O presente trabalho apresenta estudos de lesão em biomoléculas (DNA e 2\'-deoxiguanosina) induzida por Cu(III)/tetraglicina (Cu(III)/G4), radicais de óxidos de enxofre (SO3·-, SO4·-, SO5·-), HO· e HSO5-, espécies estas geradas durante a autoxidação de S(IV) na presença de Cu(II)/G4 ou Cu(II) (ausência de tetraglicina) e traços de um segundo íon metálico (Ni(II), Co(II) ou Mn(II)). A formação dos radicais SO3·- e HO· foi detectada pela técnica de ressonância paramagnética eletrônica (EPR). As técnicas de espectrofotometria e dicroísmo circular foram empregadas para avaliar a formação de Cu(III)/G4 em diferentes condições experimentais, na presença e ausência de S(IV), e a interação entre os complexos de cobre (II)/(III) e a molécula de DNA. A eficiência da formação de Cu(III) depende da acidez, concentração de S(IV) e dos tampões utilizados. A lesão no DNA plasmidial pUC19 foi verificada empregando-se a técnica de eletroforese em gel de agarose. A extensão da lesão no DNA depende da acidez, concentração de S(IV), tempo de incubação e da presença de um segundo íon metálico. Usando a técnica de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) foi possível estudar a oxidação de 2\'-deoxiguanosina a 8-oxo-7,8-dihidro-2\'-deoxiguanosina na presença dos oxidantes fortes gerados durante a autoxidação de S(IV) catalisada por Cu(II)/G4. Um estudo comparativo do efeito de vários íons metálicos evidenciou o sinergismo de Cu(II) e traços de um segundo íon metálico (Ni(II), Co(II) ou Mn(II), complexados ou não com tetraglicina). / The present work presents studies related to biomolecules damage (DNA and 2\'-deoxyguanosine) induced by Cu(III)/tetraglycine (Cu(III)/G4), oxysulfur radicals (SO3·-, SO4·-, SO5·-) and HSO5-, species generated during S(IV) autoxidation in the presence of Cu(II)/G4 or Cu(II) (absence of tetraglycine) and trace level of a second metal ion (Ni(II), Co(II) or Mn(II)). The formation of SO3·- and HO· radicals was detected by electronic paramagnetic resonance technique (EPR). Spectrophotometric and circular dichroism techniques were used to evaluate the Cu(III)/G4 formation in different experimental conditions, in the presence and the absence of S(IV), and the interaction of copper (II)/(III) complexes and DNA molecule. The effectiveness of Cu(III) formation depends on the acidity, S(IV) concentration, and buffers used. The damage on pUC 19 plasmid DNA was verified by agarose gel electrophoresis. The extent on the DNA damage was related to acidity, S(IV) concentration, incubation time and to the presence of a second metal ion. Using the high performance liquid chromatography technique (HPLC) it was possible to study the oxidation of 2\'-deoxyguanosine to 8-oxo-7,8-dihydro-2\'-deoxyguanosine in the presence of strong oxidants generated during the S(IV) autoxidation catalyzed by Cu(II)/G4. A comparative study of the effect of several metal ions showed the synergism of Cu(II) and traces of a second metal ion (Ni(II), Co(II) or Mn(II), as tetraglycine complexes or not).

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a fermentabilidade do hidrolisado enzimático do bagaço de cana pré-tratado com sulfito alcalino, visando a produção de etanol por leveduras. Inicialmente, o bagaço de cana foi pré-tratado com sulfito alcalino para remover parcialmente a lignina e alterar a estrutura da celulose e hemicelulose. Os efeitos deste pré-tratamento foram avaliados em termos da composição química dos materiais obtidos: um material lavado (BPL) e outro não lavado (BPNL) após tratamento. A digestibilidade enzimática dos materiais obtidos foi testada empregando dois extratos enzimáticos comercias e 3 cargas de enzimas, de acordo com um planejamento experimental 22. A partir destes resultados foi selecionado o extrato Cellubrix suplementado com ?-glicosidase na carga de 18 FPU/g de biomassa, e nesta condição os rendimentos de conversão de celulose e xilana foram cerca de 70% e 65%, respectivamente. Os hidrolisados enzimáticos do BPL e BPNL porém suplementados com nutrientes (2,0 g/L de (NH4)2SO4, 1,0 g/L de KH2PO4, 0,3 g/L de MgSO4.7H2O, 5,0 g/L de extrato de levedura), e avaliados quanto a produção de etanol por K. marxianus Y-6860 a 40°C. Os resultados mostraram que a levedura produziu etanol apenas a partir de glicose, e os parâmetros fermentativos obtidos com o hidrolisado BPNL QP = 3,7 g/L.h e YP/S = 0,40 g/g foram 20 e 5%, respectivamente superior ao BPL. O hidrolisado enzimático do BPNL foi então selecionado, para avaliar o efeito da suplementação