Résumé
Abstract In order to better understand the ossification processes in anurans our study was carried out on tadpoles and adults of Lithobates catesbeianus. In this sense, we characterized the kinetic properties of alkaline phosphatase with p-nitrophenylphosphatase (pNPP) and pyrophosphate (PPi) and evaluated the activities of tartrate-resistant acid phosphatase and acid phosphatase. The enzyme extracts were obtained from tadpoles and adult femurs, which were divided into epiphysis and diaphysis. After homogenization, the samples were submitted to differential centrifugation to obtain cell membranes and, further, to phospholipase C (PIPLC) treatment, to remove membrane-bound proteins anchored by phosphatidylinositol. The average of specific activity for pNPP hydrolysis (at pH 10.5) by alkaline phosphatase released by phosphatidylinositol-specific phospholipase C (PIPLC) from Bacillus cereus among different bone regions at different animal ages was 1,142.57 U.mg-1, while for PPi hydrolysis (at pH 8.0), it was 1,433.82 U.mg-1. Among the compounds tested for enzymatic activity, the one that influenced the most was EDTA, with approximately 67% of inhibition for pNPPase activity and 77% for PPase activity. In the case of kinetic parameters, the enzyme showed a "Michaelian" behavior for pNPP and PPi hydrolysis. The Km value was around 0.6mM for pNPPase activity and ranged from 0.01 to 0.11mM for PPase activity, indicating that the enzyme has a higher affinity for this substrate. The study of pNPP and PPi hydrolysis by the enzyme revealed that the optimum pH of actuation for pNPP was 10.5, while for PPi, which is considered the true substrate of alkaline phosphatase, was 8.0, close to the physiological value. The results show that regardless of the ossification type that occurs, the same enzyme or isoenzymes act on the different bone regions and different life stages of anurans. The similarity of the results of studies with other vertebrates shows that anurans can be considered excellent animal models for the study of biological calcification.
Resumo Para melhor compreender o processo de ossificação em anuros, nosso estudo foi conduzido em girinos e adultos de Lithobates catesbeianus. Nesse sentido, as propriedades cinéticas da fosfatase alcalina com p-nitrofenilfosfato (pNPP) e pirofosfato (PPi) foram caracterizadas, e as atividades enzimáticas das fosfatases ácida e ácida tartarato resistente foram avaliadas. Os extratos enzimáticos foram obtidos de fêmur de girinos e adultos, divididos em epífise e diáfise. Após a homogeneização as amostras foram submetidas à centrifugação diferencial para obter membrana celular e, em seguida, ao tratamento com fosfolipase C (PIPLC), para remover as proteínas de membrana ancoradas por fosfatidilinositol. A média da atividade específica da fosfatase alcalina, liberada pela PIPLC de Bacillus cereus, para a hidrólise de pNPP (pH 10,5) nas diferentes regiões do fêmur e idades dos animais foi de 1.142,57 U.mg-1, enquanto para a hidrólise do PPi (pH 8,0) foi de 1.433,82 U.mg-1. Entre os compostos testados para a atividade enzimática, o de maior influência foi o EDTA, inibindo aproximadamente 67% e 77% das atividades de pNPPase e PPase, respectivamente. Quanto aos parâmetros cinéticos, a enzima apresentou comportamento Michaeliano para a hidrólise dos dois substratos. O valor de Km foi de 0,6 mM para a atividade de pNPPase e variou de 0,01 a 0,11 para a atividade de PPase, indicando uma maior afinidade por esse substrato. O estudo da hidrólise de pNPP e PPi revelou que o pH ótimo aparente de atuação foi de 10,5 para o pNPP e 8,0 para o PPi, próximo ao fisiológico, sendo que esse é considerado o substrato natural da fosfatase alcalina. Os resultados demonstram que, apesar do tipo de ossificação que ocorre, a mesma enzima ou isoenzimas, atuam nos diferentes locais do osso e estágios de vida dos anuros. A similaridade dos estudos com os realizados com outros vertebrados apontam que os anuros podem ser considerados excelentes modelos animais para o estudo da calcificação biológica.
Sujets)
Animaux , Ostéogenèse , Phosphatase alcaline/métabolisme , Rana catesbeiana , Os et tissu osseux/métabolisme , CinétiqueRésumé
Abstract In order to better understand the ossification processes in anurans our study was carried out on tadpoles and adults of Lithobates catesbeianus. In this sense, we characterized the kinetic properties of alkaline phosphatase with p-nitrophenylphosphatase (pNPP) and pyrophosphate (PPi) and evaluated the activities of tartrate-resistant acid phosphatase and acid phosphatase. The enzyme extracts were obtained from tadpoles and adult femurs, which were divided into epiphysis and diaphysis. After homogenization, the samples were submitted to differential centrifugation to obtain cell membranes and, further, to phospholipase C (PIPLC) treatment, to remove membrane-bound proteins anchored by phosphatidylinositol. The average of specific activity for pNPP hydrolysis (at pH 10.5) by alkaline phosphatase released by phosphatidylinositol-specific phospholipase C (PIPLC) from Bacillus cereus among different bone regions at different animal ages was 1,142.57 U.mg-1, while for PPi hydrolysis (at pH 8.0), it was 1,433.82 U.mg-1. Among the compounds tested for enzymatic activity, the one that influenced the most was EDTA, with approximately 67% of inhibition for pNPPase activity and 77% for PPase activity. In the case of kinetic parameters, the enzyme showed a Michaelian behavior for pNPP and PPi hydrolysis. The Km value was around 0.6mM for pNPPase activity and ranged from 0.01 to 0.11mM for PPase activity, indicating that the enzyme has a higher affinity for this substrate. The study of pNPP and PPi hydrolysis by the enzyme revealed that the optimum pH of actuation for pNPP was 10.5, while for PPi, which is considered the true substrate of alkaline phosphatase, was 8.0, close to the physiological value. The results show that regardless of the ossification type that occurs, the same enzyme or isoenzymes act on the different bone regions and different life stages of anurans. The similarity of the results of studies with other vertebrates shows that anurans can be considered excellent animal models for the study of biological calcification.
