Um possível mecanismo de dano ao tecido induzido por hiperglicemia persistente na diabetes mellitus é a formação de produtos avançados de glicação (AGEs). Endogenamente, açúcares reduzidos reagem não enzimaticamente com grupos amino de proteínas, lipídeos e ácidos nucléicos através de uma série de reações que formam bases de Shiff seguida da formação de produtos de Amadori para a produção de AGEs. O glioxal e o metilglioxal são espécies reativas de carbonilas com ação de glicação, formados pela degradação de proteínas glicadas, intermediários glicolíticos e peroxidação lipídica e reagem com proteínas para formar os AGEs. No presente estudo nós avaliamos os efeitos dos glioxais in vitro sobre o metabolismo dos aminoácidos glicina, leucina e alanina, bem como sobre o metabolismo da glicose, lactato, acetato e glutamina em córtex cerebral de ratos Wistar de 10 dias de idade pós-natal e aos 3 meses de idade pós natal. Para verificar estes efeitos na incorporação à proteínas, síntese lipídica e produção de CO2 utilizamos os seguintes substratos: 0,2 mM de alanina, 0,2 mM glicina, 0,2 mM leucina, 2,0 mM glutamina, 5mM de glicose, ou 10mM de lactato ou 1mM de acetato As fatias de córtex cerebral foram incubadas com os substratos descritos a 37ºC em ambiente fechado. O CO2 captado foi determinado em contador de cintilação líquida. O homogeneizado foi lavado com TCA 10% para a extração dos lipídios com Clorofórmio:Metanol (2:1), e acrescentado o líquido de cintilação, a radioatividade incorporada foi determinada em contador de cintilação líquida. O precipitado resultante foi dissolvido em ácido fórmico para medida de incorporação a proteínas. Concluímos que os efeitos do glioxal foram superiores aos efeitos do metilglioxal sobre o metabolismo dos aminoácidos estudados; Os glioxais (glioxal e metilglioxal) não tiveram efeitos sobre os parâmetros estudados no metabolismo da glicose, lactato e acetato; Os glioxais não alteraram o metabolismo da glicina e da glutamina em córtex cerebral de ratos adultos; A utilização de antioxidantes (N-acetilcisteína e trolox) no meio de incubação não modificou os efeitos dos glioxais sobre o metabolismo dos aminoácidos; A N-acetilcisteína e a penicilamina exerceram um acentuado efeito sobre o metabolismo dos aminoácidos. O estudo não estabeleceu um mecanismo para os efeitos do glioxal. Especulamos que a quantidade do antioxidante trolox usada não foi suficiente. A N-acetilcisteína e a penicilamina tiveram um efeito próprio que impossibilitou uma conclusão. / A possible way of tissue damage induced by persistent hyperglycemia in diabetes mellitus is the production of advanced glycation end products (AGEs). Endogenously, reduced sugar, like glucose, react not enzimatically with amino groups of proteins, lipids and nucleic acids trough a plenty of reactions which form Shiff bases follow the formation of Amadori products to the next production of AGEs. The glyoxal and mthylglyoxal are reactive carbonyl species with a potential glycation action. They are formed by the degradation of glycated proteins, glycolitic intermediates and lipid peroxidation and react with protein to form AGEs. In the present study we evaluate the effects of the glyoxals in vitro on the metabolism of the amino acids glycine, leucine and alanine and on the metabolism of glucose, lactate, acetate and glutamine in cerebral cortex of Wistar mouse with 10 day old and with 3 months old. To verify this effect on the protein incorporation, lipid synthesis and production of CO2, we used the follow substrates: 2 mM of alanine, or glycine, or leucine, or glutamine, or 5mM of glucose, or 10 mM of lactate or 1mM of acetate. The slices of cerebral cortex were incubated with those substrates at 37ºC. The CO2 captured was determined in a liquid-scintillation counter. The homogenized was washed with TCA 10% for the extraction of lipids with Clorform:Methanol (2:1), and it was add scintillation liquid, the radioactivity incorporated was determined in a liquid-scintillation counter The result precipitate was dissolved in formic acid to the measure of the incorporation to protein. We could conclude that the effects of glyoxal were higher to the effects of methylglioxal on the metabolism of the amino acids studied; Glyoxal and Methylglyoxal didn't show effects on the metabolism of glucose, lactate and acetate; Glyoxals didn't change the metabolism of glycine and glutamine in cerebral cortex of adults Wistar mouse; The utilization of anti-oxidants (N-acetylcysteine and trolox) didn't change the effects of the glyoxals on the metabolism of the amino acids; N-acetylcysteine and penicillamine showed an accentuate effect on the metabolism of the amino acids. This data didn't establish a mechanism for the effects of glyoxal. We speculate that the amount of the antioxidant trolox used in the research wasn't sufficient. The N-acetilcysteine and penicilaminne showed an own effect the reason why we could not find a conclusion.

