Este estudo investigou o efeito da glicose sobre a atividade e expressão da isoforma 1 do trocador Na+/H+ (NHE1) e da H+-ATPase do tipo vacuolar, em células MDCK (Mardin Darby Canine Kidney), linhagem derivada de rim de cão, que apresenta características similares às células principais e intercalares das porções distais do néfron. Por microscopia de fluorescência, se avaliou a velocidade de recuperação do pHi (dpHi/dt) e a capacidade tamponante (<font face=\"symbol\">bi). A partir desses parâmetros, se calculou o efluxo de H+ (JH+). Por Western blot, se avaliou a expressão de NHE1 e da subunidade E da H+-ATPase do tipo vacuolar. Resultados: Na condição controle o efluxo de H+ foi de 6.27 ± 0.51 mM/min (n = 9). O tratamento agudo com glicose (25 mM) aumentou o efluxo de H+ via NHE1, o qual foi modulado pela PI3 cinase. Na mesma condição, não se observou alterações na atividade da H+-ATPase. O tratamento crônico com glicose (25 mM) induziu significante aumento do efluxo de H+, via NHE1 e H+-ATPase. O efeito estimulador da glicose sobre a atividade de NHE1 e H+-ATPase foi dependente da atividade da p38 MAP cinase. Além disso, o tratamento crônico com glicose (25 mM) induziu fosforilação do sistema ezrin/radixin/moesin (ERM) e Akt. Conclusões: Nossos resultados indicam que no tratamento agudo com glicose (25 mM), o NHE1 foi modulado pela PI3 cinase. Contudo, no tratamento crônico com glicose (25 mM), a atividade do NHE1 foi modulada pelo sistema ERM/Akt e a atividade da H+-ATPase foi modulada pela p38 MAP cinase. / This study investigated the effect of glucose on the activity and expression of Na+/H+ exchanger isoform 1 (NHE1) and vacuolar H+-ATPase, in Mardin Darby Canine Kidney (MDCK) cells from dog kidney, with similar characteristics to principal and intercalated cells of the distal nephron. The pHi recovery rate (dpHi/dt) and the buffering capacity (<font face=\"symbol\">bi) was evaluated through fluorescence microscopy. From these parameters the H+ efflux (JH+) was calculated. By Western blot, the NHE1 and H+-ATPase (E subunit) expression was evaluated. Results: In the control situation the H+ efflux was 6.27 ± 0.51 mM/pH units (n = 9). Acute treatment with glucose (25 mM) increased the H+ efflux via NHE1, which was modulated by PI3 kinase. In the same condition, the H+-ATPase activity did not change. Chronic treatment with glucose (25 mM) induced significant increase in H+ efflux via NHE1 and H+-ATPase. The stimulatory effect of glucose on the NHE1 and H+-ATPase activity was dependent on p38 MAP kinase activity. Furthermore, chronic treatment with glucose (25 mM) induced Ezrin/radixin/moesin (ERM) and Akt phosphorylation. Conclusions: Our results indicate that during the acute treatment with glucose (25 mM), the NHE1 is modulated by PI3 kinase. However, during chronic treatment with glucose (25 mM), NHE1 activity was modulated by the ERM/Akt system and of H+-ATPase activity was modulated by p38 MAP Kinase.

A hipertensão arterial essencial é caracterizada pela elevação crônica da pressão arterial e representa o principal fator de risco para doenças cardiovasculares e renais. O rim participa do controle da pressão arterial e alterações intrínsecas no manuseio renal de sódio desempenham papel importante na patogênese da hipertensão essencial. Os túbulos proximais renais são responsáveis pela reabsorção da maior parte do sódio filtrado nos glomérulos e a maior parte da reabsorção de sódio neste segmento faz-se através da troca de Na+ por H+ em membrana apical, mediada pela isoforma 3 do trocador Na+/H+ (NHE3). Entretanto, os dados existentes referentes à modulação renal do NHE3 em modelos de hipertensão são ainda conflitantes. Este estudo teve como objetivo avaliar as possíveis alterações funcionais do trocador Na+/H+ NHE3 em túbulo proximal renal na linhagem SHR no estágio de préhipertensão (5 semanas) e de hipertensão (14 semanas) e investigar se estas alterações são acompanhadas de alterações na atividade e na expressão da proteína cinase A (PKA) e de proteínas fosfatase-1 (PP1). Por meio de microperfusão estacionária in vivo mediu-se a atividade do NHE3 em túbulo proximal e verificou-se que a reabsorção de bicarbonato foi reduzida em 62 ± 6 % (P < 0,001) na transição do J-SHR para o A-SHR enquanto foi aumentada em 113 ± 10 % (P < 0,001) na transição entre o J-WKY e o A-WKY. A atividade estimulada do NHE3 em J-SHR é decorrente da redistribuição do NHE3 do domínio intermicrovilar (IMV) para o domínio das microvilosidades (MMV) e do baixo nível de fosforilação da serina 552, sítio consenso para a PKA. Por outro lado, durante a fase de hipertensão, a atividade diminuída do NHE3 deve-se à sua redistribuição para o IMV e ao aumento da fosforilação na serina 552. Para testar a hipótese de que os níveis de fosforilação do NHE3 estariam aumentados em túbulo proximal de SHR adulto devido ao aumento da atividade da PKA e/ou à diminuição na atividade da PP1, foram avaliados tanto os níveis de fosforilação quanto a atividade do NHE3 em SHR jovens e adultos em resposta ao 6MB-cAMP (análogo ao cAMP que ativa especificamente a PKA). O JSHR apresentou um aumento tanto nos níveis de fosforilação da serina 552 (179 ± 14 %, P < 0,001) quanto nos de inibição da atividade (65 ± 10 %, P < 0,001) do NHE3 em relação ao J-SHR em resposta ao 6MB-cAMP. Já no A-SHR, a fosforilação da serina 552 aumentou moderadamente (36 ± 4 %, P < 0,01), assim como inibiu moderadamente (23 ± 9 %, P < 0,05) a atividade do NHE3 em resposta ao 6MBcAMP. Adicionalmente, verificou-se que não houve alteração da atividade da PKA entre os animais nem ao longo da idade e nem entre as linhagens. Por sua vez, o JSHR apresentou maior atividade da PP1 que o A-SHR (1640 ± 107 vs. 940 ± 119 pM/?g, P < 