O oxigênio molecular singlete (1O2) é formado em sistemas biológicos e reage com diferentes biomoléculas. Proteínas representam um dos principais alvos de oxidação, devido as suas altas concentrações em organismos. Em pH fisiológico 1O2 reage com His, Tyr, Met, Cys e Trp. Neste trabalho investigamos a oxidação causada pelo 1O2 e a formação de dimerização em uma proteína modelo, a lisozima. A identificação dos principais produtos de oxidação e dimerização foi realizada por sequenciamento de peptídeos através de nano cromatografia acoplada a espectrometria de massas (nLC-MS/MS). A geração de 1O2 foi realizada por fotossensibilização utilizando luz e rosa bengala como fotossensibilizador, e pela decomposição térmica de endoperóxidos derivado do naftaleno DHPN16O2 e DHPN18O2, uma fonte limpa de 1O2 no meio reacional. Os resultados demonstraram que a reação do oxigênio singlete com lisozima acarreta oxidação dos resíduos de Met, His e Trp. A caracterização da estrutura primária por nLC-MS/MS dos aminoácidos confirmou a adição de átomos de oxigênio marcado (18O). A lisozima é constituída apenas de um resíduo de histidina (His15) e as oxidações identificadas foram adições de massas de +14 Da (descrita como 2-oxo-histidina), +16 e +32 Da. Os resíduos de metionina (Met12 e Met105) foram identificados como sulfóxidos (MetSO - adição de massas de +16 Da). Para os resíduos de triptofano foram identificados a formação de quinurenina (adição de massas de +4 Da), +16 e +32 Da. As oxidações levaram a formação de dimerização na proteína caracterizada por eletroforese em gel e nLC-MS/MS. O objetivo principal do trabalho foi analisar a ligação cruzada entre o resíduo de histidina 2-oxohistidina na lisozima. Entretanto, foram identificadas ligações cruzadas entre 2- oxo-histidina e resíduos de lisina, além de ligações cruzadas com resíduos de triptofano oxidado. Em consequência dos resultados obtidos com a proteína modelo, avaliamos as oxidações e formação de dímeros em proteínas extraídas do cristalino do olho bovino. Diferentes tipos de modificações foram observados, além da formação de dímeros entre resíduos de histidina (2-oxoHis-His) caracterizados por nLC-MS/MS e bioinformática. Os dados obtidos neste trabalho, fornecem evidências da ocorrência simultânea de formação de ligações cruzadas entre diferentes proteicas após exposição a 1O2. O trabalho resultou na identificação e sequenciamento através de nLC-MS/MS de peptídeos oxidados por 1O2 a partir de uma proteína modelo. Esses resultados reiteram o importante papel do 1O2 em reações com proteínas além do seu envolvimento no desenvolvimento de condições patológicas. A dimerização formada na ligação cruzada em 2-oxo-His-His representa um possível novo biomarcador para o 1O2 em sistemas biológicos / Singlet molecular oxygen (1O2) can be generated in biological systems, reacting with different biomolecules. Proteins are major target for oxidants due to higher concentration in organisms. At physiological pH, 1O2 may react with the following aminoacids: His, Tyr, Met, Cys and Trp. Here, we investigated oxidation and dimerization reactions of proteins exposed to 1O2 using lysozyme as a model. Modifications of lysozyme by 1O2 were investigated using mass spectrometry approaches. Identification of the main oxidation and dimerization products were performed by peptide sequencing by nano-chromatography coupled to mass spectrometry (nLC-MS/MS). Singlet oxygen was generated using visible light and rose Bengal as photosensitizer, and from the decomposition of thermolabile endoperoxides DHPN16O2 e DHPN18O2, clean sources of 1O2. Experimental findings showed oxidation of Met, His, and Trp residuesin lysozyme. Structural characterization by nLC-MS/MS of the oxidative modifications in lysozyme tryptic peptides showed the addition of [18O]-labeled atoms in different amino acid residues. Lysozyme has in its structure a single histidine residue (His15). We identified shifts of +14 Da (described as oxohistidine), +16 and +32 Da in this residue. Methionine residues (Met12 and Met105) were oxidized to sulfoxides (MetSO mass shift of +16 Da). Modifications in tryptophan residues were identified as kynurenine (shift mass of +4 Da), +16 and + 32 Da. Oxidized lysozyme subjected to SDS-Page showed dimmers formation. The main aim was to analyze cross-linking formation between 2-oxo-histidine residues in lysozyme. However, cross-links between 2- oxo-histidine and lysine residues, and cross-links between oxidized tryptophan residues have been identified. Following results obtained with the protein model, we evaluated oxidation and the dimers formation in proteins extracted from the lens of the bovine eye. Analysis performed in nLC-MS/MS and bioinformatics identified different types of modifications, including formation of dimers with histidine residues (2-oxo-His-His). The data provided evidence for simultaneous occurrence of protein cross-linking on exposure 1O2. These results demonstrated the important role of 1O2 in protein reactions beyond its involvement in developing of pathological conditions. In conclusion, dimerization of proteins through 2-oxo-His residues may be a possible new biomarker for 1O2 in biological systems.

