Os complexos trans-[Ru(NO)(NH3)4(L)](X)3 (1), [Ru(NO)(Hedta)] (2) e seus precursores sintéticos trans-[Ru(H2O)(NH3)4(L)](X)2 (3), trans-[Ru(SO4)(NH3)4(L)](X) (4) , onde L = isn, nic, imN, 4-pic, py, P(OEt) e X = PF6 - e BF4 -, foram testados como captadores dos radicais livres DPPHo, OHo e O2 -o em meio aquoso. O potencial de oxidação do centro metálico nos complexos (1) foram estimados utilizando eletrodo de diamante dopado com boro como eletrodo de trabalho, estando situados em meio aquoso acima de 2,0 V vs. ECS (CH+ = 1,0 x 10-3, µ = 0,1 mol L-1). Os complexos (1) e (2) mostraram-se incapazes de reagir com o radical DPPHo, exceto o complexo trans-[Ru(NO)(NH3)4(P(OEt)3)]3+, que reagiu apenas em grande excesso (50 vezes) em relação ao radical DPPHo. Os complexos (3) reagiram quando em excesso ou em proporção estequiométrica. O mecanismo pelo qual esta reação ocorre é predominantemente o de transferência de elétrons. O radical OHo foi captado pelos complexos (1), sendo provavelmente o mecanismo predominante o de transferência de elétrons pela oxidação do centro metálico [Ru(NO)]3+ a [Ru(NO)]4+, compatível com o potencial de oxidação do radical OHo (acima de 2,8 V vs. ECS) reportado na literatura para este radical. As constantes de velocidade específica para estas reações foram estimadas como estando no intervalo de 108 a 1010 M-1 s-1. Não foi observada reação entre o radical OHo e os complexos (4). Os complexos (1) e (2) captam o radical O2 -o pela redução do ligante NO+ com constantes de velocidade específicas no intervalo de 2,0 ± 1,0 x 104 a 4,2 ± 1,0 x 105 M-1 s-1, em medidas efetuadas via cinética de competição com citocromo c. Após a redução, a liberação de NO foi acompanhada via eletrodo seletivo a NO e espectrofotometricamente pela reação do NO com o citocromo c. Nas condições experimentais utilizadas, não se observou a formação do íon peroxinitrito (ONOO-). Os complexos (3) e (4) não reagiram com o radical O2 -o. / The complexes trans-[Ru(NO)(NH3)4(L)](X)3 (1), [Ru(NO)(Hedta)] (2) and their synthetic precursors trans-[Ru(H2O)(NH3)4(L)](X)2 (3), trans-[Ru(SO4)(NH3)4(L)](X) (4) , where L = isn, nic, imN, 4-pic, py, P(OEt) e X = PF6 - and BF4 -, were tested as scavengers for the radicals DPPHo, OHo e O2 -o in aqueous media. The redox potential for the metal center in the complexes (1) were obtained a using boron doped diamond electrode as working electrode. The redox potentials values for ruthenium nitrosyl complexes were higher than 2,0 V vs. SCE. The complexes (1) and (2) were unable to reduce the radical DPPHo, excepted the complex ion trans-[Ru(NO)(NH3)4(P(OEt)3)]3+. The complexes (3) react with DPPHo in stoichometric proportion. Electron transfer from the oxidation of the ruthenium(II) center seems to be the reaction pathway. The OHo radical reacts with ruthenium nitrosyls, predominantly oxidizing the metal center, yielding the fragment [Ru(NO)]4+. This reaction is exothermic since the redox potential of the OHo is around 2.8 V vs. SCE. From competition kinetics the rate constant for this reaction were estimated in the range of 108 a 1010 M-1 s-1. Since the reaction between OHo radical and the complexes (4) was not observed, the hydrogen atom transfer mechanism for the scavenger of OHo by the nitrosyl complexes ca be ruled out. The complexes (1) and (2) scavenge the radical O2 -o by the reduction of the coordinated nitrosyl with specific rate constants ranging from 2,0 ± 1,0 x 104 to 4,2 ± 1,0 x 105 M-1 s-1 as probed by competitive kinetics using cytochrome c. After reduction, nitric oxide dissociation were probed ampherometricaly using a selective NO electrode or spectrophotometrically using cytochrome c as probe. Reduction of the complexes (3) by superoxide ion was not observed and may suggest the coordinated nitrosonium as the reaction site for reduction.

