Orientador: Elias Basile Tambourgi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-25T17:07:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moro_JoseaneRodrigues_M.pdf: 3167683 bytes, checksum: 1b1a07712fbc086745e5a80fcd30575d (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: A viabilidade da produção e comercialização de substâncias obtidas por meio de processos biotecnológicos depende das técnicas de separação empregadas na purificação dos compostos desejados. Algumas características das misturas envolvidas nesses processos, tais quais baixa concentração inicial, necessidade de produtos de alto grau de pureza, sensibilidade térmica e necessidade de preservar as propriedades dos compostos, fazem com que a etapa de purificação exija um processo econômico e que seja biologicamente compatível com os produtos envolvidos. Neste sentido, a extração líquido-líquido por micelas reversas se apresenta como uma técnica de separação extremamente interessante. Tendo-se em vista o desenvolvimento de extratores mais eficientes, é fundamental o estudo da hidrodinâmica e dos mecanismos de transferência de massa no interior dos extratores. Este trabalho teve como objetivo principal o estudo de uma micro-coluna agitada por campânulas perfuradas pulsadas que foi usada para extração de proteína. O sistema de agitação formado pelas campânulas pulsadas tem como objetivo promover uma melhor mistura dos líquidos no interior da coluna e assim, aumentar a transferência de massa. O sistema de extração foi formado por proteína modelo (tripsina -que se encontra em meio aquoso), e dioctilsulfossuccinato de sódio (AOT) em isooctano, que formam um sistema de micelas reversas. ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The production and commercialization suitability of substances obtained by means of biotechnologica1processes depend on the separation techniques used for the purification of the desired compounds. Some features of the mixtures involved in these processes, such as low initial concentration, high purity level products desired, thermal sensitivity and the need of preserving the compounds' properties, require a purification step that must be economical and biologically compatible with the chemica1sinvolved. As a matter of fact, liquid-liquid extraction by reversed micelles is presented as an out standing separation technique. The hydrodynamics and the mass transfer mechanismin the interior of the extractors are fundamental for the development of more efficient equipment. The main goal of this work was the study of a micro-column stirred by bell-shaped meshes for the extraction of a protein. The stirring system composed by the bell-shaped meshes promotes a better mixture of the fluids in the inner side of the column and, as a result, increase the mass transfer. The extraction system was composed of a model protein (tripsin, which is in aqueous medium), and sodium dioctilsulfosuccinate (AOT) dissolved in iso-octane, that is a reversed micellar system. The first part of this work was conducted in sampling tubes to find the optimum parameters of the chemical solutions involved, such as pH, ionic strength and AOT concentration, for the column operation. ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Esse trabalho teve como objetivo a determinação da estrutura tridimensional do inibidor de tripsina purificado de sementes de Enterolobium contortisiliquum (EcTI) e a modelagem molecular dos complexos EcTItripsina, EcTI-quimotripsina , EcTI-trombina, EcTI-fator Xa, e suas análises. O EcTI possui 19kDa de peso molecular inibe tripsina, quimotripsina, calicreína plasmática humana, plasmina humana e fator Xlla, mas não inibe fator Xa e ativador de plasminogênio. Monocristais apropriados à coleta de dados de difração de raios-X foram obtidos na condição 50 do fatorial da Hampton (PEG8000 - 0,5M, LiSO4 - 0,5M) através da técnica de acupuntura em gel à temperatura constante de 15&#176C após três semanas. O grupo espacial encontrado foi o P21 com uma molécula na unidade assimétrica. Os dados de difração foram coletados num detetor de placas de imagem MAR345 na linha de Cristalografia de Proteínas (PCr) no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) em Campinas até uma resolução de 1,96&#197, completeza de 87% e Rsym=10,3%. A estrutura foi resolvida por Substituição Molecular tendo-se como molde a estrutura do inibidor de tripsina proveniente de Erythrina caffra que apresenta 39% de identidade seqüencial com a seqüência primária do EcTI. Divergências entre a seqüência primária esperada e a observada no mapa de densidade eletrônica levaram à suposição da existência de isoformas para este inibidor. Acatando esta hipótese e supondo que a isoforma cristalizada era diferente da isoforma cuja seqüência foi publicada, mudanças na seqüência guiadas pelo mapa de densidades foram realizadas. Um total de 33 substituições e 1 inserção foram feitos. Diferentemente das tentativas de refinamento com a seqüência original, após as substituições o refinamento convergiu para valores aceitáveis de Rfactor=17% e Rfree=25%. A estrutura apresenta o enovelamento &#946-trefoil com uma pseudo simetria de ordem 3. Os grampos de cabelo presentes na estrutura são espiralados mas isto não é resultado de repetições sistemáticas nos ângulo &#934/&#936 como esperado. Baseado nesta estrutura cristalográfica, um modelo da seqüência original foi construído por modelagem por homologia. A avaliação do modelo em termos de estereoquímica e compatibilidade estrutura-seqüência mostra uma boa qualidade, mesmo existindo a formação de uma ponte salina enterrada no núcleo hidrofóbico da molécula. Estruturas cristalográficas de complexos entre tripsina, quimotripsina, fator Xa e trombina foram usados para gerar modelos de complexos entre as serinoproteases correspondentes e o EcTI. A falta de atividade de EcTI contra fator Xa e trombina pode ser atribuída à incompatibilidade química e estrutural na interface do complexo. / The principal objective of this work was the 3D structural determination of a Trypsin inhibitor from Enterolobium contortisiliquum (EcTI) seeds as well as the modeling of the complexes between EcTI and trypsin, chymotrypsin, thrombin and factor Xa and their subsequent analysis. The inhibitor has a molecular weight of 19.5 kDa and inhibits trypsin, chymotrypsin, human plasma kallikrein, human plasmin and factor Xlla but not factor Xa and tissue type plasminogen activator. A single crystal appropriate for X-ray data collection was grown using condition 50 of Hampton\'s Research fatorial (PEG8000 - 15%, LiSO4 - 0.5mM) by the gel acupuncture technique at 15&#176C. The crystal grew in three weeks in the space group P21 with one molecule in the assymetric unit. Crystallographic data were acquired using an image plate detector MAR345 on the Protein Crystallography beam line at the Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), Campinas, out to 1,96&#197 resolution, with a completeness of 87% and Rsym= 10.3%. The structure was solved by the Molecular Replacement method using the previous determined structure of the trypsin inhibitor from Erythrina caffra which presented 39% sequence identity to EcTI. Discrepancies in the primary structure, as observed in the electron density map led to the supposition of the existence of isoforms for this particular inhibitor. In total 33 substitutions and 1 insertion were made. In contrast with the attempts made with the original sequence, after the amino acids were substituted the refinement converged to acceptable values for Rfactor=17% and Rfree=25%. The 3D fold of EcTI is a &#946-trefoil as expected. The hairpins present in this fold are coiled coils, but not as a result of the systematic alternation of the &#934/&#936 angles as expected. Using the crystallographic structure as a template a homology model for the original sequence was built. The model evaluation in terms of stereochemistry and structure-sequence compatibility showed it to be of generally good quality, despite the presence of a salt bridge buried in the hydrophobic core. Docking experiments using crystallographic structures of trypsin, chymotripsin, factor Xa and thrombin complexed with their respective inhibitors were undertaken. The lack of EcTI activity against factor Xa and thrombin is predicted to be due to chemical and structural incompatibility at the complex interface.