nutricional nos parâmetros fermentativos da levedura K. marxianus Y-6860, em três temperaturas diferentes (30, 35 e 40°C) de acordo com um planejamento experimental 22. Para efeito de comparação, foi também avaliada a fermentabilidade do hidrolisado BPNL pelas leveduras S. cerevisiae PE-2 e S. stipitis Y-7124. Os resultados mostraram que para as três leveduras estudadas, os valores dos parâmetros fermentativos, foram favorecidos a 30 °C na presença nutrientes. Nesta condição, as leveduras apresentaram valores de YP/S similares (~ 0,48 g/g), em quanto que o QP foi de 3,25; 2,17 e 0,95 g/L.h para K. marxianus, S. cerevisiae e S. stipitis, respectivamente. Ressalta-se ainda que nesta condição, a S. stipitis Y-7124 foi a única levedura, capaz de consumir completamente ambos os açúcares (glicose + xilose) e produzir uma concentração de etanol 46% maior comparado as outras leveduras. Foi avaliado também a fermentabilidade das três leveduras no hidrolisado enzimático BPNL com alta concentração de glicose (100 g/L), nas condições anteriormente selecionadas. Os resultados mostraram que, as três leveduras apresentaram potencial para produção de etanol a partir da glicose, com uma eficiência de conversão de etanol superior a 70%, no entanto deveriam se implementar estratégias para estimular o consumo de xilose. Com os resultados do presente trabalho se pode concluir que o hidrolisado enzimático do bagaço de cana pré-tratado com sulfito alcalino suplementado com nutrientes, é um meio com grande potencial para a produção de etanol com características favoráveis para ser eficientemente fermentado por diferentes espécies de leveduras. / The present work had the objective to evaluate the fermentability of the enzymatic hydrolyzate of sugar cane bagasse pre-treated with alkali sulfite process, aiming the ethanol production by yeasts. Initially, sugarcane bagasse was pretreated with alkaline sulfite process to remove lignin partially. The effects of this pre-treatment, were evaluated in the chemical composition of the materials: one material washed after treatment (WB) and another unwashed material (UWB). The enzymatic digestibility of the obtained materials was tested using two commercial enzymatic extracts and three enzyme loads according to an experimental design 22. From these results, the Cellubrix extract supplemented with ?-glucosidase, was selected in the load of 18 FPU/g of biomass, in this condition the cellulose and xylan conversion yields were about 70% and 65%, respectively. The enzymatic hydrolysates of WB and UWB supplemented with nutrients (2,0 g/L (NH4)2 SO4, 1,0 g/L KH2 PO4, 0,3 g/L MgSO4 .7H2O, 5,0 g/L yeast extract), were evaluated for ethanol production by K. marxianus Y-6860 at 40°C. The results showed that the yeast produced ethanol only from glucose, and the fermentative parameters obtained with the UWB hydrolyzate QP= 3,7 g/L.h and YP/S= 0,40 g/g, were 20 and 5% respectively higher to WB. The UWB hydrolyzate, was selected to evaluate the effect of nutritional supplementation, in the fermentative parameters of K. marxianus, at three different temperatures (30, 35 and 40°C) according to an experimental design 22. For comparison, were also evaluated fermentability of S. cerevisiae PE-2 and S. stipitis Y-7124 in the hydrolyzate. In the three yeasts, the results showed that the values of the fermentative parameters, are favored when the hydrolyzate is supplemented with nutrients to 30°C. In this condition , yeasts showed similar YP/S value (~0,48 g/g), whereas the QP was of 3,25; 2,17 and 0,95 g/L.h for K. marxianus, S. cerevisiae and S. stipitis, respectively. It is also worth noting that in this condition S. stipitis was the only yeast able to completely consume both sugars (glucose+xylose) and produce a concentration of ethanol of 46% higher than other yeasts. In the previously selected condition, the fermentability of the hydrolyzate with high glucose concentration (100 g/L) was also evaluated. The results showed that the three yeasts presented potential for the production of ethanol from glucose, with an ethanol efficiency of over 70%, however strategies should be implemented to stimulate the consumption of xylose. With the results of the present work it can be concluded that the enzymatic hydrolyzate of sugar cane bagasse pretreated with alkaline sulfite process supplemented with nutrients is a medium with great potential for the production of ethanol with characteristics favorable to be efficiently fermented by different species of yeasts.

