Danos induzidos por hiperglicemia em tecidos no diabetes são caracterizados por quatro mecanismos conectados: aumento do fluxo metabólico através da via do poliol, ativação da proteína quinase C (PKC), aumento da atividade da via das hexosaminas e aumento da produção intracelular dos precursores dos produtos finais de glicação avançada (AGEs). Entre eles, os derivados de metilglioxal, um potente agente de modificação de proteínas e DNA, têm sido associados a complicações microvasculares no diabetes: nefropatia, retinopatia e neuropatia. O metilglioxal é produzido a partir das trioses fosfato, acetona e aminoacetona, um catabólito de treonina e glicina, gerado na matriz mitocondrial. A aminoacetona sofre oxidação enzimática, catalisada por aminoxidase sensível a semicarbazida (SSAO), ou química, catalisada por íons de cobre e ferro, produzindo metilglioxal, H2O2 e NH4 +. Sabendo que metilglioxal e H2O2 são capazes de induzir apoptose e/ou necrose em células produtoras de insulina (RINm5f) propomos uma possível atividade pró-oxidante da aminoacetona sobre células beta do pâncreas. O tratamento destas linhagens com aminoacetona/Cu(II) aumentou a morte celular, fluxo de Ca2+ intracelular, produção de NO, fragmentação do DNA, depleção dos níveis de glutationa reduzida (GSH), expressão gênica da proteína apoptótica Bax, enzimas antioxidantes - glutationa peroxidase (GPx), glutationa redutase (GRd), catalase e isoformas de superóxido dismutases (CuZnSOD e MnSOD) - e óxido nítrico sintase induzida (iNOS). Embora as concentrações normais e patológicas da aminoacetona, provavelmente seja muito menores que as usadas nos experimentos, sugerimos que, em tecidos de diabéticos, um acúmulo da aminoacetona em longo prazo pode conduzir a danos oxidativos e eventualmente morte das células beta do pâncreas / Tissue damages induced by hyperglycemia in diabetics are characterized by four linked mechanisms: increased flux through the polyol pathway, protein kinase C (PKC) activation, increased hexosamine pathway activity and intracellular production of advanced glycation end product (AGE) precursors. The production of AGEs by modifying proteins and DNA agent, such as methylglyoxal, has been implicated in microvascular complications in diabetes: nephropathy, retinopathy and neuropathy. Methylglyoxal is putatively produced in vivo from trioses phosphate, acetone and aminoacetone, a catabolite of threonine and glycine synthesized in the mitochondrial matrix. Aminoacetone has been reported to undergo semicarbazide sensitive amine oxidase- catalyzed and copper- and iron-catalyzed oxidations by molecular oxygen to methylglyoxal, NH4 + ion and H2O2. Considering that methylglyoxal and H2O2 have been found to promote apoptosis/necrosis to insulin-producing cells (RINm5f), we propose a possible pro-oxidant role of aminoacetone in pancreatic beta-cells. Treatment of RINm5f cells with aminoacetone plus Cu(II) ion promotes an increase of non-viable cells, influx of Ca2+ ions, NO production, DNA fragmentation, depletion of reduced glutathione (GSH) levels, and increased mRNA expression of pro-apoptotic protein (Bax), antioxidant enzymes - glutathione peroxidase (GPx), glutathione reductase (GRd), MnSOD, CuZnSOD and catalase - and inducible nitric oxide synthase (iNOS). Although both normal and pathological concentrations of aminoacetone are probably much lower than those used here, it is tempting to propose that excess aminoacetone in diabetic patients, at long term, may drive oxidative damage and eventually death of pancreatic beta-cells

Danos induzidos por hiperglicemia em tecidos no diabetes são caracterizados por quatro mecanismos conectados: aumento do fluxo metabólico através da via do poliol, ativação da proteína quinase C (PKC), aumento da atividade da via das hexosaminas e aumento da produção intracelular dos precursores dos produtos finais de glicação avançada (AGEs). Entre eles, os derivados de metilglioxal, um potente agente de modificação de proteínas e DNA, têm sido associados a complicações microvasculares no diabetes: nefropatia, retinopatia e neuropatia. O metilglioxal é produzido a partir das trioses fosfato, acetona e aminoacetona, um catabólito de treonina e glicina, gerado na matriz mitocondrial. A aminoacetona sofre oxidação enzimática, catalisada por aminoxidase sensível a semicarbazida (SSAO), ou química, catalisada por íons de cobre e ferro, produzindo metilglioxal, H2O2 e NH4 +. Sabendo que metilglioxal e H2O2 são capazes de induzir apoptose e/ou necrose em células produtoras de insulina (RINm5f) propomos uma possível atividade pró-oxidante da aminoacetona sobre células beta do pâncreas. O tratamento destas linhagens com aminoacetona/Cu(II) aumentou a morte celular, fluxo de Ca2+ intracelular, produção de NO, fragmentação do DNA, depleção dos níveis de glutationa reduzida (GSH), expressão gênica da proteína apoptótica Bax, enzimas antioxidantes - glutationa peroxidase (GPx), glutationa redutase (GRd), catalase e isoformas de superóxido dismutases (CuZnSOD e MnSOD) - e óxido nítrico