Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-02-02T13:30:50Z No. of bitstreams: 1 EmmanuelDuarteBarbosa_DISSERT.pdf: 9706329 bytes, checksum: cf979f942793c968afbd04719854d7f0 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-02-08T19:26:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 EmmanuelDuarteBarbosa_DISSERT.pdf: 9706329 bytes, checksum: cf979f942793c968afbd04719854d7f0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-08T19:26:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EmmanuelDuarteBarbosa_DISSERT.pdf: 9706329 bytes, checksum: cf979f942793c968afbd04719854d7f0 (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / A enzima Delta Aminolevul?nico Desidratase (ALAD) ? uma metaloprote?na citos?lica essencial em v?rios processos biol?gicos, uma vez que ? respons?vel pelo segundo passo da cat?lise enzim?tica na forma??o de porfobilinog?nio, um precursor dos tetrapirr?licos (heme, clorofila). Esta enzima ? bastante sens?vel a metais pesados e tem sido classicamente usada como um marcador na intoxica??o por chumbo. Sua inibi??o se d? pela substitui??o desses metais pesados no s?tio de liga??o a metais. Na ALAD humana, o Zinco (Zn2+) ocupa funcionalmente este s?tio sendo essencial para a coordena??o das cadeias de ?cido aminolevul?nico durante a cat?lise enzim?tica. Embora muitos ensaios in vitro, in vivo e in s?lico j? tenham demonstrado a import?ncia do Zn2+ nesse s?tio, n?o se tinha conhecimento de nenhum estudo baseado em abordagem qu?ntica com o intuito de elucidar esta intera??o de forma mais detalhada. Diante disso, o presente trabalho teve como objetivo analisar as muta??es missense que acometem o s?tio de liga??o ao zinco e descrever atrav?s de m?todos qu?nticos a energia de intera??o entre a enzima e o zinco com maior acur?cia utilizando o m?todo do Fracionamento Molecular com Capas Conjugadas (MFCC), quantificando energeticamente os res?duos de amino?cidos posicionados at? uma dist?ncia de 8,5 ? do centroide do ligante. Foi identificado as altera??es bioqu?micas na estrutura monom?rica dos mutantes, as quais resultam na diminui??o da atividade enzim?tica. Foram identificados um total de 30 res?duos com valores energ?ticos variados que interagem com o zinco no bols?o de liga??o. Aqueles que apresentaram valores significativos (de atra??o ou repuls?o) e est?o relacionados funcionalmente ? atividade enzim?tica foram: Lis199, Lis252, Arg 209, Arg 174, Cis122, Cis124 e Cis132; e aqueles que demonstraram relev?ncia para a perman?ncia do ?on no s?tio de liga??o foram: Asp169, Gli130, Gli133, Asp120 e Ser168. A partir disso, p?de-se concluir que al?m dos grupos nucle?filos (grupos tiolatos) dos res?duos Cis122, Cis124 e Cis132, os res?duos Asp169, Asp120 e Ser168 s?o fundamentais na composi??o do bols?o, uma vez que demonstraram grande quantidade de energia de intera??o atrativa com o ?on Zn2+. / The enzyme Delta Aminolevulinic Dehydratase (ALAD) is a cytosolic metalloproteinase essential in several biological processes since it participates in the second step in porphobilinogen formation pathway, a tetrapyrrolic precursor of heme and chlorophyll. This enzyme is very sensitive to heavy metals and has traditionally been used as a biomarker in lead poisoning. Its inhibition occurs when these heavy metals are replaced inside the metal binding site. In human ALAD, Zinc (Zn2+) functionally occupies this site and it is essential for coordination of two chains of aminolevulinic acid for the enzymatic catalysis. Although many in vitro, in vivo and in silico works have already demonstrated the importance of Zn2+ at that site, to the best of our knowledge, there isn?t any studies on literature based on quantum approach in order to elucidate this interactions in more details. Therefore, the aim of the present study was to analyse the missense mutations that affect the zinc binding site and describe through quantum methods the energy interaction between zinc and ALAD with greater accuracy using the method of Molecular fractionation with conjugated caps (MFCC) by quantifying amino acid residues? energy positioned at 8.5 ? of distance with the ligand centroid. It was identified biochemical changes in the monomeric structure of mutants, which result in decreased enzyme activity. It were identified a total of 30 residues with a wide range of energy values. The residues with significant (atractition or repulsion) values and functionally related to enzymatic activity were: Lys199, Lys252, Cys122, Cys124 and Cys132; and those that demonstrated relevance to the ion permanence inside the binding site were: Asp169, Gly130, Gly133, Asp120 and Ser168. Thus, it could be concluded that in addition to the nucleophilic groups (thiolates groups) from Cys122, Cys124 and Cys132, others residues such as Asp169, Asp120 and Ser168 are fundamental in the catalytic pocket composition, since they showed high attractive interaction energy with Zn2+ ion.