Esse trabalho teve como objetivo a determinação da estrutura tridimensional do inibidor de tripsina purificado de sementes de Enterolobium contortisiliquum (EcTI) e a modelagem molecular dos complexos EcTItripsina, EcTI-quimotripsina , EcTI-trombina, EcTI-fator Xa, e suas análises. O EcTI possui 19kDa de peso molecular inibe tripsina, quimotripsina, calicreína plasmática humana, plasmina humana e fator Xlla, mas não inibe fator Xa e ativador de plasminogênio. Monocristais apropriados à coleta de dados de difração de raios-X foram obtidos na condição 50 do fatorial da Hampton (PEG8000 - 0,5M, LiSO4 - 0,5M) através da técnica de acupuntura em gel à temperatura constante de 15&#176C após três semanas. O grupo espacial encontrado foi o P21 com uma molécula na unidade assimétrica. Os dados de difração foram coletados num detetor de placas de imagem MAR345 na linha de Cristalografia de Proteínas (PCr) no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) em Campinas até uma resolução de 1,96&#197, completeza de 87% e Rsym=10,3%. A estrutura foi resolvida por Substituição Molecular tendo-se como molde a estrutura do inibidor de tripsina proveniente de Erythrina caffra que apresenta 39% de identidade seqüencial com a seqüência primária do EcTI. Divergências entre a seqüência primária esperada e a observada no mapa de densidade eletrônica levaram à suposição da existência de isoformas para este inibidor. Acatando esta hipótese e supondo que a isoforma cristalizada era diferente da isoforma cuja seqüência foi publicada, mudanças na seqüência guiadas pelo mapa de densidades foram realizadas. Um total de 33 substituições e 1 inserção foram feitos. Diferentemente das tentativas de refinamento com a seqüência original, após as substituições o refinamento convergiu para valores aceitáveis de Rfactor=17% e Rfree=25%. A estrutura apresenta o enovelamento &#946-trefoil com uma pseudo simetria de ordem 3. Os grampos de cabelo presentes na estrutura são espiralados mas isto não é resultado de repetições sistemáticas nos ângulo &#934/&#936 como esperado. Baseado nesta estrutura cristalográfica, um modelo da seqüência original foi construído por modelagem por homologia. A avaliação do modelo em termos de estereoquímica e compatibilidade estrutura-seqüência mostra uma boa qualidade, mesmo existindo a formação de uma ponte salina enterrada no núcleo hidrofóbico da molécula. Estruturas cristalográficas de complexos entre tripsina, quimotripsina, fator Xa e trombina foram usados para gerar modelos de complexos entre as serinoproteases correspondentes e o EcTI. A falta de atividade de EcTI contra fator Xa e trombina pode ser atribuída à incompatibilidade química e estrutural na interface do complexo. / The principal objective of this work was the 3D structural determination of a Trypsin inhibitor from Enterolobium contortisiliquum (EcTI) seeds as well as the modeling of the complexes between EcTI and trypsin, chymotrypsin, thrombin and factor Xa and their subsequent analysis. The inhibitor has a molecular weight of 19.5 kDa and inhibits trypsin, chymotrypsin, human plasma kallikrein, human plasmin and factor Xlla but not factor Xa and tissue type plasminogen activator. A single crystal appropriate for X-ray data collection was grown using condition 50 of Hampton\'s Research fatorial (PEG8000 - 15%, LiSO4 - 0.5mM) by the gel acupuncture technique at 15&#176C. The crystal grew in three weeks in the space group P21 with one molecule in the assymetric unit. Crystallographic data were acquired using an image plate detector MAR345 on the Protein Crystallography beam line at the Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), Campinas, out to 1,96&#197 resolution, with a completeness of 87% and Rsym= 10.3%. The structure was solved by the Molecular Replacement method using the previous determined structure of the trypsin inhibitor from Erythrina caffra which presented 39% sequence identity to EcTI. Discrepancies in the primary structure, as observed in the electron density map led to the supposition of the existence of isoforms for this particular inhibitor. In total 33 substitutions and 1 insertion were made. In contrast with the attempts made with the original sequence, after the amino acids were substituted the refinement converged to acceptable values for Rfactor=17% and Rfree=25%. The 3D fold of EcTI is a &#946-trefoil as expected. The hairpins present in this fold are coiled coils, but not as a result of the systematic alternation of the &#934/&#936 angles as expected. Using the crystallographic structure as a template a homology model for the original sequence was built. The model evaluation in terms of stereochemistry and structure-sequence compatibility showed it to be of generally good quality, despite the presence of a salt bridge buried in the hydrophobic core. Docking experiments using crystallographic structures of trypsin, chymotripsin, factor Xa and thrombin complexed with their respective inhibitors were undertaken. The lack of EcTI activity against factor Xa and thrombin is predicted to be due to chemical and structural incompatibility at the complex interface.