0,01). Além disso, houve uma diminuição na expressão da PP1? no ASHR (32 ± 8 %, P < 0,01) quando comparado ao J-SHR. Os dados sugerem que o NHE3 é diferencialmente regulado antes e após o desenvolvimento da hipertensão em SHR por mecanismos que envolvem modificações pós-transcricionais e distribuição subcelular. Além do mais, a regulação diferencial dos níveis de fosforilação do NHE3 tubular proximal antes e após o desenvolvimento da hipertensão em SHR é devida, provavelmente, a alterações na atividade e na expressão da PP1 / Essential hypertension is characterized by chronic elevation of blood pressure and represents the major risk factor for cardiovascular and renal diseases. The kidney participates in the blood pressure control and intrinsic changes in renal sodium handling play an important role in the pathogenesis of essential hypertension. The renal proximal tubule is responsible for reabsorption of the great majority of sodium that is filtered by the glomerulus and the principal apical membrane mechanism for sodium reabsorption in this nephron is Na+/H+ exchanger isoform 3 (NHE3)- mediated Na+/H+ exchange. However, conflicting data have been reported with regard to NHE3 modulation in experimental models of hypertension. This study aimed to evaluate the possible functional changes of the Na+/H+ exchanger NHE3 in the renal proximal tubule of SHR both at the pre-hypertensive (5 weeks) and at hypertensive (14 weeks) stages and to investigate whether these changes were accompanied by changes in the activity and/or expression of protein kinase A (PKA) and protein phosphatase 1 (PP1). Proximal tubule NHE3 activity was measured by means of stationary microperfusion. Bicarbonate reabsorption was found to be decreased by 62 ± 6 % (P < 0.001) in the transition from youth to adulthood in SHR (Y-SHR to A-SHR), whereas in the transition from Y-WKY to A-WKY it increased by 113 ± 10 % (P < 0.001). Stimulated NHE3 activity in Y-SHR was due to redistribution of NHE3 from intermicrovilar domain (IMV) to microvilar domain (MMV) and to a lower level of serine 552 phosphorylation, a consensus site for PKA. Conversely, during the hypertensive stage, decreased NHE3 activity was due to increased redistribution of NHE3 to the IMV domain and increased phosphorylation at serine 552. To test the hypothesis that the increased levels of NHE3 phosphorylation in the proximal tubule of adult SHR were due to increased PKA activity and/or decreased PP1 activity, it was evaluated both phosphorylation levels and activity of NHE3 in young and adult SHR in response to 6MB-cAMP (an cAMP analog that specifically activates PKA). Y-SHR showed an increase both in the phosphorylation levels at serine 552 (179 ± 14 %, P < 0.001) and in the inhibition of NHE3 transport activity (65 ± 10 %, P < 0.001) compared to Y-SHR in response to 6MB-cAMP. With respect to A-SHR, the phosphorylation of serine 552 was slightly increased (36 ± 4 %, P < 0.01) and NHE3 activity was mildly inhibited (23 ± 9 %, P < 0.05) in response to 6MB-cAMP. Additionally, PKA activity remained unchanged with both age and strain. Nevertheless, Y-SHR exhibited higher PP1 activity than A-SHR (1640 ± 107 vs. 940 ± 119 pM/?g, P < 0.01). Furthermore, PP1? expression was decreased in the renal cortex of A-SHR (32 ± 8 %, P < 0.01) compared to Y-SHR. Taken together, these data suggest that NHE3 is differentially regulated before and after development of hypertension in SHR by mechanisms involving post-translational modifications and subcellular distribution. Moreover, the differential regulation of proximal tubule NHE3 phosphorylation levels before and after development of hypertension in SHR is most likely due to changes on the activity and expression of PP1

O trocador de Na+/Ca2+ (NCX) constitui um dos principais mecanismos de extrusão de Ca2+ intracelular em células excitáveis. Foi demonstrado que alterações no funcionamento do NCX estão relacionadas a diversas situações patológicas. Por este motivo, o entendimento do mecanismo molecular da manutenção da concentração de Ca2+ intracelular via NCX é importante para a compreensão do funcionamento do trocador, bem como para o desenvolvimento de fármacos. Além de transportar Na+/Ca2+, o NCX também é regulado por esses íons. Este trocador é composto por dois domínios transmembranares, cada um deles contendo 5 &#945;-hélices (TM), e uma grande alça intracelular que conecta as hélices TM5 e TM6. O domínio transmembranar é responsável por catalisar o transporte de Na+/Ca2+ através da bicamada lipídica, enquanto que a alça citoplasmática está envolvida com a regulação do trocador. Esta alça contém dois domínios sensores de Ca2+ adjacentes, denominados CBD1 e CBD2. Apesar da importância fisiológica do NCX, o mecanismo de regulação alostérica do trocador por Ca2+ intracelular permanece desconhecido. Neste trabalho, a espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) de alta resolução foi utilizada para investigar a conformação e a dinâmica de CBD1 e CBD2 do trocador de Na+/Ca2+ de Drosophila melanogaster (CALX), isolados ou conectados covalentemente em uma construção denominada CBD12. Um total de 98% das ressonâncias da cadeia principal de CBD1 isolado na presença de Ca2+ foi assinalado, enquanto que na ausência de Ca2+, assinalamentos para apenas uma parte da cadeia principal puderam ser obtidos. Os assinalamentos adquiridos para CBD12 foram baseados na análise de um conjunto de espectros de RMN tridimensional heteronuclear e por comparação com os espectros dos domínios isolados. Uma análise preliminar dos deslocamentos químicos e dos parâmetros de relaxação de 15N obtidos para CBD1 indicou que este domínio é flexível na ausência de Ca2+, mas torna-se rígido após a adição deste íon. As