O presente trabalho apresenta estudos espectrofotométricos relacionados à autoxidação dos complexos de Cu(II), Ni(II) e Co(II)/tetraglicina induzida por sulfito. Nossos estudos verificaram que a autoxidação de Cu(II)/tetraglicina (1,0x10-3 mol L-1) em pH = 9,0 (tampão borato) é afetada pela presença de traços de Ni(II) ou Co(II). Na ausência de Ni(II) ou Co(II), a reação é muito ineficiente e lenta com períodos de indução longos (aproximadamente 4 h). Ni(II) ou Co( II) em concentrações baixas ( 10-5 - 10-6 mol L-1) afetam significativamente a cinética: o período de indução diminui drasticamente (a menos de 2 s) e a formação de Cu(III) é fortemente acelerada com simultâneo aumento da eficiência da reação. A atividade catalítica e o sinergismo positivo de Co(II) e Ni(II) podem ser explicados pela oxidação mais rápida de Co(II) ou Ni(II)/tetraglicina pelo oxigênio dissolvido. O processo eletroquímico relacionado aos sistemas Cu(II)/Cu(III)/tetraglicina e Ni(II)/Ni(III)/tetraglicina são reversíveis, possibilitando monitorá-los adequadamente mediante o uso da técnica de eletrodo rotativo disco-anel. Entretanto, o sistema Co(II)/Co(III)/tetraglicina é irreversível. Esses estudos mostraram que as espécies de Cu(III) e Ni(III) geradas no eletrodo disco são instáveis nas condições experimentais empregadas. O efeito sinérgico positivo na presença de Ni(II) (que permitiu aumentar a sensibilidade) foi aproveitado para desenvolvimento de método espectrofotométrico e amperométrico simples e sensível para a determinação indireta de sulfito em meio aquoso. O método espectrofotométrico está baseado na medida de absorbância do complexo de Cu(III)/tetraglicina (gerado na presença de sulfito e traços de Ni(II)) em 365 nm. O método amperométrico em análise por injeção em fluxo baseia-se na medida de corrente (0,1 V vs Ag/AgCl) em função da concentração de Cu(III)/tetraglicina gerado quimicamente, na presença de sulfito e traços de Ni(II). Os métodos desenvolvidos foram empregados para a determinação de S(IV), em vinhos e sucos, após a sua extração da amostra acidificada, os resultados obtidos concordaram com aqueles obtidos pelo método iodométrico. / The present work presents spectrophotometric studies related to the sulfite induced autoxidation of Cu(II), Ni(II) and Co(II)/tetraglycine complexes. The sulfite induced autoxidação of Cu(II)/tetraglycine (1.0x10-3 mol L-1) at pH = 9.0 (borate buffer) is affected by the presence of small quantities of the Ni(II) or Co(II). In the absence of added nickel (II) or cobalt (II), the reaction is very inefficient and slow with one large induction period (about 4 h). Trace amounts of Ni(II) or Co(II) (10-5 - 10-6 M) affect the kinetic significantly: the induction period drastically decreases (less than 2 s) and the formation of Cu(III) is strongly accelerated. The effectiveness of Cu(III) formation becomes much higher. The catalytic activity and the positive synergism of Co(II) and Ni(II) may be explained by the faster oxidation of Co(II) or Ni(II)/tetraglycine complexes by dissolved oxygen. The electrochemistry of Cu(II)/Cu(III)/tetraglycine and Ni(II)/Ni(III)/tetraglycine systems are reversible, such as it was possible to monitor them by using the rotating ring-disk electrode technique. However, the Co(II)/Co(III)/tetraglycine system is irreversible. Those studies showed that the Cu(III) and Ni(III) species generated on the disk electrode are unstable in the employed experimental conditions. The positive sinergistic effect in the presence of Ni(II) (which allowed to increase the sensibility) was taken in advantage for development of one simple and sensitive spectrophotometric and amperometric method for indirect determination of sulfite in aqueous medium. The spectrophotometric method is based on the absorbance measurement of the Cu(III)/tetraglicyne complex (generated in the presence of sulfite and small quantities of Ni(II)) at 365 nm. The amperometric method by flow injection analysis is based on the current measurement (0.1 V vs Ag/AgCl) as function of Cu(III)/tetraglycine concentration chemically generated, in the presence of sulfite and Ni(II). The methods were employed for the determination of S(IV), in wines and juices, after its extraction from acidified samples and the results were in agreement with those obtained by the iodometric procedure.

