A astaxantina (AST) é um carotenóide derivado do β-caroteno produzido por algas e cianobactérias, mas que também pode ser encontrada em animais marinhos. Em animais, é reportada como interceptadora de radicais de oxigênio mais eficiente que o β-caroteno. O objetivo central dessa dissertação foi avaliar a capacidade antioxidante da AST em lipossomos enriquecidos com citocromo c (cit c) desafiados com 3-morfolinosidnonimina (SIN-1), um doador de óxido nítrico, em diferentes microambientes (pH e composição das vesículas). Diferenças na interação destas vesículas com o cit c periférico, com reflexos na atividade antioxidante da AST também foram avaliadas. O SIN-1 gera, por termólise, quantidades equimolares de radical superóxido e óxido nítrico, quando há oxigênio no meio. Vesículas unilamelares de fosfatidilcolina (PC), PC contendo 5% ou 10% de fosfatidilglicerol (PG), com ou sem AST, foram incubadas com SIN-1 e/ou cit c. Medidas do índice de lipoperoxidação pelo teste das substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) revelaram que SIN-1 não causa aumento de TBARS, enquanto o cit c foi capaz de aumentar significativamente este índice. Este fato pode ser explicado pela atividade peroxidásica do cit c. Apenas em vesículas de PCPG10%, ao realizar a incubação do cit c concomitantemente com SIN-1, o índice de TBARS foi maior ao observado em vesículas incubadas apenas com cit c. É conhecido que a interação entre cit c e membranas aniônicas pode alterar a conformação da proteína, aumentando sua atividade peroxidásica. A presença da AST fez com que os índices de lipoperoxidação chegassem a valores próximos aos do controle. A alteração no pH do meio revelou que a AST possui ação antioxidante mais pronunciada em pHs 7,4 e 8,0, em comparação com pHs levemente ácidos. A presença de PG evidenciou ainda mais esta tendência e em pH 6,2, a AST apresentou inclusive pequena atividade próoxidante. Estes resultados podem ser discutidos à luz de alterações da permeabilidade da membrana e da reatividade de espécies reativas induzidas por mudanças da fluidez e de pH. O efeito dos produtos gerados por SIN-1 sobre o cit c foi estudado em condições de normóxia e hipóxia. Resultados de EPR e de fluorescência demonstram que a presença do radical superóxido previne lesões oxidativas causada por peróxido orgânico (t-butOOH) tanto no cit c quanto nas membranas, pois é capaz de reduzir o ferro hemínico do cit c. Através de CD e espectrofotometria UV-Vis e EPR, foi observado que a incubação com SIN-1 promove alterações estruturais no cit c causando ruptura na sexta coordenação do ferro hemínico, levando à geração de uma espécie de cit c com rombicidade menor em comparação ao cit c nativo e que apresenta maior atividade peroxidásica. Este trabalho contribui com informações para entendimento do mecanismo antioxidante da AST em diferentes microambientes, além de demonstrar o efeito paradoxal do superóxido que é capaz de proteger o cit c, através da redução do ferro hemínico, mas também pode expor a proteína à oxidação promovida por peroxinitrito. / Astaxanthin (AST) is a β-carotene derived carotenoid, produced by algae and cyanobacteria, but can also be found in marine animals. In phytoplankton it has the function to absorb light radiation for photosinthesys occurence. In animals AST acts as a scavenger of oxygen free radicals, even more efficiently than β-carotene itself. The main objective of this work is to evaluate the antioxidant capacity of AST over cytochrome c (cyt c) incorporated in liposomes and challenged with 3-morpholinosidnonimine (SIN-1), a nitric oxide donor, under different experimental conditions, namely vesicles composition and pH. Distinct interactions between cyt c and vesicles affecting the AST antioxidant activity were also evaluated. SIN-1 spontaneously generates equal amount of nitric oxide and superoxide anion when oxygen is present. Unilamellar vesicles made from phosphatidylcholine (PC) or PC with 5% or 10% of phosphatidylglycerol (PG), with or without AST, were incubated with SIN-1 and/or cyt c. The extent of lipid peroxidation was evaluated by the classical method of thiobarbituric reactive substances (TBARS). Control experiments with SIN-1 alone showed no increase in TBARS content, whereas cyt c significantly increased TBARS. Concomitant addition of cyt c, SIN-1 to PCPG10% vesicles led to lipid peroxidation indices even higher than those found when cyt c was incubated with PCPG10% vesicles. A peroxidase activity of cyt c resulting from the interaction between this protein and anionic membranes can explain this result. In this system, the presence of AST inhibited formation of TBARS, whose levels were near the control values. Astaxanthin was found to exhibit a more effective antioxidant capacity under basic pH (7.4 and 8.0), in comparison with pH 6.2 and 6.8. In the presence of PG, this trend became more evident. Interestingly, at pH 6.2, AST showed a slight pro-oxidant activity. These results can be explained by differences in membrane permeability and reactivity of reactive species, caused by pH and membrane fluidity alterations. The effects of products of SIN-1 decomposition on cyt c structure and its peroxidase activity were investigated under hypoxia and normoxia. EPR and fluorescence experiments revealed that superoxide anion radical, due to its ability to reduce heme iron, prevents oxidative damage of cyt c and membrane lipids by peroxide-derived free radicals. By means of CD and UV-Visible spectroscopy, we have found that concomitant incubation of SIN-1 and cyt c promoted structural alterations in the protein which changes the irons sixth axial coordination, leading to generation of a less rhombic cyt c, which is reportedly a better peroxidase than native cyt c. This work contributes with information aiming to better understand the antioxidant mechanism of AST under different membrane microenvironments and unveil a paradoxal effect of superoxide ion, which can protect cyt c from oxidative lesions by transferring electron to ferricyt c, but can also expose cyt c to oxidation by peroxynitrite.

