Biochemical and structural characterization of a beta-1,3-1,4-glucanase from Bacillus subtilis 168

beta-1,3-1,4-Glucanases (E.C. 3.2.1.73) hydrolyze linked beta-D-glucans, such as lichenan and barley beta-glucan. Recombinant beta-1,3-1,4-glucanase from Bacillus subtilis expressed in Escherichia coil and purified by Ni-NTA chromatography exhibited optimum activity at 50 degrees C and pH 6.0. The catalytic half-life at 60 degrees C decreased from 90 to 5 min when the enzyme was incubated in the presence and absence of Ca(2+) respectively. The kinetic parameters of lichenan hydrolysis were 2695, 3.1 and 1220 for V(max) (mu mol/min/mg), K(m) (mg mL(-1)) and K(cat) (s(-1)), respectively. Analysis by DLS, AUC and SAXS demonstrated the enzyme is monomeric in solution. Chemical denaturation monitored by ITFE and far-UV CD yielded Delta G(H2O) values of 9.6 and 9.1 kcal/mol, respectively, showing that the enzyme has intermediate stability when compared with other Bacillus beta-1,3-1,4-glucanases. The crystal structure shows the anti-parallel jelly-roll beta-sheet conserved in all GH16 beta-1,3-1,4-glucanases, with the amino acid differences between Bacillus sp. enzymes that are likely determinants of stability being distributed throughout the protein. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A reassessment of the in vitro RBC haemolysis assay with defibrinated sheep blood for the determination of the ocular irritation potential of cosmetic products: Comparison with the in vivo Draize rabbit test

We examined the correlation between results obtained from the in vivo Draize test for ocular irritation and in vitro results obtained from the sheep red blood cell (RBC) haemolytic assay, which assesses haemolysis and protein denaturation in erythrocytes, induced by cosmetic products. We sought to validate the haemolytic assay as a preliminary test for identifying highly-irritative products, and also to evaluate the in vitro test as alternative assay for replacement of the in vivo test. In vitro and in vivo analyses were carried out on 19 cosmetic products, in order to correlate the lesions in the ocular structures with three in vitro parameters: (i) the extent of haemolysis (H50); (ii) the protein denaturation index (131); and (iii) the H50/DI ratio, which reflects the irritation potential (IP). There was significant correlation between maximum average scores (MAS) and the parameters determined in vitro (r = 0.752-0.764). These results indicate that the RBC assay is a useful and rapid test for use as a screening method to assess the IP of cosmetic products, and for predicting the IP value with a high level of concordance (94.7%). The assay showed high sensitivity and specificity rates of 91.6% and 100%, respectively.

Thermostable variants of the recombinant xylanase A from Bacillus subtilis produced by directed evolution show reduced heat capacity changes

Directed evolution techniques have been used to improve the thermal stability of the xylanase A from Bacillus subtilis (XylA). Two generations of random mutant libraries generated by error prone PCR coupled with a single generation of DNA shuffling produced a series of mutant proteins with increasing thermostability. The most Thermostable XylA variant from the third generation contained four mutations Q7H, G13R, S22P, and S179C that showed an increase in melting temperature of 20 degrees C. The thermodynamic properties Of a representative subset of nine XylA variants showing a range of thermostabilities were measured by thermal denaturation as monitored by the change in the far ultraviolet circular dichroism signal. Analysis of the data from these thermostable variants demonstrated a correlation between the decrease in the heat capacity change (Delta C(p)) with an increase in the midpoint of the transition temperature (T(m)) on transition from the native to the unfolded state. This result could not be interpreted within the context of the changes in accessible surface area of the protein on transition from the native to unfolded states. Since all the mutations are located at the surface of the protein, these results suggest that an explanation of the decrease in Delta C(p) on should include effects arising from the prot inlsolvent interface.