Submitted by Edileide Reis (leyde-landy@hotmail.com) on 2013-04-23T12:23:58Z No. of bitstreams: 2 Josue Santos Parte 2.pdf: 931346 bytes, checksum: b1e5922db0717587a7942e5c09cc5b01 (MD5) Josue Santos Parte 1.pdf: 1888156 bytes, checksum: 5a369c2be9a8867bc37dbf7937760f92 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-23T12:23:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Josue Santos Parte 2.pdf: 931346 bytes, checksum: b1e5922db0717587a7942e5c09cc5b01 (MD5) Josue Santos Parte 1.pdf: 1888156 bytes, checksum: 5a369c2be9a8867bc37dbf7937760f92 (MD5) Previous issue date: 2004 / Neste trabalho foram avaliadas sete aminas aromáticas O e N-substituídas em condições reacionais otimizadas para a síntese de corantes fenotiazínicos (CFs) simétricos. Entre estas, o N,N-dimetil -p- fenilenodiamino (DMPD), N,N- dietil -p- fenilenodiamino (DEPD), p-fenilenodiamino (PPD), p-aminofenol (PAP) e o p-aminoanisol (PAA) , levando a rendimentos entre 10 e 43%, para diferentes oxidantes (Fe3+ ou ClO-), ácidos (H2SO4 ou HBF4) e contra-íons (ClO4 - ou BF4 -). O DMPD apresentou as menores variaçõesnos rendimentos calculados para as diferentes condições reacionais investigadas. A partir dos resultados obtidos com a síntese dos CFs foi avaliada de forma comparativa a potencialidade do DMPD, DEPD, PPD, PAP e do PAA para determinação espectrofotométrica de sulfeto em sistema de análise em fluxo. Preliminarmente, foram comparados os sinais analíticos gerados pelo espectrofotômetro, em sistema em fluxo, para os corantes fenotiazínicos produzidos a partir das cinco aminas, avaliadas nas mesmas condições. Por apresentarem uma melhor cinética de formação dos respectivos CFs, as aminas DMPD, DEPD e PPD foram selecionadas para investigações mais detalhadas. Os estudos foram realizados empregando planejamento fatorial composto central, visando à otimização das condições em sistema de análise em fluxo. Os parâmetros avaliados foram as concentrações da amina aromática, do oxidante (Fe3+) e do H2SO4 na solução da amina. Nas faixas de concentração avaliadas para as 3 variáveis, somente o DMPD pôde ser otimizado, apresentando, também, robustez para pequenas variações nas concentrações dos parâmetros investigados. Mesmo em condições não otimizadas, o DEPD (LD, 18,34 mg L-1) produziu o corante fenotiazínico com maior absortividade molar. Nas melhores condições para a determinação de sulfeto o PPD e o DMPD apresentaram limite de detecção de 60,1 mg L-1 e 71,46 mg L-1, respectivamente. Adicionalmente, foi investigado um procedimento de análise em fluxo para determinação indireta de sulfito. Este era levado a SO2 e reduzido em linha a H2S na presença de ácido e Znº com uma taxa de conversão estimada em 10,31%. Desta forma, foi desenvolvida uma unidade integradora de operações (UIO), na qual a amostra era preparada (HSO3 - Æ SO2), convertida a H2S, o qual permeava através de membrana de PTFE e reagia com a mistura DMPD e Fe3+ para formar azul de metileno. A membrana de PTFE foi seletiva a H2S frente ao SO2, em diferentes condições. Visando pré-concentrar o H2S produzido na conversão de sulfito, foi desenvolvido um circuito eletrônico para controlar as válvulas solenóides, visando a interrupção do fluxo da solução receptora. As variáveis do sistema foram otimizadas e a recepção em solução de NaOH mostrou-se mais sensível que em DMPD e Fe3+. A utilização de solução transportadora com álcool etílico 15% (v/v) nivelou o efeito do álcool presente nas soluções da amostras de vinho. Para o procedimento em fluxo proposto, o H2S foi interferente para concentrações > 0,5 mg L-1 em condições normais e > 10 mg L-1 se a amostra for tratada previamente com solução de acetato de zinco. O procedimento analítico em fluxo apresentou faixas de trabalho distintas para sulfito livre e total, apresentando limites de detecção (3s) inferiores a 0,35 e 1,2 mg L-1, respectivamente.A potencialidade do processo foi avaliada para a determinação dos teores de sulfito em amostras de sucos e vinhos. Os resultados obtidos foram comparados com aqueles obtidos empregando procedimento de referência e apresentaram boa concordância com 95% de confiança. / Salvador

O sulfito e o tiossulfato encontram-se acumulados na deficiência da sulfito oxidase (SO), ao passo que o tiossulfato também se acumula na deficiência da proteína da encefalopatia etilmalônica 1 (ETHE1). Os pacientes apresentam principalmente encefalopatia progressiva e convulsões neonatais graves, resultando geralmente em morte prematura. Neste estudo, investigamos os efeitos in vivo do sulfito em estruturas encefálicas de ratos com deficiência da SO, e da administração intraestriatal de sulfito e tiossulfato em ratos normais sobre a homeostase redox e mitocondrial. Também avaliamos alterações nesses parâmetros em fibroblastos de pacientes. Inicialmente, observamos que o sulfito diminuiu os níveis de GSH e as atividades da glutationa redutase (GR) e glutationa S-transferase (GST) no córtex cerebral, e da GST no cerebelo de animais deficientes para a SO. Além disso, o sulfito aumentou as atividades dos complexos II e II-III em estriado e do complexo II no hipocampo, mas diminuiu a atividade do complexo IV no estriado de animais com deficiência da SO. Nesses animais, o sulfito também reduziu o potencial de membrana mitocondrial no córtex cerebral e no estriado, além de diminuir as atividades da malato e glutamato desidrogenase. Já nos animais que receberam injeção intraestriatal de sulfito ou tiossulfato, ambos os compostos diminuíram as atividades da creatina cinase e da citrato sintase, enquanto que o sulfito reduziu a massa mitocondrial. O sulfito ainda diminuiu os níveis de GSH e as atividades da glutationa peroxidase (GPx), GR, GST e glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PDH), enquanto que o sulfito e o tiossulfato aumentaram a atividade da catalase. O sulfito também diminui os níveis nucleares de PGC-1α e induziu reatividade glial e dano neuronal. As alterações causadas pelo sulfito foram prevenidas pelo tratamento com bezafibrato. Por fim, nos estudos realizados em fibroblastos, utilizamos células de quatro pacientes com deficiência da ETHE1 e de um paciente com deficiência da SO. Observamos diminuição da respiração mitocondrial em todos os tipos celulares, e diminuição de ATP em duas linhagens com deficiência da ETHE1 e na linhagem com deficiência da SO. Também verificamos alterações variáveis no conteúdo de proteínas de dinâmica mitocondrial, e uma diminuição do conteúdo de proteínas envolvidas na comunicação entre retículo endoplasmático (RE) e mitocôndria. Um aumento nos níveis de DDIT3, marcadora de estresse de RE, na produção de superóxido e apoptose também foram verificados em todos os tipos celulares. O tratamento com JP4-039, um antioxidante mitocondrial, diminuiu os níveis de superóxido em todas as linhagens celulares e aumentou a respiração mitocondrial em duas linhagens com deficiência da ETHE1 e na linhagem com deficiência da SO. Os achados deste trabalho evidenciam que alterações na homeostase energética e redox, na biogênese e dinâmica mitocondrial, bem como na comunicação entre mitocôndria e RE são mecanismos patológicos envolvidos nas deficiências da SO e da ETHE1. Além disso, visto que o bezafibrato e o JP4-039 exerceram efeitos protetores nos diferentes modelos, pode ser sugerido que esses compostos são promissores para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas para as deficiências da SO e da ETHE1. / Sulfite and thiosulfate are accumulated in tissues of patients affected by sulfite oxidase (SO) deficiency, whereas thiosulfate also accumulates in the deficiency of ethylmalonic encephalopathy protein 1 (ETHE1). Patients present progressive encephalopathy and severe neonatal seizures, often resulting in early childhood death. In this study, we investigated the effects of sulfite in encephalic structures of SO-deficient rats, and of an intrastriatal injection of sulfite or thiosulfate in normal rats on redox and mitochondrial homeostasis. We also investigated possible alterations in these parameters in fibroblasts of patients. Initially, we observed that sulfite decreased reduced glutathione (GSH) levels and the activities of glutathione reductase (GR) and glutathione S-transferase (GST) in cerebral cortex, and of GST in cerebellum of SO deficient rats. Moreover, sulfite increased the activities of the respiratory chain complexes II and II-III in striatum and of complex II in hippocampus, whereas complex IV activity was decreased in striatum of SO deficient animals. In these animals, sulfite also reduced mitochondrial membrane potential in the cerebral cortex and in the striatum, as well as inhibited the activities of malate and glutamate dehydrogenase in cerebral cortex. Regarding the rats that received sulfite or thiosulfate via intrastriatal injection, both compounds reduced creatine kinase and citrate synthase activities, while sulfite decreased mitochondrial mass. Sulfite also decreased GSH levels and the activities of glutathione peroxidase (GPx), GR, GST, glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH), whereas both sulfite and thiosulfate increased catalase activity. In addition, sulfite decreased PGC-1α nuclear levels and induced glial reactivity and neuronal damage. Bezafibrate prevented the alterations induced by sulfite in striatum. Finally, in the experiments with fibroblasts, we used four cell lines with ETHE1 deficiency and one cell line with SO deficiency. We observed a decrease in basal and maximal respiration in all cell lines, and ATP depletion in two ETHE1 deficient cell lines and in the SO deficient fibroblasts. We also verified variable alterations in the content of proteins involved in mitochondrial dynamics, and a decrease in the content of proteins involved in endoplasmic reticulum (ER)-mitochondria communication. Increased content of DDIT3, an ER stress marker, as well as high levels of superoxide and apoptosis induction were further seen in all cell lines. Treatment with the mitochondria-targeted free radical scavenger JP4-039 decreased superoxide levels in all cells lines and increased basal and maximal respiration in two ETHE1 deficient cell lines and in the SO deficient cells. Our findings provide evidence that alterations in energy and redox homeostasis, mitochondrial biogenesis and dynamics, as well as in the communication between mitochondria and ER are pathological mechanisms involved in the SO and ETHE1 deficiencies. Furthermore, since bezafibrate and JP4-039 exerted protective effects, it may be suggested that these compounds are attractive agents for the development of new therapeutic strategies aiming to improve the prognosis of patients affected by SO and ETHE1 deficiency.

