The interaction between two proteins into salt aqueous solutions is investigated throughout this thesis. Experiments, modeling and molecular simulations were carried out to get a better understanding of the phenomenon. Bovine serum albumin was used as a model protein. An analytical expression for the structure factor for globular proteins in aqueous solution is presented in this work. This expression was obtained considering an intermolecular potential given by the sum of a hard core, a van der Waals attractive and a screened Coulomb contribution. Experimental data of Small Angle X-Ray Scattering for bovine serum albumin in aqueous solutions containing sodium salts at different protein concentrations and pH values are also presented. The expression developed for the structure factor describes accurately these experimental data provided a dependence of the attractive parameter on protein concentration is established. An expression for the osmotic pressure was derived from the structure factor. With attractive parameters adjusted from X-ray scattering data, the osmotic pressure of bovine serum albumin aqueous solutions could be predicted with very good agreement with experimental data. A derivation of the thermodynamic potentials, such as the chemical potential, using the new osmotic equation of state is presented. Applying the phase equilibrium criterion, the fluid-fluid phase equilibrium for bovine serum albumin in salt aqueous solution was calculated. Although such separation was not experimentally observed at the isoelectric point, it was indeed experimentally observed for a pH value below the isoelectric point. The predictions seem to be valuable to discuss how ion specificity affects the phase diagram of proteins. To apply molecular dynamic techniques to simulate how proteins interact to each other in salt aqueous solutions, two new coarse-grained force fields are proposed. The first one, meant for sodium sulfate aqueous solution, avoids the unphysical association observed for non-polarizable atomistic force fields; and allows the prediction of thermodynamic and dynamic properties. The second one, meant for bovine serum albumin in aqueous solution, is used as a new strategy to evaluate the scattering form factor of proteins as a low resolution technique for protein structure prediction. / Nesta tese apresenta-se uma investigação sobre a interação entre duas proteínas em soluções aquosas salinas. Experimentos, modelagem e simulações moleculares foram realizadas para conseguir um melhor entendimento do fenômeno. Albumina de soro bovina foi usada como proteína modelo. Uma expressão para o fator de estrutura de proteínas globulares em solução aquosa é apresentada neste trabalho. Esta expressão foi obtida considerando-se um potencial intermolecular dado pela soma de um núcleo duro, uma contribuição atrativa tipo vander Waals e uma contribuição de potencial coulômbico blindado. Dados experimentais de espalhamento de raios-X a baixos ângulos para a albumina de soro bovino em soluções aquosas contendo sais de sódio com diferentes concentrações de proteína e valores de pH também são apresentados. A expressão desenvolvida para o fator de estrutura descreve com precisão estes dados experimentais, desde que uma dependência entre o parâmetro atrativo com a concentração de proteína seja estabelecida. Uma expressão para a pressão osmótica foi derivada do fator de estrutura. Com parâmetros atrativos ajustados aos dados de espalhamento de raios-X, a pressão osmótica da albumina de soro bovino em solução aquosa pôde ser predita com grande correlação com os dados experimentais. Uma derivação dos potenciais termodinâmicos usando a nova equação osmótica de estado é apresentada. Aplicando o critério de equilíbrio de fases, foi possível calcular o equilíbrio fluido-fluido para a albumina de soro bovino em solução aquosa. Embora tal separação não tenha sido observada experimentalmente em um pH igual ao ponto isoelétrico, ela foi de fato observada experimentalmente para um valor de pH menor do que o ponto isoelétrico. As predições parecem ser valiosas para discutir como a especificidade iônica afeta o diagrama de fases de proteínas. De modo a avaliar como proteínas interagem umas com as outras usando técnicas de dinâmica molecular, dois novos campos de força coarse-grained são propostos. O primeiro, para o sulfato de sódio em solução aquosa, evita a associação não-física que é observada para campos de força atomísticos não-polarizáveis. Este modelo é capaz de prever propriedades dinâmicas e termodinâmicas. O segundo, para a albumina de soro bovino em solução aquosa, é usado como uma nova estratégia para avaliar o fator de forma de espalhamento de proteínas como uma ferramenta de baixa resolução na predição de estruturas proteicas.