medidas das velocidades de relaxação de 15N e de acoplamentos dipolares residuais (RDCs) de 1H-15N realizadas para CBD12 nas formas apo e holo indicaram que a ligação de Ca2+ em CBD1 estabiliza uma orientação rígida entre os domínios. A análise dos RDCs de 1H-15N mostrou ainda que a orientação média entre CBD1 e CBD2 é praticamente linear na ausência de Ca2+, enquanto que um ângulo menor é assumido após a adição deste íon. Os dados descritos nesta tese suportam um modelo de regulação alostérica em que a modulação da plasticidade de CBD12 pela ligação de Ca2+ no domínio CBD1 controla a abertura e o fechamento do trocador. / The Na+/Ca2+ exchanger (NCX) is a major mechanism for the extrusion of intracellular Ca2+ in excitable cells. It was demonstrated that altered functioning of this protein is related to various pathological situations. Therefore, the understanding of the molecular mechanism for maintaining the intracellular Ca2+ concentration by means of the NCX is important to understand the functioning of the exchanger and to develop drug-based therapies. Besides transporting Na+/Ca2+, the exchanger is also regulated by these ions. The NCX is composed of two transmembrane domains, each of them containing 5 transmembrane alpha-helices (TM), and a very large cytosolic loop that connects TM5 to TM6. The transmembrane domains are responsible for catalyzing the transport of Na+ and Ca2+ ions across the lipid bilayer, while the cytosolic loop is involved in regulation of the exchanger activity. It contains two regulatory Ca2+- binding domains, called CBD1 and CBD2, that appear in tandem. Despite the physiological importance of the NCX, the mechanism of allosteric regulation of the exchanger by intracellular calcium remains unclear. In this work we used high-resolution NMR spectroscopy to study the conformation and the dynamics of the two Ca2+-binding regulatory domains of Drosophila\'s Na+/Ca2+ exchanger (CALX), CBD1 and CBD2, in isolation as well as in a covalent construct called CBD12. Complete backbone NMR resonance assignments were obtained for the isolated CBD1 domain in the Ca2+-bound state, while partial assignments were obtained for CBD1 in the free state. Partial backbone NMR resonance assignments were obtained for the CBD12 construct through the analysis of a standard set of triple resonance NMR spectra. Additional assignments were obtained by comparison with the isolated CBD1 and CBD2 domains. A preliminary analysis of NMR chemical shifts and 15N relaxation data obtained for CBD1 indicates that this domain displays considerable amount of flexibility in the free state, but becomes more rigid upon Ca2+-binding. NMR 15N relaxation rates and 1H-15N residual dipolar couplings (RDCs) obtained for the Apo and Ca2+-bound states of the CBD12 domain indicate that calcium binding stabilizes a rigid inter-domain orientation. Analysis of 1H-15N RDCs further shows that Drosophila\'s CBD12 domain assumes an almost linear inter-domain orientation in the absence of Ca2+, while a smaller inter-domain angle was found in its presence. These findings support a model in which modulation of CBD12 plasticity by the binding of Ca2+ to the CBD1 domain controls the opening and closing of the exchanger.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:22:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6572.pdf: 3046018 bytes, checksum: a72ab59cf0526c45a9dee765c02c9f7c (MD5) Previous issue date: 2014-12-18 / Financiadora de Estudos e Projetos / The Sarcoplasmic reticulum calcium ATPase (SERCA), phospholamban (PLB) and the Na+-Ca2+ exchanger (NCX) proteins are essential for the cardiac calcium management and myocardial contractility in vertebrates. The increase in metabolic rate generated from mechanical and physiological process of digestion is known as specific dynamic action (SDA) and represents the energy cost of processing, digestion and absorption of food. In several groups of reptiles, feeding generates a rapid increase in rates of gas exchange, whose peak usually occurs one or two days after feeding, before suffering a slower decline and returning to preprandial values. Ingestion of large quantity of food demands a metabolic elevation and leads to indemnities related in ventricular mass and an increase in myocardial force contraction, avoiding an overload on the cardiovascular system. During the fasting, depletion of body mass occurs and it can also reach the heart muscle. To describe the importance and the changes in SERCA2, PLB and NCX proteins on the effects of feeding/digestion in reptiles broad-snouted caiman (Caiman latirostris), burmese phyton (Python molurus) and also by prolonged fasting in South-American rattlesnake (Crotalus durissus terrificus) Western blotting technique was used. We observed the homology existence between the proteins of reptiles in relation to mammals. The SDA increased expression of SERCA2 protein in three species of reptiles. The SDA can also have unduced the expression of an isoform and/or reduced phosphorylation at some active sites of SERCA2 in ventricular tissue of P. molurus. A direct relationship between the expression of SERCA2 with the PLB expression in C. durissus was observed. However in P. molurus and C. latirostris this relation does not exist. The three reptiles expressed the PLB with molecular mass of 50 kDa, whereas the mouse expressed 25 kDa. The vast evolutionary distance that separates mammals of reptiles may have caused the rise of isoforms between these groups, explaining this difference. The increased expression of NCX along with lower expression of SERCA2 and PLB in C. durissus in food group Fasting compared to the other two groups suggests a higher calcium mobilization in this feeding regime, which