Tripsinas e quimotripsinas são classes de serina peptidases amplamente estudadas e fortemente responsáveis pela digestão proteica, pela clivagem de ligações peptídicas no lado carboxila de L-aminoácidos de cadeia lateral básica e hidrofóbica, respectivamente. Três processos regulam finamente a ação dessas peptidases: secreção, ativação do precursor (zimogênio) e o sítio de reconhecimento do substrato. No presente trabalho é apresentada uma análise filogenética detalhada das tripsinas e quimotripsinas de três ordens de insetos holometábolos, revelando características divergentes nas enzimas de Lepidóptera em relação a Coleóptera e Díptera. Em particular, o sub-sítio S1 das tripsinas foi observado como mais hidrofílico em Lepidóptera do que em Coleóptera e Díptera, enquanto os sub-sítios S2-S4 parecem mais hidrofóbicos, sugerindo diferente preferências pelo substrato. Além disso, Lepidóptera mostrou um grupo de tripsinas bastante específico a um grupo taxonômico, compreendendo somente proteínas de espécies da família Noctuidae. Evidências de eventos de auto-ativação facilitada foram também observadas em todas as ordens de insetos estudadas, com as características do motivo de ativação do zimogênio complementárias ao sítio ativo das tripsinas. Em contraste, as quimotripsinas de insetos não parecem ter uma história evolutiva peculiar com respeito a, por exemplo, seus homólogos em mamíferos. Em geral, os presentes resultados sugerem que a necessidade de uma rápida taxa de autoativação fez os insetos holometábolos selecionarem grupos especializados de tripsinas com altas taxas de auto-ativação e também destacam que a evolução das tripsinas culminou em um grupo especializado de enzimas em Lepidóptera. / Trypsins and chymotrypsins are well-studied classes of serine peptidases largely responsible for the digestion of proteins by cleavage of the peptide bond at the carboxyl side of basic and hydrophobic L-amino acids, respectively. Three processes mainly regulate the action of these peptidases: secretion, precursor (zymogen) activation and substrate-binding site recognition. In the present work is presented a detailed phylogenetic analysis of trypsins and chymotrypsins in three orders of holometabolous insects revealing divergent characteristics in the Lepidoptera enzymes in relation to Coleoptera and Diptera. In particular, trypsin subsite S1 was observed to be more hydrophilic in Lepidoptera than in Coleoptera and Diptera, whereas subsites S2-S4 appeared more hydrophobic, suggesting different substrate preferences. Furthermore, Lepidoptera displayed a very specific taxonomic trypsin group, only encompassing proteins from the Noctuidae family. Evidences for facilitated trypsin auto-activation events were also observed in all the insect orders at hand, with the characteristic zymogen activation motif complementary to the trypsin active site. In contrast, insect chymotrypsins did not seem to have a peculiar evolutionary history with respect to e.g. their mammal counterparts. Overall, the present findings suggest that the need for fast digestion made holometabolous insects evolve specialized groups of trypsins with high autoactivation rates and highlight that the evolution of trypsins culminated in a specialized group of enzymes in Lepidoptera.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:35:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 428504.pdf: 9435155 bytes, checksum: b968cd0d1d061bafe5d115acc37423bf (MD5) Previous issue date: 2011-01-17 / Este estudo investigou os efeitos de inibidores seletivos para PI3K nas respostas pruriceptivas, inflamat?rias e nociceptivas induzidas por tripsina em camundongos. Os animais foram tratados por via oral com os inibidores seletivos de PI3K AS605240 (1 a 30 mg/kg), AS041164 e AS252424 (ambos 1 mg/kg), 30 min antes dos experimentos. Em grupos separados, o AS605240 foi administrado por via intratecal (i.t.) ou intracerebroventricular (i.c.v.). Os grupos controles receberam solu??o salina nos mesmo esquemas de administra??o. Os efeitos da inibi??o da PI3K foram avaliados em diferentes modelos experimentais. O tratamento oral com AS605240 reduziu marcantemente o comportamento de co?ar causado pela tripsina, enquanto o AS041164 e AS252424 n?o afetaram de forma significativa esse par?metro. Al?m disso, o AS605240 (1 mg/kg) produziu uma inibi??o parcial, mas significativa do comportamento de co?ar evocado pelo CP 48/80. De maneira interessante, a inje??o i.t. e i.c.v. de AS605240 tamb?m reduziu o prurido causado pela tripsina. A administra??o oral de AS605240 foi efetiva em promover uma redu??o significativa e dosedependente do edema de pata, produ??o de TNF , bem como o recrutamento de neutr?filos induzido por tripsina. Do mesmo modo, o AS605240 (1 mg/kg) reduziu significativamente a nocicep??o espont?nea causada pela inje??o de tripsina na pata dos animais. Por outro lado, a mesma dose de AS605240 n?o modificou a nocicep??o induzida por capsaicina. Notavelmente, o AS605240 (1 mg/kg) previniu a imunopositividade para c-Fos e fosfo-Akt na medula espinhal dos camundongos injetados com tripsina tanto no dorso como na pata. Nossos dados sugerem que a inibi??o de PI3K pode representar uma valiosa alternativa para o tratamento de condi??es inflamat?rias e dolorosas, bem como o prurido.

