Modificação de proteínas por produtos de oxidação do colesterol: mecanismos e implicações biológicas / Modification of proteins by oxidation products of cholesterol: mechanisms and biological implications

O colesterol é um importante componente das membranas celulares em eucariotos superiores, desempenhando papéis estruturais e funcionais. O colesterol possui uma insaturação em sua estrutura sendo, portanto, alvo de oxidação mediada por espécies reativas de oxigênio e/ou nitrogênio. A oxidação não enzimática do colesterol gera, como produtos primários, os hidroperóxidos de colesterol. Tais moléculas, por sua vez, são altamente reativas e podem reagir com metais livres e/ou metaloproteínas, trazendo consequências à celula. Neste sentido, o primeiro capítulo deste trabalho tem como objetivo estudar a reação dos hidroperóxidos de colesterol (ChOOH) com o citocromo c (citc), uma heme proteína envolvida no transporte de elétrons na mitocôndria. Análises de espectroscopia no UV-Vis mostraram que o ChOOH promove o bleaching da banda Soret do citc de uma maneira dose-dependente. Mais ainda, esta reação leva à formação de radicais centrados em carbono tanto na proteína como no lipídeo, sugerindo uma redução homolítica do ChOOH. Como consequências, pode-se observar a oligomerização do citc, um processo que pode influenciar no transporte de elétrons bem como na sinalização para a apoptose. A partir da reação do citc com ChOOH podem surgir, direta ou indiretamente, outras espécies reativas, como aldeídos, cetonas e epóxidos. Dentre estas, destacam-se os aldeídos de colesterol, em particular o colesterol secoaldeído (CSec) e o carboxialdeído (ChAld), uma vez que foram encontrados elevados em placas ateroscleróticas e em tecidos cerebrais de pacientes com doenças neurodegenerativas. Tais espécies podem reagir com resíduos de aminoácidos provocando alterações estruturais e funcionais em proteínas. Neste sentido, o segundo capítulo deste trabalho tem como objetivo estudar a reação do ChAld com citc. Usando modelos mimétivos de membrana e espectrometria de massas, foi mostrado que o ChAld modifica covalentemente o citc por um mecanismo consistente com a formação de bases de Schiff. Tal modificação ocorre preferencialmente em resíduos de lisina que interagem com a membrana. Estas modificações influenciam na afinidade do citc pela membrana, aumentando sua aderência, o que pode ter influência no transporte de elétrons e sinalização para a apoptose. No terceiro e último capítulo deste trabalho nós buscamos uma ferramente analítica que permitisse analisar modificação de proteínas promovidas por produtos de oxidação de colesterol e outros esteróis. Em um estudo realizado em colaboração com o grupo do professor Porter na Universidade de Vanderbilt, utilizamos ensaios baseados em click chemistry para buscar proteínas modificadas. Para isso, foram sintetizados derivados de colesterol e 7-deidrocolesterol (7-DHC, precursor imediato do colesterol) contendo um grupo alquinil na sua cadeia lateral. Este grupo pode ser ligado a um grupo azida por meio de uma reação de cicloadição, em um processo conhecido como click chemistry. Após a síntese e caracterização dos derivados lipídicos contendo o grupo alquinil na cadeia lateral, células Neuro2a foram tratadas com o alquinil-7-DHC e o alquinil-colesterol para averiguar seu metabolismo. Análises por HPLC-MS/MS mostraram que ambos derivados contendo o grupo alquinil foram metabolisados e convertdos nos respectivos ésteres. Usando um modelo celular para a doença conhecida como Sindrome de Smith-Lemli-Opitz (SLOS), doença caracterizada pela deficiência na enzima 7-deidrocolesterol redutase, foi mostrado que o acúmulo característico de 7-DHC nos pacientes pode levar a uma maior modificação de proteínas promovidas por seus derivados, o que pode contribuir para o desenvolvimento da doença