A atividade biológica de aldeídos α,Β-insaturados tem sido associada a diversos processos incluindo regulação gênica, envelhecimento Alzheimer e disfunções mitocondriais. Neste trabalho investigamos a formação de adutos do trans,trans-2,4-decadienal (DDE), um aldeído produzido endogenamente e presente como contaminante em alimentos e água, em lisina, histidina e citocromo c. Avaliamos também alterações na função de mitocôndrias de fígado de rato expostas ao aldeído. As análises por espectrometria de massas, LC-ESI/MS, indicaram a formação de diversos tipos de adutos de DDE nos aminoácidos lisina e histidina, entre eles bases de Schiff e enaminas. Os resultados obtidos por espectrometria de massas, MALDI-Tof, indicaram a formação de adutos de DDE formados via base de Schiff de maneira concentração do aldeído, tempo e pH dependentes. As análises da proteína digerida por ESI-Q-ToF, indicaram que os adutos foram formados nos resíduos H-33, K-39, 72 e 100, localizados em regiões ricas em resíduos básicos, cuja interação com membranas e citocromo e oxidase tem sido postulada. Observamos também o deslocamento da banda Soret (λ = 409 nm) e o desaparecimento da banda em λ = 695 nm, relativa a coordenação do sexto ligante do grupo heme (M-80). Este fenômeno está associado a abertura da cavidade do grupo heme e o deslocamento do ligante, indicando alterações nas estruturas secundária e terciária da proteína. Os experimentos realizados com mitocôndrias isoladas indicaram que DDE promove danos à membrana interna mitocondrial, demonstrando i pelo aumento no consumo de O2 em mitocôndrias em estado 4. Em decorrência destas lesões observamos também o intenso inchamento mitocondrial, indicado por experimentos de espalhamento de luz e microscopia eletrônica de transmissão. O inchamento não foi bloqueado por ciclosporina A, um inibidor do poro de transição mitocondrial. DDE também induziu a perda do potencial de membrana da organela, demonstrado pelo monitoramento do indicador fluorescente safranina O e aumento da peroxidação lipídica atestado pela quantificação de malondialdeido (MDA). Estes resultados indicam que DDE promove alterações estruturais no citocromo e podendo levar ao comprometimento da atividade da proteína, além de promover alterações em parâmetros mitocondriais, indicando um possível envolvimento na disfunção mitocondrial promovida por estresse oxidativo. / Lipid hydroperoxide-derived α,β-unsaturated aldehydes are involved in several cellular processes such as gene expression, aging, Alzheimer disease and mitochondrial dysfunction. In this work we have investigated adduct formation in lysine, histidine and cytochrome c by trans,trans-2,4-decadienal (DDE), an endogenously lipoperoxidation product. DDE is also a widespread environment aldehyde found, for example, in food and as a contaminant in water. Alterations in rat liver mitochondrial parameters such as oxygen consumption, membrane potentials, swelling and lipoperoxidation were also investigated. LC-ESI/MS experiments indicated that DDE react with aminoacids lysine and histidine producing adducts. In addition, MALDI-TOF experiments indicated increases in the molecular weight of cytochrome c consistent with the formation of DDE adducts via the Schiff base mechanism. Our data shows that the protein modification was time, pH and DDE-concentration dependent, leading to the formation of at least six adducts after 2 h incubation at pH 7.4. ESI-Q-TOF MS analysis of tryptic digests indicated that H-33, K-39, K-72 and K-100 were modified by DDE. These adducts are present in clusters of basic amino acid residues, which are believed to participate in the interaction of cytochrome c with mitochondrial membrane and cytochrome c oxidase. A blue shift in the Soret band from 409 to 406 nm was also observed, indicating heme crevice opening and displacement of heme sixth ligand (Met-80) coordination in modified protein. DDE (180 µM) treatment increases the rate of mitochondrial oxygen consumption, suggesting a partial mitochondrial uncoupling. Moreover, extensive mitochondrial swelling upon treatment with DDE (900 nM-162 &#181M) was observed by light scattering and transmission electron microscopy experiments. These effects were not prevented by the mitochondrial permeability transition inhibitor cyclosporin A. A DDE concentration-dependent loss in the inner mitocondrial membrane potential, monitored by safranin O fluorescence and an increase in lipoperoxidation were also observed. All together, these results suggest that reactive aldehydes can induce inner mitochondrial membrane damage playing a role in mitochondrial dysfunction associated with oxidative stress.