Serina endopeptidases de insetos, principalmente tripsinas e quimotripsinas, estão envolvidas na digestão inicial de proteínas. Genes codificadores para estas enzimas estão organizados em famílias multigênicas tendo expressão diferencial de acordo com a dieta do inseto, estando envolvidos no desenvolvimento de resistência a diferentes metabólitos secundários vegetais. Para uma melhor compreensão desta interação, fez-se necessário o isolamento destas enzimas para insetos de diferentes ordens, bem como a caracterização de suas especificidades por duas abordagens: (a) caracterização cinética dos subsítios componentes do sítio de ligação de tripsinas e quimotripsinas, utilizando diferentes substratos, modificadores químicos e inibidores e (b) estudos estruturais por modelagem molecular, clonagem, expressão e cristalização destas enzimas de insetos. Além disso, estudos evolutivos por análise de distância possibilitaram uma caracterização inicial da interação insetoplanta. Estas determinações permitiram verificar que tripsinas de insetos apresentam diferenças de especificidade tanto dentre as diferentes ordens de insetos quanto em relação às tripsinas de vertebrados, sendo que as tripsinas da ordem Lepidóptera apresentam troca de especificidade primária hidrolisando preferencialmente substratos P1 Lys. Foram também observadas diferenças de hidrofobicidade para os subsítios caracterizados sendo que estes apresentam hidrofobicidades crescentes segundo o grau de complexidade dos insetos na sua escala evolutiva. A troca de especificidade e o aumento da hidrofobicidade podem permitir a hidrólise dos inibidores vegetais protéicos. A análise das sequências de tripsinas de insetos por Neighbor Joining (NJ) compõe uma árvore de distâncias topologicamente semelhante à árvore de relações filogenéticas determinadas por morfologia. A sobreposição de estruturas pré -determinadas de tripsina complexada a diferentes inibidores permite a identificação de posições de interação enzima-inibidor que justificam a classificação em grupos distintos de enzimas sensíveis ou resistentes a presença de inibidores na dieta de insetos. Da mesma forma: a caracterização da especificidade das quimotripsinas de insetos permitiu a separação de grupos distintos de quimotripsinas. Estes grupos são sustentados pela substituição do resíduo 59 em insetos polífagos que alimentam-se de plantas que contêm cetonas naturais reativas. Estas caracterizações demonstram a importância de um estudo detalhado da especificidade de serina endopeptidases possibilitando o desenho de moléculas apropriadas para inibição destas e desenvolvimento de estratégias de controle de insetos. / Insect serine endopeptidases, mairily trypsin and chymotrypsin are involved in initial protein digestion. Genes that encode these proteins are members of complex multigene families and are differentially expressed according to insects diet , thus being involved with resistance to plant metabolites. Purification of trypsins from different insect orders and chymotrypsins, as well as, characterization of their specificity are essential to a better understanding of this interaction. Characterization relied on two approaches: (a) kinetic characterization of the binding subsities of trypsins and chymotrypsins using different substrates, chemical modification and inhibition assays and (b) study of protein structure by molecular modelling and cloning, expression and crystallization of these enzymes. Besides that, evolutionary studies performed through distance analysis, permitted the investigation of plantinsect interaction. These characterizations showed that insect trypsins, in terms of specificity, are quite different from vertebrate trypsins and among insect orders. Lepidopterans trypsins have a distinct primary specificity, since they hydrolyses preferentially P1 Lys substrates, and present a crescent subsite hydrophobicity, which is directly correlated with the evolutionary scale. Both, the specificity exchange and the crescent hydrophobicity can allow the hydrolysis of vegetal proteic inhibitors. The analysis of trypsin sequences in Neighbor-Joining (NJ) algorithm yield a distance tree that is coherent with morphological phylogenetic relationships. The superposition of predicted structures of trypsins-inhibitors complexes permits to observe amino acid residues of interaction between enzyme-inhibitor, which support the distinction of different groups between sensitive and insensitive trypsins to the presence of inhibitors on insect diet. Similarly, characterization of insect chymotrypsins according to their specificity allowed us to classify these enzymes into different groups. These groups are supported by residue 59 replacements in polyphagous insects, which feed on plants bearing natural reactive ketones. These studies show the irnportance of a detailed study of serine endopeptidases, which may help in the development of better insect control strategies.

