Biochemical characterization of a key cytochrome in respiratory electron transfer pathways from Geobacter sulfurreducens

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Mendes, Bruno Filipe Poeiras
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/51312
Resumo: Tese de mestrado, Bioquímica (Bioquímica) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2020
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spelling Biochemical characterization of a key cytochrome in respiratory electron transfer pathways from Geobacter sulfurreducensgeobacter sulfurreducensTEEcitocromo GSU1740purificaçãocaracterizadoRMNDCUV-visívelvoltametria cíclicaTeses de mestrado - 2020Departamento de Química e BioquímicaTese de mestrado, Bioquímica (Bioquímica) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2020As bactérias do género Geobacter têm um importante impacto no meio ambiente e potencial para aplicações biotecnológicas (biorremediação de contaminantes orgânicos e inorgânicos, produção de bioenergia e bioeletrónica). Estas bactérias conseguem transferir eletrões para aceitadores finais ou aceitá-los de elétrodos, um processo atualmente explorado na área da produção de bioenergia e eletrossíntese microbiana, respetivamente. Estas aplicações baseiam-se na troca eficiente de eletrões entre a célula e o exterior, processo designado por transferência extracelular de eletrões (TEE). No entanto, os mecanismos subjacentes à TEE ainda estão por compreender totalmente. O principal objetivo desta Dissertação foi contribuir para a compreensão das vias TEE nas bactérias do género Geobacter. O trabalho focou-se na caracterização do citocromo GSU1740 recentemente identificado em G. sulfurreducens. Este citocromo é sobre-expresso durante a redução de fumarato em comparação com a redução de nitrato de Fe(III) apresentando também níveis significativos de expressão quando as células são crescidas na presença do aceitador final de eletrões de óxido de Fe(III) (insolúvel em água) comparativamente ao seu crescimento na presença de citrato de Fe(III) (solúvel em água) . Neste trabalho foram optimizados os protocolos de expressão e de purificação do citocromo GSU140 o qual foi caracterizado através da utilização de técnicas biofísicas complementares, incluindo dicroísmo circular (DC), UV-visível, voltametria cíclica e ressonância magnética nuclear (RMN). A análise dos dados obtidos permitiu concluir acerca do tipo de estrutura secundária (dominada por hélices alfa), do número de grupos hemo (um), do seu estado de spin (baixo e alto no estado reduxido e oxidado, respectivamente) e respectiva coordenação axial (His-Met). Para além disso, foi também determinado o valor do potencial redox da proteína, na gama de pH 6 a 8, o qual cobre a franja - 66.8 a - 14.3 mV, relativamente ao electrodo padrão de hidrogénio.Geobacter bacteria have an important impact on natural environments and potential for biotechnological applications (bioremediation of organic and inorganic contaminants, bioenergy production and bioelectronics). Geobacter cells can transfer towards extracellular terminal acceptors or accept electrons from electrodes, a process currently explored in bioenergy production and microbial electrosynthesis. These practical applications rely on an efficient transfer of electrons between the cell and its exterior, a process designated extracellular electron transfer (EET). However, the precise mechanisms underlying EET processes are still under debate. The main objective of this Dissertation was contributing for the general understanding of the Geobacter bacteria EET pathways. The work focused on the preliminary characterization of newly identified GSU1740 cytochrome in G. sulfurreducens. This cytochrome is overexpressed during fumarate-reduction as compared to Fe(III)-citrate reduction and it was also found that cytochrome GSU1740 is significantly expressed in cells grown on Fe(III)-oxide (insoluble in water) compared with growth on the soluble electron acceptor Fe(III)-citrate (soluble in water). In this work, several expression and purification protocols were optimized, for GSU1740 cytochrome, which was characterized using complementary biophysical techniques including circular dichroism, UV-visible absorption, cyclic voltammetry and nuclear magnetic resonance. The analysis of the obtained data allowed for the conclusion about the type of secondary structure (dominated by alpha helices), the number of heme groups (one), its spin state (low and high in the reduced and oxidized state, respectively) and respective axial coordination (His-Met). In addition, the protein redox potential value was also determined, in the pH range 6 to 8, which covers from - 66.8 to - 14.3 mV, relative to the standard hydrogen electrode.Salgueiro, Carlos A.Gomes, Cláudio M.Repositório da Universidade de LisboaMendes, Bruno Filipe Poeiras2022-02-15T13:58:24Z202020202020-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/51312TID:202599523enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:55:56Zoai:repositorio.ul.pt:10451/51312Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T22:02:37.421331Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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