Crystal structure of ß1→6-galactosidase from Bifidobacterium bifidum S17: trimeric architecture, molecular determinants of the enzymatic activity and its inhibition by α-galactose.

In a search for better comprehension of ß-galactosidase function and specificity, we solved the crystal structures of the GH42 ß-galactosidase BbgII from Bifidobacterium bifidum S17, a well-adapted probiotic microorganism from the human digestive tract, and its complex with d-α-galactose. BbgII is a three-domain molecule that forms barrel-shaped trimers in solution. BbgII interactions with d-α-galactose, a competitive inhibitor, showed a number of residues that are involved in the coordination of ligands. A combination of site-directed mutagenesis of these amino acid residues with enzymatic activity measurements confirmed that Glu161 and Glu320 are fundamental for catalysis and their substitution by alanines led to catalytically inactive mutants. Mutation Asn160Ala resulted in a two orders of magnitude decrease of the enzyme kcat without significant modification in its Km , whereas mutations Tyr289Phe and His371Phe simultaneously decreased kcat and increased Km values. Enzymatic activity of Glu368Ala mutant was too low to be detected. Our docking and molecular dynamics simulations showed that the enzyme recognizes and tightly binds substrates with ß1→6 and ß1→3 bonds, while binding of the substrates with ß1→4 linkages is less favorable. DATABASE: Structural data are available in the PDB under the accession numbers 4UZS and 4UCF.

Functional Characterization and Low-Resolution Structure of an Endoglucanase Cel45A from the Filamentous Fungus Neurospora crassa OR74A: Thermostable Enzyme with High Activity Toward Lichenan and ß-Glucan.

Biomass is the most abundant and short-term renewable natural resource on Earth whose recalcitrance toward enzymatic degradation represents significant challenge for a number of biotechnological applications. The not so abundant but critically necessary class of GH45 endoglucanases constitutes an essential component of tailored industrial enzyme cocktails because they randomly and internally cleave cellulose molecules. Moreover, GH45 glucanases are core constituents of major-brand detergent formulations as well as enzymatic aid components in the cotton processing industry, clipping unwanted cellulosic fibers from cotton (cellulosic)-based tissues. Here we report on a recombinant high-yield Neurospora crassa OR74A NcCel45A production system, a single-band GH45 endoglucanase purification, and a complete enzyme functional characterization. NcCel45A is a bimodular endoglucanase showing maximum activity at pH 6.0 and 60 °C, while most active against lichenan and ß-glucans and lesser active toward filter paper, carboxymethylcellulose, and phosphoric acid-swollen cellulose. Gluco-oligosaccharide degradation fingerprinting experiments suggest cellopentaose as the minimal length substrate and ThermalFluor studies indicate that NcCel45A displays excellent stability at elevated temperatures up to 70 °C and pHs ranging from 5 to 9. Remarkably, we show that NcCel45A is uniquely resistant to a wide-range of organic solvents and small-angle X-ray scattering show a monkey-wrench molecular shape structure in solution, which indicates, unlike to other known cellulases, a non-fully extended conformation, thus conferring solvent protection. These NcCel45A unique enzymatic properties maybe key for specific industrial applications such as cotton fiber processing and detergent formulations.

Regulação da expressão gênica por oxigênio no fungo aquático Blastocladiella emersonii / Regulation of gene expression by oxygen in the aquatic fungus Blastocladiella emersonii

Neste trabalho realizamos a análise das variações na expressão gênica global do fungo aquático Blastocladiella emersonii submetido ao estresse de carência de oxigênio (hipóxia), utilizando a técnica de microarranjos de cDNA em lâminas contendo 3773 genes distintos. Nos experimentos de hipóxia gradual (diminuição gradual da concentração de oxigênio dissolvido, seguido de reoxigenação) e hipóxia direta (diminuição direta da concentração de oxigênio dissolvido, seguido de reoxigenação) observamos que 650 genes foram diferencialmente expressos em pelo menos uma das condições de estresse e que 534 deles mostraram-se afetados (direta ou indiretamente) pela disponibilidade de oxigênio, uma vez que apresentaram recuperação (ou tendência à recuperação) da sua expressão aos níveis normais, quando as células foram reoxigenadas. Além de modular a expressão de diversos genes sem função conhecida, B. emersonii responde à hipóxia reajustando a expressão de genes responsáveis pela produção e consumo de energia. Pelo menos transcricionalmente, este fungo favorece o metabolismo anaeróbico, através da indução de genes que codificam enzimas da via glicolítica e lactato desidrogenase, ao passo que no ciclo do ácido cítrico, a maioria dos genes encontram-se reprimidos ou não sofrem alteração na expressão. Processos dispendiosos em energia como síntese protéica, metabolismo de aminoácidos, enovelamento de proteínas e transporte por membrana apresentaram perfis predominantemente de repressão gênica quando em carência de oxigênio. Ainda utilizando a técnica de microarranjos, mostramos semelhanças entre os perfis transcricionais nos experimentos hipóxia e de carência de Fe2+ (tratamento com quelante de Fe2+ 2,2´-dipyridyl) sugerem que estes estresses estão de alguma forma relacionados, fornecendo bons indícios de que o íon Fe2+ possa ter um papel importante no mecanismo sensor de oxigênio e/ou de resposta a hipóxia em B. emersonii. Além disso, o tratamento prévio de células...

