A β-galactosidase (E.C 3.2.1.23) é uma das enzimas mais empregadas na indústria de alimentos sendo utilizada na hidrólise da lactose. Neste trabalho foram utilizadas duas metodologias para imobilização desta enzima. Na primeira delas foi empregado como suporte um material híbrido à base de sílica que possui um grupo orgânico catiônico covalentemente ligado. A adsorção da enzima a este material apresentou eficiência que variou de 74 a 53% com o aumento da quantidade de enzima aplicada ao suporte. A baixa estabilidade térmica da enzima imobilizada obtida e as prováveis fracas interações envolvidas na sua adsorção a este suporte podem explicar o decréscimo de atividade observada durante as sucessivas bateladas de hidrólise da lactose. Na primeira batelada o grau de hidrólise foi de 90,9% e no final da última batelada (4ª), a enzima foi capaz de converter apenas 13% do substrato. A segunda metodologia utilizada foi imobilização covalente da enzima em um filme de celulose/líquido iônico modificado com uma poliamina e ativado com glutaraldeído. A presença da poliamina foi confirmada por análises de infravermelho. Após a imobilização, a enzima reteve 60% de sua atividade inicial. Bons resultados de hidrólise da lactose em batelada foram obtidos tanto a 7ºC como a 35ºC e foi possível reutilizar a enzima imobilizada por 16 ciclos consecutivos, a 7ºC, sem mudanças significativas na atividade enzimática. O valor de Km para a enzima imobilizada no material híbrido à base de sílica foi de 9,17 mM e para a enzima imobilizada nos filmes de celulose foi de 11,22 mM, ambos apresentaram um acréscimo quando comparados ao Km enzima livre (1,25 mM), devido à dificuldade de acesso do substrato ao sítio ativo da enzima. Não houve mudança no pH e temperatura ótimos da enzima imobilizada em relação à enzima livre em nenhum dos métodos testados. / β-galactosidase (E.C 3.2.1.23) is the most widely used enzymes in the food industry and its employed in the lactose hydrolysis process. In this study, two methodologies were used to test their immobilization. In the first, the enzyme was immobilized by adsorption in one silica based hybrid material that contains a cationic organic group covalently linked. The efficiency of immobilization showed a decrease of 74 to 53% by increasing the protein load applied to the support. The low thermo stability of the immobilized enzyme and the probable weak interactions involved in their adsorption, could explain the decrease in enzyme activity observed in the successive batch hydrolysis of lactose. In the first run, the degree of lactose hydrolysis was 90.9% and, at the end of the last run (4th), the enzyme was able to convert only 13% of the substrate. The second methodology used was the covalent immobilization of the enzyme on a cellulose/ionic liquid film, modified with a polyamine and activated using glutaraldehyde. The presence of a polyamine was confirmed by infrared analysis. After immobilization, the enzyme retained 60% of its initial activity. Highly efficient lactose conversion was achieved in a batch process at 7ºC and 35ºC and was possible to reuse the immobilized enzyme in 16 repeated cycles, at 7ºC, without any drastic decrease in enzyme activity. Km value for the immobilized enzyme in silica based hybrid material was 9.17 mM and for the enzyme immobilized in the film of cellulose/ionic liquid was 11.22 mM, both showing an increase compared with the Km value for free enzyme (1.25 mM), due to the difficulty of access of the substrate to the active sites of the enzyme. The immobilized enzyme did not show any changes in the optimal pH and temperature when compared to the free enzyme in both methods tested.

Made available in DSpace on 2016-06-07T17:12:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-26. Added 1 bitstream(s) on 2016-06-07T17:16:41Z : No. of bitstreams: 1 000865881.pdf: 980130 bytes, checksum: 18fb986e61f4ae49274bf00edf7afc5d (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / As doenças cardiovasculares (DCV) são a maior causa de invalidez e mortalidade em todo o mundo. Entre os principais fatores de risco para o desenvolvimento das DCV estão o diabetes mellitus (DM) e a hipertensão arterial sistêmica (HAS). Frequentemente, há co-existência de DM e HAS e isso ocasiona aumento do risco de eventos cardiovasculares. Os danos causados tanto pela HAS como pelo DM têm sido associados com o aumento do estresse oxidativo. A família de enzimas nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADPH) oxidase constitui uma das principais fontes de produção de espécies reativas de oxigênio no sistema cardiovascular. A apocinina (APO) tem sido caracterizada como um inibidor da NADPH oxidase desde a década de 1980. Apesar de evidências promissoras do uso da APO no tratamento de inúmeras doenças, há estudos questionando seu poder inibidor da NADPH oxidase. Além de controvérsias do uso da APO no bloqueio da NADPH oxidase em células não fagocíticas, poucos estudos avaliaram os efeitos desse bloqueio sobre o remodelamento cardíaco. Além disso, a escassez de informações é maior quando se associa HAS e DM. Portanto, o objetivo