O presente estudo teve por objetivo estudar a participação da apoptose na carcinogênese hepatocelular, quantificando os corpos apoptóticos imunomarcados por caspase-3 clivada em amostras de carcinoma hepatocelular (CHC) em pacientes com ou sem cirrose, comparando também estes achados com amostras correspondentes de fígado não tumoral. Visou também à análise semi-quantitativa da imuno-expressão da proteína p53, Bax e Citocromo-C, relacionadas à via mitocondrial da apoptose em busca de eventuais relações com as variáveis clínicopatológicas dos carcinomas hepatocelulares. A análise comparativa da distribuição das diversas proteínas aqui estudadas foi ainda efetuada, com vistas à possível demonstração de sua interação no processo de apoptose em CHC. Amostras selecionadas de 79 casos de CHC foram distribuídas em micromatriz tecidual e submetidas a pesquisa imuno-histoquímica com amplificação por polímeros curtos de dextran ligados a peroxidase. IA foi maior nos CHC que nas amostras não-neoplásicas, mostrando ainda tendência a associação com o grau histológico do CHC .A imuno-expressão de p53 foi maior nos CHC em fígado cirrótico (CHC-C), em casos com invasão vascular, e nos graus histológicos altos. Houve maior imunoexpressão de citocromo c em CHC-C, sendo importante sua associação com p53. Bax mostrou apenas tendência a associação com o tamanho do CHC. Essas evidências contribuem para a compreensão da importância da via mitocondrial da apoptose mediada pela proteína p53 no CHC, destacando também prováveis diferenças do mecanismo carcinogenético na presença ou não de cirrose / This study aimed at the assesment of aspects of the role of apoptosis in hepatocellular carcinogenesis, quantifying apoptotic bodies immunomarked by cleaved caspase-3 in samples of hepatocellular carcinoma (HCC) in patients with or without cirrhosis, further comparing these findings to those from samples in non-tumoral areas of these livers. We also aimed herein to semiquantitate the immunoexpression of p53, Bax, Cytochrome-C, participants of the mitochondrial pathway of apoptosis, searching for possible relations with clinico-pathological variables in HCC. Samples from 79 cases of HCC were arranged in tissue microarrays were and submitted to immunohistochemical reaction with signal amplification achieved by the short-polymer-peroxidase system. Apoptotic index measured by immunoexpression of cleaved-caspase 3 was higher in HCC than in samples from non-neoplastic areas. p53 immunoexpression was higher in HCC occurring in cirrhotic livers, (HCC-C), in cases with vascular invasion and in higher histological grades. Cytochrome-c immunoexpression was also higher in HCC-C and, interestingly, was directly related to p53. Bax immunoreactivity showed only a trend for a relation with the size of HCC. The evidences from the present study further demonstrate the importance of p53-mediated pathway of apoptosis in HCC, and also point for possible differences in carcinogenesis in cirrhotic versus non-cirrhotic livers

A atividade biológica de aldeídos α,Β-insaturados tem sido associada a diversos processos incluindo regulação gênica, envelhecimento Alzheimer e disfunções mitocondriais. Neste trabalho investigamos a formação de adutos do trans,trans-2,4-decadienal (DDE), um aldeído produzido endogenamente e presente como contaminante em alimentos e água, em lisina, histidina e citocromo c. Avaliamos também alterações na função de mitocôndrias de fígado de rato expostas ao aldeído. As análises por espectrometria de massas, LC-ESI/MS, indicaram a formação de diversos tipos de adutos de DDE nos aminoácidos lisina e histidina, entre eles bases de Schiff e enaminas. Os resultados obtidos por espectrometria de massas, MALDI-Tof, indicaram a formação de adutos de DDE formados via base de Schiff de maneira concentração do aldeído, tempo e pH dependentes. As análises da proteína digerida por ESI-Q-ToF, indicaram que os adutos foram formados nos resíduos H-33, K-39, 72 e 100, localizados em regiões ricas em resíduos básicos, cuja interação com membranas e citocromo e oxidase tem sido postulada. Observamos também o deslocamento da banda Soret (λ = 409 nm) e o desaparecimento da banda em λ = 695 nm, relativa a coordenação do sexto ligante do grupo heme (M-80). Este fenômeno está associado a abertura da cavidade do grupo heme e o deslocamento do ligante, indicando alterações nas estruturas secundária e terciária da proteína. Os experimentos realizados com mitocôndrias isoladas indicaram que DDE promove danos à membrana interna mitocondrial, demonstrando i pelo aumento no consumo de O2 em mitocôndrias em estado 4. Em decorrência destas lesões observamos também o intenso inchamento mitocondrial, indicado por experimentos de espalhamento de luz e microscopia eletrônica de transmissão. O inchamento não foi bloqueado por ciclosporina A, um inibidor do poro de transição mitocondrial. DDE também induziu a perda do potencial de membrana da organela, demonstrado pelo monitoramento do indicador fluorescente safranina O e aumento da peroxidação lipídica atestado pela quantificação de malondialdeido (MDA). Estes resultados indicam que DDE promove alterações estruturais no citocromo e podendo levar ao comprometimento da atividade da proteína, além de promover alterações em parâmetros mitocondriais, indicando um possível envolvimento na disfunção mitocondrial promovida por estresse oxidativo. / Lipid hydroperoxide-derived α,β-unsaturated aldehydes are involved in several cellular processes such as gene expression, aging, Alzheimer disease and mitochondrial dysfunction. In this work we have investigated adduct formation in lysine, histidine and cytochrome c by trans,trans-2,4-decadienal (DDE), an endogenously lipoperoxidation product. DDE is also a widespread environment aldehyde found, for example, in food and as a contaminant in water. Alterations in rat liver mitochondrial parameters such as oxygen consumption, membrane potentials, swelling and lipoperoxidation were also investigated. LC-ESI/MS experiments indicated that DDE react with aminoacids lysine and histidine producing adducts. In addition, MALDI-TOF experiments indicated increases in the molecular weight of cytochrome c consistent with the formation of DDE adducts via the Schiff base mechanism. Our data shows that the protein modification was time, pH and DDE-concentration dependent, leading to the formation of at least six adducts after 2 h incubation at pH 7.4. ESI-Q-TOF MS analysis of tryptic digests indicated that H-33, K-39, K-72 and K-100 were modified by DDE. These adducts are present in clusters of basic amino acid residues, which are believed to participate in the interaction of cytochrome c with mitochondrial membrane and cytochrome c oxidase. A blue shift in the Soret band from 409 to 406 nm was also observed, indicating heme crevice opening and displacement of heme sixth ligand (Met-80) coordination in modified protein. DDE (180 µM) treatment increases the rate of mitochondrial oxygen consumption, suggesting a partial mitochondrial uncoupling. Moreover, extensive mitochondrial swelling upon treatment with DDE (900 nM-162 &#181M) was observed by light scattering and transmission electron microscopy experiments. These effects were not prevented by the mitochondrial permeability transition inhibitor cyclosporin A. A DDE concentration-dependent loss in the inner mitocondrial membrane potential, monitored by safranin O fluorescence and an increase in lipoperoxidation were also observed. All together, these results suggest that reactive aldehydes can induce inner mitochondrial membrane damage playing a role in mitochondrial dysfunction associated with oxidative stress.