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The accelerated bone loss that occurs during menopause and becomes more prone in the postmenopausal period is mediated by the ending of estrogen production. This bone loss can be a threat for women in this period of life concerning to the lead toxicity. Around 95% of the lead accumulated in the body is stored in the bones and may be mobilized to the bloodstream during bone demineralization, posing a potential risk. On the other hand, an adequate calcium supplementation seems to reduce gastrointestinal lead absorption. However, studies carried out in the United States revealed relatively high lead levels in calcium supplements. In the present study, we evaluated the content of lead in calcium supplements available in Brazil. We also investigated the effect of calcium supplementation and bone diseases on blood lead levels, δ-aminolevulinic acid dehydratase (δ-ALAD) activity, δ-ALAD reactivation index and antioxidant enzymes activities in postmenopausal women non-occupationally exposed to lead. Two studies were conducted, one with a cross-sectional design and another with a prospective design. Biochemical parameters were evaluated in both studies. In the prospective study these parameters were evaluated before and after three months of calcium supplementation. A total of 11 calcium-based products were selected and their lead and calcium content were determined by graphite furnace and flame atomic absorption spectrometry, respectively. Blood lead was assessed by inductively coupled plasma mass spectrometry and bone mineral density (BMD) was evaluated at the lumbar spine (BMD L1-L4) and femoral neck (BMD femur) by dual energy X-ray absorptiometry. δ-ALAD activity and antioxidant enzymes activities were determined in whole blood using spectrophotometric methods. δ-ALAD reactivation index was determined by measuring enzyme activity in the presence of 3 mM ZnCl2 and 10 mM DL-dithiothreitol. The lowest lead content per gram of calcium was found in bonemeal (< limit of quantification) and the highest lead content per gram of calcium was found in dolomite (2.3±1.2 μg. g-1 of measured calcium). No differences were observed in δ-ALAD activity or δ-ALAD reactivation index between postmenopausal women with and without bone diseases, both in the cross-sectional and in the prospective study. In the prospective study, three months of calcium supplementation increased blood lead levels in osteopenia (4.6 μg/dL) when compared with control group (3.7 μg/dL) and decreased alkaline phosphatase activity in all groups: control (66.2 vs. 71.9 U/L before the beginning of the treatment) osteopenia (67.1 vs. 71.1 U/L) and osteoporosis (83.9 vs. 86.1 U/L). Catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) activities were not different between postmenopausal women with and without bone diseases, both in the cross-sectional and in the prospective study. However, gluthatione peroxidase (GPx) activity was significantly higher in osteopenia group (23.32 μmol NADPH/g Hb/min) as compared to control group (18.56 μmol NADPH/g Hb/min) in the cross-sectional study. This finding was interpreted as a defense response to counteract the overproduction of reactive oxygen species in women with osteopenia. Results of the cross-sectional study indicated that bone resorption associated to osteopenia/osteoporosis does not pose a risk of lead toxicity in postmenopausal women exposed to background lead levels. However, results of the prospective suggest that three months of calcium supplementation contributed to a small, but significant increase of blood lead levels in postmenopausal women with bone disease. Although lead levels found in calcium supplements were below the limits established in the United States, it is important to regulate the allowed lead levels in calcium supplements in Brazil through of a specific legislation. A monitoring program of lead levels would also be important, because our results revealed that calcium supplements are a small lead source. Despite being a low lead source, it could cause deleterious effects, mainly in women in the postmenopausal. / A acelerada perda óssea que ocorre durante a menopausa e torna-se mais acentuada no período pós-menopáusico, mediada pelo término na