foi analisar a influência da inibição da NADPH oxidase por apocinina sobre o remodelamento cardíaco em ratos espontaneamente hipertensos (SHR) com diabetes mellitus. Métodos: SHR, machos, com 7 meses de idade, foram divididos em quatro grupos: controle (CTL, n=18), controle+apocinina (CTL+APO, n=18); diabético (DM, n=20) e diabético+apocinina (DM+APO, n=20). DM foi induzido por estreptozotocina (40 mg/kg, ip, dose única). Os grupos CTL+APO e DM+APO receberam APO (16 mg/kg/dia, diluída na água dos animais) durante 8 semanas. A avaliação estrutural e funcional in vivo do coração foi realizada por meio do ecocardiograma. O estudo funcional in vitro foi realizado pela técnica do músculo papilar do ventrículo esquerdo (VE). Para análise estrutural in vitro, foram medidos os... / Cardiovascular diseases (CVD) are the major cause of morbidity and mortality worldwide. Diabetes mellitus (DM) and arterial hypertension (AH) are the main risk factors for the development of CVD. The coexistence of diabetes and hypertension is common and leads to an increased risk of cardiovascular events. Organs damage caused by hypertension and DM have been associated with increased oxidative stress. Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase enzymes family is a major source of reactive oxygen species in the cardiovascular system. Apocynin (APO) has been characterized as an inhibitor of NADPH oxidase since the 1980's decade. Despite promising evidence of APO in the treatment of many diseases, there are studies questioning its power as an inhibitor of NADPH oxidase. Besides controversies on the use of apocynin in blocking NADPH oxidase in non-phagocytic cells, few studies have evaluated the effects of its blockade on cardiac remodeling. In addition, there is a lack of information when AH and DM are associated. Therefore, the aim was to analyze the influence of NADPH oxidase inhibition by apocynin on cardiac remodeling in spontaneously hypertensive rats (SHR) with diabetes mellitus. Methods: Seven-month-old male SHR were divided into four groups: control (CTL, n=18); CTL+APO (n=18); DM (n=20); DM+APO (n=20). DM was induced by streptozotocin (40 mg/kg, i.p., single dose). CTL+APO and DM+APO groups received APO (16 mg/kg/day, diluted in the water) for 8 weeks. In vivo cardiac structures and functions were assessed by echocardiogram. In vitro functional study was performed by left ventricular papillary muscle study. In vitro left ventricle (LV), right ventricle and atria weights were measured. Samples of these structures, liver and lung were used to calculate the wet/dry weight ratio. LV tissue samples were obtained to measure myocyte diameters, interstitial collagen fraction, and hydroxyproline concentration. Left ...

Submitted by MURILO EDUARDO GRATON null (murilo.graton@yahoo.com.br) on 2017-05-30T04:15:45Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado - Murilo Eduardo Graton - Oficial.pdf: 2455052 bytes, checksum: 9fdb49043c056012a6f5db47564916b4 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-05-31T17:10:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 graton_me_me_araca.pdf: 2455052 bytes, checksum: 9fdb49043c056012a6f5db47564916b4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-31T17:10:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 graton_me_me_araca.pdf: 2455052 bytes, checksum: 9fdb49043c056012a6f5db47564916b4 (MD5) Previous issue date: 2017-05-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A enzima NAD(P)H oxidase (NOX) é a principal fonte de espécies reativas de oxigênio (ERO) no sistema cardiovascular e sua atividade e expressão podem ser regulada pela angiotensina (Ang) II. Demonstramos previamente que o tratamento crônico com apocinina, um inibidor de NOX, reduziu a pressão arterial e preveniu o desenvolvimento da disfunção endotelial em SHR. Estes efeitos da apocinina foram associados a redução de geração de ERO e ao aumento da biodisponibilidade de óxido nítrico em células endoteliais de SHR. Dados de nosso laboratório mostraram que o tratamento com apocinina, também reduziu o efeito pressor da Ang II em SHR. A associação entre Ang II, via receptores AT1, e o estresse oxidativo tem sido implicada na patogênese da hipertensão. Levantamos a hipótese que a apocinina, ao alterar a sinalização redox, reduz a expressão de receptores AT1 e a resposta vasoconstritora da Ang II em SHR. Neste estudo, avaliamos o efeito do tratamento crônico com apocinina sobre as respostas contráteis à Ang II em vasos sanguíneos de SHR e os mecanismos envolvidos nestes efeitos, utilizando ensaios bioquímicos, biomoleculares e funcionais. SHR foram tratados com apocinina (30 mg/Kg, v.o.) da 4ª a 10ª semana de vida e ratos Wistar foram utilizados como controle normotenso. Analisamos os efeitos da apocinina na capacidade antioxidante plasmática, expressão de NOX, geração de ERO, níveis de nitrato/ nitrito, expressão de receptores AT1 e AT2, e respostas vasoconstritoras à Ang II em artéria mesentérica e aorta. O tratamento de SHR com apocinina aumentou a capacidade antioxidante plasmática, os níveis de nitrato/nitrito, não alterou a expressão de