O oxigênio molecular singlete (1O2) é formado em sistemas biológicos e reage com diferentes biomoléculas. Proteínas representam um dos principais alvos de oxidação, devido as suas altas concentrações em organismos. Em pH fisiológico 1O2 reage com His, Tyr, Met, Cys e Trp. Neste trabalho investigamos a oxidação causada pelo 1O2 e a formação de dimerização em uma proteína modelo, a lisozima. A identificação dos principais produtos de oxidação e dimerização foi realizada por sequenciamento de peptídeos através de nano cromatografia acoplada a espectrometria de massas (nLC-MS/MS). A geração de 1O2 foi realizada por fotossensibilização utilizando luz e rosa bengala como fotossensibilizador, e pela decomposição térmica de endoperóxidos derivado do naftaleno DHPN16O2 e DHPN18O2, uma fonte limpa de 1O2 no meio reacional. Os resultados demonstraram que a reação do oxigênio singlete com lisozima acarreta oxidação dos resíduos de Met, His e Trp. A caracterização da estrutura primária por nLC-MS/MS dos aminoácidos confirmou a adição de átomos de oxigênio marcado (18O). A lisozima é constituída apenas de um resíduo de histidina (His15) e as oxidações identificadas foram adições de massas de +14 Da (descrita como 2-oxo-histidina), +16 e +32 Da. Os resíduos de metionina (Met12 e Met105) foram identificados como sulfóxidos (MetSO - adição de massas de +16 Da). Para os resíduos de triptofano foram identificados a formação de quinurenina (adição de massas de +4 Da), +16 e +32 Da. As oxidações levaram a formação de dimerização na proteína caracterizada por eletroforese em gel e nLC-MS/MS. O objetivo principal do trabalho foi analisar a ligação cruzada entre o resíduo de histidina 2-oxohistidina na lisozima. Entretanto, foram identificadas ligações cruzadas entre 2- oxo-histidina e resíduos de lisina, além de ligações cruzadas com resíduos de triptofano oxidado. Em consequência dos resultados obtidos com a proteína modelo, avaliamos as oxidações e formação de dímeros em proteínas extraídas do cristalino do olho bovino. Diferentes tipos de modificações foram observados, além da formação de dímeros entre resíduos de histidina (2-oxoHis-His) caracterizados por nLC-MS/MS e bioinformática. Os dados obtidos neste trabalho, fornecem evidências da ocorrência simultânea de formação de ligações cruzadas entre diferentes proteicas após exposição a 1O2. O trabalho resultou na identificação e sequenciamento através de nLC-MS/MS de peptídeos oxidados por 1O2 a partir de uma proteína modelo. Esses resultados reiteram o importante papel do 1O2 em reações com proteínas além do seu envolvimento no desenvolvimento de condições patológicas. A dimerização formada na ligação cruzada em 2-oxo-His-His representa um possível novo biomarcador para o 1O2 em sistemas biológicos / Singlet molecular oxygen (1O2) can be generated in biological systems, reacting with different biomolecules. Proteins are major target for oxidants due to higher concentration in organisms. At physiological pH, 1O2 may react with the following aminoacids: His, Tyr, Met, Cys and Trp. Here, we investigated oxidation and dimerization reactions of proteins exposed to 1O2 using lysozyme as a model. Modifications of lysozyme by 1O2 were investigated using mass spectrometry approaches. Identification of the main oxidation and dimerization products were performed by peptide sequencing by nano-chromatography coupled to mass spectrometry (nLC-MS/MS). Singlet oxygen was generated using visible light and rose Bengal as photosensitizer, and from the decomposition of thermolabile endoperoxides DHPN16O2 e DHPN18O2, clean sources of 1O2. Experimental findings showed oxidation of Met, His, and Trp residuesin lysozyme. Structural characterization by nLC-MS/MS of the oxidative modifications in lysozyme tryptic peptides showed the addition of [18O]-labeled atoms in different amino acid residues. Lysozyme has in its structure a single histidine residue (His15). We identified shifts of +14 Da (described as oxohistidine), +16 and +32 Da in this residue. Methionine residues (Met12 and Met105) were oxidized to sulfoxides (MetSO mass shift of +16 Da). Modifications in tryptophan residues were identified as kynurenine (shift mass of +4 Da), +16 and + 32 Da. Oxidized lysozyme subjected to SDS-Page showed dimmers formation. The main aim was to analyze cross-linking formation between 2-oxo-histidine residues in lysozyme. However, cross-links between 2- oxo-histidine and lysine residues, and cross-links between oxidized tryptophan residues have been identified. Following results obtained with the protein model, we evaluated oxidation and the dimers formation in proteins extracted from the lens of the bovine eye. Analysis performed in nLC-MS/MS and bioinformatics identified different types of modifications, including formation of dimers with histidine residues (2-oxo-His-His). The data provided evidence for simultaneous occurrence of protein cross-linking on exposure 1O2. These results demonstrated the important role of 1O2 in protein reactions beyond its involvement in developing of pathological conditions. In conclusion, dimerization of proteins through 2-oxo-His residues may be a possible new biomarker for 1O2 in biological systems.