Resumo O presente trabalho teve como objetivo sintetizar e caracterizar um novo complexo trinuclear de rutênio, [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(NO)]+, através de rotas sintéticas previamente descritas na literatura para complexos análogos. Para a obtenção deste complexo, foram necessárias cinco etapas de síntese, cada qual gerando o precursor da etapa seguinte. Os complexos precursores [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)3]+, [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(CO)] e [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(H2O)]+, foram caracterizados por técnicas espectroscópicas e voltamétricas. Para o complexo de interesse, [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(NO)]+, além da caracterização por técnicas espectroscópicas e voltamétricas, foram realizados estudos de fotólise e de interação com albumina de soro humano (HSA). Pelas técnicas espectroscópicas, pudemos ratificar as estruturas propostas tanto para o nitrosilo quanto para os precursores estudados. Para a caracterização do complexo [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(NO)]+, utilizando a técnica de espectroscopia de infravermelho verificamos a coordenação do ligante NO ao centro metálico [Ru3O], devido ao estiramento característico deste ligante. Os espectros de absorção UV-vis e RMN mostraram que existe uma forte interação entre o elétron desemparelhado do centro metálico e o elétron do ligante NO. Pelos estudos de voltametria cíclica, observamos que os processos redox envolvendo o ligante NO, são compartilhados com o centro metálico. A fotólise do complexo [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(NO)]+, mostrou-se eficiente, uma vez que a liberação fotoinduzida do NO ocorreu na região do visível e em pH fisiológico. Pelos estudos de supressão de fluorescência, observamos que o complexo realmente interage com a HSA na proporção de 1:1, na região em que se encontra o resíduo de triptofano. / The aim of the present study was synthesize and characterize a new trinuclear ruthenium complex, [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(NO)]+, via synthetic routes previously described in the literature for analogous complexes. To obtain this complex, it took five synthetic steps, each one yielding a precursor for the next step. The precursor complexes [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)3]+, [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(CO)] and [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(H2O)]+, were characterized by spectroscopic and voltammetric techniques. For the complex of interest, [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(NO)]+, in addition to characterization by spectroscopic and voltammetric studies, it was carried out photolysis and interaction with human serum albumin. By spectroscopic techniques, we could confirm the proposed structures for both the nitrosyl and precursors. For characterization of the complex [Ru3O(CH3OO)6(3-pic)2(NO)]+, infrared spectroscopy allowed us to verify that the ligand coordination to the metal center [Ru3O], due to the characteristic stretching band of that ligand. The absorption spectra of UV-vis and NMR showed that there is a strong interaction between the unpaired electron of the metal center and the NO ligand. By cyclic voltammetry studies, we observed that the redox processes involving the NO ligand are shared with the metal center processes. The photolysis of the complex [Ru3O (CH3OO) 6 (3-pic) 2 (NO)] +, was efficient, since the photoinduced release of NO occurred in the visible region and at physiological pH. By fluorescence quenching studies, we observed that the complex actually interacts with the HSA in a 1:1 ratio, in the region which is the residue of tryptophan.

A conjugação por polietilenoglicol (PEG) mascara a superfície das proteínas e aumenta o tamanho molecular do polipeptídio, reduzindo assim sua ultrafiltragem renal, impedindo a aproximação de células processadoras de antígenos ou anticorpos e reduzindo a degradação por enzimas proteolíticas. O PEG transfere para as moléculas suas propriedades físico-químicas e, conseqüentemente, modifica também a biodistribuição e a solubilidade de drogas peptídicas e não peptídicas. As soluções de proteínas são facilmente desnaturadas (muitas vezes irreversivelmente) pelo aparecimento de numerosos eventos que podem afetar a estabilidade das soluções, tais como: aquecimento, agitação, congelamento, mudanças no pH e exposição a interfaces ou agentes desnaturantes, resultando geralmente na perda da eficácia clínica e aumento do risco de efeitos colaterais adversos. A solução prática para o dilema da estabilidade da proteína é a remoção da água. A liofilização é o método mais comumente utilizado para a preparação de proteínas desidratadas, as quais, teoricamente, devem apresentar uma estabilidade adequada por um longo período de armazenagem em temperaturas ambientes. A proteína utilizada neste estudo foi a albumina sérica bovina (BSA), amplamente estudada no campo da bioquímica. Através da espectroscopia Raman associada com análise térmica por DSC, análise colorimétrica, e a determinação do teor de umidade, verificou-se que o congelamento rápido (30 °C/min.) favoreceu a manutenção da estrutura conformacional da proteína após a liofilização, porém aumentou o tempo de secagem primária em sete horas em relação ao congelamento lento (2,5 °C/min.). Após a modificação da albumina bovina por reação com o metoxi-PEG verificou-se que a BSA-PEG (1:0,25) apresentou um menor grau de alteração estrutural e conseqüentemente uma menor variação das características físico-químicas, além de otimizar as condições de liofilização e armazenamento da proteína quando comparada com a BSA-PEG (1:0,5) . / PEG conjugation masks the proteins surface and increases the molecular size of the polypeptide, thus reducing its renal ultrafiltration, preventing the approach of antibodies or antigen processing cells and reducing the degradation by proteolytic enzymes. The PEG conveys to molecules its physico-chemical properties and therefore modifies also biodistribution and solubility of peptide and non-peptide drugs. This property opens new techniques in biocatalysis and in pharmaceutical technology where many insoluble drugs are solubilized by PEG conjugation and thus more easily administered. Aqueous protein solutions are readily denatured (often irreversibly) by numerous stresses arising in solution, e.g., heating, agitation, freezing, pH changes, and exposure to interfaces or denaturants, usually resulting in lost of clinical efficacy and increase the risk of adverse side effects. Even if its physical stability is maintained, a protein can be degraded by chemical reactions (e.g., hydrolysis and deamidation), many of which are mediated by water. The practical solution to the protein stability dilemma is to remove the water. Lyophilization is most commonly used to prepare dehydrated proteins, which, theorecally, should have the desired long-term stability at ambient temperatures. The protein used in this study was the bovine serum albumin (BSA), largely studied in the biochemical field. Through Raman spectroscopy associated with thermal analysis using DSC, Colorimetric analysis and the determination of water content It was observed that the fast freezing (30 °C/min.) favored the maintenance of the conformational structure in the protein after lyophilization, however increased the primary drying in seven hours with regard to the slow freezing (2,5 °C/min.). After the modification of bovine serum albumin with methoxy-PEG it was observed that the BSA-PEG (1:0,25) showed a lower degree of structural alterations and consequently a lower variation on the physical-chemical characteristics, moreover optimized the conditions during the lyophilization process and storage of the protein when it was compared to BSA-PEG (1:0,5).

A nanociência e a nanotecnologia vêm abrindo inúmeros desenvolvimentos de dispositivos e sistemas em escala nanométrica, com novas organizações moleculares, propriedades e funções distintas. Nesse contexto, as nanopartículas magnéticas poliméricas são compósitos formados por materiais magnéticos com tamanhos de partículas entre 1 e 100 nm combinados com polímeros funcionais. São materiais bem conhecidos e têm sido amplamente estudados devido às suas aplicações em diversas áreas tecnológicas. Nas áreas biológica e médica, as aplicações incluem separação e imobilização de enzimas e proteínas, melhoria nas técnicas de imagem de ressonância magnética para diagnóstico e sistemas de liberação controlada de fármacos. Neste trabalho, proteínas foram imobilizadas na superfície de um biopolímero combinado com partículas superparamagnéticas de magnetita para formar o compósito magnético. Utilizou-se o biopolímero quitosana, reticulada e funcionalizada com glutaraldeído, aplicável em ensaios biológicos. Obtiveram-se 3 tipos de compósitos magnéticos, os quais foram nomeados QM1Glu, QM2NaGlu e QM3Glu. Foram caracterizados por difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura, magnetometria de amostra vibrante, calorimetria exploratória diferencial, termogravimetria e espectroscopia por infravermelho. Foram avaliados quanto à imobilização das proteínas albumina de soro bovino (SAB), colágeno e tripsina. A imobilização das proteínas no biopolímero ocorreu em 30 min de incubação. O compósito magnético de quitosana não funcionalizada (QM3) também foi avaliado. Para a tripsina verificou-se que QM3 apresentou maior potencial de imobilização do que QM3Glu. Após 30 dias, QM3-Trip e QM3Glu-Trip ainda apresentavam a tripsina ativada. Foram demonstradas a atividade e a cinética enzimática da QM3Glu-trip com o substrato BApNA. / Nanoscience and nanotechnology have opened up numerous developments of devices and systems on the nanometer scale, with new molecular organization, properties and functions. In this context, the polymeric magnetic nanoparticles are composites formed by magnetic materials with a particle size between 1 and 100 nm combined with functional polymers. They are well-known and have been widely studied because of its applications in various technology areas. Applications on the biological and medical areas include separation and immobilization of enzymes and proteins, improved techniques of magnetic resonance imaging and diagnostic systems for controlled drug delivery. In this work, proteins were immobilized on the surface of a biopolymer combined with superparamagnetic particles of magnetite. The biopolymer chitosan was used, cross-linked and functionalized with glutaraldehyde, applicable to the biological assays. Three types of magnetic composites were obtained, which were called QM1Glu, QM2NaGlu and QM3Glu. They were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, vibrating sample magnetometry, differential scanning calorimetry, thermogravimetry and infrared spectroscopy. They were evaluated concerning the immobilization of the proteins bovine serum albumin (BSA), collagen and trypsin. The study showed that the immobilization of proteins on the biopolymer occurred in 30 min of incubation. The magnetic composite of nonfunctionalized chitosan (QM3) was also evaluated. For trypsin, it was found that the immobilization potential of QM3 was higher than that observed for QM3Glu. After 30 days, the trypsin of the QM3-Trip and QM3Glu-Trip was still with activity. The activity and the enzyme kinetics of the QM3Glu-Trip with the substrate BApNA were demonstrated.