receptores AT1 ou AT2 em artérias mesentéricas, mas aumentou a expressão de AT2, mas não de AT1, em aorta de SHR. Além disto, o tratamento com apocinina diminuiu a expressão de NOX2 e p47phox e a produção de ERO. O tratamento com apocinina aumentou a modulação do endotélio e/ou da atividade da NOS sobre as respostas vasoconstritoras à Ang II em artérias mesentéricas de SHR, mas não alterou a reatividade de aortas de SHR à Ang II. A menor reatividade de artérias de resistência à Ang II levaria a menor resistência vascular periférica e consequentemente a redução da pressão arterial média e do efeito pressor da Ang II em SHR tratados com apocinina, como observado previamente. O mecanismo de ação da apocinina envolvido neste efeito está associado a importantes alterações redox que determinam uma maior modulação endotelial dependente de NOS das respostas vasoconstritoras da Ang II, mas não envolve alterações na expressão de receptores AT1 em vasos de SHR. / NAD(P)H oxidase (NOX) is the major source of reactive oxygen species (ROS) in the cardiovascular system and its activity and expression could be regulated by angiotensin (Ang) II. We previously demonstrated that chronic treatment with apocynin, a NOX inhibitor, reduced blood pressure and prevented the development of endothelial dysfunction in SHR. These effects of apocynin have been associated with reduced generation of ROS and increased bioavailability of nitric oxide in endothelial cells of SHR. Data from our laboratory showed that treatment with apocynin also reduced the pressor effect of Ang II on SHR. The association between Ang II, via AT1 receptors, and oxidative stress has been implicated in the pathogenesis of hypertension. We hypothesized that apocynin, altering redox signaling, could reduce expression of AT1 receptors and Ang II vasoconstrictor response in SHR. In this study, we evaluated the effect of chronic treatment with apocynin on the contractile responses to Ang II in blood vessels of SHR and the mechanisms involved in the effects of these on biochemical, biomolecular and functional assays. SHR were treated with apocynin (30 mg/kg, p.o.) from the 4 th to the 10th week of life and Wistar rats were used as normotensive control. Analysis of the effects of apocynin on plasma antioxidant capacity, NOX expression, ROS generation, nitrate/ nitrite levels, expression of AT1 and AT2 receptors, and vasoconstrictor responses to Ang II on mesenteric and aortic arteries. Treatment of SHR with apocynin increased plasma antioxidant capacity, nitrate/ nitrite levels, did not alter AT1 or AT2 receptor expression in mesenteric arteries, but increased expression of AT2, but not AT1, in SHR aorta. In addition, treatment with apocynin decreased expression of NOX2 and p47phox and ROS generation. Treatment with apocynin increased endothelium modulation and/or NOS activity on Ang II vasoconstrictor responses in mesenteric arteries of SHR, but did not alter the reactivity to Ang II in aortas of SHR. The lower reactivity of Ang II in resistance arteries would lead to lower peripheral vascular resistance and consequently the reduction of mean arterial pressure and Ang II pressor effect in SHR treated with apocynin, as previously observed. The mechanism of action of the apostate involved in this effect is associated with important redox changes that determine a greater NOS-dependent endothelial modulation of the vasoconstrictor responses of Ang II, but does not involve expression in the expression of AT1 receptors in SHR vessels.

Orientador: Marystela Ferreira / Banca: Debora Terezia Balogh / Banca: Débora Gonçalves / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: Neste trabalho, investigou-se a fabricação e caracterização de filmes ultrafinos de poli(alilamina hidroclorada) PAH com as enzimas glicose oxidase (GOx) e invertase (INV) no desenvolvimento de biossensores amperométricos para a detecção de glicose e sacarose. Filmes nanoestruturados obtidos pela técnica layer-by-layer (LbL) possibilitaram estudar a imobilização de cada enzima juntamente com o polieletrólito, além de diversas arquiteturas bienzimáticas mais complexas, em eletrodos modificados com Azul da Prússia, no desenvolvimento do biossensor. O crescimento dos filmes produzidos foi acompanhado por técnicas de espectroscopia UV-vis e fluorescência; além de técnicas eletroquímicas de voltametria cíclica e amperometria na avaliação das propriedades e resposta do biossensor. Por fim, investigou-se o aprimoramento do biossensor e análises qualitativas preliminares na avaliação de bebidas comerciais / Abstract: In this work, we investigated the fabrication and characterization of ultrathin films of poly(allylamine hydrochloride) PAH and the enzymes glucose oxidase (GOx) and invertase (INV) in the development of amperometric biosensors for glucose and sucrose detection. Nanostructured films obtained by layer-by-layer (LbL) technique were able to study the immobilization of each enzyme coupled with the polyelectrolyte, beyond different and more complex bienzimatic architectures, in Prussian Blue modified electrodes, for the biosensor development. The films' growth was monitored by fluorescence and UV-vis spectroscopic techniques; moreover electrochemical techniques such as cyclic voltammetry and amperometry were used on the evaluation of biosensor properties and response. At last, we investigated the biosensor improvement and qualitative initial analysis on the evaluation of commercial beverages / Mestre