[EN] The present study was designed to evaluate in independent trials the effect of replace protein fishmeal (HP) by four plant sources, lupine (Lupinus mutabilis Sweet), corn gluten (CGM), amaranth (Amaranthus caudatus L.) and quinoa (Chenopodium quinoa) on the growth of juvenile shrimp Litopenaeus vannamei. For this four sets of diets were developed. The first two containing 35% protein and 11% lipids were prepared to replace the 0, 25, 50, 75 and 100% of the protein from HP by protein lupine (LKM) or CGM. The other two series of isoproteic (30%) and isolipidic (9.5%) diets were formulated to replace 0, 15, 25, 35 and 45% protein HP by protein amaranth and quinoa. Only the contents of corn starch and fish oil were varied to maintain constant levels of protein and lipid in all the experimental diets. All diets had squid meal to provide attractability. Depending on the test conducted eight (LKM and CGM) or seven (amaranth and quinoa) juveniles of about 1g were stocked randomly in aquariums (44 m-2 or 39 m-2) 50 L equipped with a flow-through water system using full-strength seawater. Six aquariums (replicates) were assigned to each of the treatments in a completely randomized design. The shrimp were fed ad libitum twice a day for about eight weeks. At the end of the growth trial, shrimp were fed experimental diets containing 0.5% of chromium oxide. Overall survival in the study was higher than 74% and did not change significantly (p>0.05) when HP was replaced partially or completely by each of the sources evaluated. The results of this study showed that LKM can replace 50% of the protein of HP without significantly (p>0.05) reducing growth (6.7-7.0 g final weight). LKM inclusion in any of the tested levels resulted in a significantly (p<0.05) reduced the apparent digestibility of dry matter (ADMS) and apparent digestibility of crude protein (ADPC) of the feed. The gradual increase of CGM in diets produced a significant (p<0.05) decrease of shrimp final weight (5.9 to 3.2 g) and growth rate (2.7 to 1.7% d-1) compared to those fed CGM 0 (7.1 g and 3.0% d-1). Feed Conversion Factor (FCA) was also significantly (p<0.05) affected by CGM level, diets CGM50, CGM75 and CGM100 had higher FCA than CGM0 and CGM25. The inclusion of CGM on any level tested resulted in a significant decrease in ADMS, from 77.9 to 66.0%, and ADPC, 80.5 to 52.0%, of the feed. The apparent digestibility of amino acids, except lysine, declined with the addition of CGM, reflecting the ADPC. While those shrimps fed diets based on amaranth showed that the diet with 15% replacement obtained a better growth (p<0.05) after the control diet. Diets with replacement 15% and 25% reported significantly (p<0.05) better DAMS (79.7% and 71.2%) and ADPC (88.4% and 81.1%) than the diet with 35% and 45% substitution. The replacement of quinoa in any of the assessed levels have not demonstrated performance (p<0.05) lower than the control diet. The DAMS and ADPC for quinoa diets were statistically superior (p<0.05) than control diet. These results show that lupine and quinoa have a very good potential as a protein source up to 50% and 45% respectively of the HP protein which is equivalent to a third of the total protein in the diet. The cost-benefit of including these ingredients needs to be evaluated. Lower values of corn gluten and amaranth on the HP could be due to low protein digestibility, imbalance of amino acids and / or the presence of antinutritional factors. / [ES] El presente estudio fue diseñado para evaluar en ensayos independientes el efecto de reemplazar la proteína de la harina de pescado (HP) por cuatro fuentes de origen vegetal, altramuz (Lupinus mutabilis Sweet), gluten de maíz (CGM), amaranto (Amaranthus caudatus L.) y quinua (Chenopodium quinoa) sobre el crecimiento de camarones juveniles Litopenaeus vannamei. Para