Amostras espermáticas provenientes do epidídimo podem ser utilizadas com diversas finalidades tais como: modelo experimental para pesquisa com sêmen, aproveitamento do sêmen de animais de alto valor genético que vierem a óbito e possibilidade da coleta e aproveitamento do sêmen de animais em perigo de extinção. No entanto, para a utilização desta técnica é necessário o estudo de diversos fatores que poderiam influenciar sua eficiência, como por exemplo, as formas de armazenamento dos testículos, efeitos da criopreservação, diluidores utilizados, entre outros. O presente estudo teve como objetivos: 1- determinar a temperatura mais adequada para o armazenamento do testículo após o abate do animal (4 ou 34ºC) levando-se em consideração testes funcionais e fecundação in vitro; 2- avaliar o efeito desta temperatura de armazenamento no sêmen epididimário fresco e criopreservado e; 3- verificar a eficiência do tratamento com ácido decosaexanóico (DHA) e antioxidantes adicionados ao diluidor. Para isso, amostras espermáticas foram coletadas da cauda do epidídimo de touros provenientes de abatedouros. Para testar o efeito da temperatura de acondicionamento dos testículos, os mesmos foram armazenados entre 2 e 4 horas após o abate, à temperatura de 4 ou 34º C. O sêmen foi então coletado da cauda do epidídimo, submetido ou não à criopreservação e avaliado quanto a análise computadorizada da motilidade espermática (CASA), integridade de membrana e potencial mitocondrial (iodeto de propídeo, SYBR e JC1), fertilização in vitro e susceptibilidade ao estresse oxidativo (TBARS). Visto que os resultados deste experimento indicaram que a temperatura de 4ºC era a mais indicada, a mesma foi utilizada para a avaliação do efeito da suplementação com DHA e antioxidantes adicionados ao diluidor. Nesta fase, o sêmen foi avaliado quanto à integridade de membrana e acrossomo (eosina/nigrosina e fast green/rosa bengala, respectivamente), atividade mitocondrial (diaminobenzidina), integridade do DNA (ensaio da estrutura da cromatina espermática SCSA) e susceptibilidade ao estresse oxidativo (TBARS). Os resultados do presente estudo indicam que o tratamento com o DHA tornou os espermatozóides mais susceptíveis aos danos causados pelo estresse oxidativo. Por outro lado, resultados diversos foram encontrados com a associação entre DHA e antioxidantes. A associação entre DHA e superóxido dismutase (SOD) e DHA e glutationa reduzida (GSH) apresentaram os melhores resultados em relação à motilidade espermática e à integridade de membrana, respectivamente. No entanto, o DHA, quando associado à Vitamina E, apresentou resultados negativos para a atividade mitocondrial. Os resultados do presente estudo indicam que o tratamento com DHA e SOD ou DHA e GSH em amostras espermáticas coletadas de epidídimos armazenados a 4ºC por até 4 horas, pode melhorar a qualidade espermática pós criopreservação. / Sperm recovery from the cauda epididymis can be very advantageous, for example: in case of the unexpected death of a genetically highly valuable animal, as an experimental model for research on semen and for the use in endangered species. However, the efficiency of this technique demands the study of several issues such as the storage conditions of the testicles prior semen collection, the effects of cryopreservation and semen extenders, among others. The objective of the present study was: 1- to evaluate the ideal temperature for testicles storage after slaughter (4 or 34ºC) based on functional tests and on in vitro fertility; 2- to evaluate the effect of storage temperature on fresh and cryopreserved semen samples, and; 3- to test the addition of decosaexanoic acid (DHA) and antioxidants to the semen extender. Sperm samples were collected from the caudae epididymides of testicles collected