sintase induzida (iNOS). Embora as concentrações normais e patológicas da aminoacetona, provavelmente seja muito menores que as usadas nos experimentos, sugerimos que, em tecidos de diabéticos, um acúmulo da aminoacetona em longo prazo pode conduzir a danos oxidativos e eventualmente morte das células beta do pâncreas / Tissue damages induced by hyperglycemia in diabetics are characterized by four linked mechanisms: increased flux through the polyol pathway, protein kinase C (PKC) activation, increased hexosamine pathway activity and intracellular production of advanced glycation end product (AGE) precursors. The production of AGEs by modifying proteins and DNA agent, such as methylglyoxal, has been implicated in microvascular complications in diabetes: nephropathy, retinopathy and neuropathy. Methylglyoxal is putatively produced in vivo from trioses phosphate, acetone and aminoacetone, a catabolite of threonine and glycine synthesized in the mitochondrial matrix. Aminoacetone has been reported to undergo semicarbazide sensitive amine oxidase- catalyzed and copper- and iron-catalyzed oxidations by molecular oxygen to methylglyoxal, NH4 + ion and H2O2. Considering that methylglyoxal and H2O2 have been found to promote apoptosis/necrosis to insulin-producing cells (RINm5f), we propose a possible pro-oxidant role of aminoacetone in pancreatic beta-cells. Treatment of RINm5f cells with aminoacetone plus Cu(II) ion promotes an increase of non-viable cells, influx of Ca2+ ions, NO production, DNA fragmentation, depletion of reduced glutathione (GSH) levels, and increased mRNA expression of pro-apoptotic protein (Bax), antioxidant enzymes - glutathione peroxidase (GPx), glutathione reductase (GRd), MnSOD, CuZnSOD and catalase - and inducible nitric oxide synthase (iNOS). Although both normal and pathological concentrations of aminoacetone are probably much lower than those used here, it is tempting to propose that excess aminoacetone in diabetic patients, at long term, may drive oxidative damage and eventually death of pancreatic beta-cells

Aminoacetona (AA) é um catabólito de Thr e Gly que se acumula nas síndromes cri-du-chat e treoninemia. Atualmente, a oxidação de AA é considerada uma das fontes alternativas de metilglioxal (MG), agente citotóxico e genotóxico, em diabetes mellitus. Em estados de deficiência metabólica, tal como o diabetes, há acúmulo de AA que, por sua vez, sofre oxidação na presença de amino oxidases sensíveis à semicarbazida (SSAO) com a produção de MG, H2O2 e NH4+. As SSAO são enzimas Cu-dependentes, cujo mecanismo de atuação ainda é pouco conhecido e possui como substrato, além de AA, metilamina (endógena) e a benzilamina (xenobiótico). AA possui um grupo amino vicinal à uma carbonila, o que sugere que ela possa sofrer enolização e oxidação catalisada por metal, produzindo espécies reativas de oxigênio (EROs), inclusive radicais HO•. A presente tese tem por objetivo esclarecer o mecanismo pelo qual AA sofre oxidação aeróbica, direta e catalisada por metal, com concomitante produção de EROs. Foi dada ênfase à catalise por ferro por sua implicação em desordens associadas com diabetes. Serão apresentados resultados que implicam AA como promotora de danos a membrana de mitocôndrias isoladas, bem como a estrutura proteica de ferritina e ceruloplasmina (CP). Como ferritina e CP estão envolvidas na homeostase de ferro, os danos causados a estas proteínas por AA possivelmente afetam o estado redox de plasma de diabéticos, contribuindo significantemente para o aumento do estresse oxidativo no diabetes. / Aminoacetone (AA) is a threonine and glycine catabolite long known to accumulate in cri-du-chat and threoninemia syndromes and, more recent1y, implicated as a contributing source of methylglyoxal (MG) in diabetes mellitus. AcetylCoA overproduction in diabetes also leads to AA accumulation. AA as well as many other endogenous (e.g., methylamine) and xenobiotic amines (e.g., benzylamine) are oxidized by dioxygen in the presence of SSAO, a group of poorly understood plasma circulating and membrane bound Cu-dependent enzymes, yielding an aldehyde, H2O2 and NH4+ ions. With AA, SSAO activity paradoxally produces the cytotoxic and genotoxic MG. AA bears an amino group vicinal to the carbonyl function and therefore is expected to undergo phosphate-catalyzed enolization and iron-catalyzed oxidation to yield reactive oxygen species (ROS), including HO• radicals. The present work aims to clarify the mechanisms by which AA undergoes direct and metal-catalyzed aerobic oxidation to yield deleterious ROS, with emphasis on the catalytic role of iron given its well-known implications in diabetes. In the present work we show that ROS generated through the aerobic oxidation of AA are able to induce damage in isolated rat liver mitochondria as well as in horse spleen ferritin (HoSF) and human ceruloplasmin (CP). The current findings of changes in HoSF and CP may contribute to explain intracellular iron-induced oxidative stress during AA accumulation in diabetes mellitus patients.