esto se elaboraron cuatro series de dietas. Las dos primeras conteniendo 35% de proteína y 11% de lípidos fueron preparadas para sustituir el 0, 25, 50, 75 y 100% de la proteína proveniente de la HP por proteína de las harinas de altramuz (LKM) o CGM. Las otras dos series de dietas isoproteicas (30%) e isolipidicas (9,5%) fueron formuladas para reemplazar 0, 15, 25, 35 y 45% de la proteína de la HP por proteína de amaranto y quinua. Solamente los contenidos de almidón de maíz y aceite de pescado variaron para mantener constante los niveles de proteína y lípidos en todas las dietas experimentales. Todas las dietas tuvieron harina de calamar. Dependiendo del ensayo realizado ocho (LKM y CGM) o siete (amaranto y quinua) juveniles de alrededor de 1g fueron sembrados aleatoriamente en los acuarios (44 m-2 o 39 m-2) de 50 l equipados con un sistema de recambio de agua de mar de flujo continuo. Seis acuarios (réplicas) fueron asignadas a cada uno de los tratamientos en un diseño completamente aleatorizado. Los camarones fueron alimentados ad libitum dos veces al día por aproximadamente ocho semanas. Al final del ensayo de crecimiento, los camarones fueron alimentados con las dietas experimentales conteniendo 0,5% de óxido de cromo. La supervivencia en general del estudio fue superior a 74% y no varió significativamente (p>0,05) cuando la HP fue reemplazada parcial o totalmente por cada una de las fuentes evaluadas. Los resultados de este estudio mostraron que LKM puede reemplazar el 50% de la proteína de la HP sin disminuir significativamente (p>0,05) el crecimiento (6,7-7,0 g peso final). La inclusión de LKM en cualquiera de los niveles ensayados resultaron en una significativamente (p<0,05) reducción de la digestibilidad aparente de materia seca (DAMS) y la digestibilidad aparente de proteína cruda (DAPC) del alimento. El gradual incremento del CGM en las dietas produjo un significativo (p<0,05) decrecimiento del peso final (5,9 a 3,2 g) de los camarones y sus tasas de crecimiento (2,7 a 1,7% d-1) comparado a aquellos alimentados con 0 CGM (7,1 g y 3,0 % d-1). El Factor de Conversión Alimenticia (FCA) fue también significativamente (p<0,05) afectado por el nivel de CGM, las dietas CGM50, CGM75 y CGM100 tuvieron un más alto FCA que CGM0 y CGM25. La inclusión de CGM en cualquier nivel ensayado resultó en un significativo decrecimiento en DAMS, de 77,9 a 66,0%, y en DAPC, de 80,5 a 52,0%, del alimento. La digestibilidad aparente de aminoácidos, con la excepción de lisina, declinó con la incorporación de CGM, reflejando la ADPC. En tanto que los camarones alimentados con las dietas a base de amaranto mostraron (p<0,05) que la dieta con 15% de reemplazo obtuvo un mejor crecimiento después de la dieta control. Las dietas con reemplazo de 15% y 25% registraron significativamente (p<0,05) una mejor DAMS (79,70% y 71,21%) y DAPC (88,39% y 81,10%) que las dieta con 35% y 45% de sustitución. El reemplazo de la quinua en cualquiera de los niveles evaluados no demostraron tener un rendimiento (p<0,05) inferior a la dieta control. La DAMS y DAPC para las dietas con quinua fueron estadísticamente superiores (p<0,05) a la dieta control. Estos resultados muestran que el altramuz y quinua tienen un potencial muy bueno como fuente proteína hasta el 50% y 45% respectivamente de la proteína de la HP lo cual es equivalente a un tercio del total de la proteína presente en la dieta. Los valores más bajos del gluten de maíz y amaranto relativo a la HP podrían ser debido a la baja digestibilidad de la proteína, imbalance de aminoácidos y/o a la pres / [CA] El present estudi va ser dissenyat per a avaluar en assajos independents l'efecte de reemplaçar la proteïna de la farina de peix (HP) per quatre fonts d'origen vegetal, tramús (Lupinus mutabilis Sweet), gluten de dacsa (CGM), amarant (Amaranthus caudatus L.) i quinoa (Chenopodium quinoa) sobre el creixement de gambetes juvenils Litopenaeus vannamei. Per a açò es van elaborar quatre sèries de dietes. Les dos primeres contenint 35% de proteïna i 11% de lípids van ser preparades per a substituir el 0, 25, 50, 75 i 100% de la proteïna provinent de la HP per proteïna de les farines de tramús (LKM) o CGM. Les altres dos sèries de dietes isoproteicas (30%) i isolipidicas (9,5%) van ser formulades per a reemplaçar 0, 15, 25, 35 i 45% de la proteïna de la HP per proteïna d'amarant i quinoa. Només els continguts de midó de dacsa i oli de peix van variar per a mantindre constant els nivells de proteïna i lípids en totes les dietes experimentals. Totes les dietes van tindre farina de calamar per a proveir atractabilidad. Depenent de l'assaig realitzat huit (LKM i CGM) o set (amarant i quinoa) juvenils d'al voltant de 1g van ser sembrats aleatòriament en els aquaris (44 m-2 o 39 m-2) de 50 l equipats amb un sistema de recanvi d'aigua de mar de flux continu. Sis aquaris (rèpliques) van ser assignades a cada un dels tractaments en un disseny completament aleatorizado. Les gambetes van ser alimentats ad libitum dos vegades al dia per aproximadament huit setmanes. Al final de l'assaig de creixement, les gambetes van ser alimentats amb les dietes experimentals contenint 0,5% d'òxid de crom. La supervivència en general de l'estudi va ser superior a 74% i no va variar significativament (p>0,05) quan la HP va ser reemplaçada parcial o totalment per cada una de les fonts avaluades. Els resultats d'este estudi van mostrar que LKM pot reemplaçar el 50% de la proteïna de la HP sense disminuir significativament (p>0,05) el creixement (6,7-7,0 g pes final). La inclusió de LKM en qualsevol dels nivells assajats van resultar en una significativament (p<0.05) reducció de la digestibilitat aparent de matèria seca (DAMS) i la digestibilitat aparent de proteïna crua (DAPC) de l'aliment. El gradual increment del CGM en les dietes va produir un significatiu decreixement del pes final (5,9 a 3,2 g) de les gambetes i les seues taxes de creixement (2,7 a 1,7% d-1) comparat a aquells alimentats amb 0 CGM (7,1 g i 3,0 % d-1). El Factor de Conversió Alimentària (FCA) va ser també significativament (p<0.05) afectat pel nivell de CGM, les dietes CGM50, CGM75 i CGM100 van tindre un més alt FCA que CGM0 i CGM25. La inclusió de CGM en qualsevol nivell assajat va resultar en un significatiu decreixement en DAMS, de 77,9 a 66,0%, i en DAPC, de 80,5 a 52,0%, de l'aliment. La digestibilitat aparent d'aminoàcids, amb l'excepció de lisina, va declinar amb la incorporació de CGM, reflectint l'ADPC. En tant que les gambetes alimentats amb les dietes a base d'amarant van mostrar que la dieta amb 15% de reemplaçament va obtindre un millor creixement després de la dieta control. Les dietes amb reemplaçament de 15% i 25% van registrar significativament una millor DAMS (79,70% i 71,21%) i DAPC (88,39% i 81,10%) que les dieta amb 35% i 45% de substitució. El reemplaçament de la quinoa en qualsevol dels nivells avaluats no van demostrar tindre un rendiment inferior a la dieta control. La DAMS i DAPC per a les dietes amb quinoa van ser estadísticament superiors a la dieta control. Estos resultats mostren que el tramús i quinoa tenen un potencial molt bo com a font proteïna fins al 50% i 45% respectivament de la proteïna de la HP la qual cosa és equivalent a un terç del total de la proteïna present en la dieta. El cost-benefici d'incloure estos ingredients necessita ser avaluat. Els valors més baixos del gluten de dacsa i amarant relatiu a la HP podrien ser degut a la baixa digestibilitat de la proteïna, imbalance d'aminoàcids y/o a / Molina Poveda, C. (2016). Evaluación de varias fuentes de proteína vegetal en dietas para camarón Litopenaeus vannamei [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63666