from abattoirs. To test the effect of temperature of storage, testicles were kept under 4 or 34ºC, between two to four hours after slaughter. Semen was then collected from the caudae epididymides and cryopreserved or not. Samples were then evaluated for computer assisted sperm analysis (CASA), membrane integrity and mitochondrial potential (propidium iodide, SYBR and JC1), in vitro fertilization outcomes, and susceptibility to the oxidative stress (TBARS). Results of this study indicated that, with no doubt, storage of testicles under 4ºC is the most appropriate in order to improve post-thaw sperm quality and in vitro fertility. Therefore, this temperature was used in the rest of the study to test the effect of DHA and antioxidant treatments to the semen extender. In this part of the study, semen was evaluated for membrane and acrosome integrities (eosin/nigrosin and fast green/bengal rose stain, respectively), mitochondrial activity (diaminobenzidine stain), DNA integrity (sperm chromatin structure assay SCSA) and, sperm susceptibility to the oxidative stress (TBARS). Results of the present study indicate that due to the treatment with DHA, epididymal sperm became more susceptible to the oxidative stress. On the other hand, different results were found regarding the association between DHA and antioxidant. The association between DHA and superoxide dismutase (SOD) and between DHA and reduced glutathione (GSH) showed better results on sperm motility and membrane integrity, respectively. On the other hand, when associated to the Vitamin E, the DHA showed poor results on mitochondrial activity. Results of the present study indicate that the treatment with DHA and SOD or GSH to epididymal sperm samples collected from testicles stored at 4ºC for up to 4 hours, may improve post-thaw sperm quality.

Submitted by Sandro Camargo (sandro.camargo@unipampa.edu.br) on 2015-05-08T02:37:18Z No. of bitstreams: 1 127110041.pdf: 1450512 bytes, checksum: bbda08f02d9cddbd1397c133ddee4bbe (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-08T02:37:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 127110041.pdf: 1450512 bytes, checksum: bbda08f02d9cddbd1397c133ddee4bbe (MD5) Previous issue date: 2014 / A utilização de produtos naturais na medicina popular como recurso terapêutico é uma tendência generalizada pela população brasileira. Esta tendência tem contribuído significativamente para o consumo não só de produtos naturais, como também de medicamentos fitoterápicos. Neste contexto, o Manjericão (Ocimum basilicum L.) surge como um destes recursos terapêuticos, sendo amplamente utilizado como planta ornamental e como condimento. Originário da Ásia tropical, hoje é cultivado no mundo todo. Entre os usos populares do O. basilicum L., está o emprego como antioxidante, anti-inflamatório, anti-cancerígeno, antimicrobiano, agente cardiovascular, fatores associados ao envelhecimento, dentre outros. Diversos metabólitos secundários com atividade antioxidante e anti-inflamatória já foram identificados nesta espécie e trabalhos relatam que o Ácido Rosmarínico é o composto biologicamente mais ativo. Sabendo da importância econômica e da enorme difusão mundial de seus usos, tanto na culinária, quanto na medicina popular, torna-se importante a comprovação dos efeitos do Manjericão, visando garantir sua eficácia e sua segurança, já que estudos de toxicidade para esta espécie são raros e usualmente não abordam aspectos genéticos. Este trabalho, portanto, teve como objetivo a avaliação da atividade antioxidante pelo teste da peroxidação lipídica, conteúdo de proteína carbonilada, vitamina C; atividade das enzimas Superóxido dismutase (SOD) e Catalase (CAT); análise dos parâmetros inflamatórios pela da avaliação de citocinas anti- inflamatórias e pró-inflamatórias, e a