Submitted by (edna.saturno@ufrpe.br) on 2017-02-14T14:46:32Z No. of bitstreams: 1 Janilson Felix da Silva.pdf: 986185 bytes, checksum: 050d633ae1f790751916afcd3c6fb9bb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-14T14:46:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Janilson Felix da Silva.pdf: 986185 bytes, checksum: 050d633ae1f790751916afcd3c6fb9bb (MD5) Previous issue date: 2009-08-03 / The silver mojarra (Diapterus rhombeus) is specie of relevant representation among the fishing community in northeastern Brazil. Also in this region, the fishing is the most representative records despite growing carapeba in extensive systems. Among the parts of the fish are not consumed are the viscera which represent 5% of the total weight of the animals. Thus, to be discarded without treatment, these wastes pose serious environmental problem. However, because they are rich in digestive enzymes, viable for use in certain biotechnological processes these viscera represent an important alternative source of industrial enzymes. Based on this information, the purpose of this study was to purify and characterize an alkaline protease from the viscera of D. rhombeus. Therefore, viscera silver mojarra were used to obtain a crude extract and thereafter used for enzyme purification. The purification process was carried out in three steps: heat treatment (45°C for 30 minutes), precipitation with ammonium sulfate and molecular exclusion chromatography (Sephadex G-75). At the end of the purification process, achieved an increase of 86.80-fold in the specific activity and a yield of 22.34%. An aliquot of purified extract was applied to gel electrophoresis (SDS-PAGE) and its molecular weight was estimated at 24.5 kDa. The optimum pH and optimum temperature for enzyme activity were 8.5 and 55°C, respectively. The enzyme was shown to be sensitive to temperatures above 45°C, after incubation for 30 min, losing 100% of its activity. The values of Km and Kcat of the protease were 0.266 mM and 0.116 mM-1 s-1, respectively, using benzoyl-DL-arginine-p-nitroanilide (BAPNA) as substrate. Its activity was increased in the presence of ions K+, Li+, Ca2+, Mn2+ and Ba2+ ions and inhibited by Fe2+, Cd2+, Cu2+, Al3+, Hg2+, Zn2+ and Pb2+. Tests with protease inhibitors showed that the enzyme was strongly inhibited by TLCK and benzamidine, classic inhibitors of trypsin. The sequence of the first 15 amino acid N-terminal protease was IVGGYECTMHSEAHE and showed high homology with trypsins of various species of fish. The data show that the purified enzyme is one trypsin-like with characteristics compatible to be used in the biotechnology industry. / A Carapeba prateada (Diapterus rhombeus) é uma espécie de relevante representatividade dentre a comunidade pesqueira da região nordeste do Brasil. Ainda nessa região, a pesca artesanal é a mais representativa apesar de registros de cultivo da carapeba em sistemas extensivos. Dentre as partes do peixe não consumidas encontramse as vísceras que correspondem a 5% do peso total dos animais. Desta forma, ao serem descartadas, sem tratamento, esses resíduos representam grave problema ambiental. Entretanto, por serem ricas em enzimas digestivas, viáveis para utilização em determinados processos biotecnológicos essas vísceras representam uma importante fonte alternativa de enzimas industriais. Visando essas informações, o objetivo do presente trabalho foi purificar e caracterizar uma protease alcalina das vísceras de D. rhombeus. Para tanto, vísceras de carapeba prateada foram utilizadas para obtenção de um extrato bruto posteriormente utilizado para purificação enzimática. O processo de purificação foi realizado em três etapas: tratamento térmico (45oC por 30min), precipitação com sulfato de amônio e cromatografia de exclusão molecular (Sephadex G-75). Ao final do processo de purificação obteve-se um incremento de 86,80 vezes na atividade específica e um rendimento de 22,34%. Uma alíquota do extrato purificado foi aplicada em gel de poliacrilamida (SDS-PAGE) e o seu peso foi estimado em 24,5 kDa. O pH ótimo e a temperatura ótima para a atividade enzimática foram 8,5 e 55 °C, respectivamente. A enzima demonstrou ser sensível a temperaturas superiores a 45 ºC, após incubação por 30 min, perdendo 100% de sua atividade. Os valores de Km e do Kcat da protease foram 0,266 mM e 0,116 s-1 μM -1, respectivamente, usando benzoil-DLarginina- p-nitroanilida (BAPNA) como substrato. Sua atividade foi aumentada na presença dos íons K+, Li+, Ca2+, Mn2+ e Ba2+ e inibidas pelos íons Fe2+, Cd2+, Cu2+, Al3+, Hg2+, Zn2+ e Pb2+. Testes com inibidores de proteases mostraram que a enzima foi fortemente inibida por TLCK e benzamidina, inibidores clássicos de tripsina. A sequência dos 15 primeiros aminoácidos do N-terminal da protease foi IVGGYECTMHSEAHE e mostrou alta homologia com tripsinas de diversas espécies de peixes. Os dados obtidos demonstram que enzima purificada é uma tripsina com características compatíveis para ser empregada na indústria biotecnológica.

Orientador: Arlindo Leal Boiça Júnior / Coorientador: Michael Joseph Stout / Banca: José Djair Vendramim / Banca: Valter Arthur / Banca: Francisco Jorge Cividanes / Banca: Ricardo Antonio Polanczyk / Resumo: A lagarta-da-soja Anticarsia gemmatalis Hübner e a lagarta-militar Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) são duas das principais pragas desfolhadoras da cultura da soja. Entre os métodos disponíveis para seu controle destaca-se o uso de genótipos que apresentam moderada e alta resistência a insetos. No entanto, diversos fatores, inerentes à planta ou ao inseto, podem influenciar a expressão da resistência nas plantas. Desse modo, esse trabalho teve o objetivo de avaliar possíveis fatores que possam influenciar a expressão da resistência em soja, testando-se as hipóteses de que flavonoides, nutrientes, enzimas oxidativas, compostos fenólicos, proteínas e inibidores de proteinase possam ser alguns