Cette thèse concerne l’auto-assemblage d'alcanes semi-fluorés (FnHm) et de fluorocarbures (FCs) aux interfaces et leurs interactions avec des phospholipides (PLs) en 2D et 3D. Nous avons étudié les sphérulites formées dans des films de diblocs FnHm. La morphologie de ces sphérulites, concentrique ou radiale, est contrôlée par la longueur des blocs Fn et Hm et la vitesse de refroidissement. Les nanodomaines de diblocs FnHm dans les monocouches de Langmuir sont incompressibles et forment des gels physiques 2D, même à pression nulle. Les blocs Hm sont cristallisés et inclinés d’ ~30°C par rapport à la normale à la surface. La réflectivité de neutrons a montré que l’albumine adsorbée sur des monocouches de PL est désorbée par un FC gazeux. Ce résultat pourrait permettre de lutter contre l’inactivation du surfactant pulmonaire par les protéines sériques. L’ajout de diblocs à des films de PLs accroit l'élasticité des monocouches. Nous avons préparé des microbulles stables à parois de PLs/FnHm, les diblocs agissant en co-surfactants. / This thesis focuses on the self-assembly of semi-fluorinated alkanes (FnHm) and fluorocarbons (FCs) at interfaces and their interactions with phospholipids (PLs) in 2D and 3D. 2D Spherulites were identified in FnHm films for the first time. Their morphology, ring-banded or radial, was controlled by varying block lengths and cooling rate. Nanodomains of FnHm in monolayers formed incompressible 2D physical gels, even at zero surface pressure. The Hm segments are crystalline and titled by 30°C to the normal to the surface. Neutron reflectivity showed that albumin adsorbed on PLs monolayers is desorbed by exposure to FC gas, which opens the potential use of FCs to treat the inactivation of the lung surfactant by serum proteins. Incorporating FnHm into PL monolayers increases their elasticity. Small, stable microbubbles of PLs/FnHm were obtained. FnHm diblocks function as co-surfactants for stabilizing microbubbles.

A carcinogênese epitelial ovariana tem sido foco de estudos científicos em todo o mundo desenvolvido. A angiogênese tumoral ovariana é um processo multifatorial que resulta em vários produtos pró-angiogênicos. Entre eles, o fator de crescimento vascular endotelial (VEGF) é predominante. Os objetivos deste estudo foram relacionar as dosagens do VEGF dos fluidos peritoneais, do plasma periférico e do infundíbulo pélvico aos níveis de citorredução em pacientes operadas de adenocarcinoma epitelial de ovário (CEO); formular um modelo probabilístico de citorredução e utilizar estas dosagens para estimar a probabilidade do desfecho de citorredução. Além disto, foi criada uma nova variável chamada carga de VEGF. Pelo procedimento step-wise a citorredução foi melhor descrita pela carga de VEGF, mas faltou Normalidade aos resíduos, não sendo possível a adequação de um modelo matemático. Porém, a curva ROC, forneceu uma área sob a curva de 0,84, com sensibilidade de 71,4 % e especificidade variando de 69,5 a 73,9%. O ponto de corte ótimo foi 15,52 log de picograma de carga de VEGF. A odds-ratio (OR) calculada para citorredução ótima descrita pela carga de VEGF foi de 11 (IC= 2,59 ; 46,78). No grupo com estágio avançado (III e IV), a OR foi de 6 (IC= 1,15; 31,22). Apesar do pequeno número de casos, esta nova variável pode vir a ser um auxiliar na determinação de situações onde cirurgia citorredutora deixa de ser a pedra fundamental do tratamento primário do CEO e a indução quimioterápica passe a ter o principal papel na citorredução química antes da cirugia nestes casos. / Epithelial ovarian carcinogenesis has been the focus of scientific studies in developed world. The ovarian tumor angiogenesis is a multifactorial process that results in pro-angiogenic products. Among them, vascular endothelial growth factor (VEGF) is predominant. This study aimed to relate VEGF levels in peritoneal fluids, peripheric plasma and pelvic infundibular plasma to debulking levels in patients operated on for epithelial ovarian carcinoma (EOC), formulate a probabilistic model for debulking and use these measurements to estimate the probability of the outcome of debulking. Moreover, it was created a new variable called burden of VEGF. For step-wise procedure, cytoreduction was better described by of burden VEGF, but missed Normality of residuals, so the adequacy of a mathematical model was not possible. Nevertheless, the ROC curve provided an area under the curve of 0.84, with sensitivity of 71.4 % and especificity varying from 69.5 to 73,9%. The optimal cutoff point was 15.52 log of picograms of VEGF burden. An odds-ratio for optimal cytoreduction described by the VEGF burden was 11 (CI= 2.59; 46.78). In the group with advanced stages (III & IV), the OR was 6 (CI= 1.15; 31.22). Apart from the small number of cases, this new variable might help to determine situations where cytoreductive surgery leaves behind the cornerstone of primary treatment of CEO and the chemotherapic induction comes to have main role in chemical cytoreduction prior to surgery in these cases.

