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<p>The Amyloid beta peptide (Ab) is related to Alzheimer’s disease and is suggested to be the molecular pathogenic species of the disease, probably through the neurotoxic effect of Ab oligomers. Here the results from biophysical studies of Ab and fragments thereof, are presented. Pulsed field gradient NMR diffusion experiments show that Ab exists mainly as an unfolded monomer. In addition, the hydrodynamic radius of Ab suggests that Ab has residual secondary structure propensities. CD experiments reveal that Ab has a high propensity to adopt a polyproline type II (PII) helix at low temperature. NMR diffusion measurements as well as the 3JHNH values show that increasing the temperature from 4 C induces a structure transition from PII propensity to a beta strand propensity around 15 C and to a random coil conformation at higher temperature. The small hydrodynamic radius at low temperature may be explained by the presence of a population of a hairpin conformation as was suggested by MD simulations. 15N relaxation and secondary chemical shifts suggest that Ab consists of 6 structural regions, two regions with high PII propensity are separated by a highly mobile region located in the N-terminal part of the peptide. In the C-terminal part two regions with a propensity to adopt b-strand are located, separated by a mobile region. The structural propensities of soluble monomeric Ab agree well with the structure of the peptide in fibril aggregates as well as in SDS micelles. Ab binds zinc specifically and with high affinity. This interaction was studied using heteronuclear correlation experiments. The metal ligands were determined to be three histidines, 6,13 and 14 and the N-terminus. The Ab peptide also binds b-cyclodextrin and the combined use of NMR diffusion experiments and induced chemical shifts show that Ab has at least two binding sites for b-cyclodextrin, and the dissociation constants of these binding sites were determined.</p>

The Amyloid beta peptide (Ab) is related to Alzheimer’s disease and is suggested to be the molecular pathogenic species of the disease, probably through the neurotoxic effect of Ab oligomers. Here the results from biophysical studies of Ab and fragments thereof, are presented. Pulsed field gradient NMR diffusion experiments show that Ab exists mainly as an unfolded monomer. In addition, the hydrodynamic radius of Ab suggests that Ab has residual secondary structure propensities. CD experiments reveal that Ab has a high propensity to adopt a polyproline type II (PII) helix at low temperature. NMR diffusion measurements as well as the 3JHNH values show that increasing the temperature from 4 C induces a structure transition from PII propensity to a beta strand propensity around 15 C and to a random coil conformation at higher temperature. The small hydrodynamic radius at low temperature may be explained by the presence of a population of a hairpin conformation as was suggested by MD simulations. 15N relaxation and secondary chemical shifts suggest that Ab consists of 6 structural regions, two regions with high PII propensity are separated by a highly mobile region located in the N-terminal part of the peptide. In the C-terminal part two regions with a propensity to adopt b-strand are located, separated by a mobile region. The structural propensities of soluble monomeric Ab agree well with the structure of the peptide in fibril aggregates as well as in SDS micelles. Ab binds zinc specifically and with high affinity. This interaction was studied using heteronuclear correlation experiments. The metal ligands were determined to be three histidines, 6,13 and 14 and the N-terminus. The Ab peptide also binds b-cyclodextrin and the combined use of NMR diffusion experiments and induced chemical shifts show that Ab has at least two binding sites for b-cyclodextrin, and the dissociation constants of these binding sites were determined.