toxicidade genética do extrato hidroalcoólico frente a leucócitos humanos em cultura celular, através da viabilidade e proliferação celular, ensaio cometa, teste de micronúcleo e instabilidade cromossômica. Observou-se que o extrato etanólico de O. basilicum agiu como agente antioxidante reduzindo/revertendo os efeitos causados pelo peróxido de hidrogênio, ações essas que podem ser explicadas pela composição rica em polifenois e flavonoides do extrato, além de seu conteúdo de ácido rosmarínico, um importante antioxidante com atividade comprovada e descrita na literatura. Em relação aos parâmetros genotoxicológicos, para todos os testes, os resultados foram dose-dependentes. Enquanto que para os parâmetros inflamatórios, o extrato apresentou capacidade anti-inflamatória, onde o possível mecanismo envolvido ocorre pela interação de inibição das citocinas mediadoras pró- inflamatórias e o estímulo de citocinas mediadoras anti-inflamatórias. / The use of natural products in folk medicine as a treatment method is a genereal ternd for the Brazilian population. This trend has contributed significantly to the consumption not only of natural products, as well as herbal medicines. In this context, Basil (Ocimum basilicum L.) arises as one of these therapeutical resources. Basil is widely used as an ornamental plant and as a condiment. Original in tropical Asia, is now grown worldwide. Among the popular uses of Ocimum basilicum L., its employment as an antioxidant, anti-inflammatory, anti-carcinogenic, anti-microbial, cardiovascular agent, factors associated with aging, between others. Several secondary metabolites with antioxidant and anti-inflammatory activity have been identified in this species and several studies have reported that rosmarinic acid is the most biologically active compound. Knowing the economic importance and worldwide dissemination of their uses, both in cooking, as in folk medicine, it is important to prove the effects of Basil, to ensure its efficacy and safety, as toxicicty studies for this species are rare and usually do not approach genetic aspects. This study evaluated the antioxidant activity by testing lipid peroxidation, protein carbonyl content, vitamin C; activity of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT); analysis of inflammatory parameters for the evaluation of anti-inflammatory and pro-inflammatory cytokines, and genetic toxicity of the hydroalcoholic extract in human white blood cells (WBC) using cell culture, through the analysis of cell viability and cellular proliferation, chromosome instability, comet assay and micronucleus test. With our results it is possible to verify that O. basilicum extract acts as an antioxidant and effectively reverts or subjugates the effects of a high oxidizing agent as hydrogen peroxide and, these actions are explained because its composition, which is rich in polyphenols and flavonoids besides several compound as Rosmarinic Acid, who have a well-known antioxidant activity. In toxicological tests, all results were dose-dependent. In the anti-inflammatory aspect, we show that our extract actually presents these properties and the mechanism involved in these particular actions are a composed interaction between the inhibition of pro-inflammatory mediator and the stimulation of anti-inflammatory cytokines.