would be advantageous from the energy point of view. The expression of NCX with different molecular mass between the three species, a smaller number of consensus regions with the animals phylogenetically more distant and the great plasticity of NCX gene to form distinct proteins, suggest the expression of proteins isoforms with the reptiles studied in this research. / As proteínas Ca2+-ATPase do Retículo Sarcoplasmático (SERCA2), Fosfolambam (PLB) e o Trocador Na+/Ca2+ (NCX) são fundamentais para o manejo do cálcio e a contratilidade miocárdica nos vertebrados. A elevação da taxa metabólica gerada a partir dos processos mecânicos e fisiológicos da digestão é conhecida como "ação dinâmica específica" (SDA) e representa o custo energético do processamento, digestão e absorção dos alimentos. Em vários grupos de répteis, a alimentação gera um rápido aumento nas taxas de troca gasosa, cujo pico ocorre geralmente um dia ou dois após a alimentação, antes de sofrer um declínio mais lento e retornar aos valores pré-prandiais. A ingestão de grandes massas de alimento demanda uma elevação metabólica e leva a uma compensação na massa ventricular e um aumento na força de contração do miocárdio, evitando uma sobrecarga no sistema cardiovascular. Durante o jejum ocorre depleção da estrutura corpórea podendo também atingir o músculo cardíaco. Para descrever a importância e as mudanças nas proteínas SERCA2, PLB e NCX diante os efeitos da alimentação/digestão nos répteis cascavel sul-americana (Crotalus durissus terrificus), na píton (Python molurus) e também do jejum prolongado no jacaré-de-papo-amarelo (Caiman latirostris), utilizada a técnica molecular Western blotting. Observou-se a existência de homologia entre as proteínas dos répteis com relação aos mamíferos. A SDA levou a uma maior expressão da proteína SERCA2 nas três espécies de répteis. A SDA também pode ter induzido a expressão de uma isoforma e/ou uma menor fosforilação em alguns sítios ativos da SERCA2 no tecido ventricular de P. molurus. Uma relação direta entre a expressão da SERCA2 com a expressão do PLB foi verificada somente em C. durissus, não havendo tal relação em P. molurus e C. latirostris. As três espécies de répteis expressaram o PLB com mesma massa molecular, de 50 kDa, e diferente da do rato, que é de 25 kDa. A grande distância evolutiva que separa os répteis dos mamíferos pode ter ocasionado o surgimento de isoformas entre esses grupos, explicando tal diferença. O aumento da expressão do NCX em C. latirostris do grupo alimentar Digestão sugere uma maior mobilização do cálcio e um maior inotropismo de forma frequência-específica através dessa proteína. A maior expressão do NCX juntamente com a menor expressão da SERCA2 e do PLB em C. durissus no grupo alimentar Jejum em relação aos outros dois grupos alimentares sugere uma maior mobilização do cálcio pelo NCX nesse regime de alimentação, o que seria vantajoso do ponto de vista energético. A expressão do NCX com diferentes massas moleculares entre as três espécies estudadas, um menor número de regiões conservadas em animais filogeneticamente mais distantes, e a grande plasticidade do gene da proteína NCX em formar proteínas distintas, sugere a expressão de proteínas isoformas nos répteis estudados.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:22:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5111.pdf: 6171719 bytes, checksum: 0356f236abaa5b549156bc72fde00f70 (MD5) Previous issue date: 2012-09-14 / Universidade Federal de Minas Gerais / Some snakes have the ability to survive long periods without food and are capable to ingest large meal size. The ingestion of proportionally large preys triggers an expressive increase on the oxidative metabolic demand (SDA Specific Dinamic Action) which can become several times higher than the resting metabolic rate. The two described extreme situations might lead to cardiac changes to adapt structure and function in order to afford these two opposite physiological demands. During long food deprivation (Phase III), the depletion of the body structure may affect the heart muscle. That should be reverted to the SDA and prevent an overload on cardiovascular system. The standard cardiac function of South-american Rattlesnake, Crotalus durissus terrificus, was described as well as the changes caused by long term food deprivation and SDA. The importance of sodium-calcium exchanger (NCX), functionality of sarcoplasmic reticulum, extracellular calcium dependence and the effect of adrenergic stimulation were tested in adult animals at 30°C, under three different metabolic states: postabsorptive, SDA peak and food deprivation. The ventricular mass does not change after food deprivation and SDA. The force of contraction was higher in the base of the heart if compared to the apex, but there is no difference among the experimental groups and it is probably reflex of the fiber orientation in each region of the ventricle. The sarcoplasmatic reticulum is functional in all groups, but the dependence of reticular calcium is lower during starvation compared to the other groups. Muscle contraction is mostly supported by the extracellular Ca2+. The NCX have minor contribution to force generation (20%) but has a major role pumping calcium out of the cell (faster than SERCA). The increase in extracellular Ca2+ concentration during digestion can augment twitch force and would represent a contractile advantage to support the increased cardiac work without the development of hypertrophy. The adrenergic stimulation produced sustained increase in Fc for a wide range of stimulation frequencies in all the tested groups. / O coração possui a importante capacidade de se remodelar diante de alterações nas demandas