O presente estudo teve por objetivo estudar a participação da apoptose na carcinogênese hepatocelular, quantificando os corpos apoptóticos imunomarcados por caspase-3 clivada em amostras de carcinoma hepatocelular (CHC) em pacientes com ou sem cirrose, comparando também estes achados com amostras correspondentes de fígado não tumoral. Visou também à análise semi-quantitativa da imuno-expressão da proteína p53, Bax e Citocromo-C, relacionadas à via mitocondrial da apoptose em busca de eventuais relações com as variáveis clínicopatológicas dos carcinomas hepatocelulares. A análise comparativa da distribuição das diversas proteínas aqui estudadas foi ainda efetuada, com vistas à possível demonstração de sua interação no processo de apoptose em CHC. Amostras selecionadas de 79 casos de CHC foram distribuídas em micromatriz tecidual e submetidas a pesquisa imuno-histoquímica com amplificação por polímeros curtos de dextran ligados a peroxidase. IA foi maior nos CHC que nas amostras não-neoplásicas, mostrando ainda tendência a associação com o grau histológico do CHC .A imuno-expressão de p53 foi maior nos CHC em fígado cirrótico (CHC-C), em casos com invasão vascular, e nos graus histológicos altos. Houve maior imunoexpressão de citocromo c em CHC-C, sendo importante sua associação com p53. Bax mostrou apenas tendência a associação com o tamanho do CHC. Essas evidências contribuem para a compreensão da importância da via mitocondrial da apoptose mediada pela proteína p53 no CHC, destacando também prováveis diferenças do mecanismo carcinogenético na presença ou não de cirrose / This study aimed at the assesment of aspects of the role of apoptosis in hepatocellular carcinogenesis, quantifying apoptotic bodies immunomarked by cleaved caspase-3 in samples of hepatocellular carcinoma (HCC) in patients with or without cirrhosis, further comparing these findings to those from samples in non-tumoral areas of these livers. We also aimed herein to semiquantitate the immunoexpression of p53, Bax, Cytochrome-C, participants of the mitochondrial pathway of apoptosis, searching for possible relations with clinico-pathological variables in HCC. Samples from 79 cases of HCC were arranged in tissue microarrays were and submitted to immunohistochemical reaction with signal amplification achieved by the short-polymer-peroxidase system. Apoptotic index measured by immunoexpression of cleaved-caspase 3 was higher in HCC than in samples from non-neoplastic areas. p53 immunoexpression was higher in HCC occurring in cirrhotic livers, (HCC-C), in cases with vascular invasion and in higher histological grades. Cytochrome-c immunoexpression was also higher in HCC-C and, interestingly, was directly related to p53. Bax immunoreactivity showed only a trend for a relation with the size of HCC. The evidences from the present study further demonstrate the importance of p53-mediated pathway of apoptosis in HCC, and also point for possible differences in carcinogenesis in cirrhotic versus non-cirrhotic livers

A astaxantina (AST) é um carotenóide derivado do β-caroteno produzido por algas e cianobactérias, mas que também pode ser encontrada em animais marinhos. Em animais, é reportada como interceptadora de radicais de oxigênio mais eficiente que o β-caroteno. O objetivo central dessa dissertação foi avaliar a capacidade antioxidante da AST em lipossomos enriquecidos com citocromo c (cit c) desafiados com 3-morfolinosidnonimina (SIN-1), um doador de óxido nítrico, em diferentes microambientes (pH e composição das vesículas). Diferenças na interação destas vesículas com o cit c periférico, com reflexos na atividade antioxidante da AST também foram avaliadas. O SIN-1 gera, por termólise, quantidades equimolares de radical superóxido e óxido nítrico, quando há oxigênio no meio. Vesículas unilamelares de fosfatidilcolina (PC), PC contendo 5% ou 10% de fosfatidilglicerol (PG), com ou sem AST, foram incubadas com SIN-1 e/ou cit c. Medidas do índice de lipoperoxidação pelo teste das substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) revelaram que SIN-1 não causa aumento de TBARS, enquanto o cit c foi capaz de aumentar significativamente este índice. Este fato pode ser explicado pela atividade peroxidásica do cit c. Apenas em vesículas de PCPG10%, ao realizar a incubação do cit c concomitantemente com SIN-1, o índice de TBARS foi maior ao observado em vesículas incubadas apenas com cit c. É conhecido que a interação entre cit c e membranas aniônicas pode alterar a conformação da proteína, aumentando sua atividade peroxidásica. A presença da AST fez com que os índices de lipoperoxidação chegassem a valores próximos aos do controle. A alteração no pH do meio revelou que a AST possui ação antioxidante mais pronunciada em pHs 7,4 e 8,0, em comparação com pHs levemente ácidos. A presença de PG evidenciou ainda mais esta tendência e em pH 6,2, a AST apresentou inclusive pequena atividade próoxidante. Estes resultados podem ser discutidos à luz de alterações da permeabilidade da membrana e da reatividade de espécies reativas induzidas por mudanças da fluidez e de pH. O efeito dos produtos gerados por SIN-1 sobre o cit c foi estudado em condições de normóxia e hipóxia. Resultados de EPR e de fluorescência demonstram que a presença do radical superóxido previne lesões oxidativas causada por peróxido orgânico (t-butOOH) tanto no cit c quanto nas membranas, pois é capaz de reduzir o ferro hemínico do cit c. Através de CD e espectrofotometria UV-Vis e EPR, foi observado que a incubação com SIN-1 promove alterações estruturais no cit c causando ruptura na sexta coordenação do ferro hemínico, levando à geração de uma espécie de cit c com rombicidade menor em comparação ao cit c nativo e que apresenta maior atividade peroxidásica. Este trabalho contribui com informações para entendimento do mecanismo antioxidante da AST em diferentes microambientes, além de demonstrar o efeito paradoxal do superóxido que é capaz de proteger o cit c, através da redução do ferro hemínico, mas também pode expor a proteína à oxidação promovida por peroxinitrito. / Astaxanthin (AST) is a β-carotene derived carotenoid, produced by algae and cyanobacteria, but can also be found in marine animals. In phytoplankton it has the function to absorb light radiation for photosinthesys occurence. In animals AST acts as a scavenger of oxygen free radicals, even more efficiently than β-carotene itself. The main objective of this work is to evaluate