A nanociência e a nanotecnologia vêm abrindo inúmeros desenvolvimentos de dispositivos e sistemas em escala nanométrica, com novas organizações moleculares, propriedades e funções distintas. Nesse contexto, as nanopartículas magnéticas poliméricas são compósitos formados por materiais magnéticos com tamanhos de partículas entre 1 e 100 nm combinados com polímeros funcionais. São materiais bem conhecidos e têm sido amplamente estudados devido às suas aplicações em diversas áreas tecnológicas. Nas áreas biológica e médica, as aplicações incluem separação e imobilização de enzimas e proteínas, melhoria nas técnicas de imagem de ressonância magnética para diagnóstico e sistemas de liberação controlada de fármacos. Neste trabalho, proteínas foram imobilizadas na superfície de um biopolímero combinado com partículas superparamagnéticas de magnetita para formar o compósito magnético. Utilizou-se o biopolímero quitosana, reticulada e funcionalizada com glutaraldeído, aplicável em ensaios biológicos. Obtiveram-se 3 tipos de compósitos magnéticos, os quais foram nomeados QM1Glu, QM2NaGlu e QM3Glu. Foram caracterizados por difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura, magnetometria de amostra vibrante, calorimetria exploratória diferencial, termogravimetria e espectroscopia por infravermelho. Foram avaliados quanto à imobilização das proteínas albumina de soro bovino (SAB), colágeno e tripsina. A imobilização das proteínas no biopolímero ocorreu em 30 min de incubação. O compósito magnético de quitosana não funcionalizada (QM3) também foi avaliado. Para a tripsina verificou-se que QM3 apresentou maior potencial de imobilização do que QM3Glu. Após 30 dias, QM3-Trip e QM3Glu-Trip ainda apresentavam a tripsina ativada. Foram demonstradas a atividade e a cinética enzimática da QM3Glu-trip com o substrato BApNA. / Nanoscience and nanotechnology have opened up numerous developments of devices and systems on the nanometer scale, with new molecular organization, properties and functions. In this context, the polymeric magnetic nanoparticles are composites formed by magnetic materials with a particle size between 1 and 100 nm combined with functional polymers. They are well-known and have been widely studied because of its applications in various technology areas. Applications on the biological and medical areas include separation and immobilization of enzymes and proteins, improved techniques of magnetic resonance imaging and diagnostic systems for controlled drug delivery. In this work, proteins were immobilized on the surface of a biopolymer combined with superparamagnetic particles of magnetite. The biopolymer chitosan was used, cross-linked and functionalized with glutaraldehyde, applicable to the biological assays. Three types of magnetic composites were obtained, which were called QM1Glu, QM2NaGlu and QM3Glu. They were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, vibrating sample magnetometry, differential scanning calorimetry, thermogravimetry and infrared spectroscopy. They were evaluated concerning the immobilization of the proteins bovine serum albumin (BSA), collagen and trypsin. The study showed that the immobilization of proteins on the biopolymer occurred in 30 min of incubation. The magnetic composite of nonfunctionalized chitosan (QM3) was also evaluated. For trypsin, it was found that the immobilization potential of QM3 was higher than that observed for QM3Glu. After 30 days, the trypsin of the QM3-Trip and QM3Glu-Trip was still with activity. The activity and the enzyme kinetics of the QM3Glu-Trip with the substrate BApNA were demonstrated.