O sulfito e o tiossulfato encontram-se acumulados na deficiência da sulfito oxidase (SO), ao passo que o tiossulfato também se acumula na deficiência da proteína da encefalopatia etilmalônica 1 (ETHE1). Os pacientes apresentam principalmente encefalopatia progressiva e convulsões neonatais graves, resultando geralmente em morte prematura. Neste estudo, investigamos os efeitos in vivo do sulfito em estruturas encefálicas de ratos com deficiência da SO, e da administração intraestriatal de sulfito e tiossulfato em ratos normais sobre a homeostase redox e mitocondrial. Também avaliamos alterações nesses parâmetros em fibroblastos de pacientes. Inicialmente, observamos que o sulfito diminuiu os níveis de GSH e as atividades da glutationa redutase (GR) e glutationa S-transferase (GST) no córtex cerebral, e da GST no cerebelo de animais deficientes para a SO. Além disso, o sulfito aumentou as atividades dos complexos II e II-III em estriado e do complexo II no hipocampo, mas diminuiu a atividade do complexo IV no estriado de animais com deficiência da SO. Nesses animais, o sulfito também reduziu o potencial de membrana mitocondrial no córtex cerebral e no estriado, além de diminuir as atividades da malato e glutamato desidrogenase. Já nos animais que receberam injeção intraestriatal de sulfito ou tiossulfato, ambos os compostos diminuíram as atividades da creatina cinase e da citrato sintase, enquanto que o sulfito reduziu a massa mitocondrial. O sulfito ainda diminuiu os níveis de GSH e as atividades da glutationa peroxidase (GPx), GR, GST e glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PDH), enquanto que o sulfito e o tiossulfato aumentaram a atividade da catalase. O sulfito também diminui os níveis nucleares de PGC-1α e induziu reatividade glial e dano neuronal. As alterações causadas pelo sulfito foram prevenidas pelo tratamento com bezafibrato. Por fim, nos estudos realizados em fibroblastos, utilizamos células de quatro pacientes com deficiência da ETHE1 e de um paciente com deficiência da SO. Observamos diminuição da respiração mitocondrial em todos os tipos celulares, e diminuição de ATP em duas linhagens com deficiência da ETHE1 e na linhagem com deficiência da SO. Também verificamos alterações variáveis no conteúdo de proteínas de dinâmica mitocondrial, e uma diminuição do conteúdo de proteínas envolvidas na comunicação entre retículo endoplasmático (RE) e mitocôndria. Um aumento nos níveis de DDIT3, marcadora de estresse de RE, na produção de superóxido e apoptose também foram verificados em todos os tipos celulares. O tratamento com JP4-039, um antioxidante mitocondrial, diminuiu os níveis de superóxido em todas as linhagens celulares e aumentou a respiração mitocondrial em duas linhagens com deficiência da ETHE1 e na linhagem com deficiência da SO. Os achados deste trabalho evidenciam que alterações na homeostase energética e redox, na biogênese e dinâmica mitocondrial, bem como na comunicação entre mitocôndria e RE são mecanismos patológicos envolvidos nas deficiências da SO e da ETHE1. Além disso, visto que o bezafibrato e o JP4-039 exerceram efeitos protetores nos diferentes modelos, pode ser sugerido que esses compostos são promissores para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas para as deficiências da SO e da ETHE1. / Sulfite and thiosulfate are accumulated in tissues of patients affected by sulfite oxidase (SO) deficiency, whereas thiosulfate also accumulates in the deficiency of ethylmalonic encephalopathy protein 1 (ETHE1). Patients present progressive encephalopathy and severe neonatal seizures, often resulting in early childhood death. In this study, we investigated the effects of sulfite in encephalic structures of SO-deficient rats, and of an intrastriatal injection of sulfite or thiosulfate in normal rats on redox and mitochondrial homeostasis. We also investigated possible alterations in these parameters in fibroblasts of patients. Initially, we observed that sulfite decreased reduced glutathione (GSH) levels and the activities of glutathione reductase (GR) and glutathione S-transferase (GST) in cerebral cortex, and of GST in cerebellum of SO deficient rats. Moreover, sulfite increased the activities of the respiratory chain complexes II and II-III in striatum and of complex II in hippocampus, whereas complex IV activity was decreased in striatum of SO deficient animals. In these animals, sulfite also reduced mitochondrial membrane potential in the cerebral cortex and in the striatum, as well as inhibited the activities of malate and glutamate dehydrogenase in cerebral cortex. Regarding the rats that received sulfite or thiosulfate via intrastriatal injection, both compounds reduced creatine kinase and citrate synthase activities, while sulfite decreased mitochondrial mass. Sulfite also decreased GSH levels and the activities of glutathione peroxidase (GPx), GR, GST, glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH), whereas both sulfite and thiosulfate increased catalase activity. In addition, sulfite decreased PGC-1α nuclear levels and induced glial reactivity and neuronal damage. Bezafibrate prevented the alterations induced by sulfite in striatum. Finally, in the experiments with fibroblasts, we used four cell lines with ETHE1 deficiency and one cell line with SO deficiency. We observed a decrease in basal and maximal respiration in all cell lines, and ATP depletion in two ETHE1 deficient cell lines and in the SO deficient fibroblasts. We also verified variable alterations in the content of proteins involved in mitochondrial dynamics, and a decrease in the content of proteins involved in endoplasmic reticulum (ER)-mitochondria communication. Increased content of DDIT3, an ER stress marker, as well as high levels of superoxide and apoptosis induction were further seen in all cell lines. Treatment with the mitochondria-targeted free radical scavenger JP4-039 decreased superoxide levels in all cells lines and increased basal and maximal respiration in two ETHE1 deficient cell lines and in the SO deficient cells. Our findings provide evidence that alterations in energy and redox homeostasis, mitochondrial biogenesis and dynamics, as well as in the communication between mitochondria and ER are pathological mechanisms involved in the SO and ETHE1 deficiencies. Furthermore, since bezafibrate and JP4-039 exerted protective effects, it may be suggested that these compounds are attractive agents for the development of new therapeutic strategies aiming to improve the prognosis of patients affected by SO and ETHE1 deficiency.