Déterminer les protéines cibles de l’uranium est un enjeu majeur dans la détermination de la toxicité de ce métal et la conception d’agents décorporants. Dans ce contexte, ce travail étudie les possibilités offertes par le couplage CE-ICP/MS dans la détection de complexes protéine-uranium. Par des conditions de séparation judicieusement choisies, il est possible d’obtenir une distribution de l’uranium dans des échantillons de complexité moyenne. Cette approche a été validée sur des protéines cibles connues (seules ou en mélange) pour lesquelles les constantes d’équilibre apparentes ont été déterminées avec une justesse comparable à celle des méthodes biophysiques. L’intérêt de ce couplage a été illustré au travers de diverses applications. Ainsi l’analyse directe de sérum a confirmé l’implication forte de la fétuine, une glycoprotéine humaine, dans le devenir de l’uranium dans le sang. De plus, l’intégration ce couplage dans une approche multi-techniques (ICP/MS, DLS, CE-ICP/MS) a permis d’étudier l’influence de l’uranium dans la formation de particules de calciprotéines et fournit la preuve du maintien de l’interaction protéine-uranium dans de tels édifices. / Identification of proteins targeted by uranium is of major concern in the determination of uranium toxicity and the development of decorporation agents. In this study, we examine the capabilities offered by hyphenated CE - ICP/MS for the detection of protein-uranium complexes. With judicious separation conditions, it is possible to obtain the uranium distribution in samples of moderate complexity. This approach was validated by using known proteins targeted by uranium (individually or in simple mixtures). Apparent equilibrium constants were determined with an accuracy similar to the ones obtained by biophysical methods. The interest of using this hyphenation was illustrated through diverse applications. The direct analysis of human serum confirmed the strong involvement of fetuin, a human glycoprotein, in the uranium blood distribution. Last but not least, the integration of this hyphenation into a multi-techniques approach (ICP/MS, DLS, CE-ICP/MS) allowed evaluating the influence of uranium on the formation of calciprotein particles and provided a proof of the preservation of protein-uranium complexes in such conditions.

Durch die Untersuchungen der vorliegenden Arbeit ist es erfolgreich gelungen die beiden gram-positiven Mikroorganismen Lysinibacillus sphaericus JG-A12 und Lysinibacillus sphaericus JG-B53 unter geregelten und idealen Kultivierungsbedingungen im Bioreaktor in hinreichenden Biomasseausbeuten zu kultivieren. Aus der Biomasse beider Stämme ist es anschließend gelungen, die primären Zellwandkomponenten bestehend aus Membranlipiden, Peptidoglykan mit sekundären Zellwandpolymeren und S-Layer-Proteinen in reiner Form und in guten Ausbeuten zu extrahieren. Diese Zellwandkomponenten wurden dann unter Verwendung von biochemischer und strukturanalytischer Methoden charakterisiert. Dabei ist es erstmals gelungen, die Membranlipide beider genutzter Mikroorganismen in Bezug auf deren Zusammensetzungen der enthalten hydrophoben Fettsäuren und der hydrophilen phosphathaltigen Kopfgruppen zu charakterisieren. Durch die vergleichend durchgeführten Metallbindungsversuche im Batch-Verfahren konnten Bindungspräferenzen intakter Zellen von Lysinibacillus sphaericus JG-A12 und Lysinibacillus sphaericus JG-B53 und deren isolierten Zellwandkomponenten mit den Metallen As, Au, Cd, Eu, Pb, Pd, Pt bzw. U untersucht werden. Dabei konnten sowohl in den Untersuchungen intakter Zellen und der primären Zellwandbestandteile deutlich höhere Metallsorptionsraten und Metallentfernungseffizienzen für Lysinibacillus sphaericus JG-B53 festgestellt werden als dies bei Lysinibacillus sphaericus JG-A12 nachzuweisen war. Dies macht diesen Stamm für potentielle technische Anwendungen als metallselektives biosorptives Material weitaus interessanter. Die Untersuchungen der Einzelkomponenten in Suspension lieferten jedoch nur begrenzt Informationen zur Interaktion der Metalle mit den Schichten wie sie unter natürlichen Bedingungen in der Zelle vorkommen. Daher wurden unter