Orientador : Valdecir Farias Ximenes / Coorientador: Luiz Marcos da Fonseca / Banca: Patricia Palmeira Daenekas Jorge / Banca: Alexander Batista Duharte / Banca: Maria Luiza Zeraik / Banca: Alexandra Ivo de Medeiros / Resumo: Nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADPH) oxidases são complexos multienzimáticos associados à membrana celular cuja principal função é catalisar a redução de oxigênio molecular a ânion superóxido (O2 •-). Em leucócitos, este é o mecanismo primário pelo qual estas células produzem espécies reativas de oxigênio (EROs), as quais estão envolvidas tanto nos mecanismos de defesa imune inato, quanto em processos oxidativos deletérios característicos de muitas patologias de cunho crônico inflamatório. Neste trabalho apresentamos os resultados obtidos e proposta de mecanismo de inibição do complexo NADPH oxidase por um conjunto de ésteres alquílicos sintéticos derivados do ácido protocatecúico, sendo este último um ácido fenólico presente em diversas plantas e com destacada capacidade antiradicalar. Nossa hipótese foi de que o aumento da hidrofobicidade provocado pela esterificação do ácido protocatecúico poderia facilitar o seu acesso à membrana celular e assim alterar seus efeitos biológicos. Esta hipótese se confirmou, pois muito mais do que melhorar a sua capacidade anti-radicalar (modelos in vitro), a esterificação provocou uma melhora significativa na capacidade de inibição do complexo NADPH oxidase em leucócitos (modelos ex vivo). Este efeito se propagou às EROs decorrentes de ânion superóxido e produzidas por leucócitos como peróxido de hidrogênio e ácido hipocloroso, sem entretanto alterar a sua capacidade fagocítica. Cabe frisar que não se trata de ação supressora sobre estas EROs, mas sim efetiva inibição de sua formação, o que foi demonstrado pelos diversos controles empregados. A esterificação do ácido protocatecúico também causou efetiva melhora na capacidade deste como inibidor das citocinas TNF-a e IL-10 produzidas por leucócitos mononucleares de sangue periférico. Considerando a baixa toxicidade e baixo custo de síntese desses ésteres, propomos que os mesmos ... / Abstract: Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidases are multienzymatic complexes associated to the cell membranes whose main function is to catalyze the reduction of molecular oxygen to superoxide (O2 •-). In leukocytes, this is the primary mechanism through which these cells produce reactive oxygen species (ROS), which are involved in both the innate immune defense mechanisms and deleterious oxidative processes, which characterizes many chronic inflammatory diseases. In this thesis we present the results and proposed mechanism of inhibition of the NADPH oxidase complex by a group of synthetic alkyl esters derived from protocatechuic acid, a phenolic acid present in many plants with detached antiradical capacity. Our hypothesis was that the increase in hydrophobicity caused by esterification of protocatechuic acid could facilitate their access to the cell membrane and thereby alter their biological effects. This hypothesis was confirmed, since not only its anti-radical activity was increased (in vitro models), but also caused a significant improvement in their ability to inhibit NADPH oxidase complex in leukocytes (ex vivo models). This effect has spread to ROS derived from superoxide anion and produced by leukocytes such as hydrogen peroxide and hypochlorous acid, without altering their phagocytic capacity. It must be emphasize that the observed cellular effects were not due to simple suppressive action on ROS, but effective inhibition of its formation, which was demonstrated by the various control experiments. The esterification of protocatechuic acid also caused improvement in their capacity as inhibitor of TNF-a and IL-10 production by peripheral blood mononuclear leukocytes. Considering the low toxicity and low cost of synthesis of these esters, we suggest that they could be used in in vivo models as promising anti-inflammatory ... / Doutor