the antioxidant capacity of AST over cytochrome c (cyt c) incorporated in liposomes and challenged with 3-morpholinosidnonimine (SIN-1), a nitric oxide donor, under different experimental conditions, namely vesicles composition and pH. Distinct interactions between cyt c and vesicles affecting the AST antioxidant activity were also evaluated. SIN-1 spontaneously generates equal amount of nitric oxide and superoxide anion when oxygen is present. Unilamellar vesicles made from phosphatidylcholine (PC) or PC with 5% or 10% of phosphatidylglycerol (PG), with or without AST, were incubated with SIN-1 and/or cyt c. The extent of lipid peroxidation was evaluated by the classical method of thiobarbituric reactive substances (TBARS). Control experiments with SIN-1 alone showed no increase in TBARS content, whereas cyt c significantly increased TBARS. Concomitant addition of cyt c, SIN-1 to PCPG10% vesicles led to lipid peroxidation indices even higher than those found when cyt c was incubated with PCPG10% vesicles. A peroxidase activity of cyt c resulting from the interaction between this protein and anionic membranes can explain this result. In this system, the presence of AST inhibited formation of TBARS, whose levels were near the control values. Astaxanthin was found to exhibit a more effective antioxidant capacity under basic pH (7.4 and 8.0), in comparison with pH 6.2 and 6.8. In the presence of PG, this trend became more evident. Interestingly, at pH 6.2, AST showed a slight pro-oxidant activity. These results can be explained by differences in membrane permeability and reactivity of reactive species, caused by pH and membrane fluidity alterations. The effects of products of SIN-1 decomposition on cyt c structure and its peroxidase activity were investigated under hypoxia and normoxia. EPR and fluorescence experiments revealed that superoxide anion radical, due to its ability to reduce heme iron, prevents oxidative damage of cyt c and membrane lipids by peroxide-derived free radicals. By means of CD and UV-Visible spectroscopy, we have found that concomitant incubation of SIN-1 and cyt c promoted structural alterations in the protein which changes the irons sixth axial coordination, leading to generation of a less rhombic cyt c, which is reportedly a better peroxidase than native cyt c. This work contributes with information aiming to better understand the antioxidant mechanism of AST under different membrane microenvironments and unveil a paradoxal effect of superoxide ion, which can protect cyt c from oxidative lesions by transferring electron to ferricyt c, but can also expose cyt c to oxidation by peroxynitrite.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver biosensores de membranas baseados na técnica de Ressonância Plasmônica de Superfície (SPR) e aplicá-los no estudo da interação do citocromo c (cit c) com modelos de membranas. SPR é uma técnica ótica, que através de medidas de variações de índice de refração (n) próximas a uma interface mensura com alta sensibilidade a adsorção ou ligação de moléculas. Inicialmente desenvolvemos um sistema de gradiente de fluxo acoplado ao SPR, denominado FIG-SPR, e demonstramos a determinação automatizada da variação de n em função da concentração (dn/dC) de diferentes compostos e biopolímeros. O desenvolvimento dos biosensores de membranas iniciou-se com o estudo dos fatores que afetam a formação de uma membrana de bicamada híbrida (HBM). HBMs são compostas de uma monocamada de alcanotiol adsorvida sobre o ouro, e sobre esta uma camada fosfolipídica. A formação da HBM depende da fusão de vesículas em superfícies hidrofóbicas e que não é bem compreendido no nível molecular. Nossos estudos mostraram que na presença de cálcio e espermina a formação da HBM é favorecida, de tal forma que a monocamada de fosfolipídio alcança valores de espessura próximos àqueles previstos, cerca de 20 Å\'. Além disso, mostramos que em soluções de baixa força iônica a camada lipídica não é homogênea. Demonstramos também que a presença de cálcio na concentração 150 mM diminui o tempo de formação da monocamada lipídica cerca de 14 vezes quando comparado ao tempo indicado na literatura. A homogeneidade da HBM e a carga superficial da mesma foram verificadas com a adsorção e a dissociação de cit c e de albumina bovina (BSA). Utilizando HBMs de composição lipídica variada demonstramos a adsorção e a dissociação de cit c induzida por cálcio em HBMs mistas, incluindo um modelo mimético da membrana mitocondrial interna (IMM) constituído de fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina e cardiolipina (PC/PE/CL) na proporção (4,5:3,5:2,0). Demonstramos que a adsorção de cit c nativo segue um perfil cooperativo e padrões esperados de variação de afinidade e cooperatividade em pHs 6,8, 7,4 e 8,0. Um modelo matemático foi desenvolvido para tratar as curvas de ligação de cit c, que é uma adaptação do modelo de Hill para adsorção de proteínas em superfícies. Os resultados de SPR juntamente com dados obtidos por Microscopia de Força Atômica (AFM) sugerem que a ligação cooperativa de cit c com HBM ocorre devido à reorganização das moléculas de CL e formação de domínios fosfolipídicos. O tratamento dos resultados cinéticos da dissociação de cit c por cálcio indica a existência de duas constantes de velocidade de dissociação (kd), sendo a primeira constante (kd1) relacionada à perda das interações eletrostáticas entre a proteína e a HBM, e a segunda (kd2) à perda das interações hidrofóbicas. Além disso, a dissociação do cit c do modelo estudado requer uma concentração mínima de cálcio de 30 µM para se tornar significativa. O estudo da interação entre moléculas de cit c foto-oxidadas (citc405) e a HBM de PC/PE/CL sugerem que ela ocorre com menor afinidade, nos três pHs estudados, se comparados aos resultados com cit c nativo. Além disso, nossos resultados sugerem que o citc405 não é facilmente dissociado por cálcio devido à perda da cooperatividade na interação. Possíveis implicações em eventos celulares destas descobertas, como a liberação do cit c da IMM e a iniciação da apoptose, são discutidas / The aim of this work was to develop membrane biosensors based on Surface Plasmon Resonance (SPR) and to apply them to study the interactions between cytochrome c (cyt c) and model membranes. SPR is an optical technique that provides high-sensitivity measurements of refractive index (n), allowing the characterization of the adsorption and desorption