Cholesterol is an important component of eukaryotic cellular membranes, where it has an influence in the fluidity and stability. Due to the presence of a double bond in its structure, cholesterol can be oxidized by reactive oxygen and nitrogen species. This non-enzymatic oxidation generates, as primary products, cholesterol hydroperoxides. Such molecules, in turn, are highly reactive and can react with free metal ions and/or metalloproteins, affecting cell metabolism. Therefore, the first chapter of the present study aims to investigate the reaction of cholesterol hydroperoxides (ChOOH) with cytochrome c (cytc), a heme protein involved in the mitochondrial electron transport. Spectroscopic analyses in the UV-Vis region showed that ChOOH induces a dose-dependent bleaching of cytc's Soret band. In addition, this reaction leads to the formation of carbon-centered radicals on both protein and lipid, suggesting a homolytic reduction of ChOOH. As consequences, cytc undergoes oligomerization, a process that can influence electron transport and apoptosis signaling. The reaction of cytc and ChOOH can produce, directly or indirectly, reactive species such as epoxides, aldehydes and ketones. Among them, cholesterol aldehydes, such as cholesterol secoaldehyde (CSec) and cholesterol carboxyaldehyde (ChAld), are of particular interest, since they were previously found elevated in atherosclerotic plaques and brain tissue of patients bearing neurodegenerative diseases. These species can also react with amino acid residues leading to protein denaturation and malfunction. With that in mind, the second chapter of this study aims to investigate the reaction of ChAld and cytc. Using mimetic membrane models and mass spectrometry analyses, we showed that ChAld covalently modifies cytc through a mechanism consistent with the formation of Schiff base adducts. Such modification occurs mostly at lysine residues that are known to interact with the membrane. The modifications have an influence in the affinity of cytc to the membrane, where they increase its binding to the membrane, a process that could affect the electron transport and apoptosis signaling. In the last and third chapter of this study we wanted an analytical tool that allowed the investigation of protein adduction promoted by cholesterol and other sterols-derived oxidation products. In a study performed in collaboration with the Porter group from Vanderbilt University, we used analyses based on click chemistry to search for protein adduction. To address that, we first synthesized derivatives of cholesterol and 7-dehydrocholesterol (7-DHC, the immediate precursor of cholesterol) containing an alkynyl group in the side chain. The alkynyl group can be ligated to an azide group through a cycloaddition reaction, in a process known as click chemistry. After the synthesis and characterization of alkynyl derivatives, Neuro2a cells were treated with alkynyl-7-DHC and alkynyl-cholesterol to check their metabolism. HPLC-MS/MS analyses showed that both alkynyl derivatives are metabolized and converted into their respective esters. In addition, using a cell model for Smith-Lemli-Optiz Syndrome (SLOS), a disease characterized by the deficiency in the dehydrocholesterol reductase 7, we showed that the characteristic accumulation of 7-DHC in SLOS patients might be associated with protein adduction promoted by its oxidation products, which might contribute to the development of the disease

Microbial production of biovanillin

This review aims at providing an overview on the microbial production of vanillin, a new alternative method for the production of this important flavor of the food industry, which has the potential to become economically competitive in the next future. After a brief description of the applications of vanillin in different industrial sectors and of its physicochemical properties, we described the traditional ways of providing vanillin, specifically extraction and chemical synthesis (mainly oxidation) and compared them with the new biotechnological options, i.e., biotransformations of caffeic acid, veratraldehyde and mainly ferulic acid. In the second part of the review, emphasis has been addressed to the factors most influencing the bioproduction of vanillin, specifically the age of inoculum, pH, temperature, type of co-substrate, as well as the inhibitory effects exerted either by excess substrate or product. The final part of the work summarized the downstream processes and the related unit operations involved in the recovery of vanillin from the bioconversion medium.

Formulação de leite em pó enriquecido com ferro / Formulation of iron-enriched powdered milk

Este trabalho objetivou estudar o enriquecimento de leite em pó com duas fontes diferentes de ferro: sulfato ferroso e ferro aminoácido quelato. As fontes de ferro foram adicionadas antes e após a secagem do leite. Foram estadadas a reconstituição, a estabilidade oxidativa e a biodisponibilidade das fontes de ferro. Quanto à forma de enriquecimento não houve diferença entre as características estudadas. Ambos os processos tecnológicos mostraram-se simples e de fácil execução em laboratório. A estabilidade oxidativa do leite enriquecido foi maior quando se utilizou ferro aminoácido quelato e ambas as fontes apresentou mior biodisponibilidade in vitro (31,81 por cento) que o sulfato ferroso (17,41 por cento). A biodisponibilidade in vivo, deduzida, foi de 15,45 por cento para o ferro aminoácido quelato e de 8,66 por cento para o sulfato ferroso. O ferro aminoácido quelato mostrou melhor estabilidade oxidativa e melhor biodisponibilidade comparado com o sulfato ferroso, constituindo boa fonte para o enriquecimento do leite em pó.

Metodologia para a determinação da LDL oxidada e sua aplicação como marcador de risco cardiovascular / Assays for measurement of oxidized low density lipoprotein and its application as a marker of cardiovascular risk

Diversos estudos têm evidenciado que as doenças inflamatórias estão fortemente ligadas à condição de estresse oxidativo. Dentre elas, uma das mais estudadas é a aterosclerose. A aterosclerose é uma doença de grande importância mundial, devido à altamortalidade resultante de condições clínicas decorrentes da doença, como o infarto agudo do miocárdio e o acidente vascular cerebral. As lipoproteínas oxidadas, especialmente a lipoproteína de baixa densidade oxidada (LDL-ox), estão presentes no plasma de pacientescom aterosclerose. Estudos demonstram que a modificação da LDL é um fator importante no desenvolvimento da doença. Por isso, a determinaçãoda LDL-ox plasmática é essencial, não apenas para investigar sua relevância para as doenças cardiovasculares, mas, também, como um auxiliar no diagnóstico destas doenças. Estudos sobre a susceptibilidade da LDL à oxidação, dosagens bioquímicas deprodutos da oxidação da LDL, ensaios imunológicos para a pesquisa da LDL-ox e de anticorpos anti LDL-ox têm sido utilizados como marcadores de risco para desenvolvimento de aterosclerose e, conseqüentemente, de eventos cardíacos e vasculares graves.