In this work we analyzed global gene expression changes in the aquatic fungus Blastocladiella emersonii submitted to oxygen deprivation (hypoxia), using cDNA microarrays containing 3,773 distinct genes. In gradual hypoxia (gradual decrease in dissolved oxygen concentration, followed by reoxygenation) and direct hypoxia (direct decrease of dissolved oxygen concentration, followed by reoxygenation) we observed 650 differentially expressed genes in at least one of the stress conditions tested, 534 of them being affected (directly or indirectly) by oxygen availability, since they showed recovery of normal expression levels or a tendency to recover, when cells were reoxygenated. Besides modulating many genes with no previously assigned function, B. emersonii responds to hypoxia by readjusting the expression levels of genes responsible for energy production and consumption. At least transcriptionally, this fungus seems to favour anaerobic metabolism through the induction of genes encoding glycolytic enzymes and lactate dehydrogenase, while in the TCA-cycle, most genes were repressed or unchanged. Energy-costly processes like protein synthesis, amino acid metabolism, protein folding and transport had their gene expression profiles predominantly repressed during oxygen deprivation. Microarray experiments also showed similarities between the transcriptional profile of genes in hypoxia and iron (II) deprivation (treatment with the iron (II) chelator 2,2/'-dipyridyl), suggesting that these stresses are somehow related, giving good evidence that Fe2+ ion could have a role in the mechanism of oxygen sensing and/or response to hypoxia in B. emersonii. Furthermore, pretreatment of cells subjected to hypoxia with the antibiotic geldanamycin, a known inhibitor of the heat shock protein HSP90, caused a significant decrease in the induction of certain hypoxic genes, indicating that this fungus could have a mechanism similar to that of the mammalian hypoxia transcription factor...

Avaliação por análise fatorial das condições da extração do 4-nerolidilcatecol de Pothomorphe umbellata (L). Miq / Evaluation of extraction conditions of 4-nerolidylchatecol from Pothomorphe umbellata (L). Miq. using factorial design

Foi avaliada a influência dos fatores (1) tempo: 10 e 40 minutos; (2) tamanho de partícula: 840 e 420 mm; (3) hidromódulo: 1:50 e 1:100 e (4) temperatura: 40 e 60 °C na extração do 4-nerolidilcatecol, (4-NC) mediante planejamento fatorial ®2 POT. 4¼ em que quatro variáveis foram estudadas em dois níveis (máximo e mínimo). O método de extração foi maceração e a quantificação do 4-nerolidilcatecol foi realizada por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) com detetor eletroquímico. Os resultados da análise fatorial indicam que o fator principal que favorece a extração do princípio ativo é o tamanho de partícula [efeito (2): 12,2086]...

Validação de metodologias analíticas para determinação quantitativa de α-tocoferol e 4-nerolidilcatecol / Validation of α-tocopherol and 4-nerolidylcathecol quantitative assessment methodologies

O objetivo do nosso trabalho foi desenvolver um método para avaliação da concentração do `alfaï-tocoferol, considerado o antioxidante lipofilico de maior importância, e do 4-nerolidilcatecol (4-NC), uma substância natural com comprovada ação antioxidante in vitro e in vivo, em matriz biológica (homogeneizado de pele). Utilizamos a cromatografia de alta eficiência acoplada a um detector eletroquímico, sendo que o método apresentou linearidade para as concentrações de 0,025 µg/mL para o `alfaï-T (tempo de retenção 3,4 min) e de 0,15 µg/mL a 2,5 µg/mL para o 4-NC (tempo de retenção 2,06 min), dissolvidos em etanol e etanol:água (1:1)...