funcionais. Serpentes apresentam a capacidade de ingestão de grandes presas e a capacidade de sobreviver a grandes períodos de privação alimentar. A ingestão de grandes massas de alimento demanda uma elevação metabólica e leva a uma compensação na massa ventricular e um aumento na força de contração do miocárdio, evitando uma sobrecarga no sistema cardiovascular. Durante o jejum ocorre depleção da estrutura corpórea podendo também atingir o músculo cardíaco. Para descrever a função cardíaca da Cascavél Sul-americana, Crotalus durissus terrificus, e as possíveis alterações diante dos extremos metabólicos, foi testada a importância do trocador Na+/Ca2+ (NCX), a funcionalidade do retículo sarcoplasmático (RS), a dependência do Ca2+ extracelular e o efeito da estimulação adrenérgica em animais adultos à temperatura constante de 30°C em período pós-absortivo, pico de SDA e após jejum prolongado. Observou-se que a massa ventricular se mantém estável mesmo durante os extremos metabólicos. Há uma diferença na geração de tensão entre as tiras da base e ápice ventriculares, presente nos 3 grupos alimentares e que pode se dar em função da orientação das fibras nas duas regiões do ventrículo. O teste com rianodina mostrou que o RS é funcional nos 3 grupos porém a dependência do cálcio proveniente do RS é menor após o jejum prolongado quando comparado aos demais grupos. O cálcio extracelular é o principal responsável pela contração do miócito cardíaco e o NCX, que fornece uma pequena parte de cálcio para a contração, é o principal bombeador de cálcio para fora da célula e é mais rápido do que a Ca2+- ATPase do RS. O meio extracelular é a principal fonte de cálcio ativador da contração sendo que o aumento de cálcio circulante disponível para a contração nos animais durante a digestão ofereceria uma vantagem contrátil para este grupo sem necessidade de hipertrofia. A adrenalina produziu um aumento substancial na Fc capaz e ser mantido por diferentes frequências de estimulação nos 3 grupos testados.

A hipertensão arterial essencial é caracterizada pela elevação crônica da pressão arterial e representa o principal fator de risco para doenças cardiovasculares e renais. O rim participa do controle da pressão arterial e alterações intrínsecas no manuseio renal de sódio desempenham papel importante na patogênese da hipertensão essencial. Os túbulos proximais renais são responsáveis pela reabsorção da maior parte do sódio filtrado nos glomérulos e a maior parte da reabsorção de sódio neste segmento faz-se através da troca de Na+ por H+ em membrana apical, mediada pela isoforma 3 do trocador Na+/H+ (NHE3). Entretanto, os dados existentes referentes à modulação renal do NHE3 em modelos de hipertensão são ainda conflitantes. Este estudo teve como objetivo avaliar as possíveis alterações funcionais do trocador Na+/H+ NHE3 em túbulo proximal renal na linhagem SHR no estágio de préhipertensão (5 semanas) e de hipertensão (14 semanas) e investigar se estas alterações são acompanhadas de alterações na atividade e na expressão da proteína cinase A (PKA) e de proteínas fosfatase-1 (PP1). Por meio de microperfusão estacionária in vivo mediu-se a atividade do NHE3 em túbulo proximal e verificou-se que a reabsorção de bicarbonato foi reduzida em 62 ± 6 % (P < 0,001) na transição do J-SHR para o A-SHR enquanto foi aumentada em 113 ± 10 % (P < 0,001) na transição entre o J-WKY e o A-WKY. A atividade estimulada do NHE3 em J-SHR é decorrente da redistribuição do NHE3 do domínio intermicrovilar (IMV) para o domínio das microvilosidades (MMV) e do baixo nível de fosforilação da serina 552, sítio consenso para a PKA. Por outro lado, durante a fase de hipertensão, a atividade diminuída do NHE3 deve-se à sua redistribuição para o IMV e ao aumento da fosforilação na serina 552. Para testar a hipótese de que os níveis de fosforilação do NHE3 estariam aumentados em túbulo proximal de SHR adulto devido ao aumento da atividade da PKA e/ou à diminuição na atividade da PP1, foram avaliados tanto os níveis de fosforilação quanto a atividade do NHE3 em SHR jovens e adultos em resposta ao 6MB-cAMP (análogo ao cAMP que ativa especificamente a PKA). O JSHR apresentou um aumento tanto nos níveis de fosforilação da serina 552 (179 ± 14 %, P < 0,001) quanto nos de inibição da atividade (65 ± 10 %, P < 0,001) do NHE3 em relação ao J-SHR em resposta ao 6MB-cAMP. Já no A-SHR, a fosforilação da serina 552 aumentou moderadamente (36 ± 4 %, P < 0,01), assim como inibiu moderadamente (23 ± 9 %, P < 0,05) a atividade do NHE3 em resposta ao 6MBcAMP. Adicionalmente, verificou-se que não houve alteração da atividade da PKA entre os animais nem ao longo da idade e nem entre as linhagens. Por sua vez, o JSHR apresentou maior atividade da PP1 que o A-SHR (1640 ± 107 vs. 940 ± 119 pM/?g, P < 0,01). Além disso, houve uma diminuição na expressão da PP1? no ASHR (32 ± 8 %, P < 0,01) quando comparado ao J-SHR. Os dados sugerem que o NHE3 é diferencialmente regulado antes e após o desenvolvimento da hipertensão em SHR por mecanismos que envolvem modificações pós-transcricionais e distribuição subcelular. Além do mais, a regulação diferencial dos níveis de fosforilação do NHE3 tubular proximal antes e após o desenvolvimento da hipertensão em SHR é devida, provavelmente, a alterações na atividade e na expressão da PP1 / Essential hypertension is characterized by chronic elevation of blood pressure and represents the major risk factor for cardiovascular and renal diseases. The kidney participates in the blood pressure control and intrinsic changes in renal sodium handling play an important role in the pathogenesis of essential hypertension. The renal proximal tubule is responsible for reabsorption of the great majority of sodium that