Verwendung der QCM-D erstmals die primären Zellwandkomponenten beider Mikroorganismen (S-Layer und Peptidoglykan) sowie von Referenzlipiden an Grenzflächen erfolgreich im nanoskaligen Bereich abgeschieden und online verfolgt. Dadurch war es möglich vereinfachte Einzelschichtsysteme der gram-positiven bakteriellen Zellwand nachzubilden. In den Untersuchungen konnten stabile Schichten generiert werden, welche vergleichbar zu dem Schichtsystem vitaler Zellen sind. Zusätzlich konnte bei den Abscheidungen der S-Layer-Proteine SlfB und Slp1 der positive Effekt von Polyelektrolytmodifizierungen auf das Rekristallisationsverhalten, die Schichtstabilität und den Bedeckungsgrad auf der technischen Oberfläche aufgezeigt werden. Zur Untersuchung der Metallinteraktion zellulärer Einzelschichtsysteme wurden in dieser Arbeit exemplarisch nach den erfolgreichen Untersuchungen zur Rekristallisation, die S-Layer-Proteine als erste Interaktionsschicht des Gesamtzellsystems mit der QCM-D untersucht. Diese stabilen und intakten Schichten konnten analog zu den Schichtuntersuchungen der reinen biologischen Komponenten und nach den QCM-D Metallinteraktionsstudien mit den S-Layer Strukturen mittels der Rasterkraftmikroskopie (AFM) untersucht und bildgebend dargestellt werden. In weiteren spektroskopischen Untersuchungen (TRLFS) der Zellwandkomponenten konnten die lumineszierenden Eigenschaften von Europium ausgenutzt werden, um das Metallbindungsverhalten der einzelnen Komponenten als auch des Gesamtsystems der Zellen beider Mikroorganismen zu bestimmen. Somit konnte Europium als spektroskopische Sonde eingesetzt werden um Rückschlüsse die Biomolekül-Metallwechselwirkungen zu ermöglichen. Dabei konnten vor allem mit den beiden oberflächennahen Zellschichten Lösung teilweise sehr starke Metall-Biomolekül-Wechselwirkungen beobachtet werden.

Submitted by Edileide Reis (leyde-landy@hotmail.com) on 2013-04-23T13:47:47Z No. of bitstreams: 1 Silvia Rocha.pdf: 838054 bytes, checksum: 4b1ce47b2cf6d9f32b6b110adf7bcfd4 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-23T13:47:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silvia Rocha.pdf: 838054 bytes, checksum: 4b1ce47b2cf6d9f32b6b110adf7bcfd4 (MD5) Previous issue date: 2009 / O espinafre produzido e mais consumido no Brasil, denominado como espinafre da Nova Zelândia (Tetragonia expansa), difere significativamente do espinafre verdadeiro (Spinacia oleracea) produzido em muitos países do hemisfério norte. As diferenças ocorrem não apenas na classificação botânica, mas em muitas das características químicas dos vegetais. No presente trabalho, foram avaliados os teores de alguns nutrientes e antinutrientes contidos no espinafre comercializado na Bahia, sendo avaliados quatro diferentes procedimentos de digestão das amostras de espinafre com ácido nítrico em sistema aberto. Os resultados obtidos a partir dos diversos procedimentos de pré-tratamento da amostra foram comparados para os vários analitos investigados (Al, Ca, Fe, Cu, Zn, Mn, Mg) e indicaram vantagens da inserção de uma etapa de pré-digestão. Adicionalmente, foram realizados testes de extração dos metais sob investigação em água e em soluções com diferentes níveis de acidez na presença e ausência de agente quelante (ácido etilenodiaminotetracético – EDTA) para avaliação do nível de interação dos metais com o vegetal e, por conseguinte, a disponibilidade destes minerais. Os resultados levaram a acreditar que as interações de Mg(II), Cu(II) e Mn(II) com o espinafre seco eram fracas, enquanto que as interações com Al(III), Ca(II) e Fe(III) eram mais intensas, devido a condições mais drásticas (acidez da solução ou presença de quelante) foram necessárias para maximizar a extração destes metais. Ao considerar informações previamente reportadas sobre os elevados teores de oxalato em espinafre e seus efeitos antinutricionais, foram investigados os teores de oxalato em amostras secas oriundas de amostras de espinafre verdadeiro e espinafre da Nova Zelândia cultivado na Bahia, empregando permanganometria. Para tanto foram realizados estudos sobre as melhores condições para extração de oxalato variando a acidez da solução extratora e os resultados obtidos foram comparados com os apresentados na literatura. Finalmente, foram realizados testes para avaliação da possibilidade de enriquecimento de espinafre com íons metálicos a partir de sucessivas etapas de extração (dessorção) e concentração (sorção) do íon no vegetal. Pôde ser constatado que os maiores níveis de sorção (18 ± 3 mg g-1) e repetitividade foram obtidas para íons cálcio, possivelmente devido ao oxalato existente nos espinafres. / Salvador