produção de estrogênio, pode constituir uma ameaça para mulheres nessa fase da vida, no que diz respeito à toxicidade do chumbo. Aproximadamente 95% do chumbo acumulado no organismo está depositado nos ossos e com a desmineralização óssea o metal passa para a corrente sanguínea, constituindo um risco potencial. Por outro lado, uma adequada suplementação de cálcio parece reduzir a absorção gastrintestinal de chumbo. No entanto, estudos realizados nos Estados Unidos revelaram níveis relativamente elevados de chumbo em suplementos de cálcio. No presente estudo, nós avaliamos o conteúdo de chumbo nos suplementos de cálcio disponíveis no Brasil. Investigamos também os efeitos da suplementação de cálcio e da doença óssea sobre os níveis sanguíneos de chumbo, a atividade da enzima δ-aminolevulinato desidratase (δ-ALAD), índice de reativação da δ-ALAD e a atividade de enzimas antioxidantes em mulheres pós-menopáusicas não expostas ocupacionalmente ao chumbo. Foi realizado um estudo transversal e outro prospectivo, onde em ambos os estudos foram avaliados os parâmetros bioquímicos; sendo que no estudo prospectivo esses parâmetros foram avaliados antes e após três meses de suplementação de cálcio. Um total de 11 produtos à base de cálcio foram selecionados e o conteúdo de chumbo e cálcio foi determinado por espectrometria de absorção atômica com forno de grafite e de chama, respectivamente. Os níveis de chumbo sanguíneo foram medidos por espectrometria de massa com plasma acoplado indutivamente e a densidade mineral óssea (DMO) foi determinada na lombar (DMO L1-L4) e no colo do fêmur (DMO fêmur) por absorciometria de duplo feixe de raios-X. A atividade da δ-ALAD e das enzimas antioxidantes foram determinados em sangue total usando métodos espectrofotométricos. O índice de reativação da δ-ALAD foi determinado pela medida da atividade da enzima em presença de 3 mM de ZnCl2 e 10 mM de DL-ditiotreitol. A menor quantidade de chumbo por grama de cálcio foi encontrada nos suplementos de cálcio à base de ossos (< que o limite de detecção) e a maior quantidade de chumbo por grama de cálcio foi encontrada na dolomita (2,3±1,2 μg.g-1 de cálcio medido). Nenhuma diferença foi observada na atividade da δ-ALAD ou no índice de reativação da δ-ALAD entre as mulheres pós-menopáusicas com e sem doença óssea, em ambos os estudos, transversal e prospectivo. No estudo prospectivo, três meses de suplementação de cálcio aumentou os níveis de chumbo sanguíneo no grupo com osteopenia (4,6 μg/dL) quando comparado ao grupo controle (3,7 μg/dL) e diminuiu a atividade da fosfatase alcalina em todos os grupos: controle (66,2 vs. 71,9 U/L antes do início do tratamento) osteopenia (67,1 vs. 71,1 U/L) e osteoporose (83,9 vs. 86,1 U/L). A atividade da catalase (CAT) e da superóxido dismutase (SOD) não foram diferentes entre as mulheres pós-menopáusicas com e sem doença óssea, em ambos os estudos, transversal e prospectivo. No entanto, a atividade da glutationa peroxidase (GPx) foi significativamente maior no grupo osteopenia (23,32 μmol NADPH/g Hb/min) quando comparado ao grupo controle (18,56 μmol NADPH/g Hb/min) no estudo transversal. Esse resultado foi interpretado como uma resposta defensiva contra a produção excessiva de espécies reativas de oxigênio nas mulheres com osteopenia. Os resultados do estudo transversal indicaram que a reabsorção óssea associada com osteopenia/osteoporose não representa um risco de toxicidade do chumbo em mulheres na pós-menopausa expostas a baixos níveis de chumbo. No entanto, os resultados do estudo prospectivo sugerem que três meses de suplementação de cálcio contribuíram para um pequeno, mas significativo aumento nos níveis sanguíneos de chumbo em mulheres na pós-menopausa com doença óssea. Embora os níveis de chumbo encontrados nos suplementos de cálcio tenham ficado abaixo dos limites estabelecidos nos Estados Unidos, faz-se necessário a regulamentação, através de uma legislação específica, dos níveis permitidos de chumbo em suplementos de cálcio no Brasil. Também seria importante um programa de monitoramento de tais níveis, pois através dos nossos resultados constatamos que os suplementos de cálcio atuam como uma pequena fonte de chumbo, mas que poderá vir a causar efeitos deletérios, principalmente em mulheres na pós-menopausa.