As porfirias, síndromes associadas a deficiências de atividade enzimática da biossíntese do grupo heme, presente em quase todas células do organismo, com maior atividade no fígado e medula óssea, agrupam-se em formas hereditárias ou primárias e secundárias ou químicas. No caso das primárias ocorre déficit da expressão de enzimas ou inibição da atividade de outras. A variação dos metabólitos acumulados é o que tange o polimorfismo clínico. Dentre as secundárias, destacam-se o saturnismo (intoxicação por chumbo) e a tirosinemia subaguda ou crônica (onde o acúmulo de succinilacetona, intermediário da degradação de tirosina, inibe a ALA desidratase, enzima biossintética do grupo heme). Nestas últimas e na porfiria aguda intermitente (PAI), de herança autossômica dominante do cromossomo 11q, além de outros intermediários menores, ocorre o acúmulo do ácido 5-aminolevulínico (ALA) no sangue e outros tecidos. O ALA é uma α-aminocetona passível de rápida enolização em pH fisiológico. Foi demonstrado que o enol formado sofre oxidação subsequente catalisada por complexos de ferro em pH fisiológico com formação de espécies reativas de oxigênio e ALA enoil radical. Este comportamento causa dano oxidativo em mitocôndria, lipossomos, DNA e proteínas. A formação do ânion superóxido (O2•-) no meio promove liberação de ferro do retículo endoplasmático e de ferritina e in vivo aumenta significantemente a concentração de ferro não-hemínico em fígado de rato. Vários estudos se seguiram para demonstrar que ALA acumulado nos distúrbios porfirínicos sofreria oxidação a partir do enol, tendo como produto final o ácido 4,5-dioxovalérico (DOVA), e este comportamento seria o responsável pelas alterações neurobioquímicas encontradas: aumento da captação de cálcio em sinaptosomas, elevação de ferro total cortical e estriatal seguido por elevação secundária de ferritina, aumento da atividade CuZnSOD (cobre-zinco superóxido dismutase), bem como proteínas oxidadas e produtos de lipoperóxidos nos homogenatos totais de córtex de rato. In vitro, estes efeitos foram todos inibidos por agentes antioxidantes, químicos ou enzimáticos. As evidências neuroquímicas clássicas para as manifestações neuropsiquiátricas supostamente promovidas pelo ALA apoiavam-se na similaridade estrutural ALA/GABA, proposta por Brennan e Cantrill em 1979. Nosso estudo modelo, utilizando membranas sinápticas, evidenciou através de ensaios de radioligação com 3H-muscimol na presença de 10 mM de ALA ou após tratamento crônico com 40 mg/kg em ratos, alteração do Kd (constante de dissociação do complexo receptor-ligante), mas sem mudança no \"pool\" total de receptores. Outro aspecto não esclarecido era se o DOVA afetaria o sistema GABAérgico, não pelo mecanismo oxidativo, mas através de um antagonismo farmacológico (similaridade estrutural com o GABA) ou através de sua reatividade ao formar adutos cíclicos com proteínas similar ao que acontece nos AGEs (\"Advanced Glication End Products\"). Nesta dissertação estudamos o mecanismo de captação de cálcio por sinaptosomas influenciada por ALA e DOVA. São discutidos os resultados dos ensaios de radioligação com 3H-muscimol na verificação do efeito de DOVA nos sítios GABAérgicos também em sinaptosomas corticais de ratos. Os estudos usando cultura de células transformadas de linhagem neuronal WERI (derivadas de retinoblastoma humano com mutação no gene rb) foram conduzidos para avaliar a citotoxicidade ao ALA e DOVA, bem como extender a análise da via GABAérgica, envolvida na fisiopatologia dos efeitos citados. Nossos resultados demonstram o efeito de ALA, metabolito intermediário acumulado nas porfirias, em particular na PAI e saturnismo, como espécie pro-oxidante nociva ao sistema sinaptosomal. Seu efeito é mediado pela quebra na homeostade do cálcio desencadeando colapso energético mitocondrial, cujo efeito tem reversão parcial com o uso de antioxidantes e bloqueadores de canal de cálcio. Já o DOVA tem demonstrado seu efeito principalmente comprometendo a vitalidade celular não relacionada à homeostase do cálcio, mas com envolvimento do sistema GABAérgico de receptores ligados ao canal de cloreto. Tal efeito parece estar relacionado com a alteração do \"pool\" total de receptores celulares e sua citolocalização. / Abstract not available.