A conjugação por polietilenoglicol (PEG) mascara a superfície das proteínas e aumenta o tamanho molecular do polipeptídio, reduzindo assim sua ultrafiltragem renal, impedindo a aproximação de células processadoras de antígenos ou anticorpos e reduzindo a degradação por enzimas proteolíticas. O PEG transfere para as moléculas suas propriedades físico-químicas e, conseqüentemente, modifica também a biodistribuição e a solubilidade de drogas peptídicas e não peptídicas. As soluções de proteínas são facilmente desnaturadas (muitas vezes irreversivelmente) pelo aparecimento de numerosos eventos que podem afetar a estabilidade das soluções, tais como: aquecimento, agitação, congelamento, mudanças no pH e exposição a interfaces ou agentes desnaturantes, resultando geralmente na perda da eficácia clínica e aumento do risco de efeitos colaterais adversos. A solução prática para o dilema da estabilidade da proteína é a remoção da água. A liofilização é o método mais comumente utilizado para a preparação de proteínas desidratadas, as quais, teoricamente, devem apresentar uma estabilidade adequada por um longo período de armazenagem em temperaturas ambientes. A proteína utilizada neste estudo foi a albumina sérica bovina (BSA), amplamente estudada no campo da bioquímica. Através da espectroscopia Raman associada com análise térmica por DSC, análise colorimétrica, e a determinação do teor de umidade, verificou-se que o congelamento rápido (30 °C/min.) favoreceu a manutenção da estrutura conformacional da proteína após a liofilização, porém aumentou o tempo de secagem primária em sete horas em relação ao congelamento lento (2,5 °C/min.). Após a modificação da albumina bovina por reação com o metoxi-PEG verificou-se que a BSA-PEG (1:0,25) apresentou um menor grau de alteração estrutural e conseqüentemente uma menor variação das características físico-químicas, além de otimizar as condições de liofilização e armazenamento da proteína quando comparada com a BSA-PEG (1:0,5) . / PEG conjugation masks the proteins surface and increases the molecular size of the polypeptide, thus reducing its renal ultrafiltration, preventing the approach of antibodies or antigen processing cells and reducing the degradation by proteolytic enzymes. The PEG conveys to molecules its physico-chemical properties and therefore modifies also biodistribution and solubility of peptide and non-peptide drugs. This property opens new techniques in biocatalysis and in pharmaceutical technology where many insoluble drugs are solubilized by PEG conjugation and thus more easily administered. Aqueous protein solutions are readily denatured (often irreversibly) by numerous stresses arising in solution, e.g., heating, agitation, freezing, pH changes, and exposure to interfaces or denaturants, usually resulting in lost of clinical efficacy and increase the risk of adverse side effects. Even if its physical stability is maintained, a protein can be degraded by chemical reactions (e.g., hydrolysis and deamidation), many of which are mediated by water. The practical solution to the protein stability dilemma is to remove the water. Lyophilization is most commonly used to prepare dehydrated proteins, which, theorecally, should have the desired long-term stability at ambient temperatures. The protein used in this study was the bovine serum albumin (BSA), largely studied in the biochemical field. Through Raman spectroscopy associated with thermal analysis using DSC, Colorimetric analysis and the determination of water content It was observed that the fast freezing (30 °C/min.) favored the maintenance of the conformational structure in the protein after lyophilization, however increased the primary drying in seven hours with regard to the slow freezing (2,5 °C/min.). After the modification of bovine serum albumin with methoxy-PEG it was observed that the BSA-PEG (1:0,25) showed a lower degree of structural alterations and consequently a lower variation on the physical-chemical characteristics, moreover optimized the conditions during the lyophilization process and storage of the protein when it was compared to BSA-PEG (1:0,5).