is filtered by the glomerulus and the principal apical membrane mechanism for sodium reabsorption in this nephron is Na+/H+ exchanger isoform 3 (NHE3)- mediated Na+/H+ exchange. However, conflicting data have been reported with regard to NHE3 modulation in experimental models of hypertension. This study aimed to evaluate the possible functional changes of the Na+/H+ exchanger NHE3 in the renal proximal tubule of SHR both at the pre-hypertensive (5 weeks) and at hypertensive (14 weeks) stages and to investigate whether these changes were accompanied by changes in the activity and/or expression of protein kinase A (PKA) and protein phosphatase 1 (PP1). Proximal tubule NHE3 activity was measured by means of stationary microperfusion. Bicarbonate reabsorption was found to be decreased by 62 ± 6 % (P < 0.001) in the transition from youth to adulthood in SHR (Y-SHR to A-SHR), whereas in the transition from Y-WKY to A-WKY it increased by 113 ± 10 % (P < 0.001). Stimulated NHE3 activity in Y-SHR was due to redistribution of NHE3 from intermicrovilar domain (IMV) to microvilar domain (MMV) and to a lower level of serine 552 phosphorylation, a consensus site for PKA. Conversely, during the hypertensive stage, decreased NHE3 activity was due to increased redistribution of NHE3 to the IMV domain and increased phosphorylation at serine 552. To test the hypothesis that the increased levels of NHE3 phosphorylation in the proximal tubule of adult SHR were due to increased PKA activity and/or decreased PP1 activity, it was evaluated both phosphorylation levels and activity of NHE3 in young and adult SHR in response to 6MB-cAMP (an cAMP analog that specifically activates PKA). Y-SHR showed an increase both in the phosphorylation levels at serine 552 (179 ± 14 %, P < 0.001) and in the inhibition of NHE3 transport activity (65 ± 10 %, P < 0.001) compared to Y-SHR in response to 6MB-cAMP. With respect to A-SHR, the phosphorylation of serine 552 was slightly increased (36 ± 4 %, P < 0.01) and NHE3 activity was mildly inhibited (23 ± 9 %, P < 0.05) in response to 6MB-cAMP. Additionally, PKA activity remained unchanged with both age and strain. Nevertheless, Y-SHR exhibited higher PP1 activity than A-SHR (1640 ± 107 vs. 940 ± 119 pM/?g, P < 0.01). Furthermore, PP1? expression was decreased in the renal cortex of A-SHR (32 ± 8 %, P < 0.01) compared to Y-SHR. Taken together, these data suggest that NHE3 is differentially regulated before and after development of hypertension in SHR by mechanisms involving post-translational modifications and subcellular distribution. Moreover, the differential regulation of proximal tubule NHE3 phosphorylation levels before and after development of hypertension in SHR is most likely due to changes on the activity and expression of PP1

Este estudo investigou o efeito da glicose sobre a atividade e expressão da isoforma 1 do trocador Na+/H+ (NHE1) e da H+-ATPase do tipo vacuolar, em células MDCK (Mardin Darby Canine Kidney), linhagem derivada de rim de cão, que apresenta características similares às células principais e intercalares das porções distais do néfron. Por microscopia de fluorescência, se avaliou a velocidade de recuperação do pHi (dpHi/dt) e a capacidade tamponante (<font face=\"symbol\">bi). A partir desses parâmetros, se calculou o efluxo de H+ (JH+). Por Western blot, se avaliou a expressão de NHE1 e da subunidade E da H+-ATPase do tipo vacuolar. Resultados: Na condição controle o efluxo de H+ foi de 6.27 ± 0.51 mM/min (n = 9). O tratamento agudo com glicose (25 mM) aumentou o efluxo de H+ via NHE1, o qual foi modulado pela PI3 cinase. Na mesma condição, não se observou alterações na atividade da H+-ATPase. O tratamento crônico com glicose (25 mM) induziu significante aumento do efluxo de H+, via NHE1 e H+-ATPase. O efeito estimulador da glicose sobre a atividade de NHE1 e H+-ATPase foi dependente da atividade da p38 MAP cinase. Além disso, o tratamento crônico com glicose (25 mM) induziu fosforilação do sistema ezrin/radixin/moesin (ERM) e Akt. Conclusões: Nossos resultados indicam que no tratamento agudo com glicose (25 mM), o NHE1 foi modulado pela PI3 cinase. Contudo, no tratamento crônico com glicose (25 mM), a atividade do NHE1 foi modulada pelo sistema ERM/Akt e a atividade da H+-ATPase foi modulada pela p38 MAP cinase. / This study investigated the effect of glucose on the activity and expression of Na+/H+ exchanger isoform 1 (NHE1) and vacuolar H+-ATPase, in Mardin Darby Canine Kidney (MDCK) cells from dog kidney, with similar characteristics to principal and intercalated cells of the distal nephron. The pHi recovery rate (dpHi/dt) and the buffering capacity (<font face=\"symbol\">bi) was evaluated through fluorescence microscopy. From these parameters the H+ efflux (JH+) was calculated. By Western blot, the NHE1 and H+-ATPase (E subunit) expression was evaluated. Results: In the control situation the H+ efflux was 6.27 ± 0.51 mM/pH units (n = 9). Acute treatment with glucose (25 mM) increased the H+ efflux via NHE1, which was modulated by PI3 kinase. In the same condition, the H+-ATPase activity did not change. Chronic treatment with glucose (25 mM) induced significant increase in H+ efflux via NHE1 and H+-ATPase. The stimulatory effect of glucose on the NHE1 and H+-ATPase activity was dependent on p38 MAP kinase activity. Furthermore, chronic treatment with glucose (25 mM) induced Ezrin/radixin/moesin (ERM) and Akt phosphorylation. Conclusions: Our results indicate that during the acute treatment with glucose (25 mM), the NHE1 is modulated by PI3 kinase. However, during chronic treatment with glucose (25 mM), NHE1 activity was modulated by the ERM/Akt system and of H+-ATPase activity was modulated by p38 MAP Kinase.