Há algum tempo, o laboratório de eletrossíntese orgânica do Instituto de Química vem estudando reações de halociclização na obtenção de compostos heterocíclicos de enxofre. No presente trabalho foram utilizados γ-δ e ;-δ-ε alquenil benzil sulfetos e realizados experimentos seguindo duas metodologias diferentes: a química (reações dos substratos com bromo) e a eletroquímica (reações dos substratos com bromo gerado eletroquimicamente). Os experimentos eletroquímicos são mais vantajosos porque dispensam a manipulação de bromo que, neste método, é gerado in situ através da oxidação eletroquímica de íons brometo. As misturas de reação obtidas nestes experimentos foram submetidas à oxidação com ácido m-cloro-perbenzóico ou oxone antes de isolar e caracterizar os produtos formados. Obteve-se resultados diferentes dependendo da metodologia empregada. Para os experimentos realizados com os 2-(1-ciclopentenil)-etilbenzil sulfeto (1a), 2-(1-cicloexenil)-etil-benzil sulfeto (1b) e (5-fenil-4pentenil)-benzil sulfeto (1c) em que foi utilizado bromo, os produtos principais foram os compostos heterocíclicos esperados a saber, hexa-hidro-3a-bromociclopenta[b]tiofeno-S-dióxido (6a), octa-hidro-3a-bromo-benzo[b]tiofeno-Sdióxido (6b) e 2-(1-bromo-1-fenilmetil)-tetra-hidro-tiofeno-S-dióxido (6c) respectivamente, porém o (3-metil-3-butenil)-benzil sulfeto (1d), nas mesmas condições, conduziu à (3,4-dibromo-3-metil-butil)-benzil sulfona (3d). Nos experimentos eletroquímicos, os resultados dependeram do eletrólito de suporte e do tipo de cela utilizados. Em cela dividida, utilizando Et4NClO4 na presença de pequenas quantidades de Et4NBr, o sulfeto (1b) forneceu como produto principal o composto heterocíclico (6b) e o sulfeto (1d) forneceu o perclorato de 3-bromo-3-metil-tetra-hidro-tiofeno-S-benzil sulfônio (4d). Quando apenas Et4NBr foi empregado o produto principai para o sulfeto (1b) foi o composto de adição de bromo à ligação dupla 2-(1,2-dibromocicloexil)-etil-benzil sulfona (7b). Este mesmo substrato fornece como produto principal a 2-(1,2-epóxi-1-cicloexil)-etil-benzil sulfona (11b) quando a eletrólise é realizada em cela não dividida. / The laboratory of organic electrosynthesis of the Instituto de Química has studied halocyclisation reactions to obtain of sulfur heterocyclic compounds. In the present work, γ-δ and δ-ε alkenyl benzyl sulfides were employed and experiments were carried out using two methodologies, a chemical (substrate reactions with bromine) and an electrochemical (substrate reactions with bromine generated electrochemically). The electrochemical experiments are more suitable because they avoid handling of bromine which is generated in situ by electrochemical oxidation. The crude reaction products were oxidized with m-chloroperbenzoic acid or oxone before their separation and characterization. Different results were obtained depending upon the methodology used. When 2-benzylthio-1-(1-cyclopentene)-ethane (1a), 2-benzylthio-1-(1-cyclo hexene)-ethane (1b) and 5-benzylthio-1-phenyl-1-pentene (1c) reacted with bromine the expected cyclic compounds hexahydro-3a-bromocyclopentan [b]thiophene-S-dioxide (6a), octahydro-3a-bromobenzo[b]thiophene-S-dioxide (6b) and 2-(1-bromo-1-phenylmethyl)tetrahydro-thiophene-S-dioxide (6c) respectively, were obtained, but (3-methyl-3-butenyl) benzyl sulfide (1d) yielded (3,4-dibromo-3-methylbutyl) benzyl sulfone (3d). In the electrochemical experiments, the structure of the products depends on the salt used as electrolyte and the type of cell used in the electrolyses. In