dos mecanismos responsáveis pela resistência à lagarta-da-soja e lagarta-militar. Três experimentos foram realizados a fim de elucidar essas questões. O primeiro experimento avaliou a influência dos seguintes fatores na expressão de antixenose nos genótipos resistente IAC 100 e suscetível BRSGO 8360 a ambas as espécies de insetos em testes de preferência alimentar com e sem chance de escolha: uma lagarta versus duas lagartas por disco foliar; uso de lagartas sem interrução de alimentação versus com suspensão de alimentação por três horas antes do ensaio; disco foliar versus folíolo inteiro; parte superior versus parte inferior da planta; e estádio vegetativo versus estádio reprodutivo. O segundo experimento avaliou a influência da parte superior versus inferior da planta e de plantas em estádio vegetativo versus plantas em estádio reprodutivo na expressão de antibiose a A. gemmatalis e S. frugiperda nos genótipos resistente PI 227687 e suscetível IGRA RA 626 RR. Além disso, foram avaliadas as concentrações de nutrientes e flavonoides como possíveis mecanismos responsáveis pela resistência em soja. Os macronutrientes quantificados nas folhas dos genótipos de soja provenientes dos respectivos tratamentos ... / Abstract: The velvetbean caterpillar Anticarsia gemmatalis Hübner and the fall armyworm Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) are two of the major defoliating pests of soybeans. Among the methods available for their control, the use of genotypes possessing moderate and high resistance stands out. However, numerous factors, inherent to the plant or to the insect, may influence the expression of resistance in plants. Thus, this work aimed to evaluate potential factors influencing the expression of resistance in soybeans, and we tested the hypotheses that flavonoids, nutrients, oxidative enzymes, phenolics, proteins, and proteinase inhibitors may be some of the mechanisms responsible for resistance to the velvetbean caterpillar and fall armyworm. Three experiments were performed in order to elucidate these issues. The first experiment evaluated the influence of the following factors on the expression of antixenosis in the resistant genotype IAC 100 and susceptible genotype BRSGO 8360 to both insects in free-choice and no-choice feeding assays: one larva versus two larvae per leaf disc; use of non-starved larvae versus larvae starved for three hours prior to the assay; leaf disc versus entire leaflet; upper part versus lower part of plants; vegetative growth stage versus reproductive stage. The second experiment assessed the influence of the upper part versus lower part of the plant, and plants at vegetative growth stage versus reproductive stage on the expression of antibiosis to A. gemmatalis and S. frugiperda in the resistant genotype PI 227687 and susceptible genotype IGRA RA 626 RR. In addition, the concentration of nutrients and flavonoids were evaluated as potentital mechanisms responsible for resistance in soybeans. The macronutrientes quantified in the leaves of the soybean genotypes from the respective treatments were N, P, K, Ca, Mg, and S; the quantified micronutrients were B, Cu, Fe, Mn, and Zn; among the flavonoids, we quantified ... / Doutor

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / Cinco inibidores de tripsina da famÃlia Kunitz (JB1, JB2, JB3-1, JB3-2 e JB4) foram purificados de sementes de Pithecellobium dumosum, uma Ãrvore da subfamÃlia Mimosoideae, por precipitaÃÃo com Ãcido tricloroÃcetico (TCA), cromatografia de afinidade sobre tripsina imobilizada em Sepharose e coluna de fase reversa em sistema de CLAE. Os cinco inibidores possuem massa molecular entre 18 e 20 kDa formados por uma cadeia polipeptÃdica como determinado por SDS-PAGE na presenÃa ou ausÃncia de -mercaptoetanol. JB1, JB3-1 e JB3-2 tÃm massas moleculares de 19,70, 19,69 e 19,69 kDa, respectivamente, por MALDI-TOF. JB2 e JB4 tÃm massa molecular de 18,08 e 20,85 kDa, respectivamente. A seqÃÃncia N-terminal de JB1, JB3-1 e JB3-2 mostrou identidade com outros inibidores da famÃlia Kunitz. Os cinco inibidores foram estÃveis Ãs variaÃÃes de temperatura e pH. A inibiÃÃo da tripsina por JB1, JB2 e JB4 foi do tipo competitivo. JB1, JB2, JB3-1 e JB3-2 tiveram Kis de 3,56 x 10-8 M, 1,65 x 10-8 M, 4,20 x10-8 M, 2,88 x 10-8 M, respectivamente para a tripsina bovina. Em comparaÃÃo com os outros inibidores JB4, com Ki de 5,70 x 10-10 M, apresentou maior afinidade para tripsina. Entre os inibidores purificados apenas JB4 inibiu moderadamente a atividade da quimotripsina. A atividade da elastase e bromelaÃna nÃo foi inibida efetivamente por esses inibidores. A inibiÃÃo de JB1, JB2, JB3-1 e JB3-2 sobre a papaÃna variaram entre 32,93 a 48,82% e foi indicativo de sua bifuncionalidade, com exceÃÃo de JB4 que inibiu fracamente essa atividade (9,93% de inibiÃÃo). A inibiÃÃo da papaÃna por JB1 e JB2 foi do tipo nÃo competitiva e os valores de Ki foram de 7,6 x 10-7 e 5,1 x 10-7 M, respectivamente. Ensaios in vitro sobre as proteinases digestÃrias de Lepidoptera, Diptera e Coleoptera foram feitos. Esses inibidores foram efetivos para enzimas digestÃrias semelhantes à tripsina desses insetos em diferentes graus. As enzimas digestivas de Zabrotes subfasciatus e Ceratitis capitata foram inibidas por JB1 em 68,87 e 65,53%, respectivamente, e as enzimas de Callosobruchus maculatus, Alabama argillaceae e Plodia interpunctella foram inibidas entre 29,18 e 44,35%. Enzimas digestÃrias de Z. subfasciatus, C. maculatus e C. capitata foram inibidas por JB2 entre 70,04 e 74,54% e as enzimas de larvas de A argillaceae e P. interpunctella foram suprimidas em 13,58 e 48,67%, respectivamente. A atividade semelhante à tripsina de larvas de Z. subfasciatus foi suprimida em 67,33 e 56,93% por JB3-1 e JB3-2, respectivamente, e a atividade de C. maculatus, A argillaceae, P. interpunctella e C. capitata foram suprimidas por esses inibidores entre 5,17 e 49,00%. JB4 inibiu entre 54,53 a 66,15 % as enzimas digestivas de C. maculatus, Z. subfasciatus e A argillaceae e inibiu as enzimas digestivas de larvas de P. intepunctella e C. capitata em 8,97 e 37,47%, respectivamente. A inibiÃÃo de proteinases semelhantes à tripsina e à papaÃna presentes no intestino de vÃrios insetos sugere que esses inibidores possam afetar o crescimento e sobrevivÃncia desses insetos pragas quando incorporados em sementes artificiais e esta bifuncionalidade à indicativo de que estes inibidores possam ser fortes candidatos para os programas de melhoramento de plantas via transgenia. / Five Kunitz-type trypsin inhibitors (JB1, JB2, JB3-1, JB3-2 and JB4) were purified from Pithecellobium dumosum seeds, a tree of the sub-family Mimosoideae, by TCA precipitation, affinity chromatography on immobilized trypsin-Sepharose and reverse phase HPLC using Vydac C-18 column. The five inhibitors had Mr between 18 and 20 kDa with a single polypeptide chain as determined by SDS-PAGE with and without reduction. JB1, JB3-1 and JB3-2 had Mr of 19.70, 19.69 and 19.69 kDa, respectively, by MALDI-TOF. JB2 and JB4 had Mr of 18.08 and 20.85, respectively, by SDS-PAGE. The N-terminal sequences of JB1, JB3-1 and JB3-2 showed identity with others Kunitz-type inhibitors. The five inhibitors were stable over a wide range of temperature and pH. The inhibition of trypsin by JB1, JB2 and JB4 was competitive. JB1, JB2, JB3-1 and JB3-2 showed Ki values of 3.56 x 10-8 M, 1.65 x 10-8 M, 4.20 x 10-8 M, 2.88 x 10-8 M, respectively, against bovine trypsin. In comparison with others inhibitors JB4, with Ki of 5.70 x 10-10 M, showed a high affinity toward trypsin. Among the inhibitors purified only JB4 inhibited chymotrypsin activity. The activities of elastase and bromelain were not inhibited for these inhibitors. The inhibition of JB1, JB2, JB3-1 and JB3-2 on papain varied between 32.93 to 48.82% of inhibition and was indicative of its bifunctionality with exception of JB4 that inhibited this activity in 9.9%. The papain inhibition by JB1 and JB2 were noncompetitive type and the Kivalues were 7.6 x 10-7 and 5.1 x 10-7 M, respectively. In vitro assays against digestive proteinases from Lepidoptera, Diptera and Coleoptera pests were carried out. These inhibitors were effective towards trypsin-like digestive enzymes of the insect in different degrees. The digestive enzymes from Zabrotes subfasciatus and Ceratitis capitata were inhibited by JB1 in 68.87 and 65.53% respectively, and Callosobruchus maculatus, Alabama argillaceae and Plodia intepunctella enzymes were inhibited in the range of 29.18 to 44.35%. Digestive enzymes from Z. subfasciatus, C. maculatus and C. capitata were inhibited by JB2 in the range of 70.04 to 74.54%, and the enzymes of A. argillaceae and P. intepunctella were suppressed in 13.58 and 48.67%, respectively. Trypsin-like activities of larval from Z. subfasciatus were suppressed in 67.33 and 56.93% by JB3-1 and JB3-2, respectively, and the activities of C. maculatus, A. argillaceae, P. intepunctella and C. capitata were inhibited by these inhibitors in the range of 5.17-49.00%. JB4 inhibited around 54.53 to 66.15% the digestive enzymes of C. maculatus, Z. subfasciatus and A. argillaceae and the digestive enzymes from P. intepunctella and C. capitata larvae in 8.97% and 37.47%, respectively. The inhibition of trypsin-like and papain-like proteinases of several insects suggested that these inhibitors may affect the growth and survival of these insect pests when incorporated into artificial diet and their bifunctionality are indicative that these inhibitors could be strong candidates to plant management programs cross transgenia.

Tripsinas e quimotripsinas, enzimas pertencentes à classe das serina proteinases, são as principais enzimas proteolíticas digestivas presentes no intestino médio de insetos de diversas ordens. Entretanto, enzimas de diferentes insetos possuem propriedades cinéticas distintas, sendo os motivos dessas diferenças especulados. Precipitações por sulfato de amônio das tripsinas de Tenebrio molitor, Diatraea saccharalis e Spodoptera frugiperda mostram que insetos Lepidópteros possuem serina proteinases mais hidrofóbicas, que foi confirmado através de cromatografias de interação hidrofóbica e da análise de acesso do solvente às superfícies protéicas em modelagens tridimensionais de seqüências. Tal fato está relacionado à formação de oligômeros e resistência a defesas de plantas. Inativações por TPCK mostram que quimotripsinas digestivas de S. frugiperda, inseto polífago, reagem duas ordens de grandeza mais lentamente e possui um deslocamento do pH ótimo de modificação em mais de uma unidade quando comparada com dos outros dois organismos, fato relacionado à resistência a cetonas presentes em diversas plantas. A tripsina digestiva de Periplaneta americana foi purificada e microsseqüenciada, resultando na seqüência VSPAFSYGTG e associada a um alérgeno (denominado PaTry), expresso nos cecos e na região anterior do ventrículo. O anticorpo anti-tripsina de M. domestica reconheceu apenas uma banda no intestino de P. americana e foi utilizado para imunocitolocalizar tripsinas nos tecidos epiteliais, demonstrando que esta é secretada por exocitose nos cecos e na região anterior do ventrículo, como esperado. Por último, a atividade majoritária de quimotripsina se localiza surpreendentemente na região posterior do ventrículo de M. domestica. Apesar disso, apenas 28% dessa atividade é perdida através das fezes, pois 31% da atividade enzimática se encontra firmemente aderida à membrana, e 41% na fração celular solúvel (associada ao glicocálice), sendo a atividade solúvel luminal correspondente a apenas 12%, indicando a existência de pelo menos duas espécies moleculares distintas, uma solúvel e uma aderida à membrana, comprovado inativações térmicas das duas atividades (solúvel e aderida à membrana) na presença e na ausência de Triton X-100, sendo que a atividade aderida à membrana apresentou