Resumo Para melhor compreender o processo de ossificação em anuros, nosso estudo foi conduzido em girinos e adultos de Lithobates catesbeianus. Nesse sentido, as propriedades cinéticas da fosfatase alcalina com p-nitrofenilfosfato (pNPP) e pirofosfato (PPi) foram caracterizadas, e as atividades enzimáticas das fosfatases ácida e ácida tartarato resistente foram avaliadas. Os extratos enzimáticos foram obtidos de fêmur de girinos e adultos, divididos em epífise e diáfise. Após a homogeneização as amostras foram submetidas à centrifugação diferencial para obter membrana celular e, em seguida, ao tratamento com fosfolipase C (PIPLC), para remover as proteínas de membrana ancoradas por fosfatidilinositol. A média da atividade específica da fosfatase alcalina, liberada pela PIPLC de Bacillus cereus, para a hidrólise de pNPP (pH 10,5) nas diferentes regiões do fêmur e idades dos animais foi de 1.142,57 U.mg-1, enquanto para a hidrólise do PPi (pH 8,0) foi de 1.433,82 U.mg-1. Entre os compostos testados para a atividade enzimática, o de maior influência foi o EDTA, inibindo aproximadamente 67% e 77% das atividades de pNPPase e PPase, respectivamente. Quanto aos parâmetros cinéticos, a enzima apresentou comportamento Michaeliano para a hidrólise dos dois substratos. O valor de Km foi de 0,6 mM para a atividade de pNPPase e variou de 0,01 a 0,11 para a atividade de PPase, indicando uma maior afinidade por esse substrato. O estudo da hidrólise de pNPP e PPi revelou que o pH ótimo aparente de atuação foi de 10,5 para o pNPP e 8,0 para o PPi, próximo ao fisiológico, sendo que esse é considerado o substrato natural da fosfatase alcalina. Os resultados demonstram que, apesar do tipo de ossificação que ocorre, a mesma enzima ou isoenzimas, atuam nos diferentes locais do osso e estágios de vida dos anuros. A similaridade dos estudos com os realizados com outros vertebrados apontam que os anuros podem ser considerados excelentes modelos animais para o estudo da calcificação biológica.
Résumé
The enzyme glucanase from Moniliophthora perniciosa was produced in liquid medium and purified from the culture supernatant. A multivariate statistical approach (Response Surface Methodology - RSM) was employed to evaluate the effect of variables, including inducer (yeast extract) and fermentation time, on secreted glucanase activities M. perniciosa detected in the culture medium. The crude enzyme present in the supernatant was purified in two steps: precipitation with ammonium sulfate (70 percent) and gel filtration chromatography on Sephacryl S-200. The best inducer and fermentation time for glucanase activities were 5.9 g L-1 and 13 days, respectively. The results revealed three different isoforms (GLUI, GLUII and GLUIII) with purification factors of 4.33, 1.86 and 3.03, respectively. The partially purified enzymatic extract showed an optimum pH of 5.0 and an optimum temperature of 40°C. The enzymatic activity increased in the presence of KCl at all concentrations studied. The glucanase activity was highest in the presence of 0.2 M NaCl. The enzyme showed high thermal stability, losing only 10.20 percent of its specific activity after 40 minutes of incubation at 90°C. A purified enzyme with relatively good thermostability that is stable at low pH might be used in future industrial applications.
A enzima glucanase de Moniliophthora perniciosa foi produzida em meio líquido e purificada a partir do sobrenadante da cultura. A metodologia de superfície de resposta (MSR) foi usada para avaliar os efeitos das variáveis, incluindo indutor (extrato de levedura) e tempo de fermentação, na atividade da glucanase de M. perniciosa detectada no meio de cultura. A enzima presente no sobrenadante foi purificada em duas etapas: precipitação com sulfato de amônio (70 por cento) e cromatografia de filtração em gel em Sephacryl S-200. A produção da enzima glucanase foi maior na concentração de 5,9 g L-1 de extrato de levedura e 13 dias de fermentação. Os resultados mostraram três diferentes isoformas (GLUI, GLUII e GLUIII) com fatores de purificação de 4,33, 1,86 e 3,03, respectivamente. O extrato enzimático parcialmente purificado mostrou um pH ótimo de 5,0 e uma temperatura ótima de 40°C. A atividade enzimática aumentou na presença de KCl em todas as concentrações estudadas. A atividade da glucanase foi maior na presença de NaCl 0,2 M. A enzima apresentou alta estabilidade térmica, perdendo apenas 10,20 por cento de sua atividade específica após 40 minutos de incubação a 90°C. Os resultados de termoestabilidade e a atividade em baixo pH mostraram que a enzima glucanase de M. perniciosa tem características promissoras para futuras aplicações industriais.