of molecules near interfaces. Initially we developed a flow gradient system connected to SPR, which was called FIG-SPR, and demonstrated the automated determination of the concentration gradient of refractive index (dn/dC) of different materials and biopolymers. The development of the membrane biosensors was initiated by studying the factors that affect the formation of a hybrid bilayer membrane (HBM). HBMs are composed of two monolayers: an alcanethiol monolayer adsorbed on gold over which is adsorbed a layer of phospholipids. The formation of an HBM depends on the fusion of phospholipid vesicles on hydrophobic surfaces, a process that is not well understood at the molecular level. Our results showed that in the presence of calcium and spermine the complete formation of an HBM is facilitated, i.e., the phospholipid monolayer reaches the expected thickness of about 20Å\'. However, in low ionic strength solutions the lipid layer that is formed is not homogeneous. We have also demonstrated that in the presence of 150 mM of calcium the time necessary for the formation of the lipid monolayer is reduced 14 times when compared to the times suggested in the literature. The homogeneity of the HBM and its superficial charge were verified with the adsorption and desorption of cyt c and bovine serum albumine (BSA). The adsorption and desorption of cyt c in different HBMs were studied including a model of the internal mitochondrial membrane (IMM), which is made of phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine and cardiolipin (PC/PE/CL) in the ratio (4,5: 3,5: 2,0). We demonstrated that the adsorption of native cyt c follows a cooperative profile showing expected changes in affinity and cooperativity in different solution pHs of 6,8, 7,4 and 8,0. A mathematical model, which is an adaptation of the Hill model for adsorption of proteins in surfaces, was developed to treat the binding curves of cyt c. The results of SPR together with those obtained by Atomic Force Microscopy (AFM) suggested that the cooperative binding of cyt c in HBMs occurs due to the reorganization of CL molecules and formation of phospholipid domains. The kinetic results of the dissociation of cyt c induced by calcium indicates the existence of two velocity constants (kd), being the larger (kd1) related to the dissociation of cyt c interacting electrostatically with the HBM, and the smaller (kd2) related to the dissociation of cyt c interacting hydrophobically with the HBM. Moreover, the dissociation of cyt c from the HBM requires a minimum calcium concentration of 30 µM. The study of the interaction between photo-oxidized cyt c molecules (cytc405) and the PC/PE/CL HBM suggests that it occurs with smaller affinity when compared with the results obtained with the native cyt c. Moreover, cytc405 is not easily dissociated by calcium due to the loss of the interaction cooperativity with the HBM. Possible implications of these discoveries in cellular events, such as the release of cyt c from the IMM and the initiation of apoptosis, are discussed

Introdução. A identificação dos flebotomíneos baseia-se principalmente na morfologia do adulto, o que pode ser problemático quando as espécies são morfologicamente muito semelhantes. Psychodopygus é um gênero de flebotomíneos de grande interesse em saúde pública devido ao papel de algumas espécies na veiculação de Leishmania spp. no Brasil. No entanto, este gênero inclui espécies com fêmeas morfologicamente indistinguíveis que pertencem à Série Chagasi, sendo elas: P. chagasi, P. complexus, P. squamiventris maripaensis, P. squamiventris squamiventris e P. wellcomei. Objetivos. Investigar a possibilidade de distinguir essas espécies por meio de análises morfométrica e molecular, além de produzir uma distribuição geográfica atualizada para o grupo analisando a probabilidade de ocorrência das espécies através da análise de modelagem de nicho ecológico. Material e Métodos. Foi realizada a análise discriminante na morfometria geométrica (cabeça e asa) e linear, morfologia (usando microscopia óptica e eletrônica de varredura) e a análise do citocromo c oxidase subunidade 1 (COI), avaliando-se um total de 752 espécimes (460 fêmeas e 292 machos) dos seguintes estados Amapá, Amazonas, Ceará, Mato Grosso, Pará, Rondônia, Roraima e Tocantins. Mapas de distribuição foram produzidos através de dados obtidos do material analisado e de revisão bibliográfica. Resultados. A análise discriminante usando caracteres morfométricos lineares mostrou-se capaz de diferenciar todas as espécies, exceto P. complexus, que apresentou 2,2% de erro de identificação. A morfometria geométrica das asas foi incapaz de separar completamente as espécies através da conformação, mas o tamanho do centróide dos espécimes fêmeas falhou apenas em distinguir P. complexus de P. s. maripaensis. Por outro lado, a morfometria geométrica das cabeças foi capaz de distinguir todas as espécies com grande eficiência ao usar tanto a forma como o tamanho do centróide. A análise morfológica revelou que a coloração torácica, principalmente do pronoto e do pós-noto, pode ser usada para separar as cinco espécies em três grupos: P. chagasi, P. wellcomei / P. complexus e P. s. mariapaensis / P. s. squamiventris. Os resultados da análise de DNA Barcoding, mostraram um agrupamento semelhante ao observado na morfologia; embora os espécimes de P. wellcomei do estado do Ceará mostrem uma grande distância genética da população do estado do Pará, evidenciando que essa espécie possa representar um complexo. Quanto à microscopia eletrônica de varredura, foram avaliadas detalhadamente as estruturas das antenas, tórax e genitália masculina. Salientamos que no anepímero (tórax) foi observada uma escama tipo \"raquete\" modificada apenas em Psychodopygus s. squamiventris. A revisão da distribuição geográfica mostrou que as espécies possuem uma distribuição cis-andina, ocorrendo principalmente no bioma Amazônico. A nítida separação de algumas espécies pelo rio Amazonas, sugere que o surgimento do grupo ocorreu no período que se estende da orogênese dos Andes até a formação deste rio. Conclusões. O estudo possibilitou diferenciar completamente as fêmeas das cinco espécies da Série Chagasi utilizando o conjunto de dados obtidos por morfometria linear e geométrica e análises morfológicas e também apresentar novos caracteres morfológicos e padrões distribucionais que facilitarão a identificação de machos e fêmeas dessas espécies. / Introduction. The