Stability improvement of the fatty acid binding protein Sm14 from S. mansoni by Cys replacement: Structural and functional characterization of a vaccine candidate

The Schistosoma mansoni fatty acid binding protein (FABP), SmA, is a vaccine candidate against, S. mansoni and F hepatica. Previously, we demonstrated the importance of a correct fold to achieve protection in immunized animals after cercariae challenge [[10]. C.R.R. Ramos, R.C.R. Figueredo, T.A. Pertinhez, M.M. Vilar, A.L.T.O. Nascimento, M. Tendler, I. Raw, A. Spisni, P.L. Ho, Gene structure and M20T polymorphism of the Schistosoma mansoni Sm14 fatty acid-binding protein: structural, functional and immunoprotection analysis. J. Biol. Chem. 278 (2003) 12745-12751]. Here we show that the reduction of vaccine efficacy over time is due to protein dimerization and subsequent aggregation. We produced the mutants Sm14-M20(C62S) and Sm14M20(C62V) that, as expected, did not dimerize in SDS-PAGE. Molecular dynamics calculations and unfolding experiments highlighted a higher structural stability of these mutants with respect to the wild-type. In addition, we found that the mutated proteins, after thermal denaturation, refolded to their active native molecular architecture as proved by the recovery of the fatty acid binding ability. Sm14-M20(C62V) turned out to be the more stable form over time, providing the basis to determine the first 3D solution structure of a Sm14 protein in its apo-form. Overall, Sm14-M20(C62V) possesses an improved structural stability over time, an essential feature to preserve its immunization capability and, in experimentally immunized animals, it exhibits a protection effect against S. mansoni cercariae infections comparable to the one obtained with the wild-type protein. These facts indicate this protein as a good lead molecule for large-scale production and for developing an effective Sm14 based anti-helminthes vaccine. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Protease activity and the ultrastructure of broiler chicken PSE (pale, soft, exudative) meat

The biological cause of broiler PSE meat seems to be an excessive release of Ca(2+), promoted by a genetic mutation of ryanodine receptors located in the sarcoplasmic reticulum of skeletal muscle cells. Excessive Ca(2+), associated with protein denaturation in meat, enhances protease activity and influences the functional properties of PSE meat. Twenty-four-hour post-mortem Pectoralis major m. samples exhibited lower values for pH, water-holding capacity, and shear force than did control samples, in contrast to colour (L*) and cooking loss values. Protease activity, measured as myofibril fragmentation index, presented higher values in PSE meat than in control samples. Ultrastructural examination revealed shrinking and depolymerisation of myofilaments and Z-lines disorganisation within the sarcomere in PSE meat. Intense calpain activity was also observed, indicating that the process may initiate at the filaments, because of protein denaturation, and spread through Z-lines, resulting in the collapse of the sarcomere structure. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Ultra-high-temperature (UHT) treatment of milk: comparison of direct and indirect modes of heating

UHT processing of milk and its subsequent storage causes several changes which affect the shelf-life of UHT milk although it remains 'commercially sterile'. These changes include whey protein denaturation, protein-protein interaction, lactose-protein interaction, isomerisation of lactose, Maillard browning, sulphydryl compound formation, formation of a range of carbonyl and other flavoursome compounds, and formation of insoluble substances. They ultimately reduce the quality and limit the shelf life of UHT milk through development of off-flavours, fat separation, age gelation and sedimentation. The extent of these changes depends on many factors, a major one being the type of UHT heating. This review compares the effect heating milk by direct and indirect modes on various aspects of processing and quality of UHT milk.

Secondary structure of the third extracellular loop responsible for ligand selectivity of a mammalian gonadotropin-releasing hormone receptor