a divided cell, when Et4NClO4 in the presence of small amounts of Et4NBr was employed, the main product from sulfide (1b) was compound (6b) whereas (3-methyl-3-butenyl) benzyl sulfide (1d) yielded 3-bromo-3-methyltetrahydrothiophene-S-benzyl sulfonium perchlorate (4d). Using only Et4NBr as electrolyte (1b) gave 2-(1,2-dibromocyclohexyl)ethyl benzyl sulfone (7b). The same substrate (1b) when electrolysed in an undivided cell, and otherwise same experimental conditions, afforded, as major product, 2-(1,2-epoxy-1-cyclohexyl)ethyl benzyl sulfone (11b).

Aminoacetona (AA) é um catabólito de Thr e Gly que se acumula nas síndromes cri-du-chat e treoninemia. Atualmente, a oxidação de AA é considerada uma das fontes alternativas de metilglioxal (MG), agente citotóxico e genotóxico, em diabetes mellitus. Em estados de deficiência metabólica, tal como o diabetes, há acúmulo de AA que, por sua vez, sofre oxidação na presença de amino oxidases sensíveis à semicarbazida (SSAO) com a produção de MG, H2O2 e NH4+. As SSAO são enzimas Cu-dependentes, cujo mecanismo de atuação ainda é pouco conhecido e possui como substrato, além de AA, metilamina (endógena) e a benzilamina (xenobiótico). AA possui um grupo amino vicinal à uma carbonila, o que sugere que ela possa sofrer enolização e oxidação catalisada por metal, produzindo espécies reativas de oxigênio (EROs), inclusive radicais HO•. A presente tese tem por objetivo esclarecer o mecanismo pelo qual AA sofre oxidação aeróbica, direta e catalisada por metal, com concomitante produção de EROs. Foi dada ênfase à catalise por ferro por sua implicação em desordens associadas com diabetes. Serão apresentados resultados que implicam AA como promotora de danos a membrana de mitocôndrias isoladas, bem como a estrutura proteica de ferritina e ceruloplasmina (CP). Como ferritina e CP estão envolvidas na homeostase de ferro, os danos causados a estas proteínas por AA possivelmente afetam o estado redox de plasma de diabéticos, contribuindo significantemente para o aumento do estresse oxidativo no diabetes. / Aminoacetone (AA) is a threonine and glycine catabolite long known to accumulate in cri-du-chat and threoninemia syndromes and, more recent1y, implicated as a contributing source of methylglyoxal (MG) in diabetes mellitus. AcetylCoA overproduction in diabetes also leads to AA accumulation. AA as well as many other endogenous (e.g., methylamine) and xenobiotic amines (e.g., benzylamine) are oxidized by dioxygen in the presence of SSAO, a group of poorly understood plasma circulating and membrane bound Cu-dependent enzymes, yielding an aldehyde, H2O2 and NH4+ ions. With AA, SSAO activity paradoxally produces the cytotoxic and genotoxic MG. AA bears an amino group vicinal to the carbonyl function and therefore is expected to undergo phosphate-catalyzed enolization and iron-catalyzed oxidation to yield reactive oxygen species (ROS), including HO• radicals. The present work aims to clarify the mechanisms by which AA undergoes direct and metal-catalyzed aerobic oxidation to yield deleterious ROS, with emphasis on the catalytic role of iron given its well-known implications in diabetes. In the present work we show that ROS generated through the aerobic oxidation of AA are able to induce damage in isolated rat liver mitochondria as well as in horse spleen ferritin (HoSF) and human ceruloplasmin (CP). The current findings of changes in HoSF and CP may contribute to explain intracellular iron-induced oxidative stress during AA accumulation in diabetes mellitus patients.