identification of sand flies is mainly based on adult morphology, which can be problematic when species are morphologically very similar. Psychodopygus is one of the sand fly genera of great interest in public health, due to the role of some species in the transmission of Leishmania spp. in Brazil. However, this genus includes species with morphologically indistinguishable females that belong to the Chagasi series, which includes: P. chagasi, P. complexus, P. squamiventris maripaensis, P. squamiventris squamiventris and P. wellcomei. Objectives. To investigate the possibility of distinguishing among these species by means of morphometric and molecular analyses in addition to producing an updated geographical distribution for the group, analyzing the probability of the occurrence of the species by the analysis of ecological niche modeling. Material and methods. The analyses of the cytochrome c oxidase subunit 1 (COI), geometrical (head and wing) and of linear morphometry and morphology (using optical microscopy and scanning electron microscopy) were carried out using a total of 752 specimens (460 females and 292 males) from the following states: Amapá, Amazonas, Ceará, Mato Grosso, Pará, Rondônia, Roraima e Tocantins. Distribution maps were produced on the basis of data obtained from the material analyzed and a bibliographical review. Results. The discriminant analysis using linear morphometric characters was able to differentiate among all the species, except for P. complexus, which presented a 2.2% error of identification. The geometric morphometry of the wings was unable to completely separate the species by means of the shape analyses, but the centroid size of the female specimens only failed to distinguish P. complexus from P. s. maripaensis. Otherwise, the geometric morphometry of the heads was sufficient to distinguish all the species with great efficiency, when using both the head-shape and the centroid size. The morphological analysis revealed that the thoracic coloration, mainly of the pronotum and the post-notum, can be used to separate the five species into three groups: P. chagasi, P. wellcomei / P. complexus, P. s. mariapaensis / P. s. squamiventris. The results of the Barcoding DNA analyses showed a cluster similar to that observed in the morphology; however, P. wellcomei specimens from the Ceará population showed a great genetic distance from the population of Pará, evidencing that this species may represent a complex. As for the scanning electron microscopy, the structures of the antennae, thorax and male genitalia were evaluated in detail. In the anepimerum (thorax) a modified \"racket\"-type scale was observed only in Psychodopygus s. squamiventris. The review of the geographical distribution showed that the species have a cis-Andean distribution, occurring mainly in the Amazonian biome. The separation of some species from the others by the Amazon river suggests that the appearance of the Chagasi series occurred in the period from the orogenesis of the Andes to the formation of this river. Conclusions. The results clearly differentiate the females of the five species of the Chagasi series using the data set of linear and geometric morphometry and morphological analyses, providing new morphological and distributional data that will facilitate the identification of the males and females of this group.

Neste trabalho, foram desenvolvidos sensores eletroquímicos para a detecção amperométrica do óxido nítrico (NO) fundamentada na aplicação da ftalocianina tetrasulfonada de níquel (NiTsPc) e do poli(5-amino 1-naftol) (poli(5-NH2 1-NAP)). NiTsPc foi eletrodepositada por voltametria cíclica sobre o eletrodo de platina e caracterizada eletroquimicamente em diferentes pHs. A detecção amperométrica de NO foi bastante sensível, mas o eletrodo não apresenta seletividade suficiente, motivo pelo qual este material foi substituído pelo poli(5-NH2 1-NAP) modificado com citocromo c. A imobilização foi caracterizada por voltametria cíclica e microbalança a cristal de quartzo. As detecções amperométricas do NO foram efetuadas aplicando o potencial em -0,6 V e foi observado que a variação da corrente devido à adição do NO ocorreu somente no segundo dia após a imobilização da proteína, o que pode estar relacionado a mudanças de estrutura do citcocromo c covalentemente ligado. O poli(5-NH2 1-NAP) foi também eletropolimerizado sobre nanotubos de carbono, obtendo assim um eletrodo nanoestruturado e o citocromo c foi imobilizado nessa estrutura. Assim como para os eletrodos maciços, ele não respondeu ao NO logo após a imobilização do citocromo c, respondendo somente no segundo dia e apresentou um melhor desempenho devido a sua maior área superficial. / In this work, electrochemical sensors for nitric oxide (NO) amperometric detection were prepared. For this purpose nickel tetrasulfonated phthalocyanine (NiTsPc) and poly(5-amino 1-naphthol) (poly(5-NH2 1-NAP)) modified with cytochrome c were applied. NiTsPc was electropolymerized by cyclic voltammery at platinum electrode and were electrochemically characterized in differents pHs. NO amperometric detections were very sensitive, but the electrode does not present satisfactory selectivity, and because of this, the material was replaced by poly(5-NH2 1-NAP) modified with cytochrome c. The immobilization was characterized by cyclic voltammetry and electrochemical crystal microbalance. NO amperometric detection has been carried out by applying -0.6 V and it was observed that the current due the NO sensing was only observed at the second day after protein immobilization. This can be related with cytochrome c structural change. For nanostructuring the surface of Poly(5-NH2 1-NAP) it was electropolymerized on carbon nanotubes felt electrodes and cytochrome c was immobilized. As well as the bulk electrode, the nanostructured one did not sense NO immediately after the cytochrome c immobilization, being possible to observe current only after the second day displaying a much better performance due to its high superficial area.