O presente trabalho apresenta estudos espectrofotométricos relacionados à autoxidação dos complexos de Cu(II), Ni(II) e Co(II)/tetraglicina induzida por sulfito. Nossos estudos verificaram que a autoxidação de Cu(II)/tetraglicina (1,0x10-3 mol L-1) em pH = 9,0 (tampão borato) é afetada pela presença de traços de Ni(II) ou Co(II). Na ausência de Ni(II) ou Co(II), a reação é muito ineficiente e lenta com períodos de indução longos (aproximadamente 4 h). Ni(II) ou Co( II) em concentrações baixas ( 10-5 - 10-6 mol L-1) afetam significativamente a cinética: o período de indução diminui drasticamente (a menos de 2 s) e a formação de Cu(III) é fortemente acelerada com simultâneo aumento da eficiência da reação. A atividade catalítica e o sinergismo positivo de Co(II) e Ni(II) podem ser explicados pela oxidação mais rápida de Co(II) ou Ni(II)/tetraglicina pelo oxigênio dissolvido. O processo eletroquímico relacionado aos sistemas Cu(II)/Cu(III)/tetraglicina e Ni(II)/Ni(III)/tetraglicina são reversíveis, possibilitando monitorá-los adequadamente mediante o uso da técnica de eletrodo rotativo disco-anel. Entretanto, o sistema Co(II)/Co(III)/tetraglicina é irreversível. Esses estudos mostraram que as espécies de Cu(III) e Ni(III) geradas no eletrodo disco são instáveis nas condições experimentais empregadas. O efeito sinérgico positivo na presença de Ni(II) (que permitiu aumentar a sensibilidade) foi aproveitado para desenvolvimento de método espectrofotométrico e amperométrico simples e sensível para a determinação indireta de sulfito em meio aquoso. O método espectrofotométrico está baseado na medida de absorbância do complexo de Cu(III)/tetraglicina (gerado na presença de sulfito e traços de Ni(II)) em 365 nm. O método amperométrico em análise por injeção em fluxo baseia-se na medida de corrente (0,1 V vs Ag/AgCl) em função da concentração de Cu(III)/tetraglicina gerado quimicamente, na presença de sulfito e traços de Ni(II). Os métodos desenvolvidos foram empregados para a determinação de S(IV), em vinhos e sucos, após a sua extração da amostra acidificada, os resultados obtidos concordaram com aqueles obtidos pelo método iodométrico. / The present work presents spectrophotometric studies related to the sulfite induced autoxidation of Cu(II), Ni(II) and Co(II)/tetraglycine complexes. The sulfite induced autoxidação of Cu(II)/tetraglycine (1.0x10-3 mol L-1) at pH = 9.0 (borate buffer) is affected by the presence of small quantities of the Ni(II) or Co(II). In the absence of added nickel (II) or cobalt (II), the reaction is very inefficient and slow with one large induction period (about 4 h). Trace amounts of Ni(II) or Co(II) (10-5 - 10-6 M) affect the kinetic significantly: the induction period drastically decreases (less than 2 s) and the formation of Cu(III) is strongly accelerated. The effectiveness of Cu(III) formation becomes much higher. The catalytic activity and the positive synergism of Co(II) and Ni(II) may be explained by the faster oxidation of Co(II) or Ni(II)/tetraglycine complexes by dissolved oxygen. The electrochemistry of Cu(II)/Cu(III)/tetraglycine and Ni(II)/Ni(III)/tetraglycine systems are reversible, such as it was possible to monitor them by using the rotating ring-disk electrode technique. However, the Co(II)/Co(III)/tetraglycine system is irreversible. Those studies showed that the Cu(III) and Ni(III) species generated on the disk electrode are unstable in the employed experimental conditions. The positive sinergistic effect in the presence of Ni(II) (which allowed to increase the sensibility) was taken in advantage for development of one simple and sensitive spectrophotometric and amperometric method for indirect determination of sulfite in aqueous medium. The spectrophotometric method is based on the absorbance measurement of the Cu(III)/tetraglicyne complex (generated in the presence of sulfite and small quantities of Ni(II)) at 365 nm. The amperometric method by flow injection analysis is based on the current measurement (0.1 V vs Ag/AgCl) as function of Cu(III)/tetraglycine concentration chemically generated, in the presence of sulfite and Ni(II). The methods were employed for the determination of S(IV), in wines and juices, after its extraction from acidified samples and the results were in agreement with those obtained by the iodometric procedure.