Há algum tempo, o laboratório de eletrossíntese orgânica do Instituto de Química vem estudando reações de halociclização na obtenção de compostos heterocíclicos de enxofre. No presente trabalho foram utilizados γ-δ e ;-δ-ε alquenil benzil sulfetos e realizados experimentos seguindo duas metodologias diferentes: a química (reações dos substratos com bromo) e a eletroquímica (reações dos substratos com bromo gerado eletroquimicamente). Os experimentos eletroquímicos são mais vantajosos porque dispensam a manipulação de bromo que, neste método, é gerado in situ através da oxidação eletroquímica de íons brometo. As misturas de reação obtidas nestes experimentos foram submetidas à oxidação com ácido m-cloro-perbenzóico ou oxone antes de isolar e caracterizar os produtos formados. Obteve-se resultados diferentes dependendo da metodologia empregada. Para os experimentos realizados com os 2-(1-ciclopentenil)-etilbenzil sulfeto (1a), 2-(1-cicloexenil)-etil-benzil sulfeto (1b) e (5-fenil-4pentenil)-benzil sulfeto (1c) em que foi utilizado bromo, os produtos principais foram os compostos heterocíclicos esperados a saber, hexa-hidro-3a-bromociclopenta[b]tiofeno-S-dióxido (6a), octa-hidro-3a-bromo-benzo[b]tiofeno-Sdióxido (6b) e 2-(1-bromo-1-fenilmetil)-tetra-hidro-tiofeno-S-dióxido (6c) respectivamente, porém o (3-metil-3-butenil)-benzil sulfeto (1d), nas mesmas condições, conduziu à (3,4-dibromo-3-metil-butil)-benzil sulfona (3d). Nos experimentos eletroquímicos, os resultados dependeram do eletrólito de suporte e do tipo de cela utilizados. Em cela dividida, utilizando Et4NClO4 na presença de pequenas quantidades de Et4NBr, o sulfeto (1b) forneceu como produto principal o composto heterocíclico (6b) e o sulfeto (1d) forneceu o perclorato de 3-bromo-3-metil-tetra-hidro-tiofeno-S-benzil sulfônio (4d). Quando apenas Et4NBr foi empregado o produto principai para o sulfeto (1b) foi o composto de adição de bromo à ligação dupla 2-(1,2-dibromocicloexil)-etil-benzil sulfona (7b). Este mesmo substrato fornece como produto principal a 2-(1,2-epóxi-1-cicloexil)-etil-benzil sulfona (11b) quando a eletrólise é realizada em cela não dividida. / The laboratory of organic electrosynthesis of the Instituto de Química has studied halocyclisation reactions to obtain of sulfur heterocyclic compounds. In the present work, γ-δ and δ-ε alkenyl benzyl sulfides were employed and experiments were carried out using two methodologies, a chemical (substrate reactions with bromine) and an electrochemical (substrate reactions with bromine generated electrochemically). The electrochemical experiments are more suitable because they avoid handling of bromine which is generated in situ by electrochemical oxidation. The crude reaction products were oxidized with m-chloroperbenzoic acid or oxone before their separation and characterization. Different results were obtained depending upon the methodology used. When 2-benzylthio-1-(1-cyclopentene)-ethane (1a), 2-benzylthio-1-(1-cyclo hexene)-ethane (1b) and 5-benzylthio-1-phenyl-1-pentene (1c) reacted with bromine the expected cyclic compounds hexahydro-3a-bromocyclopentan [b]thiophene-S-dioxide (6a), octahydro-3a-bromobenzo[b]thiophene-S-dioxide (6b) and 2-(1-bromo-1-phenylmethyl)tetrahydro-thiophene-S-dioxide (6c) respectively, were obtained, but (3-methyl-3-butenyl) benzyl sulfide (1d) yielded (3,4-dibromo-3-methylbutyl) benzyl sulfone (3d). In the electrochemical experiments, the structure of the products depends on the salt used as electrolyte and the type of cell used in the electrolyses. In a divided cell, when Et4NClO4 in the presence of small amounts of Et4NBr was employed, the main product from sulfide (1b) was compound (6b) whereas (3-methyl-3-butenyl) benzyl sulfide (1d) yielded 3-bromo-3-methyltetrahydrothiophene-S-benzyl sulfonium perchlorate (4d). Using only Et4NBr as electrolyte (1b) gave 2-(1,2-dibromocyclohexyl)ethyl benzyl sulfone (7b). The same substrate (1b) when electrolysed in an undivided cell, and otherwise same experimental conditions, afforded, as major product, 2-(1,2-epoxy-1-cyclohexyl)ethyl benzyl sulfone (11b).