Orientador: Katashi Okoshi / Banca: Silméia Garcia Zanati Bazan / Banca: Marcos Ferreira Minicuci / Banca: Fábio Fernandes / Banca: Francis Lopes Pacagnelli / Resumo: As doenças cardiovasculares (DCV) são a maior causa de invalidez e mortalidade em todo o mundo. Entre os principais fatores de risco para o desenvolvimento das DCV estão o diabetes mellitus (DM) e a hipertensão arterial sistêmica (HAS). Frequentemente, há co-existência de DM e HAS e isso ocasiona aumento do risco de eventos cardiovasculares. Os danos causados tanto pela HAS como pelo DM têm sido associados com o aumento do estresse oxidativo. A família de enzimas nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADPH) oxidase constitui uma das principais fontes de produção de espécies reativas de oxigênio no sistema cardiovascular. A apocinina (APO) tem sido caracterizada como um inibidor da NADPH oxidase desde a década de 1980. Apesar de evidências promissoras do uso da APO no tratamento de inúmeras doenças, há estudos questionando seu poder inibidor da NADPH oxidase. Além de controvérsias do uso da APO no bloqueio da NADPH oxidase em células não fagocíticas, poucos estudos avaliaram os efeitos desse bloqueio sobre o remodelamento cardíaco. Além disso, a escassez de informações é maior quando se associa HAS e DM. Portanto, o objetivo foi analisar a influência da inibição da NADPH oxidase por apocinina sobre o remodelamento cardíaco em ratos espontaneamente hipertensos (SHR) com diabetes mellitus. Métodos: SHR, machos, com 7 meses de idade, foram divididos em quatro grupos: controle (CTL, n=18), controle+apocinina (CTL+APO, n=18); diabético (DM, n=20) e diabético+apocinina (DM+APO, n=20). DM foi induzido por estreptozotocina (40 mg/kg, ip, dose única). Os grupos CTL+APO e DM+APO receberam APO (16 mg/kg/dia, diluída na água dos animais) durante 8 semanas. A avaliação estrutural e funcional in vivo do coração foi realizada por meio do ecocardiograma. O estudo funcional in vitro foi realizado pela técnica do músculo papilar do ventrículo esquerdo (VE). Para análise estrutural in vitro, foram medidos os... / Abstract: Cardiovascular diseases (CVD) are the major cause of morbidity and mortality worldwide. Diabetes mellitus (DM) and arterial hypertension (AH) are the main risk factors for the development of CVD. The coexistence of diabetes and hypertension is common and leads to an increased risk of cardiovascular events. Organs damage caused by hypertension and DM have been associated with increased oxidative stress. Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase enzymes family is a major source of reactive oxygen species in the cardiovascular system. Apocynin (APO) has been characterized as an inhibitor of NADPH oxidase since the 1980's decade. Despite promising evidence of APO in the treatment of many diseases, there are studies questioning its power as an inhibitor of NADPH oxidase. Besides controversies on the use of apocynin in blocking NADPH oxidase in non-phagocytic cells, few studies have evaluated the effects of its blockade on cardiac remodeling. In addition, there is a lack of information when AH and DM are associated. Therefore, the aim was to analyze the influence of NADPH oxidase inhibition by apocynin on cardiac remodeling in spontaneously hypertensive rats (SHR) with diabetes mellitus. Methods: Seven-month-old male SHR were divided into four groups: control (CTL, n=18); CTL+APO (n=18); DM (n=20); DM+APO (n=20). DM was induced by streptozotocin (40 mg/kg, i.p., single dose). CTL+APO and DM+APO groups received APO (16 mg/kg/day, diluted in the water) for 8 weeks. In vivo cardiac structures and functions were assessed by echocardiogram. In vitro functional study was performed by left ventricular papillary muscle study. In vitro left ventricle (LV), right ventricle and atria weights were measured. Samples of these structures, liver and lung were used to calculate the wet/dry weight ratio. LV tissue samples were obtained to measure myocyte diameters, interstitial collagen fraction, and hydroxyproline concentration. Left ... / Doutor

O sulfito e o tiossulfato estão acumulados em tecidos e líquidos biológicos de pacientes afetados pela deficiência da sulfito oxidase (SO), uma enzima mitocondrial que catalisa a oxidação de sulfito derivado do metabolismo de aminoácidos sulfurados. A deficiência da SO é causada pela deficiência isolada da enzima SO ou por uma deficiência na rota de biossíntese de seu cofator molibdênio. Os indivíduos afetados por esta desordem apresentam disfunção neurológica progressiva, convulsões neonatais severas, subluxação do cristalino, hipotonia axial, hipertonicidade periférica e atraso no desenvolvimento, resultando geralmente em morte prematura. Considerando que a fisiopatologia do dano neurológico encontrado em pacientes deficientes para a SO ainda não está esclarecida, o objetivo do presente trabalho foi investigar os efeitos in vitro do sulfito e do tiossulfato sobre parâmetros de metabolismo energético e homeostase redox e mitocondrial em cérebro de ratos jovens. Inicialmente, verificamos que o sulfito inibe a atividade do complexo IV da cadeia respiratória, indicando que este composto prejudica o fluxo de elétrons, enquanto que o tiossulfato não afetou a atividade de nenhum dos complexos da cadeia respiratória em sobrenadantes de córtex cerebral. Também foi verificado que o sulfito e o tiossulfato diminuem a atividade da creatina quinase total (tCK) e de suas isoformas mitocondrial e citosólica, sugerindo que estes compostos prejudicam o tamponamento e a transferência de energia celular no cérebro. Além disso, melatonina, trolox (análogo solúvel do α-tocoferol), glutationa e o inibidor da óxido nítrico sintase Nω-nitro-L-arginina metil éster atenuaram ou preveniram totalmente a inibição da tCK induzida por sulfito e tiossulfato, sugerindo o envolvimento