Submitted by Sandra Pereira (srpereira@ufrrj.br) on 2017-01-12T11:50:46Z No. of bitstreams: 1 2016 - Otavio Augusto Chaves.pdf: 6300833 bytes, checksum: 156947ce06fa4e3b0674f5eaeaa4ef06 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-12T11:50:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016 - Otavio Augusto Chaves.pdf: 6300833 bytes, checksum: 156947ce06fa4e3b0674f5eaeaa4ef06 (MD5) Previous issue date: 2016-07-19 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico - CNPq / The interactions between human serum albumin (HSA) with 18-PF, BZL, MTZ and MZ and between bovine serum albumin (BSA) with t-DCTN, PF, LF-B, PIA and ?-lap were studied by spectroscopic techniques (molecular absorption in the UV-Vis region, circular dichroism, emission fluorescence in the steady state and temporal resolution) under physiological conditions. Theoretical calculations by molecular docking were performed to complement the experimental data and thus offer accurate to the results. The results obtained for the fluorescence quenching rate constant (kq) is greater than the diffusion rate constant in water (kdiff ? 5,00x109 L/mol), indicating that there is formation of complex between albumin and biologically active molecules in the ground state (for the sample PIA we confirmed this data with time resolved fluorescence experiments). For t-DCTN and LF-B beyond the static mechanism it was observed the presence of dynamic fluorescence quenching mechanism. Finally, for PF and PIA F?rster theory shows that the energy transfer between the fluorophore and the quenchers can occurs with high probability. The thermodynamic values for Gibbs? free energy are in accordance with the spontaneity of the association, for all the samples. Thermodynamic parameters ?H? and ?S? provided evidence of the main intermolecular interactions in the association. The samples 18-FP, t-DCTN, LF-B, PIA, ?-lap, BZL and MTZ interact with albumin by hydrogen bonding and hydrophobic interactions. On the other hand, PF and MZ interact by hydrogen bonding and electrostatic forces. The number of binding sites shows that there is only one main cavity of the protein to the interaction. For 18-PF, PF and LF-B the binding is weak, for t-DCTN the binding is moderate and for PIA, ?-lap, BZL, MTZ and MZ the binding is strong. Circular dichroism results show that upon binding of samples with the albumin there are no significant perturbations on the secondary structure of the protein. Theoretical calculations by molecular docking are in full agreement with the spectroscopic results / As intera??es entre albumina s?rica humana (ASH) com 18-FP, BZL, MTZ e MZ e entre albumina s?rica bovina (ASB) com t-DCTN, PF, LF-B, PIA e ?-lap foram estudadas por t?cnicas espectrosc?picas (absor??o molecular no UV-Vis, dicro?smo circular, emiss?o de fluoresc?ncia no estado estacion?rio e com resolu??o temporal) sobre condi??es fisiol?gicas. C?lculos te?ricos por ancoramento molecular (do ingl?s molecular docking) foram executados para complementa??o dos dados experimentais e dessa forma obter resultados mais precisos. Os resultados obtidos para as constantes de velocidade de supress?o de fluoresc?ncia das albuminas (kq) s?o maiores do que a velocidade de difus?o em ?gua (kdiff ? 5,00x109 L/mols), indicando que h? forma??o de um complexo no estado fundamental entre as albuminas com as mol?culas biologicamente ativas (para amostra PIA tal dado foi confirmado com a fluoresc?ncia resolvida no tempo). Para as amostras t-DCTN e LF-B al?m do mecanismo est?tico foi observado ? presen?a do mecanismo din?mico e j? para as amostras PF e PIA o c?lculo de F?rster mostra alta probabilidade de ocorr?ncia de transfer?ncia de energia entre o fluor?foro e os supressores. Os valores termodin?micos de energia livre de Gibbs, calculados para todas as amostras est?o de acordo com a espontaneidade da associa??o. Par?metros termodin?micos de ?H? e ?S? forneceram ind?cios das principais intera??es intermoleculares na associa??o. As amostras 18-FP, t-DCTN, LF-B, PIA, ?-lap, BZL e MTZ associam com a albumina via liga??o de hidrog?nio e intera??es hidrof?bicas e j? PF e MZ por liga??o de hidrog?nio e intera??es eletrost?ticas. O n?mero de s?tios de liga??o para todas as amostras indicam que h? apenas uma principal cavidade da prote?na para a associa??o das mol?culas estudadas, sendo que essa associa??o ? moderada para 18-FP, PF e LF-B, fraca para t-DCTN e forte para PIA, ?-lap, BZL, MTZ e MZ. Estudos de dicro?smo circular demonstram que n?o h? perturba??es significativas na estrutura secund?ria da albumina com a associa??o. C?lculos te?ricos via ancoramento molecular est?o em total acordo com os resultados espectrosc?picos

Produtos de glicação avançada (AGE) são prevalentes no diabete melito e alteram o metabolismo de lípides e lipoproteínas. Neste estudo, avaliou-se a influência da albumina, isolada do soro de indivíduos controles (C, n =12) e de portadores de diabete melito tipo 1 (DM 1, n=13) e tipo 2 (DM 2, n=11), com controle glicêmico inadequado, sobre a remoção de colesterol de macrófagos, o acúmulo intracelular de lípides, o conteúdo do receptor de HDL, ABCA-1 e a captação seletiva de colesterol esterificado de HDL. Além disso, foi determinada a expressão diferencial de genes em macrófagos tratados com albumina C, DM 1 ou DM 2. A concentração plasmática de albumina glicada foi superior no grupo DM 1 e DM 2 em relação ao C e correlacionou-se positivamente com glicemia, hemoglobina glicada e frutosamina. Albumina sérica foi isolada por cromatografia para separação rápida de proteínas