirigida para desenhar novas SODs, com características intermediárias de ligação por Fe/Mn, como possibilidade de interconversão de especificidade, caminhando na história evolutiva dessas moléculas. / Superoxide dismutases (SODs) are metalloenzymes that convert the superoxide anion in molecular oxygen (O2) and hydrogen peroxide (H2O2). The metal in the catalytic center of such enzymes is directly related to their catalysis mechanisms and tridimensional structures. Evolutionarily, FeSOD and MnSOD may have evolved from a common ancestor, because both proteins have homologous primary sequences and superposable crystallographic structures. However, at the catalytic level, both proteins diverged sufficiently to prevent interchange of their metallic centers, which would generate non-functional enzymes, indicating that these proteins have high metal specificity. The objective of this research project is to identify structural determinants of Fe/MnSODs necessary to metal specificity. We intend to use statistical coupling analysis (SCA) to select amino acid residues for site-directed mutagenesis in TrMnSOD e TbFeSODB2. Mutant genes will be constructed and their proteins expressed, purified and crystallized. The tridimensional structure of such mutants will be solved by X-ray crystallography and their enzymatic activities determined, as well as their electron paramagnetic resonance spectra. We hypothesize that SCA is useful to identify amino acid candidates for site-directed mutagenesis to design new SODs with intermediated Fe/Mn specificity, and even metal specificity interconversion, by studying the evolutionary history of these proteins.

O suprimento de proporções de nitrato (NO3-) e amônio (NH4+) no meio de crescimento pode otimizar o metabolismo e o crescimento do Panicum maximum. A toxidez de cobre (Cu) causa estresse oxidativo nas plantas, afetando o metabolismo, a fotossíntese e a produção de massa. Não há pesquisas associando proporções de NO3-/NH4+ no alívio do estresse por Cu em plantas. O objetivo foi avaliar o efeito da toxidez de Cu no metabolismo, nutrição mineral, fotossíntese e produção do capim tanzânia, assim como o papel de proporções de NO3-/NH4+ no alívio dessa toxidez. O delineamento experimental foi de blocos ao acaso em arranjo fatorial 3×4 com seis repetições, sendo três destinadas à avaliação dos atributos metabólicos e fisiológicos e outras três aos atributos nutricionais e produtivos. Os fatores empregados foram: proporções de NO3-/NH4+ (100/0; 70/30 e 50/50) combinadas com doses de Cu (0,3; 250; 500 e 1000 &mu;mol L-1) em solução nutritiva. Foram avaliados dois períodos de crescimento das plantas, sendo o primeiro com exposição ao Cu e o segundo sem exposição ao Cu. No primeiro corte as plantas supridas com 70/30 de NO3-/NH4+ e Cu de 1000 &mu;mol L-1 apresentaram maior concentração de Cu nas folhas recém-expandidas (LR) e maior acúmulo de Cu na biomassa, maior concentração de NH4+ nas LR, maior acúmulo de NH4+ na parte aérea, maior atividade da glutamina sintetase nas LR, maior concentração de prolina nas LR, maior atividade da enzima superóxido dismutase (SOD) nas partes do capim e menor produção de biomassa. No capim suprido com 100/0 de NO3-/NH4+ e Cu de 1000 &mu;mol L-1 foram obtidos menor concentração de Cu nas LR e menor acúmulo de Cu na parte aérea, mas a concentração e o acúmulo desse metal nas raízes foram incrementados mesmo nas mais baixas doses de Cu. As plantas crescidas com N na forma de NO3- ainda apresentaram maior concentração de NO3- nas LR, maior acúmulo de NO3- nas raízes, maior acúmulo de N total, maior atividade da nitrato redutase nas LR, maior condutância estomática e maior produção de biomassa. No capim recebendo 100/0 de NO3-/NH4+ também ocorreu menor atividade da SOD e menor concentração de prolina nas partes da planta. A concentração de malondialdeído foi menor na mais elevada dose de Cu, assim como a taxa de transpiração, a eficiência do fotossistema II, a taxa de transporte de elétrons e a taxa de assimilação de CO2. A atividade da catalase, guaiacol peroxidase, ascorbato peroxidase e glutationa redutase foram ativadas principalmente nas raízes, sendo maiores na mais elevada dose de Cu. A toxidez de Cu afeta negativamente o metabolismo, a nutrição mineral, a fisiologia e a produção do capim tanzânia, mas as proporções de NO3-/NH4+ alteram essa toxidez. O emprego de N na forma de NO3- é estratégia de maior potencial de uso em plantas com elevado estresse por Cu. Entretanto, a combinação de NO3- ao NH4+ no meio de crescimento em situação de moderado estresse por Cu é estratégica para maior fitoextração desse metal. / The supply of nitrate (NO3-) and ammonium (NH4+) proportions in the growth medium can optimize the metabolism and growth of Panicum maximum. Copper (Cu) toxicity causes oxidative stress in plants, affecting metabolism, photosynthesis and biomass production. There are no researchs associating proportions of NO3-/NH4+ for alleviating Cu stress toxicity. The objective was to evaluate the effect of Cu toxicity on metabolism, mineral nutrition, photosynthesis and dry matter production, as well as the role of NO3-/NH4+ proportions in alleviating such toxicity. The experimental was carried out in randomized complete block design in a 3×4 factorial with six replications. Three replications were used to evaluated metabolic and physiological attributes and other three to determine nutrition and productive attributes. The factors were three proportions of NO3-/NH4+ (100/0, 70/30 and 50/50) combined with four rates of Cu (0.3, 250, 500 and 1000 &mu;mol L-1) in nutrient solution. Two plant growth periods evaluated, being the first with plants exposure to Cu and the second without the exposure to Cu. In the first cut, plants supplied with 70/30 of NO3-/NH4+ proportions and Cu rates of 1000 &mu;mol L-1 showed high Cu concentration in recently fully expanded leaf laminae (LR), high Cu accumulation in the biomass, high NH4+ concentration in LR, high NH4+ accumulation in shoots, high glutamine synthetase activity in LR, higher proline concentration in LR, high superoxide dismutase (SOD) activity in parts of grass and low shoot dry matter production. In the grass supplied with 100/0 of NO3-/NH4+ and Cu of 1000 &mu;mol L-1 it was found a low Cu concentration in LR and low Cu accumulation in shoots, but the concentration and accumulation of this metal in roots were increased even in lower Cu rate. Plants supply with 100/0 of NO3-/NH4+ also showed high NO3- concentration in LR, high NO3- accumulation in roots, high N accumulation in shoots, high nitrate reductase activity in LR, high stomatal conductance and high biomass production. In the grass supplied with 100/0 of NO3-/NH4+, there was low SOD activity and low proline concentration in shoots. The concentration of malondialdehyde was low at the high Cu rate, as well as the transpiration rate, photosystem II efficiency, electron transport rate and CO2 assimilation rate. Catalase, guaiacol peroxidase, ascorbate peroxidase and glutathione reductase activities were activated mainly in roots, being high in high Cu rate. Cu toxicity negatively affects metabolism, mineral nutrition, physiology and dry matter productions of tanzania guineagrass, but NO3-/NH4+ proportions change this toxicity. The only use of NO3- in the N supply is a strategy of great potential to be use in plants with of high Cu stress. However, combinations of NO3- with NH4+ in the growth medium when plants suffer moderate Cu stress is strategic for great metal phytoextraction.