de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio nestes efeitos. O sulfito e o tiossulfato também aumentaram a oxidação da 2’,7’-diclorofluorescina e inibiram a atividade da aconitase, enquanto que somente o sulfito aumentou a produção de peróxido de hidrogênio, reforçando o envolvimento de dano oxidativo nos efeitos provocados por estes metabólitos. Contudo, a atividade da enzima Na+,K+-ATPase sináptica não foi alterada pelo sulfito e tiossulfato. Em seguida, observamos que o sulfito dissipa o potencial de membrana mitocondrial na presença de Ca2+, de forma dose-dependente de sulfito e Ca2+ em preparações mitocondriais de cérebro de ratos. O sulfito também induziu inchamento e diminuiu a capacidade de retenção de Ca2+, os níveis de NAD(P)H na matriz e o imunoconteúdo de citocromo c em mitocôndrias quando Ca2+ estava presente no meio. Além disso, as alterações provocadas pelo sulfito foram prevenidas por rutênio vermelho, ciclosporina A e ADP, sugerindo que o sulfito induz transição da permeabilidade mitocondrial (MPT). Também foi verificado que dentre vários inibidores da MPT, incluindo antioxidantes, inibidores da fosfolipase A2 e o regente redutor ditiotreitol, apenas o agente alquilante de tióis N-etilmaleimida foi capaz de prevenir o inchamento mitocondrial causado por sulfito. O sulfito também diminuiu o conteúdo de grupamentos tiol de proteínas de membrana em preparações mitocondriais de cérebro, indicando que este composto age diretamente sobre grupamentos tiol contidos no poro de MPT. Assim, pode-se presumir que o prejuízo no metabolismo energético e na homeostase redox causados pelo sulfito e pelo tiossulfato e que a indução de MPT pelo sulfito podem estar envolvidos na disfunção neurológica observada nos portadores da deficiência da SO. / Sulfite and thiosulfate accumulate in tissues and biological fluids of patients affected by the deficiency of sulfite oxidase (SO), which is a mitochondrial enzyme that catalyzes the oxidation of sulfite derived from the metabolism of sulfur amino acids. SO deficiency is caused by the isolated deficiency of the enzyme SO itself or by a deficiency in the biosynthetic pathway of its molybdenum cofactor. Individuals affected by this disorder present progressive neurological dysfunction, severe neonatal seizures, lens subluxation, axial hypotonia, limb hypertonicity and failure to thrive, resulting often in early childhood death. Considering that the pathophysiology of the neurological damage found in SO deficient patients has not been totally established, the aim of the present work was to investigate the in vitro effect of sulfite and thiosulfate on parameters of energy metabolism, as well as redox and mitochondrial homeostasis in rat brain. First, we verified that sulfite inhibited the activity of complex IV of the respiratory chain in cerebral cortex supernatants, indicating that this compound impairs the electron transfer flow, whereas thiosulfate did not affect any of the activities of the respiratory chain complexes. It was also found that sulfite and thiosulfate markedly decreased the activity of total creatine kinase (tCK) and its mitochondrial and cytosolic isoforms, suggesting that these compounds impair brain cellular energy buffering and transfer. Moreover, melatonin, trolox (soluble analogue of α-tocopherol), glutathione and the nitric oxide synthase inhibitor Nω-nitro-L-arginine methyl ester attenuated or fully prevented the inhibition of tCK induced by sulfite and thiosulfate, suggesting the involvement of reactive oxygen and nitrogen species in these effects. Sulfite and thiosulfate also increased 2’,7’-dichlorofluorescin oxidation and inhibited the activity of aconitase, whereas only sulfite increased hydrogen peroxide production, reinforcing the involvement of oxidative damage in the effects elicited by these metabolites. In contrast, synaptic Na+,K+-ATPase activity was not altered by sulfite and thiosulfate. Next, we observed that sulfite dissipates mitochondria membrane potential in the presence of Ca2+, in a sulfite and Ca2+ dose-dependent manner. Sulfite also induced swelling and decreased Ca2+ retention capacity, matrix NAD(P)H pool and cytochrome c immunocontent in mitochondria when Ca2+ was present in the medium. Furthermore, the alterations elicited by sulfite were prevented by ruthenium red, cyclosporine A and ADP, supporting the involvement of mitochondrial permeability transition (MPT) in these effects. It was also verified that among various MPT inhibitors, including antioxidants, phospholipase A2 inhibitors and the reductant reagent dithiothreitol, only the thiol alkylating agent N-ethylmaleimide was able to prevent the sulfite-elicited mitochondrial swelling. Moreover, sulfite decreased membrane protein thiol group content in brain mitochondria, indicating that this compound acts directly on MPT pore containing thiol groups. Taken together, it may be presumed that the mitochondrial energy and redox homeostasis impairment caused by sulfite and thiosulfate and MPT induced by sulfite may be involved in the neurological dysfunction observed in patients affected by SO deficiency.