O sulfito e o tiossulfato encontram-se acumulados na deficiência da sulfito oxidase (SO), ao passo que o tiossulfato também se acumula na deficiência da proteína da encefalopatia etilmalônica 1 (ETHE1). Os pacientes apresentam principalmente encefalopatia progressiva e convulsões neonatais graves, resultando geralmente em morte prematura. Neste estudo, investigamos os efeitos in vivo do sulfito em estruturas encefálicas de ratos com deficiência da SO, e da administração intraestriatal de sulfito e tiossulfato em ratos normais sobre a homeostase redox e mitocondrial. Também avaliamos alterações nesses parâmetros em fibroblastos de pacientes. Inicialmente, observamos que o sulfito diminuiu os níveis de GSH e as atividades da glutationa redutase (GR) e glutationa S-transferase (GST) no córtex cerebral, e da GST no cerebelo de animais deficientes para a SO. Além disso, o sulfito aumentou as atividades dos complexos II e II-III em estriado e do complexo II no hipocampo, mas diminuiu a atividade do complexo IV no estriado de animais com deficiência da SO. Nesses animais, o sulfito também reduziu o potencial de membrana mitocondrial no córtex cerebral e no estriado, além de diminuir as atividades da malato e glutamato desidrogenase. Já nos animais que receberam injeção intraestriatal de sulfito ou tiossulfato, ambos os compostos diminuíram as atividades da creatina cinase e da citrato sintase, enquanto que o sulfito reduziu a massa mitocondrial. O sulfito ainda diminuiu os níveis de GSH e as atividades da glutationa peroxidase (GPx), GR, GST e glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PDH), enquanto que o sulfito e o tiossulfato aumentaram a atividade da catalase. O sulfito também diminui os níveis nucleares de PGC-1α e induziu reatividade glial e dano neuronal. As alterações causadas pelo sulfito foram prevenidas pelo tratamento com bezafibrato. Por fim, nos estudos realizados em fibroblastos, utilizamos células de quatro pacientes com deficiência da ETHE1 e de um paciente com deficiência da SO. Observamos diminuição da respiração mitocondrial em todos os tipos celulares, e diminuição de ATP em duas linhagens com deficiência da ETHE1 e na linhagem com deficiência da SO. Também verificamos alterações variáveis no conteúdo de proteínas de dinâmica mitocondrial, e uma diminuição do conteúdo de proteínas envolvidas na comunicação entre retículo endoplasmático (RE) e mitocôndria. Um aumento nos níveis de DDIT3, marcadora de estresse de RE, na produção de superóxido e apoptose também foram verificados em todos os tipos celulares. O tratamento com JP4-039, um antioxidante mitocondrial, diminuiu os níveis de superóxido em todas as linhagens celulares e aumentou a respiração mitocondrial em duas linhagens com deficiência da ETHE1 e na linhagem com deficiência da SO. Os achados deste trabalho evidenciam que alterações na homeostase energética e redox, na biogênese e dinâmica mitocondrial, bem como na comunicação entre mitocôndria e RE são mecanismos patológicos envolvidos nas deficiências da SO e da ETHE1. Além disso, visto que o bezafibrato e o JP4-039 exerceram efeitos protetores nos diferentes modelos, pode ser sugerido que esses compostos são promissores para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas para as deficiências da SO e da ETHE1. / Sulfite and thiosulfate are accumulated in tissues of patients affected by sulfite oxidase (SO) deficiency, whereas thiosulfate also accumulates in the deficiency of ethylmalonic encephalopathy protein 1 (ETHE1). Patients present progressive encephalopathy and severe neonatal seizures, often resulting in early childhood death. In this study, we investigated the effects of sulfite in encephalic structures of SO-deficient rats, and of an intrastriatal injection of sulfite or thiosulfate in normal rats on redox and mitochondrial homeostasis. We also investigated possible alterations in these parameters in fibroblasts of patients. Initially, we observed that sulfite decreased reduced glutathione (GSH) levels and the activities of glutathione reductase (GR) and glutathione S-transferase (GST) in cerebral cortex, and of GST in cerebellum of SO deficient rats. Moreover, sulfite increased the activities of the respiratory chain complexes II and II-III in striatum and of complex II in hippocampus, whereas complex IV activity was decreased in striatum of SO deficient animals. In these animals, sulfite also reduced mitochondrial membrane potential in the cerebral cortex and in the striatum, as well as inhibited the activities of malate and glutamate dehydrogenase in cerebral cortex. Regarding the rats that received sulfite or thiosulfate via intrastriatal injection, both compounds reduced creatine kinase and citrate synthase activities, while sulfite decreased mitochondrial mass. Sulfite also decreased GSH levels and the activities of glutathione peroxidase (GPx), GR, GST, glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH), whereas both sulfite and thiosulfate increased catalase activity. In addition, sulfite decreased PGC-1α nuclear levels and induced glial reactivity and neuronal damage. Bezafibrate prevented the alterations induced by sulfite in striatum. Finally, in the experiments with fibroblasts, we used four cell lines with ETHE1 deficiency and one cell line with SO deficiency. We observed a decrease in basal and maximal respiration in all cell lines, and ATP depletion in two ETHE1 deficient cell lines and in the SO deficient fibroblasts. We also verified variable alterations in the content of proteins involved in mitochondrial dynamics, and a decrease in the content of proteins involved in endoplasmic reticulum (ER)-mitochondria communication. Increased content of DDIT3, an ER stress marker, as well as high levels of superoxide and apoptosis induction were further seen in all cell lines. Treatment with the mitochondria-targeted free radical scavenger JP4-039 decreased superoxide levels in all cells lines and increased basal and maximal respiration in two ETHE1 deficient cell lines and in the SO deficient cells. Our findings provide evidence that alterations in energy and redox homeostasis, mitochondrial biogenesis and dynamics, as well as in the communication between mitochondria and ER are pathological mechanisms involved in the SO and ETHE1 deficiencies. Furthermore, since bezafibrate and JP4-039 exerted protective effects, it may be suggested that these compounds are attractive agents for the development of new therapeutic strategies aiming to improve the prognosis of patients affected by SO and ETHE1 deficiency.