Um possível mecanismo de dano ao tecido induzido por hiperglicemia persistente na diabetes mellitus é a formação de produtos avançados de glicação (AGEs). Endogenamente, açúcares reduzidos reagem não enzimaticamente com grupos amino de proteínas, lipídeos e ácidos nucléicos através de uma série de reações que formam bases de Shiff seguida da formação de produtos de Amadori para a produção de AGEs. O glioxal e o metilglioxal são espécies reativas de carbonilas com ação de glicação, formados pela degradação de proteínas glicadas, intermediários glicolíticos e peroxidação lipídica e reagem com proteínas para formar os AGEs. No presente estudo nós avaliamos os efeitos dos glioxais in vitro sobre o metabolismo dos aminoácidos glicina, leucina e alanina, bem como sobre o metabolismo da glicose, lactato, acetato e glutamina em córtex cerebral de ratos Wistar de 10 dias de idade pós-natal e aos 3 meses de idade pós natal. Para verificar estes efeitos na incorporação à proteínas, síntese lipídica e produção de CO2 utilizamos os seguintes substratos: 0,2 mM de alanina, 0,2 mM glicina, 0,2 mM leucina, 2,0 mM glutamina, 5mM de glicose, ou 10mM de lactato ou 1mM de acetato As fatias de córtex cerebral foram incubadas com os substratos descritos a 37ºC em ambiente fechado. O CO2 captado foi determinado em contador de cintilação líquida. O homogeneizado foi lavado com TCA 10% para a extração dos lipídios com Clorofórmio:Metanol (2:1), e acrescentado o líquido de cintilação, a radioatividade incorporada foi determinada em contador de cintilação líquida. O precipitado resultante foi dissolvido em ácido fórmico para medida de incorporação a proteínas. Concluímos que os efeitos do glioxal foram superiores aos efeitos do metilglioxal sobre o metabolismo dos aminoácidos estudados; Os glioxais (glioxal e metilglioxal) não tiveram efeitos sobre os parâmetros estudados no metabolismo da glicose, lactato e acetato; Os glioxais não alteraram o metabolismo da glicina e da glutamina em córtex cerebral de ratos adultos; A utilização de antioxidantes (N-acetilcisteína e trolox) no meio de incubação não modificou os efeitos dos glioxais sobre o metabolismo dos aminoácidos; A N-acetilcisteína e a penicilamina exerceram um acentuado efeito sobre o metabolismo dos aminoácidos. O estudo não estabeleceu um mecanismo para os efeitos do glioxal. Especulamos que a quantidade do antioxidante trolox usada não foi suficiente. A N-acetilcisteína e a penicilamina tiveram um efeito próprio que impossibilitou uma conclusão. / A possible way of tissue damage induced by persistent hyperglycemia in diabetes mellitus is the production of advanced glycation end products (AGEs). Endogenously, reduced sugar, like glucose, react not enzimatically with amino groups of proteins, lipids and nucleic acids trough a plenty of reactions which form Shiff bases follow the formation of Amadori products to the next production of AGEs. The glyoxal and mthylglyoxal are reactive carbonyl species with a potential glycation action. They are formed by the degradation of glycated proteins, glycolitic intermediates and lipid peroxidation and react with protein to form AGEs. In the present study we evaluate the effects of the glyoxals in vitro on the metabolism of the amino acids glycine, leucine and alanine and on the metabolism of glucose, lactate, acetate and glutamine in cerebral cortex of Wistar mouse with 10 day old and with 3 months old. To verify this effect on the protein incorporation, lipid synthesis and production of CO2, we used the follow substrates: 2 mM of alanine, or glycine, or leucine, or glutamine, or 5mM of glucose, or 10 mM of lactate or 1mM of acetate. The slices of cerebral cortex were incubated with those substrates at 37ºC. The CO2 captured was determined in a liquid-scintillation counter. The homogenized was washed with TCA 10% for the extraction of lipids with Clorform:Methanol (2:1), and it was add scintillation liquid, the radioactivity incorporated was determined in a liquid-scintillation counter The result precipitate was dissolved in formic acid to the measure of the incorporation to protein. We could conclude that the effects of glyoxal were higher to the effects of methylglioxal on the metabolism of the amino acids studied; Glyoxal and Methylglyoxal didn't show effects on the metabolism of glucose, lactate and acetate; Glyoxals didn't change the metabolism of glycine and glutamine in cerebral cortex of adults Wistar mouse; The utilization of anti-oxidants (N-acetylcysteine and trolox) didn't change the effects of the glyoxals on the metabolism of the amino acids; N-acetylcysteine and penicillamine showed an accentuate effect on the metabolism of the amino acids. This data didn't establish a mechanism for the effects of glyoxal. We speculate that the amount of the antioxidant trolox used in the research wasn't sufficient. The N-acetilcysteine and penicilaminne showed an own effect the reason why we could not find a conclusion.