Os compostos carbonílicos no estado triplete (CCT) são considerados espécies reativas de oxigênio uma vez que possuem comportamento químico semelhante ao de radicais alcoxil. Quando formadas em sistemas biológicos, estas espécies podem estar envolvidas tanto em processos benéficos quanto deletérios ao organismo, como é o caso da lipoperoxidação, onde CCT não só são gerados como também iniciam ou amplificam o processo. Visando estudar a capacidade de dienos conjugados de suprimir a energia triplete de tais compostos, de forma a diminuir seus efeitos deletérios, determinou-se as constantes de supressão, para quatro diferentes dienos, de acetona triplete gerada pela da termólise do tetrametil-1 ,2- dioxetano e pelo sistema enzimático isobutanal/ \"horseradish peroxidase\"/O2 Todos os dienos apresentaram constantes de supressão de ordem difusional. Foi analisada também a forma pela qual os dienos suprimem a acetona triplete e concluiu-se que tanto dienos com hidrogênios alílicos (2,4-hexadienoato e seu éster etílico), potencialmente abstraíveis, quanto dienos sem estes hidrogênios (2 ,4-pentadienoato e seu éster metílico), suprimem a acetona por um processo físico de transferência de energia, que leva à sua fotoisomerização cis,trans. A reatividade destes dienos frente a espécies reativas de oxigênio comumente formadas em sistemas de lipoperoxidação, como o oxigênio singlete, radicais hidroxil, peroxil e superóxido, foi também testada, mostrando que nenhum dos dienos apresenta atividade sequestradora destas espécies. Experimentos preliminares de lipoperoxidação em sistemas biomiméticos (mitocôndrias e microssomos isolados de fígado de rato), mostraram que o trans, trans-2,4-hexadienoato de etila é capaz de inibir o inchamento mitocondrial induzido por benzofenona triplete e de suprimir a quimiluminescência de microssomos induzida por Fe2+/ ascorbato. Concluiu-se assim que dienos conjugados, contendo ou não hidrogênios alílicos, podem ser usados como supressores específicos de compostos carbonílicos triplete em sistemas biológicos e contribuir para o esclarecimento dos mecanismos de reação destes processos. / Triplet carbonyls can be named reactive oxygen species once they behave chemically as alkyloxyl radicals and therefore can potentially drive beneficial and deleterious processes in biological systems. In the case of lipid peroxidation, these species have been found not only to be reaction products but also to amplify the radical chain by hydrogen abstraction of polyunsatured lipid molecules. With the aim of finding efficient and reliable chemical probes for triplet carbonyls, we studied here the quenching properties of conjugated dienes, namely 2,4-hexadienoate and 2,4- pentadienoate anions and corresponding alkyl esters, upon triplet acetone generated either chemically (thermolysis of tetramethyl-1 ,2-dioxetane) or enzymically (aerobic oxidation of isobutanal/horseradish peroxidase). As expected, the quenching rate constants were found to be diffusion controlled, although those for the pentadienoate derivatives were 3-fold lower than those measured for the hexadienoates. Therefore, independently of the presence of allylic hydrogens in the diene probe, the triplet acetone quenching occurred by a physical process followed by cis,trans-isomerization, without hydrogen abstraction from the quencher. The reactivity of the studied dienes towards oxygen reactive species known to be formed during lipid peroxidation, such as singlet oxygen, and peroxyl, hydroxyl and superoxide radicals, was also investigated to assure they would not interfere with the radical lipoperoxidation chain. Indeed, none of the dienes showed antioxidant activity on classical model systems. Preliminary experiments with model systems widely used to study lipid peroxidation showed that the trans, trans-ethyl sorbate can inhibit the mitochondrial swelling induced by enzymically formed triplet benzophenone and to quench the chemiluminescence of microsome preparations challenged with iron/ascorbate. This is in agreement with reported work showing that the lipid peroxidation chain associated with mitochondria permeabilization and polyunsaturated fatty acid peroxidation is amplified by intermediate triplet carbonyl products. Altogether our data indicate that conjugated dienes can be used as specific quenchers of triplet carbonyls formed in biological systems without reacting with other reactive intermediates.

Heteroaryl nitrone spin traps have been suggested to act as free radical scavengers. The geometry optimizations and the single-point energies of the spin trapping reactions of the heteroaryl nitrones, 5,5-dimethylpyrroline-N-oxide (DMPO) and α-phenyl-N-t-butylnitrone (PBN) have been computationally studied using ab initio (Hartree-Fock (HF) and second-order Møller-Plesset (MP2)) methods and Density Functional Theory (DFT) methods. The effects of new heteroaryl substituents on a parent nitrone spin trap have been examined at the HF and MP2 levels with the 6-31G*, and cc-pVnZ (n=D, T, Q) basis sets. The thermodynamics of the spin trapping at the C-site and O-site with •H, •CH3 and •OH radicals were studied at the HF/6-31G* and DFT/m06/6-31G* levels. The addition reactions favor at the C-sites and the double adducts are thermodynamically more stable than the mono adducts. The spin trapping of DMPO, PBN and α(Z)-(3-methylfuroxan-4-yl)-N-tert-butylnitrone (FxBN) with •OH have also been studied.