The extracellular loop 3 (ECL3) of the mammalian gonadotropin-releasing hormone receptor (GnRH-R) contains an acidic amino acid (Glu(301) in the mouse GnRH-R,) that confers agonist selectivity for Are in mammalian GnRH. It is proposed that a specific conformation of ECL3 is necessary to orientate the carboxyl side chain of the acidic residue for interaction with Arg(8) of GnRH, which is supported by decreased affinity for Arg(8) GnRH but not Gln(8) GnRH when an adjacent Pro is mutated to Ala. To probe the structural contribution of the loop domain to the proposed presentation of the carboxyl side chain, we synthesized a model peptide (CGPEMLNRVSEPGC) representing residues 293-302 of mouse ECL3, where Cys and Gly residues are added symmetrically at the N and C termini, respectively, allowing the introduction of a disulfide bridge to simulate the distances at which the ECL3 is tethered to the transmembrane domains 6 and 7 of the receptor. The ability of the ECL3 peptide to bind GnRH with low affinity was demonstrated by its inhibition of GnRH stimulation of inositol phosphate production in cells expressing the GnRH-R. The CD bands of the ECL3 peptides exhibited a superposition of predominantly unordered structure and partial contributions from beta-sheet structure. Likewise, the analysis of the amide I and amide III bands from micro-Raman and FT Raman experiments revealed mainly unordered conformations of the cyclic and of the linear peptide. NMR data demonstrated the presence of a beta-hairpin among an ensemble of largely disordered structures in the cyclic peptide. The location of the turn linking the two strands of the hairpin was assigned to the three central residues L-296, N-297, and R-298. A small population of structured species among an ensemble of predominantly random coil conformation suggests that the unliganded receptor represents a variety of structural conformers, some of which have the potential to make contacts with the ligand. We propose a mechanism of receptor activation whereby binding of the agonist to the inactive receptor state induces and stabilizes a particular structural state of the loop domain, leading to further conformational rearrangements across the transmembrane domain and signal propagating interaction with G proteins. Interaction of the Glu(301) of the receptor with Arg(8) of GnRH induces a folded configuration of the ligand. Our proposal thus suggests that conformational changes of both ligand and receptor result from this interaction.

Avaliação da qualidade do leite e caracterização de laticínios do estado do Espírito Santo