Um possível mecanismo de dano ao tecido induzido por hiperglicemia persistente na diabetes mellitus é a formação de produtos avançados de glicação (AGEs). Endogenamente, açúcares reduzidos reagem não enzimaticamente com grupos amino de proteínas, lipídeos e ácidos nucléicos através de uma série de reações que formam bases de Shiff seguida da formação de produtos de Amadori para a produção de AGEs. O glioxal e o metilglioxal são espécies reativas de carbonilas com ação de glicação, formados pela degradação de proteínas glicadas, intermediários glicolíticos e peroxidação lipídica e reagem com proteínas para formar os AGEs. No presente estudo nós avaliamos os efeitos dos glioxais in vitro sobre o metabolismo dos aminoácidos glicina, leucina e alanina, bem como sobre o metabolismo da glicose, lactato, acetato e glutamina em córtex cerebral de ratos Wistar de 10 dias de idade pós-natal e aos 3 meses de idade pós natal. Para verificar estes efeitos na incorporação à proteínas, síntese lipídica e produção de CO2 utilizamos os seguintes substratos: 0,2 mM de alanina, 0,2 mM glicina, 0,2 mM leucina, 2,0 mM glutamina, 5mM de glicose, ou 10mM de lactato ou 1mM de acetato As fatias de córtex cerebral foram incubadas com os substratos descritos a 37ºC em ambiente fechado. O CO2 captado foi determinado em contador de cintilação líquida. O homogeneizado foi lavado com TCA 10% para a extração dos lipídios com Clorofórmio:Metanol (2:1), e acrescentado o líquido de cintilação, a radioatividade incorporada foi determinada em contador de cintilação líquida. O precipitado resultante foi dissolvido em ácido fórmico para medida de incorporação a proteínas. Concluímos que os efeitos do glioxal foram superiores aos efeitos do metilglioxal sobre o metabolismo dos aminoácidos estudados; Os glioxais (glioxal e metilglioxal) não tiveram efeitos sobre os parâmetros estudados no metabolismo da glicose, lactato e acetato; Os glioxais não alteraram o metabolismo da glicina e da glutamina em córtex cerebral de ratos adultos; A utilização de antioxidantes (N-acetilcisteína e trolox) no meio de incubação não modificou os efeitos dos glioxais sobre o metabolismo dos aminoácidos; A N-acetilcisteína e a penicilamina exerceram um acentuado efeito sobre o metabolismo dos aminoácidos. O estudo não estabeleceu um mecanismo para os efeitos do glioxal. Especulamos que a quantidade do antioxidante trolox usada não foi suficiente. A N-acetilcisteína e a penicilamina tiveram um efeito próprio que impossibilitou uma conclusão. / A possible way of tissue damage induced by persistent hyperglycemia in diabetes mellitus is the production of advanced glycation end products (AGEs). Endogenously, reduced sugar, like glucose, react not enzimatically with amino groups of proteins, lipids and nucleic acids trough a plenty of reactions which form Shiff bases follow the formation of Amadori products to the next production of AGEs. The glyoxal and mthylglyoxal are reactive carbonyl species with a potential glycation action. They are formed by the degradation of glycated proteins, glycolitic intermediates and lipid peroxidation and react with protein to form AGEs. In the present study we evaluate the effects of the glyoxals in vitro on the metabolism of the amino acids glycine, leucine and alanine and on the metabolism of glucose, lactate, acetate and glutamine in cerebral cortex of Wistar mouse with 10 day old and with 3 months old. To verify this effect on the protein incorporation, lipid synthesis and production of CO2, we used the follow substrates: 2 mM of alanine, or glycine, or leucine, or glutamine, or 5mM of glucose, or 10 mM of lactate or 1mM of acetate. The slices of cerebral cortex were incubated with those substrates at 37ºC. The CO2 captured was determined in a liquid-scintillation counter. The homogenized was washed with TCA 10% for the extraction of lipids with Clorform:Methanol (2:1), and it was add scintillation liquid, the radioactivity incorporated was determined in a liquid-scintillation counter The result precipitate was dissolved in formic acid to the measure of the incorporation to protein. We could conclude that the effects of glyoxal were higher to the effects of methylglioxal on the metabolism of the amino acids studied; Glyoxal and Methylglyoxal didn't show effects on the metabolism of glucose, lactate and acetate; Glyoxals didn't change the metabolism of glycine and glutamine in cerebral cortex of adults Wistar mouse; The utilization of anti-oxidants (N-acetylcysteine and trolox) didn't change the effects of the glyoxals on the metabolism of the amino acids; N-acetylcysteine and penicillamine showed an accentuate effect on the metabolism of the amino acids. This data didn't establish a mechanism for the effects of glyoxal. We speculate that the amount of the antioxidant trolox used in the research wasn't sufficient. The N-acetilcysteine and penicilaminne showed an own effect the reason why we could not find a conclusion.