A sulfito oxidase (SO) é uma enzima que catalisa a última reação na rota de degradação de aminoácidos sulfurados, a oxidação de sulfito a sulfato. A deficiência da SO é um erro inato do metabolismo que pode ser causado tanto pela deficiência isolada da enzima como por defeitos na síntese do seu cofator molibdênio, cuja principal característica bioquímica é o acúmulo tecidual e a excreção urinária aumentada de sulfito, tiossulfato e S-sulfocisteína. Os pacientes acometidos pela doença têm sintomatologia predominantemente neurológica, e exames de imagem evidenciam encefalomalácia cística, atrofia cerebral e edema, perda neuronal e astrogliose, os quais se concentram na região cortical. Pouco se sabe sobre os mecanismos envolvidos nos danos encontrados na deficiência da SO, porém dados apontam para uma ação tóxica dos metabólitos acumulados. Sendo assim, o objetivo deste estudo foi o de investigar os efeitos in vitro do sulfito e do tiossulfato sobre a neurotransmissão glutamatérgica e parâmetros de estresse oxidativo em fatias de córtex cerebral de ratos. As fatias foram expostas ao sulfito ou tiossulfato (10 – 500 μM) durante 1 ou 3 h para a realização dos experimentos, nos quais medimos a captação de glutamato dependente de sódio, a atividade da enzima glutamina sintetase, os níveis de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBA-RS), o conteúdo de glutationa (GSH) e de sulfidrilas, a formação de carbonilas e as atividades das enzimas antioxidantes glutationa peroxidase (GPx), glutationa redutase (GR), glutationa S-transferase (GST) e glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PDH). Também avaliamos a viabilidade celular através dos testes liberação da lactato desidrogenase e a redução do MTT. Foi observado que o sulfito diminui a captação de glutamato e que o tiossulfato diminui a atividade da glutamina sintetase. Uma tendência quase significativa de que o sulfito diminui a atividade da glutamina sintetase também foi verificada. Quanto à homeostase redox, verificamos que o sulfito, na concentração de 10 μM, aumentou os níveis de TBA-RS e diminuiu as concentrações de GSH, sem alterar a formação de carbonilas. Já o tiossulfato não teve nenhum efeito significativo sobre esses parâmetros. Ainda verificamos que 500 μM de sulfito aumentaram o conteúdo de grupamentos sulfidril em córtex cerebral de ratos e o conteúdo de GSH em um meio sem amostra biológica, o que pode ser explicado pela capacidade do sulfito em reduzir pontes dissulfeto a grupos sulfidril. Ao medir as atividades das enzimas antioxidantes GPx, GR, GST e G6PDH, não houve diferença com qualquer dos metabólitos durante 1 h de incubação, porém, ao realizarmos os mesmos experimentos com amostras incubadas por 3 h com sulfito, observamos inibição das atividades da GPx, da GST e da G6PDH. Finalmente, observamos que o sulfito não alterou a redução do MTT e a liberação de lactato desidrogenase, indicando que os resultados encontrados não são devidos à morte celular. Pode ser concluído que um prejuízo na neurotransmissão glutamatérgica e estresse oxidativo causados pelos metabólitos acumulados na deficiência da SO estão envolvidos, pelo menos parcialmente, na disfunção neurológica observada nessa doença. / Sulfite oxidase (SO) is the enzyme that catalyzes the oxidation of sulfite to sulfate, which is the last step in the pathway of degradation of sulfur-containing amino acids. SO deficiency is an inborn error of metabolism caused either by isolated deficiency in this enzyme, or by defects in the synthesis of its molybdenum cofactor. The main biochemical characteristic of this disorder is the tissue accumulation and high urinary excretion of sulfite, thiosulfate and cysteine-S-sulfate. Patients present predominantly neurological symptoms and brain abnormalities, such as cystic encephalomalacia, brain atrophy and swelling and neuronal loss, which prevail in the cortical region. Although available data point towards a toxic mechanism of the accumulating metabolites, little is known about the exact pathomechanisms exerted by these compounds. Therefore, our objective in this study was to investigate the in vitro effects of sulfite and thiosulfate on glutamatergic neurotransmission and oxidative stress parameters in rat cerebral cortex slices, a system with preserved integrity. Slices were exposed to sulfite or thiosulfate (10 – 500 μM) for 1 or 3 h. After the incubation, we measured sodium-dependent glutamate uptake, glutamine synthetase activity, thiobarbituric acid-reactive substances (TBA-RS) levels, glutathione (GSH) and sulfhydryl content, carbonyl formation and the activities of the antioxidant enzymes glutathione peroxidase (GPx), glutathione reductase (GR), glutathione S-transferase (GST) and glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH). Lactate dehydrogenase and MTT reduction were also evaluated. We verified that sulfite reduced the glutamate uptake and that thiosulfate inhibited glutamine synthetase activity. A pronounced trend toward glutamine synthetase inhibition caused by sulfite was also seen. Regarding redox homeostasis, 10 μM sulfite increased TBA-RS levels and decreased GSH concentrations, without altering protein carbonyl formation. Moreover, thiosulfate had no effect on these parameters. Five hundred micromolar sulfite also increased sulfhydryl content in rat cerebral cortex slices and increased GSH content in a medium devoid of biological samples, which can be explained by the fact that sulfite is able to directly reduce disulfide bonds to thiol groups. We further verified that sulfite did not alter the activities of the enzymes GPx, GR, GST and G6PDH when cortical slices were incubated in the presence of sulfite during 1 h. However, after an incubation of 3 h, sulfite decreased the activities of GPx, GST and G6PDH. Finally, sulfite did not change MTT reduction and lactate dehydrogenase release, suggesting that the effects observed were not due to cell death. Therefore, it is concluded that glutamatergic neurotransmission impairment and oxidative stress induced by the accumulating metabolites in SO deficiency may contribute to the neurological dysfunction observed in this disorder.