O leite é um alimento de grande importância na alimentação humana e amplamente consumido. Desta forma, justifica-se o estudo de suas características e a avaliação de procedimentos higiênicos durante toda a sua cadeia produtiva, desde a ordenha até o seu processamento. O objetivo do trabalho foi caracterizar laticínios localizados no estado do Espírito Santo, bem como avaliar as características de qualidade do leite cru e do leite pasteurizado de quatro estabelecimentos. O estudo foi dividido em quatro etapas: 1) seleção de dois laticínios com Selo de Inspeção Federal (SIF) e dois laticínios com Selo de Inspeção Estadual (SIE); 2) Elaboração de questionário para coleta de dados; 3) coleta de amostras de leite cru refrigerado e leite pasteurizado nos laticínios selecionados e avaliação da qualidade da matéria-prima e; 4) caracterização dos quatro laticínios e avaliação das condições higiênico-sanitárias dos estabelecimentos (aplicação questionário elaborado e da Lista de Verificação de Boas Práticas de Fabricação - check-list – presente na RDC nº 275 / 2002 da Anvisa).Os resultados obtidos com as análises de composição centesimal, acidez titulável, pH e Contagem de Células Somáticas (CCS) das amostras dos laticínios SIF 1, SIF 2, SIE 1 e SIE 2 indicaram conformidade com o padrão exigido pela Instrução Normativa nº 62/2011 do MAPA. Com relação ao teste do alizarol, todas as amostras analisadas apresentaram coloração parda avermelhada sem coagulação, indicando conformidade com a exigência da legislação. Para o teste de detecção de antibiótico da classe β-lactâmicos, todas as amostras de leite dos quatro laticínios analisadas nas três coletas tiveram ausência pelo método utilizado. Em uma das amostras coletadas da indústria SIF 1 foi verificada a presença da enzima fosfatase alcalina em leite pasteurizado, indicando que o tratamento térmico não foi adequado e que, portanto, poderia haver presença de microrganismos patogênicos na amostra, ou que a enzima se renaturou, apresentando um resultado falso positivo para o teste. Além disso, foi verificado que duas amostras de leite coletadas do laticínio SIE 1 apresentaram ausência da enzima lactoperoxidase,O leite é um alimento de grande importância na alimentação humana e amplamente consumido. Desta forma, justifica-se o estudo de suas características e a avaliação de procedimentos higiênicos durante toda a sua cadeia produtiva, desde a ordenha até o seu processamento. O objetivo do trabalho foi caracterizar laticínios localizados no estado do Espírito Santo, bem como avaliar as características de qualidade do leite cru e do leite pasteurizado de quatro estabelecimentos. O estudo foi dividido em quatro etapas: 1) seleção de dois laticínios com Selo de Inspeção Federal (SIF) e dois laticínios com Selo de Inspeção Estadual (SIE); 2) Elaboração de questionário para coleta de dados; 3) coleta de amostras de leite cru refrigerado e leite pasteurizado nos laticínios selecionados e avaliação da qualidade da matéria-prima e; 4) caracterização dos quatro laticínios e avaliação das condições higiênico-sanitárias dos estabelecimentos (aplicação questionário elaborado e da Lista de Verificação de Boas Práticas de Fabricação - check-list – presente na RDC nº 275 / 2002 da Anvisa).Os resultados obtidos com as análises de composição centesimal, acidez titulável, pH e Contagem de Células Somáticas (CCS) das amostras dos laticínios SIF 1, SIF 2, SIE 1 e SIE 2 indicaram conformidade com o padrão exigido pela Instrução Normativa nº 62/2011 do MAPA. Com relação ao teste do alizarol, todas as amostras analisadas apresentaram coloração parda avermelhada sem coagulação, indicando conformidade com a exigência da legislação. Para o teste de detecção de antibiótico da classe β-lactâmicos, todas as amostras de leite dos quatro laticínios analisadas nas três coletas tiveram ausência pelo método utilizado. Em uma das amostras coletadas da indústria SIF 1 foi verificada a presença da enzima fosfatase alcalina em leite pasteurizado, indicando que o tratamento térmico não foi adequado e que, portanto, poderia haver presença de microrganismos patogênicos na amostra, ou que a enzima se renaturou, apresentando um resultado falso positivo para o teste. Além disso, foi verificado que duas amostras de leite coletadas do laticínio SIE 1 apresentaram ausência da enzima lactoperoxidase,O leite é um alimento de grande importância na alimentação humana e amplamente consumido. Desta forma, justifica-se o estudo de suas características e a avaliação de procedimentos higiênicos durante toda a sua cadeia produtiva, desde a ordenha até o seu processamento. O objetivo do trabalho foi caracterizar laticínios localizados no estado do Espírito Santo, bem como avaliar as características de qualidade do leite cru e do leite pasteurizado de quatro estabelecimentos. O estudo foi dividido em quatro etapas: 1) seleção de dois laticínios com Selo de Inspeção Federal (SIF) e dois laticínios com Selo de Inspeção Estadual (SIE); 2) Elaboração de questionário para coleta de dados; 3) coleta de amostras de leite cru refrigerado e leite pasteurizado nos laticínios selecionados e avaliação da qualidade da matéria-prima e; 4) caracterização dos quatro laticínios e avaliação das condições higiênico-sanitárias dos estabelecimentos (aplicação questionário elaborado e da Lista de Verificação de Boas Práticas de Fabricação - check-list – presente na RDC nº 275 / 2002 da Anvisa).Os resultados obtidos com as análises de composição centesimal, acidez titulável, pH e Contagem de Células Somáticas (CCS) das amostras dos laticínios SIF 1, SIF 2, SIE 1 e SIE 2 indicaram conformidade com o padrão exigido pela Instrução Normativa nº 62/2011 do MAPA. Com relação ao teste do alizarol, todas as amostras analisadas apresentaram coloração parda avermelhada sem coagulação, indicando conformidade com a exigência da legislação. Para o teste de detecção de antibiótico da classe β-lactâmicos, todas as amostras de leite dos quatro laticínios analisadas nas três coletas tiveram ausência pelo método utilizado. Em uma das amostras coletadas da indústria SIF 1 foi verificada a presença da enzima fosfatase alcalina em leite pasteurizado, indicando que o tratamento térmico não foi adequado e que, portanto, poderia haver presença de microrganismos patogênicos na amostra, ou que a enzima se renaturou, apresentando um resultado falso positivo para o teste. Além disso, foi verificado que duas amostras de leite coletadas do laticínio SIE 1 apresentaram ausência da enzima lactoperoxidase,indicando a sua desnaturação devido à superpasteurização do leite. Para as análises microbiológicas de contagem bacteriana total e bactérias psicrotróficas, foi verificado uma contagem acima do estabelecido pela legislação. Além disso, os maiores valores médios de Contagem Bacteriana Total (CBT), contagem de microrganismos psicrotróficos e coliformes totais nas amostras de leite cru refrigerado foram verificados entre os laticínios com SIF, podendo ter como causa o uso de tanques comunitários pelos produtores, tempo de transporte para coleta de leite maior do que a média dos laticínios com SIE, a falta de adoção das Boas Práticas de Ordenha e o maior volume de leite coletado de diferentes produtores. Com relação à CBT e à contagem de coliformes totais em leite pasteurizado, os maiores valores médios foram verificados também nos laticínios SIF 1 e SIF 2. Os laticínios que apresentaram maior porcentagem de adequação aos requisitos das BPF foram os laticínios SIF 1 (87,82 %) e SIF 2 (80,66 %), os quais já possuíam os POP’s (Procedimento Operacional Padronizado), CIP (Controle Integrado de Pragas) e BPF (Boas Práticas de Fabricação) implantados ou em fase final de implantação. A análise dos resultados das análises microbiológicas, da aplicação do check-list e da aplicação do questionário permitiu a conclusão de que as empresas que possuíam SIF, apesar de apresentarem uma maior porcentagem de adequação aos requisitos de boas práticas de fabricação, possuíam uma qualidade da matéria-prima menor do que as indústrias com SIE. A partir dos resultados obtidos, pode-se concluir que o estudo de laticínios no estado do Espírito Santo possibilitou o conhecimento do setor e de seus problemas, contribuindo para o emprego de ações de melhoria e prevenção de futuros problemas.