e purificada por extração alcoólica. Albumina DM 1 e DM 2 apresentaram maior conteúdo de carboximetil-lisina e apo A-I quando comparada à albumina C. Macrófagos enriquecidos com LDL acetilada e 14C-colesterol foram tratados com albumina C, DM 1 ou DM 2 e, a seguir, incubados na presença ou ausência de apo A-I, HDL3 ou HDL2 para determinação do efluxo de colesterol. Apesar de removerem maior quantidade de colesterol celular, as albumina DM 1 e DM 2 reduziram o efluxo de colesterol mediado por apo A-I (70% e 45%, respectivamente) e HDL2 (55% e 54%, respectivamente) em comparação à albumina C. Com HDL3, a queda no efluxo de colesterol só foi observada em macrófagos expostos à albumina DM 2 (55%). Macrófagos incubados apenas com albumina C, DM 1 ou DM 2 apresentaram conteúdo lipídico semelhante, evidenciado por coloração com Oil Red O. A adição de apo A-I, HDL3 ou HDL2 reduziu o conteúdo lipídico apenas nas células tratadas com albumina C, mas não com albumina DM 1 ou DM 2. A expressão de ABCA-1 foi diminuída 82% e 25% em macrófagos expostos, respectivamente, à albumina DM 1 e DM 2, em comparação às células tratadas com albumina C. As albuminas DM 1 e DM 2 reduziram a captação de 3H colesteril oleoil éter de HDL por células que superexpressam o receptor SR-BI. Estes resultados também foram obtidos com albumina humana modificada in vitro por glicação avançada. As albuminas isoladas dos pacientes diabéticos aumentaram a expressão de receptores envolvidos na captação de LDL modificadas e de proteínas que modulam vias da homeostase do colesterol. Os resultados deste estudo evidenciaram que a modificação in vivo da albumina por glicação avançada prejudica o transporte reverso de colesterol no diabete melito, por reduzir a expressão de ABCA-1 e a remoção de colesterol de macrófagos, bem como a captação seletiva de colesterol esterificado de HDL pelo SR-BI. Independentemente de variação na concentração e composição de HDL, a glicação da albumina pode contribuir para o acúmulo de lípides em macrófagos e gênese da aterosclerose no diabete melito / Advanced glycation end products are prevalent in diabetes mellitus and alter lipids and lipoprotein metabolism. In this study we analyzed the role of albumin, isolated from control individuals (C, n = 12) and uncontrolled type 1 (DM 1, n = 13) and type 2 (DM 2, n = 11) diabetes mellitus patients on macrophage cholesterol removal, intracellular lipid accumulation, expression of the HDL receptor protein level, ABCA-1and the uptake of esterified cholesterol from HDL. It was also investigated the differential gene expression in macrophages treated with C, DM 1 or DM 2 albumin. Glycated albumin was higher in DM 1 and DM 2 groups as compared to C and was positivetly correlated with glycemia, glycated hemoglobin and fructosamine. Serum albumin was isolated by fast protein liquid chromatography and alchoolic extraction. DM 1 and DM 2 albumin presented a higher amount of carboxymethyllysine and apo A-I as compared to C albumin. In order to determine cholesterol efflux acetylated LDL and 14C-cholesterol enriched J- 774 macrophages were treated with C, DM 1 or DM 2 albumin and then incubated in the absence or presence of apo A-I, HDL3 or HDL2. Although presenting a higher ability to remove cell cholesterol by itself, DM 1 and DM 2 albumin reduced cholesterol efflux mediated by apo A-I (70% e 45%, respectively) and by HDL2 (55% e 54%, respectively) as compared to C albumin. With HDL3 the reduction of the cholesterol efflux was only observed in macrophages treated with DM 2 albumin (55%) in comparison to C albumin. Macrophages incubated with C, DM 1 or DM 2 albumin alone presented similar amount of intracellular lipids as assessed by Oil Red O staining. The addition of apo A-I, HDL3 or HDL2 reduced the lipid content in cells treated with C albumin, but not in those exposed to DM 1 or DM 2 albumin. The expression of ABCA-1 was reduced 82% and 25% in macrophages treated, respectively, with DM 1 or DM 2 albumin, in comparison to C albumin. DM 1 and DM 2 albumin reduced the uptake of 3H colesteril oleoyl ether from HDL by SR-BI overexpressing cells. These findings also were obtained when cells were treated in vitro with human serum albumin submitted to advanced glycation. DM 1 and DM 2 albumin enhanced the expression of receptors involved in the uptake of modified LDL and cholesterol homeostasis. Our findings showed that the advanced glycation of albumin that takes place in diabetes mellitus impairs the reverse cholesterol transport efficiency by reducing the ABCA-1 expression and cholesterol exportation to HDL and also by diminishing the uptake of esterified cholesterol from HDL. Independently of changes in HDL composition and concentration, advanced glycated albumin contributes to cholesterol accumulation in macrophages and atherogenesis in diabetes mellitus