Biacetilo (2,3-butanediona) é um contaminante de comida e cigarro, também implicado na hepatoxicidade do álcool e em doenças pulmonares. O metilglioxal (MG), um α-oxoaldeído reativo frequentemente associado ao diabetes e envelhecimento, é produto da fragmentação oxidativa de trioses fosfato, acetona e aminoacetona. Por sua vez, peroxinitrito - um potente oxidante, agente nitrante e nucleófilo formado in vivo pela reação controlada por difusão do ânion radical superóxido com o radical óxido nítrico (k ~1010 M-1s-1) é capaz de se adicionar a CO2 e compostos carbonílicos, gerando produtos potencialmente tóxicos ou sinalizadores celulares. Aminoácidos, peptídeos e nucleobases podem ser acetilados nos grupos amina e na porção desoxiribose. Relativamente ao tratamento com peroxinitrito isolado, níveis superiores de 3-nitrotirosina foram detectados quando tirosina foi tratada com peroxinitrito/biacetilo ou metilglioxal. Ambos os grupos amina de lisina (Lys) ou um deles de derivados de lisina bloqueados e um deles (Ac-Lys-OMe, Z-Lys-OMe) foram acetilados pelo sistema biacetilo ou metilglioxal/peroxinitrito. Em tetrapeptídeos sintéticos contendo lisina como aminoácido amino-terminal (H-KALA-OH, Ac-KALA-OH and H-K(Boc)ALA-OH), a lisina foi acetilada pelo sistemas dicarbonilico/peroxinitrito no grupo α-amina (em maior extensão) e/ou no ε-amina (em menor extensão). No conjunto, estes resultados podem ser interpretados à luz do mecanismo proposto para a reação de compostos α-dicarbonílicos com peroxinitrito, o qual envolve sequencialmente: (i) adição nucleofílica de peroxinitrito à carbonila; (ii) homólise do aduto peroxinitroso formado, liberando •NO2 e um radical oxila do reagente carbonílico; (iii) β-clivagem do radical oxila a um ácido carboxílico (ácido acético no caso de biacetilo e ácido fórmico, a partir de metilglioxal) e radical acetila; (iv) captação do radical acetila pelo oxigênio molecular dissolvido dando acetato, ou por aminoácido ou nucleobase, se presentes, gerando o produto acetilado. Tais resultados são interessantes ao levantar a hipótese de acetilação radicalar como mecanismo de modificação pós-traducional de proteínas, até então considerado um processo realizado apenas por acetilases. / Diacetyl (2,3-butanedione) is a food and cigarette contaminant recently implicated in alcohol hepatotoxicity and lung disease. In turn, methylglyoxal (MG) is an α-oxoaldehyde frequently associated with diabetes and aging that is putatively formed by the oxidative fragmentation of trioses phosphate, acetone and aminoacetone. Peroxynitrite - a potent oxidant, nitrating agent and nucleophile formed in vivo by the diffusion-controlled reaction of superoxide radical with nitric oxide (k ~1010 M-1s-1) - is able to form adducts with carbon dioxide and carbonyl compounds. When initially present in the reaction mixtures before addition of ONOO-, amino acids, peptides and nucleobases undergo acetylation at the amino group and purine moieties in the presence of biacetyl or methylglyoxal. Higher levels of 3-nitrotyrosine nitration were measured when peroxynitrite/biacetyl or metilglioxal was added to tyrosine, in comparison with peroxynitrite alone. Both amino groups of L-lysine or one of the amino groups of L-lysine derivatives (Z-Lys-OH and Ac-Lys-OH) were acetylated by biacetyl and methylglyoxal/peroxynitrite system. Using tetrapeptides containing lysine at the terminal amino acid (H-KALA-OH, Ac-KALA-OH and H-K(Boc)ALA-OH), the lysine residue was acetylated at both or either α-amino (major adduct) and ε-amino group (minor adduct). Altogether these data can be interpreted by the mechanism proposed to describe the reaction of α-dicarbonyls with peroxynitrite as follows: (i) nucleophilic addition of peroxynitrite to the carbonyl group of the reagent; (ii) homolysis of the formed peroxynitroso carbonyl adduct to •NO2 and a carbonyloxyl radical; (iii) β-cleavage of the oxyl radical to acetyl radical plus acetic acid (from diacetyl) or formic acid (from methylglyoxal); (iv) competitive scavenging of the acetyl radical by dissolved molecular oxygen and by added amino acid, peptide or nucleobase, ultimately yielding acetate or acetylated biomolecule. If occurring in vivo, these radical reactions may contribute to the post-translational modification of proteins catalyzed by transacetylases.