The SOD2 gene encodes the mitochondrial antioxidant enzyme manganese superoxide dismutase (MnSOD), which converts superoxide (O2●-) to hydrogen peroxide (H2O2). Down-regulation of SOD2 has been reported in many cancer cells of diverse tissue origins, and forced over expression of this enzyme in carcinoma cells decreases their tumorigenicity. These findings suggest that SOD2 functions as an intiation or promotion tumor suppressor; however, it remains to be determined whether loss of SOD2 expression is sufficient for tumor formation since homozygous SOD2 knock-out mice die within weeks after birth. Additionally, due to the shortened lifespan of the constitutive SOD2 knock-out mouse limited studies have been performed in assessing the role of SOD2 in tissue-specific development in vivo. Using Cre-loxP genetics, we now have the capability to generate mice in which SOD2 may be knocked out in a cell type-specific manner and these mice can be used to query the effect of loss of SOD2 expression in tissue development, function, and oncogenesis. We primarily focused our studies on the hematopoietic system, but expanded our research to solid organs such as the liver and mammary gland as well. Our findings demonstrate that SOD2 does not act as a tumor suppressing enzyme in any of these unchallenged systems, and in fact the loss of SOD2 may act to delay tumor formation. T-cell specific SOD2 knock-out demonstrated significant immunodeficiency as illustrated by a decreased immune response to influenza challenge secondary to decreased T-cell populations. Furthermore, hematopoietic stem cell specific SOD2 knock-out showed a severe anemia in the red blood cell population due to increased mitochondrial superoxide. Additional analysis revealed the anemia to be a result of a porphyria due to the inactivation of the heme synthesis enzyme ferrochelatase. The observed phenotypes in all conditional hematological SOD2 knock-out models were rescued by the addition of mitochondrially targeted anti-oxidants. In conclusion, the tissue specific loss of SOD2 in various hematological organs appeared to demonstrate significant developmental and functional aberrations, but the role in tumor initiation appears to be limited if any. The data presented here also suggest the potential for novel anti-oxidant therapy in a variety of hematological diseases.

Mitochondrial superoxide production during the early and late radiation response is increasingly recognized as a critical driver of oxidative damage and injury processes in mammalian cells. The role of Sirtuin 3, a key mitochondrial regulatory deacetylase, in preventing mitochondrial superoxide generation in conditions of nutrient and oxidative stress may be critical during the radiation response in mammalian liver. Because several tumor types express lower than normal levels of Sirtuin 3, the involvement of Sirtuin 3 in the radiation response may also provide clues to improving cancer radiation therapy and understanding the process of carcinogenesis. Studies of how the SIRT3 loss impacts the hepatic radiation response may also provide insight into the role of superoxide in normal liver physiology as well as in conditions of pathology. Increased superoxide production has largely been associated with disease, but oftentimes without clear demonstration of mechanism or even clear descriptions of pathogenesis. Here we identify a target of Sirtuin 3, the mitochondrial antioxidant enzyme manganese superoxide dismutase, and delineate the role that Sirtuin 3-mediated increases in manganese superoxide dismutase may be playing in the prevention of injury following biologically relevant doses of low linear energy transfer and high linear energy transfer radiation types including Cs-137 and Fe and Si particle radiation. Loss of Sirtuin 3 appears to correlate with decreases in hepatocellular carcinoma 16 months after 0.1 and 1 Gy doses of particle radiation known to increase hepatocellular carcinoma rates. These results indicate that Sirtuin 3 is a critical regulator of superoxide metabolism in the liver following whole body irradiation.