Durch die Untersuchungen der vorliegenden Arbeit ist es erfolgreich gelungen die beiden gram-positiven Mikroorganismen Lysinibacillus sphaericus JG-A12 und Lysinibacillus sphaericus JG-B53 unter geregelten und idealen Kultivierungsbedingungen im Bioreaktor in hinreichenden Biomasseausbeuten zu kultivieren. Aus der Biomasse beider Stämme ist es anschließend gelungen, die primären Zellwandkomponenten bestehend aus Membranlipiden, Peptidoglykan mit sekundären Zellwandpolymeren und S-Layer-Proteinen in reiner Form und in guten Ausbeuten zu extrahieren. Diese Zellwandkomponenten wurden dann unter Verwendung von biochemischer und strukturanalytischer Methoden charakterisiert. Dabei ist es erstmals gelungen, die Membranlipide beider genutzter Mikroorganismen in Bezug auf deren Zusammensetzungen der enthalten hydrophoben Fettsäuren und der hydrophilen phosphathaltigen Kopfgruppen zu charakterisieren. Durch die vergleichend durchgeführten Metallbindungsversuche im Batch-Verfahren konnten Bindungspräferenzen intakter Zellen von Lysinibacillus sphaericus JG-A12 und Lysinibacillus sphaericus JG-B53 und deren isolierten Zellwandkomponenten mit den Metallen As, Au, Cd, Eu, Pb, Pd, Pt bzw. U untersucht werden. Dabei konnten sowohl in den Untersuchungen intakter Zellen und der primären Zellwandbestandteile deutlich höhere Metallsorptionsraten und Metallentfernungseffizienzen für Lysinibacillus sphaericus JG-B53 festgestellt werden als dies bei Lysinibacillus sphaericus JG-A12 nachzuweisen war. Dies macht diesen Stamm für potentielle technische Anwendungen als metallselektives biosorptives Material weitaus interessanter. Die Untersuchungen der Einzelkomponenten in Suspension lieferten jedoch nur begrenzt Informationen zur Interaktion der Metalle mit den Schichten wie sie unter natürlichen Bedingungen in der Zelle vorkommen. Daher wurden unter Verwendung der QCM-D erstmals die primären Zellwandkomponenten beider Mikroorganismen (S-Layer und Peptidoglykan) sowie von Referenzlipiden an Grenzflächen erfolgreich im nanoskaligen Bereich abgeschieden und online verfolgt. Dadurch war es möglich vereinfachte Einzelschichtsysteme der gram-positiven bakteriellen Zellwand nachzubilden. In den Untersuchungen konnten stabile Schichten generiert werden, welche vergleichbar zu dem Schichtsystem vitaler Zellen sind. Zusätzlich konnte bei den Abscheidungen der S-Layer-Proteine SlfB und Slp1 der positive Effekt von Polyelektrolytmodifizierungen auf das Rekristallisationsverhalten, die Schichtstabilität und den Bedeckungsgrad auf der technischen Oberfläche aufgezeigt werden. Zur Untersuchung der Metallinteraktion zellulärer Einzelschichtsysteme wurden in dieser Arbeit exemplarisch nach den erfolgreichen Untersuchungen zur Rekristallisation, die S-Layer-Proteine als erste Interaktionsschicht des Gesamtzellsystems mit der QCM-D untersucht. Diese stabilen und intakten Schichten konnten analog zu den Schichtuntersuchungen der reinen biologischen Komponenten und nach den QCM-D Metallinteraktionsstudien mit den S-Layer Strukturen mittels der Rasterkraftmikroskopie (AFM) untersucht und bildgebend dargestellt werden. In weiteren spektroskopischen Untersuchungen (TRLFS) der Zellwandkomponenten konnten die lumineszierenden Eigenschaften von Europium ausgenutzt werden, um das Metallbindungsverhalten der einzelnen Komponenten als auch des Gesamtsystems der Zellen beider Mikroorganismen zu bestimmen. Somit konnte Europium als spektroskopische Sonde eingesetzt werden um Rückschlüsse die Biomolekül-Metallwechselwirkungen zu ermöglichen. Dabei konnten vor allem mit den beiden oberflächennahen Zellschichten Lösung teilweise sehr starke Metall-Biomolekül-Wechselwirkungen beobachtet werden.