Biacetilo (2,3-butanediona) é um contaminante de comida e cigarro, também implicado na hepatoxicidade do álcool e em doenças pulmonares. O metilglioxal (MG), um α-oxoaldeído reativo frequentemente associado ao diabetes e envelhecimento, é produto da fragmentação oxidativa de trioses fosfato, acetona e aminoacetona. Por sua vez, peroxinitrito - um potente oxidante, agente nitrante e nucleófilo formado in vivo pela reação controlada por difusão do ânion radical superóxido com o radical óxido nítrico (k ~1010 M-1s-1) é capaz de se adicionar a CO2 e compostos carbonílicos, gerando produtos potencialmente tóxicos ou sinalizadores celulares. Aminoácidos, peptídeos e nucleobases podem ser acetilados nos grupos amina e na porção desoxiribose. Relativamente ao tratamento com peroxinitrito isolado, níveis superiores de 3-nitrotirosina foram detectados quando tirosina foi tratada com peroxinitrito/biacetilo ou metilglioxal. Ambos os grupos amina de lisina (Lys) ou um deles de derivados de lisina bloqueados e um deles (Ac-Lys-OMe, Z-Lys-OMe) foram acetilados pelo sistema biacetilo ou metilglioxal/peroxinitrito. Em tetrapeptídeos sintéticos contendo lisina como aminoácido amino-terminal (H-KALA-OH, Ac-KALA-OH and H-K(Boc)ALA-OH), a lisina foi acetilada pelo sistemas dicarbonilico/peroxinitrito no grupo α-amina (em maior extensão) e/ou no ε-amina (em menor extensão). No conjunto, estes resultados podem ser interpretados à luz do mecanismo proposto para a reação de compostos α-dicarbonílicos com peroxinitrito, o qual envolve sequencialmente: (i) adição nucleofílica de peroxinitrito à carbonila; (ii) homólise do aduto peroxinitroso formado, liberando •NO2 e um radical oxila do reagente carbonílico; (iii) β-clivagem do radical oxila a um ácido carboxílico (ácido acético no caso de biacetilo e ácido fórmico, a partir de metilglioxal) e radical acetila; (iv) captação do radical acetila pelo oxigênio molecular dissolvido dando acetato, ou por aminoácido ou nucleobase, se presentes, gerando o produto acetilado. Tais resultados são interessantes ao levantar a hipótese de acetilação radicalar como mecanismo de modificação pós-traducional de proteínas, até então considerado um processo realizado apenas por acetilases. / Diacetyl (2,3-butanedione) is a food and cigarette contaminant recently implicated in alcohol hepatotoxicity and lung disease. In turn, methylglyoxal (MG) is an α-oxoaldehyde frequently associated with diabetes and aging that is putatively formed by the oxidative fragmentation of trioses phosphate, acetone and aminoacetone. Peroxynitrite - a potent oxidant, nitrating agent and nucleophile formed in vivo by the diffusion-controlled reaction of superoxide radical with nitric oxide (k ~1010 M-1s-1) - is able to form adducts with carbon dioxide and carbonyl compounds. When initially present in the reaction mixtures before addition of ONOO-, amino acids, peptides and nucleobases undergo acetylation at the amino group and purine moieties in the presence of biacetyl or methylglyoxal. Higher levels of 3-nitrotyrosine nitration were measured when peroxynitrite/biacetyl or metilglioxal was added to tyrosine, in comparison with peroxynitrite alone. Both amino groups of L-lysine or one of the amino groups of L-lysine derivatives (Z-Lys-OH and Ac-Lys-OH) were acetylated by biacetyl and methylglyoxal/peroxynitrite system. Using tetrapeptides containing lysine at the terminal amino acid (H-KALA-OH, Ac-KALA-OH and H-K(Boc)ALA-OH), the lysine residue was acetylated at both or either α-amino (major adduct) and ε-amino group (minor adduct). Altogether these data can be interpreted by the mechanism proposed to describe the reaction of α-dicarbonyls with peroxynitrite as follows: (i) nucleophilic addition of peroxynitrite to the carbonyl group of the reagent; (ii) homolysis of the formed peroxynitroso carbonyl adduct to •NO2 and a carbonyloxyl radical; (iii) β-cleavage of the oxyl radical to acetyl radical plus acetic acid (from diacetyl) or formic acid (from methylglyoxal); (iv) competitive scavenging of the acetyl radical by dissolved molecular oxygen and by added amino acid, peptide or nucleobase, ultimately yielding acetate or acetylated biomolecule. If occurring in vivo, these radical reactions may contribute to the post-translational modification of proteins catalyzed by transacetylases.