Vanadium compounds have been reported to cause numerous toxicological effects including NAD(P)H oxidation and lipid peroxidation. The purpose of this thesis is to determine the active form of vanadium in causing these effects, and to determine any possible free radical involvement in these processes. Vanadium-stimulated oxidation of NADH was studied spectrophotometrically and by electron spin resonance spectroscopy. In 25 mM sodium phosphate buffer at pH 7. 4, vanadyl , (V(IV)), is slightly more effective in stimulating NADH oxidation than was vanadate (V(V)). Addition of a superoxide generating system, xanthine/xanthine oxidase, results in a marked increase in NADH oxidation by vanadyl, and to a lesser extent, by vanadate. In contrast, addition of hydrogen peroxide did not change the NADH oxidation by vanadate, but greatly enhanced NADH oxidation by vanadyl. Use of the spin trap DMPO in reaction mixtures containing vanadyl and hydrogen peroxide or a superoxide generating system resulted in the detection by ESR of hydroxyl radical. Hydroxyl radical was also detected in the system containing vanadate plus superoxide. It was found that superoxide is capable of reducing vanadate to vanadyl, and that vanadyl is capable of reaction with hydrogen peroxide in a Fenton-like mechanism to produce hydroxyl radical. Hydroxyl radical is suggested to be the active species involved in NADH oxidation. Other reductants, such as thiols, are also capable of supporting vanadate-stimulated NADH oxidation . The above results indicat that ability of vanadium to act in a Fenton-like mechanism is an important process in the vanadium-stimulated oxidation of NADH. Vanadyl was found to be the active form of vanadium involved in initiating and stimulating lipid peroxidation in purified and partially purified fatty acid micelle preparations. Hydroxyl radicals were shown to be involved in initiating diene conjugation when vanadyl and hydrogen peroxide were added together in the reaction mixture. Furthermore, hydroxyl radicals were shown to be generated in the vanadyl-catalyzed decomposition of fatty acid lipoperoxides. The results of this study indicat that the ability of vanadium compounds to oxidize NADH and to stimulate lipid peroxidation are related by the common mechanism of hydroxyl radical production from the reaction of vanadyl with hydrogen peroxide.

<p>Amino-acid radical enzymes have been studied extensively for 30 years but the experimental barriers to determine the thermodynamic properties of their key radical cofactors are so challenging that only a handful of reports exist in the literature. This is a major drawback when trying to understand the long-range radical transfer and/or catalytic mechanisms of this important family of enzymes. Here this issue is addressed by developing a library of well-structured model proteins specifically designed to study tyrosine and tryptophan radicals. The library is based on a 67-residue three-helix bundle (α₃W) and a 117-residue four-helix bundle (α₄W). α₃W and α₄W are single-chain and uniquely structured proteins. They are redox inert except for a single radical site (position 32 in α₃W and 106 in α₄W). Papers I and II describe the design process and the protein characteristics of α₄W as well as a voltammetry study of its unique tryptophan. Paper III and V describe two projects based on α₃C, which is a Trp-32 to Cys-32 variant of α₃W. In Paper III we use α₃C to investigate what effect the degree of solvent exposure of the phenolic OH group has on the redox characteristics of tyrosine analogs. We show that the potential of the PhO•/PhOH redox pair is dominated by interactions with the OH group and that the environment around the hydrophobic part of the phenol has no significant impact. In addition, we observe that interactions between the phenolic OH group and the protein matrix can raise the phenol potential by 0.11-0.12 V relative to solution values. The α₃C system is extended in Paper V to study quinone redox chemistry. Papers III and V contain protocols to generate the cofactor-containing α₃C systems and descriptions of their protein properties. Paper IV describes efforts to redesign α₃Y (a Trp-32 to Tyr-32 variant of α₃W) to contain an interacting Tyr-32/histidine pair. The aim is to engineer and study the effects of a redox-induced proton acceptor in the Tyr-32 site.</p>