Estudo da estabilidade térmica da pele

Mestrado em Engenharia Química

Metal ions modulate the folding and stability of the tumor suppressor protein S100A2

Febs Journal (2009)276:1776-1786

Heat stress adaptation in hyperthermophiles: bosynthesis of inositol-containing compatible solutes

Dissertation presented to obtain the Ph.D. degree in Biochemistry

Characterization of sol-gel matrices with entrapped cutinase

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

Structural characterization of the urea-unfolded state of Colicin Immunity Protein Im7 and Im9

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Bioquímica Estrutural e Funcional

Clivagem e caracterização de frutalina recombinante produzida em Escherichia coli

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Engenharia Clínica)

Production of whey protein-based aggregates under ohmic heating

Formation of whey protein isolate protein aggregates under the influence of moderate electric fields upon ohmic heating (OH) has been monitored through evaluation of molecular protein unfolding, loss of its solubility, and aggregation. To shed more light on the microstructure of the protein aggregates produced by OH, samples were assayed by transmission electron microscopy (TEM). Results show that during early steps of an OH thermal treatment, aggregation of whey proteins can be reduced with a concomitant reduction of the heating chargeby reducing the come-up time (CUT) needed to reach a target temperatureand increase of the electric field applied (from 6 to 12 V cm1). Exposure of reactive free thiol groups involved in molecular unfolding of -lactoglobulin (-lg) can be reduced from 10 to 20 %, when a CUT of 10 s is combined with an electric field of 12 V cm1. Kinetic and multivariate analysis evidenced that the presence of an electric field during heating contributes to a change in the amplitude of aggregation, as well as in the shape of the produced aggregates. TEM discloses the appearance of small fibrillar aggregates upon the influence of OH, which have recognized potential in the functionalization of food protein networks. This study demonstrated that OH technology can be used to tailor denaturation and aggregation behavior of whey proteins due to the presence of a constant electric field together with the ability to provide a very fast heating, thus overcoming heat transfer limitations that naturally occur during conventional thermal treatments.