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

Peroxinitrito é um potente agente oxidante, nitrante e nucleofilico formado in vivo pela reação difusional do radical ânion superóxido com óxido nítrico, cuja produção exacerbada em situações de estresse oxidativo e nitrosativo pode resultar em danos a biomoléculas e estruturas sub-celulares. Por outro lado, vários compostos carbonílicos reativos tais como acroleína e compostos α-dicarbonílicos são descritos como citotóxicos e genotóxicos, pois reagem com biomoléculas aminadas resultando em perda de funções nativas, situação esta denominada de \"estresse carbonílico\". Dentre os metabólitos α-dicarbonílicos, altamente suscetíveis a adições nucleofílicas, destacam-se o biacetilo, derivado do metabolismo hepático de etanol e contaminante de alimentos, e metilglioxal e glioxal, ambos catabólitos de glicose, proteínas e lipídios acumulados em doenças relacionadas ao envelhecimento. Neste trabalho, observou-se que, em tampão fosfato normalmente aerado de pH próximo à neutralidade, (i) estes três compostos sofrem adição nucleofílica de peroxinitrito com constantes de velocidade de segunda ordem uma a três ordens de grandeza acima dos valores relatados para compostos monocarbonílicos (k2 ≈ 4-100 M-1s-1); (ii) os sistemas biacetilo ou metilglioxal/peroxinitrito consomem o oxigênio dissolvido com produção de acetato ou acetato e formiato, respectivamente, via radical acetila capaz de acetilar histidina, lisina e 2\'-desoxiguanosina se adicionados à mistura reacional; e (iii) o sistema glioxal/peroxinitrito gera sucessivamente radical formila e radical formilhidroperoxila, cujo desproporcionamento a formiato e gás carbônico é acompanhado da emissão de luz no infra-vermelho próximo (λmax = 1270 nm), atribuída a oxigênio molecular no estado singlete (O21Δg) (Reação de Russell). Estes estudos evidenciam que a reação de metabólitos α-dicarbonílicos com peroxinitrito gera radicais livres e embasam a hipótese de que possam contribuir para a acetilação radicalar, não-enzimática intracelular, de proteínas (epigenética) e DNA, portanto potencialmente implicadas na fisiologia e patologia do envelhecimento e desordens metabólicas, nas quais a participação de espécies reativas de oxigênio, nitrogênio e compostos carbonílicos foi relatada. Deve-se ainda notar que a descoberta de acetilação radicalar de biomoléculas por metabólitos α-dicarbonilicos e peroxinitrito prepara o caminho para a identificação de novas reações químicas de biomoléculas, não catalisadas por enzimas, que possam eventualmente revelar novos biomarcadores teciduais em doenças adquiridas e inatas. / Peroxynitrite is a strong biological oxidant, nitrating and nucleophilic agent, formed by the diffusion-controlled reaction of the superoxide anion radical with nitric oxide, whose exacerbated production in oxidative and nitrosative stress leads to chemical damage to biomolecules and sub-cellular structures. On the other hand, various reactive carbonyl compounds like acrolein and α-dicarbonyls are reportedly cytotoxic and genotoxic for their ability to react with amino biomolecules resulting in loss of native functions, a situation named \"carbonyl stress\". Among very reactive α-dicarbonyls highly prone to nucleophilic additions, we highlight biacetyl, a hepatic alcohol metabolite and food contaminant, and methylglyoxal and glyoxal, both catabolites of glucose, proteins and lipids that accumulate in ageing-related disorders. Here, we report that, in normally aerated phosphate buffer near the physiological pH, (i) these three dicarbonyls undergo nucleophilic addition of peroxynitrite whose second order rate constants are one to three orders of magnitude than those documented for monocarbonyls (k2 ≈ 4-100 M-1s-1); (ii) the biacetyl or methylglyoxal/peroxynitrite systems consume the dissolved oxygen yielding the acetate anion or acetate plus formate anion, respectively, from acetyl radical intermediate which was found to acetylate added histidine, lysine and 2\'-deoxyguanosine; and (iii) the glyoxal/peroxynitrite system ultimately generate formyl radical and formylperoxyl radical, whose dismutation to formate and carbonic oxide is accompanied by near infrared monomol emission (λmax = 1270 nm) characteristic of singlet molecular oxygen (O21Δg) (Russell reaction). Our studies strongly attest that the reaction of α-dicarbonyls with peroxynitrite release free radicals that can potentially contribute for the radical, non-enzymatic acetylation of proteins (epigenetics) and DNA bases possibly implicated in the ageing physiopathology and metabolic disorders, where participation of reactive oxygen, nitrogen and carbonyl species is well recognized. Also noteworthy is that our findings may pave the way to the discovery of novel biochemical reactions whose products can eventually be useful as biomarkers of acquired and innate maladies.

En el año 2003, nuestro grupo de investigación comenzó a trabajar en el campo de la organocatálisis haciendo uso de prolinamidas como catalizadores. En el presente trabajo se muestra la síntesis y aplicación de varios organocatalizadores quirales derivados de 1,1'-binaftil-2,2'-diamina (Binam) y prolinamidas en la reacción aldólica directa de α-oxoaldehídos como aceptores tales como ácido glioxílico, glioxilato de etilo, metilglioxal y 2,2-dimetoxiacetaldehído, con varios tipos de cetonas y aldehídos como donores, con el fin de obtener derivados de γ-oxo-α hidroxicarboxílicos con un alto nivel de estereocontrol.