Enzymatic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) and its oxidized derivatives was studied using three fungal enzymes: wild-type aryl alcohol oxidase (AAO) from three fungal species, wild-type peroxygenase from Agrocybe aegerita (AaeUPO), and recombinant galactose oxidase (GAO). The effect of pH on different reaction steps was evaluated and apparent kinetic data (Michaelis-Menten constants, turnover numbers, specific constants) were calculated for different enzyme-substrate ratios and enzyme combinations. Finally, the target product, 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA), was prepared in a multi-enzyme cascade reaction combining three fungal oxidoreductases at micro-scale. Furthermore, an oxidase-like reaction is proposed for heme-containing peroxidases, such as UPO, horseradish peroxidase, or catalase, causing the conversion of 5-formyl-2-furancarboxylic acid into FDCA in the absence of exogenous hydrogen peroxide.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A FotossÃntese e a respiraÃÃo sÃo bem conhecidos como sendo responsÃveis pela produÃÃo de energia no interior das cÃlulas de plantas. Acoplados à estes processos bioenergÃticos, a transferÃncia de elÃtrons que ocorre nas membranas do cloroplasto e mitocÃndria, tambÃm sÃo considerados com tendo potencial de produÃÃo de ROS. PossÃveis interaÃÃes no funcionamento dessas organelas permanecem pouco conhecidas, especialmente em resposta a condiÃÃes de estresse. Sob estas condiÃÃes, sugere-se que as vias de transferÃncia de elÃtrons ligadas à AOX, à pUCP ou à PTOX poderia limitar a formaÃÃo de ROS reduzindo assim danos oxidativos Ãs organelas celulares. Em nosso trabalho, foram selecionadas duas cultivares de Vigna unguiculata, inicialmente caracterizados como sensÃvel (cv 1183) ou tolerante (cv EPACE1) à seca. Sob condiÃÃes experimentais, as duas cultivares nÃo apresentaram diferenÃas significativas na sensibilidade à seca. Entretanto o cultivar EAPCE1 foi mais tolerante ao ozÃnio com base no desenvolvimento de necrose e de vÃrios parÃmetros fisiolÃgicos (ϕPSII) e bioquÃmicos (teor de glutationa). Para os perfis de expressÃo de genes que codificam AOX, PUCP e PTOX duas respostas foram claramente identificadas no cultivar EPACE1. Em um tempo curto, a expressÃo destas proteÃnas à geralmente estimulada. Em um perÃodo mais longo (14 dias), a resposta à diferente, dependendo da tipo de estresse. Sob o ozÃnio, um aumento da expressÃo das proteÃnas mitocondriais à mantida enquanto o gene que codifica para a PTOX à sub-regulada. Sob seca a proteÃna desacopladora do plastÃdio (PTOX) à superexpressa. Sob condiÃÃes de combinaÃÃo stress, seca combinada com ozÃnio, o efeito da seca sobre o fluxo de ozÃnio nas folhas nÃo foi alterado, e os genes VuPTOX e VuUCP1b sÃo super-expressos depois de 3 e 7 dias de stress. Este aumento da expressÃo, jà observado em resposta à seca por aplicada separadamente poderia desempenhar um papel na prevenÃÃo da formaÃÃo de ROS tanto em mitocÃndrias e cloroplastos prevenindo assim os danos causados pelo ozÃnio. / Possible interactions between chloroplast and mitochondria remain poorly known, particularly in response to stress conditions. Under these conditions, it is suggested that the electron transfer pathways linked to AOX or pUCP (mitochondrial uncoupling proteins) and PTOX (plastidial uncoupling protein) could limit the formation of ROS to reduce oxidative damage in cellular organelles. In our work, we selected two cultivars of Vigna unguiculata, cv 1183 and cv EPACE. Under our experimental conditions, both cultivars showed no real differences in sensitivity to drought. However cv EPACE was more tolerant to O3 based on the development of necrosis and several physiological parameters (Fv/Fm, ϕPSII) and biochemical (glutathione content). For the expression profiles of genes encoding AOX, PUCP and PTOX two responses were clearly identified in the cultivar EPACE. On a shortterm, expression of these proteins is generally stimulated. On a longer term (14 days), the answer differs depending on the treatment. Under O3, the strongest expression of mitochondrial proteins is maintained while the gene encoding the PTOX is own-regulated. Under drought only the plastid protein (PTOX) is upregulated. Under conditions of stress combination, drought has little effect on the influx of O3 in the leaves, and the VuPTOX and VuUCP1b genes are up-regulated after 3 and 7 days of stress. This ver-regulation, already observed in response to drought alone could play a role in preventing the formation of ROS in both mitochondria and chloroplasts.