[pt] A pasta de gelo é uma mistura de água e um aditivo, com finas partículas de gelo, apresentando uma alta densidade de energia térmica. O principal motivo de sua utilização deve-se à combinação do aproveitamento do calor latente na mudança de fase com capacidade de ser bombeado. O presente trabalho trata do estudo experimental sobre a transfe rência de calor e queda de pressão, com mudança de fase, utilizando uma mistura de propileno glicol - água com 13,8% de concentração em peso, num trocador de calor de placas com arranjo em U para 16 placas. Realizaram-se testes de troca de calor com escoamento em paralelo e contra-corrente, para duas condições de fração mássica de gelo e números de Reynolds para a pasta de gelo entre 150 e 425, com diferentes condições de carga térmica. Dos testes foram observados aumentos de até 25% no coeficiente global de troca calor, ao se incrementar a vazão e, conseqüentemente, o número de Reynolds da pasta de gelo. Com o aumento da fração de gelo melhora-se a capacidade de resfriamento, diminuindo o número de Nusselt da pasta de gelo. O coeficiente global de troca, porém, começa a diminuir. Na literatura esta relação ainda não está bem definida. Alguns autores relatam ganhos, perdas ou indiferença no coeficiente global. Resultados do coeficiente global e do número de Nusselt, nos modos paralelo e contra-corrente, não apresentaram grande diferença. A capacidade de resfriamento em contra-corrente foi maior, apresentando valores de efetividade cerca 10% acima dos resultados observados no modo paralelo. Os fatores de atrito encontrados variaram entre 0,030 a 0,085, o que concorda com os resultados apresentados por outros pesquisadores. Como era de se esperar, o fator de atrito diminui com o aumento da vazão mássica e de maneira inversa com o aumento da fração de gelo. / [en] Ice slurry is an aqueous solution from which ice crystals are formed. These crystals possess high energy density, in the form of latent heat. Furthermore, the fact of being a slurry makes it an excellent energy carrier, for it can be easily pumped. The present work presents an experimental procedure to assess the heat transfer and the pressure loss, with phase change, using a mixture of propyleneglycol and water, 13.8% weight, in a U-plate heat exchanger with 16 plates. Tests were carried out for both parallel and counter-flow configurations of the heat exchanger, for two different mass fractions of ice and with Reynolds numbers between 150 and 425 for the slurry. Different thermal loads were considered. The experiments showed increases of up to 25% in the overall heat transfer coeficiente when the slurry flow is increased, with consequent increase in the Reynolds number. By increasing the ice fraction the cooling capacity is improved, reducing the Nusselt number. In the literature, this relationship is not clearly defined, as some authors show gains in the heat exchange coefficient, losses, and some others did not observe any influence on this parameter. Regarding the heat Exchange configuration, i.e., parallel or counter-flow, neither the heat exchange coefficient, nor the Nusselt number suffered major influence. The effectiveness is up to 10% higher for the counter-flow configuration in comparison with the parallel configuration. The figures found for the friction coefficient, between 0,030 and 0,085, are in good agreement with the literature. As expected, the friction coefficient decreases when the mass flow is increased, and increases when the ice fraction is increased.