Neuropatia é a complicação mais comum e mais debilitante da Diabetes Mellitus, a longo prazo presente em mais de 50% dos pacientes que possuem a doença. A hiperglicemia induz estresse oxidativo nos neurônios de diabéticos acarretando a ativação de múltiplas vias bioquímicas, as quais são potenciais alvos terapêuticos para a neuropatia diabética. Está claro que compostos carbonil reativos são mediadores glicotóxicos do estresse oxidativo através da formação de produtos finais de glicação avançada como resultado direto da hiperglicemia. Metilglioxal e glicolaldeído são compostos carbonil reativos inevitavelmente produzidos pelo metabolismo, os quais são encontrados em maior quantidade em situações de hiperglicemia. Recentemente, tem sido dada muita atenção para o envolvimento de espécies reativas na toxicidade do metilglioxal e do glicolaldeído, e tem-se demonstrado que essas glicotoxinas têm potencial para induzir estresse oxidativo, parar o crescimento celular e promover morte por apoptose ou necrose. O metilglioxal e o glicolaldeído interagem com grupamentos sulfidril de moléculas de glutationa e de enzimas, inibindo sua atividade; entretanto, os mecanismos moleculares relacionados aos efeitos tóxicos dessas glicotoxinas e as vias pelas quais elas levam a formação de espécies reativas não estão completamente elucidados. Neste estudo nós buscamos esclarecer a relação entre o metabolismo do metilglioxal e do glicolaldeído e a produção de espécies reativas, e investigamos as possíveis rotas de morte celular envolvidas. Utilizamos a linhagem celular de neuroblastoma humano SH-SY5Y diferenciada, pois este é um modelo neuronal bem caracterizado para estudos de compostos neurotóxicos. Nós avaliamos a produção de espécies reativas induzida por metilglioxal e glicolaldeído através da técnica da diclorofluoresceína, e avaliamos, também, seus efeitos sob o conteúdo de glutationa celular. Além disso, investigamos a ativação das caspase-3, -8 e -9 e a contribuição de diferentes sistemas peroxidases (glutationa-redutase e a tioredoxina-redutase), na defesa neuronal contra essas glicotoxinas. Como resultados encontramos que o tratamento com ambas glicotoxinas rapidamente provocou um aumento na produção de espécies reativas e diminuição do conteúdo de glutationa, com concomitante ativação das caspases-8 e -9 e, posteriormente, também houve ativação da caspase-3 pelo tratamento com metilglioxal. Vimos que a tioredoxina-redutase possui um papel mais importante na defesa celular contra a toxicidade do metilglioxal do que contra o glicolaldeído, enquanto que a glutationa-redutase tem papel semelhante na defesa celular contra ambas glicotoxinas. Nossos resultados demonstraram que o estresse oxidativo é um importante mecanismo da toxicidade do metilglioxal e do glicolaldeído nas células diferenciadas SHSY5Y e, que enzimas redutoras de grupamentos sulfidril contribuem de diferentes formas na defesa celular contra cada uma dessas glicotoxinas. / Neuropathy is the most common and debilitating complication of Diabetes Mellitus present in more than 50% of the patients with long-standing disease. Hyperglycemia induces oxidative stress in neurons from diabetic patients and results in activation of multiple biochemical pathways. These activated pathways are a major source of damage and are potential therapeutic targets in diabetic neuropathy. A large body of evidence has implicated reactive carbonyl compounds as glycotoxic mediators of oxidative stress by forming advanced glycation endproducts as a direct result of hyperglycemia. Methylglyoxal and glycolaldehyde are reactive carbonil compounds inevitably produced by the metabolism, but they are found in increased rates under hyperglycemia condition. Recently, the attention has been focused on the involvement of reactive species in methylglyoxal and glycolaldehyde toxicities, resulting in oxidative stress and leading to cell growth arrest, apoptotic or necrosis death. These glycotoxins interact with sulfhydryl-groups of glutathione molecules enzymes, inhibiting their activity; however, the molecular mechanism underlying methylglyoxal and glycolaldehyde cytotoxic effects and reactive species generation are not fully understood. In this study we have pursued to establish the role of methylglyoxal and glycolaldehyde metabolisms and reactive species production, and have looked for the possible death routes involved with the toxic effects of these glycotoxins. Here we used the differentiated human neuroblastoma SH-SY5Y cells as neuronal experimental model to investigate the pathological effects of various neurotoxic compounds. We have evaluated the methylglyoxal and glycolaldehyde capacity to reactive species generation by dichlorofluorescein assay and their effects upon cellular glutathione content. Also, we have assessed the caspase-3, -8 and -9 activation and the contribution of different peroxidases systems (glutathione reductase and thioredoxin reductase) in the neuronal defense against methylglyoxal and glycolaldehyde cytotoxicities. We found that both glycotoxins promptly provoke reactive species generation and decrease the cell glutathione content, as well induce caspase-8 and -9 activation. Later caspase-3 activation was found in methylglyoxal treatment. We demonstrate that thioredoxin reductase has a most important role in cell defense against methylglyoxal toxicity than against glycolaldehyde, meanwhile there is no difference in the glutathione reductase role. Our results show that oxidative stress is an important mechanism in the methylglyoxal and glycolaldehyde toxicities and sulfhydryl reductases contributes differently in the cellular defense against these glycotoxins.