uma maior meia vida com uma cinética de primeira ordem nos dois casos. Ensaio em gel demonstrou que o homogeneizado possui apenas uma banda de atividade quimotríptica de 30 kDa. A atividade solúvel majoritária foi purificada até a homogeneidade, apresentando uma banda de 30 kDa em SDS-PAGE, pH ótimo de 7,4 e é 90% inativada por TPCK 0,1 mM em pH 8,5 em 15 min. Ela prefere substratos contendo Phe em P1, apesar clivar substratos contendo Tyr e Leu. Uma seqüência contígua similar a quimotripsina foi obtida a partir de uma biblioteca de cDNA de intestino médio de M. domestica, formada por 71 ESTs (de 826 seqüências obtidas ao acaso), indicando que esta deve corresponder à atividade majoritária. Essa seqüência, denominada MdChy1, prediz uma proteína madura de 28.639,2 Da e foi clonada e expressa de maneira recombinante em E. coli BL21 (DE-3) Star, sendo utilizada para produção de anticorpos policlonais em coelhos, que reconheceram uma banda de 30 kDa no ventrículo anterior e posterior, mas não no médio. Esses anticorpos foram utilizados para imunomarcações e reconheceram proteínas no lúmem, nas microvilosidades e em pequenas vesículas do epitélio, demonstrando que a quimotripsina é secretada ao lúmem por exocitose e indicando que o MdChy1 corresponde à atividade majoritária de quimotripsina. Análises de expressão em M. domestica indicam a existência de dois conjuntos de serina proteinases digestivas, um expresso na região anterior e um segundo na região posterior do ventrículo. O MdChy1 é expresso na região posterior, local em que se encontra a atividade majoritária de quimotripsina. Uma reconstrução filogenética dos genes similares a quimotripsinas de Drosophila melanogaster e de M. domestica demonstram que a MdChy1 se agrupa com genes expressos no intestino médio, portanto, com função digestiva. / Trypsins and chymotrypsins, serine proteinases enzymes, are the major proteolytic activities present in the midgut of insects. However, enzymes obtained from different insects present different kinetic properties, and the reason for the differences are speculated. Trypsin precipitation of Tenebrio molitor, Diatraea saccharalis and Spodoptera frugiperda with ammonium sulfate showed that Lepidopteran insects possess serine proteinases with a higher superficial hydrophobicity than insects belonging to other orders, which may be associated to oligomerization of enzymes and resistance to inhibitors present in the food. This was confirmed by hydrophobic interaction chromatography and analysis of solvent access to serine proteinases surface. Moreover, inactivations of chymotrypsins by TPCK showed that S. frugiperda chymotrypsins react one order slower and has an optimum pH of modification more than 1 unit higher than chymotrypsins of D. saccharalis and T. molitor, which was related with the resistance of the enzyme to the presence of plant ketones, since S. frugiperda is a polyphagous organism. The digestive trypsin from Periplaneta americana midgut was purified microssequenced, resulting in the sequence VSPAFSYGTG, coincident to the MPA3 allergen (named PaTry), which is expressed in the caeca and anterior ventriculus. Western blot using M. domestica trypsin antisera recognized a single band, and immunohistochemical assays using this antisera showed that the P. americana trypsin is secreted by exocitosys in caeca and anterior ventriculus, which is coincident to the expression data. Although the major M. domestica chymotrypsin activity is present in the posterior ventriculus, only 28% of the activity is lost in feces, because 31% of activity is membrane-bound, and 41% is in the cellular soluble fraction (glycocalix-associated), and only 12% of total activity is soluble in the lumen, indicating the existence of at least two molecular species of chymotrypsins. Thermal inactivations of both activities (soluble and membrane-bound) showed that they may represent two different molecular enzymes, since the membrane-bound activity has a higher half-life than the soluble both in the presence and in the absence of Triton X-100. Both activities presented a linear first-order inactivation kinetic. In gel assays showed the presence of only one activity band in the midgut of 30 kDa. The major soluble activity was purified through one affinitychromatography, and active fractions presented a single 30 kDa band, a optimum pH of 7.4 and was 90% modified by TPCK 0.1 mM at pH 8.5 during 15 min. This enzyme preferentially cleaves substrates containing Phe residues in P1, although it cleaves substrates containing Tyr and Leu. A contig of a chymotrypsin-like sequence was randomly obtained from a cDNA library of M. domestica midguts from 71 ESTs (a total of 826 sequences), indicating that this sequence corresponds to the major activity present in the lumen. This sequence, named MdChy1, predicted a protein with 28639.2 Da which was cloned, recombinantly expressed in E. coli BL21 (DE-3) Star, this recombinant MdChy1 was used to raise polyclonal antibodies in rabbit. A western blot using this antisera recognised a single band in the anterior and posterior ventriculus, but not in the middle. Imunno-gold labeling of epithelium marked proteins in the lumen, at the microvilli and inside small vesicles, demonstrating that chymotrypsin is secreted through exocytosis in M. domestica and reinforcing that MdChy1 corresponds to the major chymotryptic activity found in the midgut. A semi-quantitative RT-PCR of M. domestica serine proteinase-like genes demonstrated that there are two set of genes, one expressed in the anterior and another in the posterior ventriculus, as visualized in western blot. MdChy1 is expressed in the posterior ventriculus, where the major chymotryptic activity is found. A phylogenetic reconstruction of Drosophila melanogaster chymotrypsin-like sequences and M. domestica chymotrypsins showed that MdChy1 branched with sequences expressed in midgut, thus coding proteins involved in digestion.