[pt] Incrustações em trocadores de calor são inevitáveis e provocam a redução da sua efetividade térmica e aumento nos custos de bombeamento. Esta dissertação objetiva validar um dispositivo alternativo de limpeza de trocadores de calor, que automatiza o processo e não requer a interrupção do processo industrial que faz uso de trocadores. A motivação da pesquisa resultou do desafio imposto ao Programa de Metrologia da PUC-Rio para conceber uma solução inovadora para realizar a limpeza on-line de trocadores de calor de hidrogeradores, viabilizada com financiamento do setor elétrico e que motivou esta dissertação. A metodologia de desenvolvimento da pesquisa de mestrado perseguiu duas estratégias de otimização: (i) aprimorar a hidrodinâmica dos circuitos hidráulicos do dispositivo de limpeza concebido, visando reduzir custos de bombeamento e (ii) simular o número de ciclos mínimos de limpeza para assegurar que todos os tubos do trocador de calor sejam visitados por artefatos de limpeza. Dentre os resultados consolidados, destacam-se: (i) melhoria dos fluxos hidrodinâmicos nos distintos tramos hidráulicos do dispositivo servo-hidráulico de limpeza; (ii) confiabilidade metrológica do sistema de medição embarcada no equipamento e (iii) desenvolvimento de modelagem probabilística capaz de prever o número de ciclos de limpeza capaz de assegurar eficácia do procedimento de limpeza do trocador, o que contribui para o seu entendimento. Os ensaios de desempenho realizados em laboratório suportam a conclusão de que a pesquisa de mestrado foi capaz de validar e disponibilizar uma versão hidrodinamicamente mais eficiente e operacionalmente mais eficaz do dispositivo de limpeza originalmente concebido. / [en] Fouling in heat exchangers is inevitable and causes a reduction in their thermal effectiveness and an increase in pumping costs. This dissertation aims to validate an alternative heat exchanger cleaning device, which automates the process and does not require the interruption of the industrial process that uses exchangers. The motivation for the research resulted from the challenge imposed on the Metrology Program at PUC-Rio to devise an innovative solution to perform the online cleaning of hydrogenerator heat exchangers, made possible with financing from the electricity sector and which motivated this dissertation. The master s research development methodology pursued two optimization strategies: (i) improving the hydrodynamics of the hydraulic circuits of the designed cleaning device, aiming to reduce pumping costs and (ii) simulating the number of minimum cleaning cycles to ensure that all the tubes of the heat exchanger are visited by cleaning artefacts. Among the consolidated results, the following stand out: (i) improvement of hydrodynamic flows in the different hydraulic sections of the servo-hydraulic cleaning device; (ii) metrological reliability of the measurement system embarked in the equipment and (iii) development of probabilistic modeling capable of predicting the number of cleaning cycles capable of ensuring the efficiency of the exchanger cleaning procedure, which contributes to its understanding. The performance tests performed in the laboratory support the conclusion that the master s research was able to validate and make available a hydrodynamically more efficient and operationally more effective version of the cleaning device originally designed.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5317.pdf: 4354756 bytes, checksum: c3428f42cdc8f5cda6298342a6938dab (MD5) Previous issue date: 2013-06-19 / In light of the scientific evidence for global warming, the United Nations established the Framework Convention on Climate Change and defined the Kyoto Protocol that provided opportunities for sustainable social and economic development. The Clean Development Mechanism (CDM) is one of the protocols applicable to developing countries such as Brazil. Opportunities for industries to reduce greenhouse gas (GHG) emissions can be led by thermal energy integration studies. In addition, sustainable processes can result in energy savings as well as help to mitigate GHG emissions. This work presents a study of heat exchanger network (HEN) synthesis in order to reduce energy consumption and GHG emissions, and the benefits are evaluated in terms of energy savings and carbon credits for CDM projects. It was proposed to two case studies using HEN data from literature, one concerns burning fossil fuels, and other one was evaluated the bagasse combustion. Both studies were applied the Aspen Energy Analyzer® software and its performance of the design of the HEN employed the Automatic Retrofit and Automatic Recommend Designs features were evaluated too. GHG emissions were mitigated; the first case confirmed that the carbon credits improve Capital Expenditure Index, returning 13% less in payback depending on fossil fuel price. The second case presents a maximum value of reduction of 26.2% burning bagasse, 7.7% GHG emissions, 30% increase power generation, together with 19,411 carbon credits per year. / Em virtude da constatação inequívoca do aquecimento global, foi estabelecida pela Organização das Nações Unidas (ONU) a Convenção-Quadro sobre Mudança do Clima. No seu âmbito, foi criado o Protocolo de Quioto, que define mecanismos que enquadram responsabilidades e obrigações, abrindo oportunidades de desenvolvimento social e econômico sustentável. Um dos mecanismos estabelecido é o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), o único aplicável a países em desenvolvimento como o Brasil. Assim, no âmbito industrial existem várias oportunidades de redução das emissões de gases de efeito estufa (GEE) aliados a trabalhos de integração energética. Além do comprometimento sustentável, é possível obter cenários economicamente viáveis devido à redução de energia associada à mitigação das emissões de GEE. O objetivo deste trabalho foi estudar a síntese de rede de trocadores de calor (RTC) na redução do consumo de utilidades e de emissões de GEE, além de contabilizar os benefícios gerados na economia de combustíveis e a obtenção de créditos de carbono ligados a projetos que promovem o desenvolvimento limpo. Foram realizados dois estudos de casos com os dados da RTC obtidos da literatura, um referente à queima de combustíveis fósseis e outro referente à combustão do bagaço. Em ambos os estudos foi utilizado o software Aspen Energy Analyzer®, tendo como opções as ferramentas Automatic Retrofit e Automatic Recommend Designs, sendo estas avaliadas quanto ao seu desempenho na otimização da RTC. Foram mitigadas as emissões dos GEE, sendo que o primeiro caso foi comprovado que os créditos de carbono promovem um retorno financeiro mais rápido de até 13% dependendo do combustível fóssil e no segundo foi obtida uma redução de até 26,2% da queima do bagaço, 7,7% das emissões de GEE, geração extra de energia elétrica de até 30% e crédito de carbono de até 19.411 t CO2 ao ano.