Neuropatia é a complicação mais comum e mais debilitante da Diabetes Mellitus, a longo prazo presente em mais de 50% dos pacientes que possuem a doença. A hiperglicemia induz estresse oxidativo nos neurônios de diabéticos acarretando a ativação de múltiplas vias bioquímicas, as quais são potenciais alvos terapêuticos para a neuropatia diabética. Está claro que compostos carbonil reativos são mediadores glicotóxicos do estresse oxidativo através da formação de produtos finais de glicação avançada como resultado direto da hiperglicemia. Metilglioxal e glicolaldeído são compostos carbonil reativos inevitavelmente produzidos pelo metabolismo, os quais são encontrados em maior quantidade em situações de hiperglicemia. Recentemente, tem sido dada muita atenção para o envolvimento de espécies reativas na toxicidade do metilglioxal e do glicolaldeído, e tem-se demonstrado que essas glicotoxinas têm potencial para induzir estresse oxidativo, parar o crescimento celular e promover morte por apoptose ou necrose. O metilglioxal e o glicolaldeído interagem com grupamentos sulfidril de moléculas de glutationa e de enzimas, inibindo sua atividade; entretanto, os mecanismos moleculares relacionados aos efeitos tóxicos dessas glicotoxinas e as vias pelas quais elas levam a formação de espécies reativas não estão completamente elucidados. Neste estudo nós buscamos esclarecer a relação entre o metabolismo do metilglioxal e do glicolaldeído e a produção de espécies reativas, e investigamos as possíveis rotas de morte celular envolvidas. Utilizamos a linhagem celular de neuroblastoma humano SH-SY5Y diferenciada, pois este é um modelo neuronal bem caracterizado para estudos de compostos neurotóxicos. Nós avaliamos a produção de espécies reativas induzida por metilglioxal e glicolaldeído através da técnica da diclorofluoresceína, e avaliamos, também, seus efeitos sob o conteúdo de glutationa celular. Além disso, investigamos a ativação das caspase-3, -8 e -9 e a contribuição de diferentes sistemas peroxidases (glutationa-redutase e a tioredoxina-redutase), na defesa neuronal contra essas glicotoxinas. Como resultados encontramos que o tratamento com ambas glicotoxinas rapidamente provocou um aumento na produção de espécies reativas e diminuição do conteúdo de glutationa, com concomitante ativação das caspases-8 e -9 e, posteriormente, também houve ativação da caspase-3 pelo tratamento com metilglioxal. Vimos que a tioredoxina-redutase possui um papel mais importante na defesa celular contra a toxicidade do metilglioxal do que contra o glicolaldeído, enquanto que a glutationa-redutase tem papel semelhante na defesa celular contra ambas glicotoxinas. Nossos resultados demonstraram que o estresse oxidativo é um importante mecanismo da toxicidade do metilglioxal e do glicolaldeído nas células diferenciadas SHSY5Y e, que enzimas redutoras de grupamentos sulfidril contribuem de diferentes formas na defesa celular contra cada uma dessas glicotoxinas. / Neuropathy is the most common and debilitating complication of Diabetes Mellitus present in more than 50% of the patients with long-standing disease. Hyperglycemia induces oxidative stress in neurons from diabetic patients and results in activation of multiple biochemical pathways. These activated pathways are a major source of damage and are potential therapeutic targets in diabetic neuropathy. A large body of evidence has implicated reactive carbonyl compounds as glycotoxic mediators of oxidative stress by forming advanced glycation endproducts as a direct result of hyperglycemia. Methylglyoxal and glycolaldehyde are reactive carbonil compounds inevitably produced by the metabolism, but they are found in increased rates under hyperglycemia condition. Recently, the attention has been focused on the involvement of reactive species in methylglyoxal and glycolaldehyde toxicities, resulting in oxidative stress and leading to cell growth arrest, apoptotic or necrosis death. These glycotoxins interact with sulfhydryl-groups of glutathione molecules enzymes, inhibiting their activity; however, the molecular mechanism underlying methylglyoxal and glycolaldehyde cytotoxic effects and reactive species generation are not fully understood. In this study we have pursued to establish the role of methylglyoxal and glycolaldehyde metabolisms and reactive species production, and have looked for the possible death routes involved with the toxic effects of these glycotoxins. Here we used the differentiated human neuroblastoma SH-SY5Y cells as neuronal experimental model to investigate the pathological effects of various neurotoxic compounds. We have evaluated the methylglyoxal and glycolaldehyde capacity to reactive species generation by dichlorofluorescein assay and their effects upon cellular glutathione content. Also, we have assessed the caspase-3, -8 and -9 activation and the contribution of different peroxidases systems (glutathione reductase and thioredoxin reductase) in the neuronal defense against methylglyoxal and glycolaldehyde cytotoxicities. We found that both glycotoxins promptly provoke reactive species generation and decrease the cell glutathione content, as well induce caspase-8 and -9 activation. Later caspase-3 activation was found in methylglyoxal treatment. We demonstrate that thioredoxin reductase has a most important role in cell defense against methylglyoxal toxicity than against glycolaldehyde, meanwhile there is no difference in the glutathione reductase role. Our results show that oxidative stress is an important mechanism in the methylglyoxal and glycolaldehyde toxicities and sulfhydryl reductases contributes differently in the cellular defense against these glycotoxins.