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver biosensores de membranas baseados na técnica de Ressonância Plasmônica de Superfície (SPR) e aplicá-los no estudo da interação do citocromo c (cit c) com modelos de membranas. SPR é uma técnica ótica, que através de medidas de variações de índice de refração (n) próximas a uma interface mensura com alta sensibilidade a adsorção ou ligação de moléculas. Inicialmente desenvolvemos um sistema de gradiente de fluxo acoplado ao SPR, denominado FIG-SPR, e demonstramos a determinação automatizada da variação de n em função da concentração (dn/dC) de diferentes compostos e biopolímeros. O desenvolvimento dos biosensores de membranas iniciou-se com o estudo dos fatores que afetam a formação de uma membrana de bicamada híbrida (HBM). HBMs são compostas de uma monocamada de alcanotiol adsorvida sobre o ouro, e sobre esta uma camada fosfolipídica. A formação da HBM depende da fusão de vesículas em superfícies hidrofóbicas e que não é bem compreendido no nível molecular. Nossos estudos mostraram que na presença de cálcio e espermina a formação da HBM é favorecida, de tal forma que a monocamada de fosfolipídio alcança valores de espessura próximos àqueles previstos, cerca de 20 Å\'. Além disso, mostramos que em soluções de baixa força iônica a camada lipídica não é homogênea. Demonstramos também que a presença de cálcio na concentração 150 mM diminui o tempo de formação da monocamada lipídica cerca de 14 vezes quando comparado ao tempo indicado na literatura. A homogeneidade da HBM e a carga superficial da mesma foram verificadas com a adsorção e a dissociação de cit c e de albumina bovina (BSA). Utilizando HBMs de composição lipídica variada demonstramos a adsorção e a dissociação de cit c induzida por cálcio em HBMs mistas, incluindo um modelo mimético da membrana mitocondrial interna (IMM) constituído de fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina e cardiolipina (PC/PE/CL) na proporção (4,5:3,5:2,0). Demonstramos que a adsorção de cit c nativo segue um perfil cooperativo e padrões esperados de variação de afinidade e cooperatividade em pHs 6,8, 7,4 e 8,0. Um modelo matemático foi desenvolvido para tratar as curvas de ligação de cit c, que é uma adaptação do modelo de Hill para adsorção de proteínas em superfícies. Os resultados de SPR juntamente com dados obtidos por Microscopia de Força Atômica (AFM) sugerem que a ligação cooperativa de cit c com HBM ocorre devido à reorganização das moléculas de CL e formação de domínios fosfolipídicos. O tratamento dos resultados cinéticos da dissociação de cit c por cálcio indica a existência de duas constantes de velocidade de dissociação (kd), sendo a primeira constante (kd1) relacionada à perda das interações eletrostáticas entre a proteína e a HBM, e a segunda (kd2) à perda das interações hidrofóbicas. Além disso, a dissociação do cit c do modelo estudado requer uma concentração mínima de cálcio de 30 µM para se tornar significativa. O estudo da interação entre moléculas de cit c foto-oxidadas (citc405) e a HBM de PC/PE/CL sugerem que ela ocorre com menor afinidade, nos três pHs estudados, se comparados aos resultados com cit c nativo. Além disso, nossos resultados sugerem que o citc405 não é facilmente dissociado por cálcio devido à perda da cooperatividade na interação. Possíveis implicações em eventos celulares destas descobertas, como a liberação do cit c da IMM e a iniciação da apoptose, são discutidas / The aim of this work was to develop membrane biosensors based on Surface Plasmon Resonance (SPR) and to apply them to study the interactions between cytochrome c (cyt c) and model membranes. SPR is an optical technique that provides high-sensitivity measurements of refractive index (n), allowing the characterization of the adsorption and desorption of molecules near interfaces. Initially we developed a flow gradient system connected to SPR, which was called FIG-SPR, and demonstrated the automated determination of the concentration gradient of refractive index (dn/dC) of different materials and biopolymers. The development of the membrane biosensors was initiated by studying the factors that affect the formation of a hybrid bilayer membrane (HBM). HBMs are composed of two monolayers: an alcanethiol monolayer adsorbed on gold over which is adsorbed a layer of phospholipids. The formation of an HBM depends on the fusion of phospholipid vesicles on hydrophobic surfaces, a process that is not well understood at the molecular level. Our results showed that in the presence of calcium and spermine the complete formation of an HBM is facilitated, i.e., the phospholipid monolayer reaches the expected thickness of about 20Å\'. However, in low ionic strength solutions the lipid layer that is formed is not homogeneous. We have also demonstrated that in the presence of 150 mM of calcium the time necessary for the formation of the lipid monolayer is reduced 14 times when compared to the times suggested in the literature. The homogeneity of the HBM and its superficial charge were verified with the adsorption and desorption of cyt c and bovine serum albumine (BSA). The adsorption and desorption of cyt c in different HBMs were studied including a model of the internal mitochondrial membrane (IMM), which is made of phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine and cardiolipin (PC/PE/CL) in the ratio (4,5: 3,5: 2,0). We demonstrated that the adsorption of native cyt c follows a cooperative profile showing expected changes in affinity and cooperativity in different solution pHs of 6,8, 7,4 and 8,0. A mathematical model, which is an adaptation of the Hill model for adsorption of proteins in surfaces, was developed to treat the binding curves of cyt c. The results of SPR together with those obtained by Atomic Force Microscopy (AFM) suggested that the cooperative binding of cyt c in HBMs occurs due to the reorganization of CL molecules and formation of phospholipid domains. The kinetic results of the dissociation of cyt c induced by calcium indicates the existence of two velocity constants (kd), being the larger (kd1) related to the dissociation of cyt c interacting electrostatically with the HBM, and the smaller (kd2) related to the dissociation of cyt c interacting hydrophobically with the HBM. Moreover, the dissociation of cyt c from the HBM requires a minimum calcium concentration of 30 µM. The study of the interaction between photo-oxidized cyt c molecules (cytc405) and the PC/PE/CL HBM suggests that it occurs with smaller affinity when compared with the results obtained with the native cyt c. Moreover, cytc405 is not easily dissociated by calcium due to the loss of the interaction cooperativity with the HBM. Possible implications of these discoveries in cellular events, such as the release of cyt c from the IMM and the initiation of apoptosis, are discussed