Efeito do processamento sobre as vitaminas hidrossolúveis dos alimentos / Effect of processing on water soluble vitamins of foods

Este trabalho apresenta uma abordagem geral sobre as principais causas das perdas das vitaminas hidrossolúveis dos alimentos, durante o processamento. A perda de vitaminas está diretamente relacionada ao tipo de alimento e ao tratamento tecnológico aplicado. A lixiviação é apontada como a principal causa de perdas das vitaminas hidrossolúveis. A vitamina C é destruída pela ação de enzimas (oxidases) e o tratamento térmico, prévio ao processamento, é fundamental para minimizar as perdas. Reações de oxidação também levam a perdas de vitamina C. A tiamina se perde com a aplicação da radiação e também pela ação do calor em pH alcalino. A esterilização, em elevadas temperaturas, é um dos processamentos que leva a perdas significativas das vitaminas do complexo B.

Characterization of a sulfide-oxidizing biofilm developed in a packed-column reactor

The potential of microbial mats to develop sulfide-oxidizing biofims was explored. A bioreactor specially designed for the treatment of sulfide-containing effluents was inoculated with a microbial-mat sample, and a complex microbial biofilm with sulfide-oxidation activity developed. The microbial composition of the biofilm was studied by pigment, microscopy, and 16S rRNA gene analyses. Purple sulfur bacteria and diatoms were observed by microscopy, chlorophyll a and bacteriochlorophyll a were detected in the pigment analysis, and high genetic diversity was found in the 16S rRNA gene library. Specialized anaerobic sulfur oxidizers (i.e., phototrophic purple and green sulfur bacteria) dominated the library. Aerobic phototrophs (diatoms) also developed and the oxygen produced allowed the growth of aerobic sulfide oxidizers, such as Thiomicrospira-like spp. Cyanobacteria, which are significant organisms in natural microbial mats, did not develop in the reactor but unexpected uncultured members from the Epsilonproteobacteria developed profusely. Moreover, a variety of more minor organisms, such as members of the Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides (CFB) and purple non-sulfur bacteria (Roseospirillum sp.), were also present. The results showed that a complex community with high genetic and metabolic diversity, including many uncultured organisms, can develop in a laboratory-scale reactor (AU)

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Farelo de arroz: capacidade antioxidante de frações ricas em orizanóis / Rice bran: antioxidant capacity of oryzanols rich fractions

Avaliou-se a capacidade antioxidante de frações ricas em orizanol extraídas defarelo de arroz, mediante solventes orgânicos, testadas em éleo vegetal rico em ácidos graxos poliinsaturados. Amostras de farelo de arroz foram imersas 24h em diferentes solventes orgânicos (clorofórmio; clorofórmio; hexano, 1:1v/v; hexano; e acetona) e o extrato orgânico filtrado e concentrado em evaporador a vácuo. Alíquotas dos extratos foram aplicadas em óleo de girassol armazenados sob aquecimento a 60ºC na ausência de luze a 35ºC na presença de luz, avaliandos-e sua ação antioxidante mediante análise de índice de peróxido. A partir do terceiro dia de aquecimento das amostras, na presença e ausência de luz, os extratos exerceram ação retardadora no processo oxidativo do óleo de girassol. Em ambos os testes, o extrato obtido com clorofórmio exerceu maior ação antioxidante, seguido pelo obtido com clorofórmio:hexano e dos extraídos com hexano e com acetona. Conclui-se que todos os extratos obtidos do farelo de arroz pelo uso de solventes orgânicos apresentaram ação antioxidante, tanto na ausência quanto na presença de luz, e que o extraído com clorofórmio apresentou mauir capacidade antioxidante

Microorganisms as tools in modern chemistry: the biotransformation of 3-indolylacetonitrile and tryptamine by fungi

O uso de microrganismos para a realização de reações químicas tem sido explorado como uma ferramenta moderna em química. Neste trabalho explorou-se a habilidade dos fungos Beauveria bassiana e Aspergillus niger de modificarem quimicamente a estrutura de compostos indólicos, uma classe de substâncias com diversas atividades biológicas relatadas. A 3-indolacetonitrila foi reduzida, com formação do 3-metilindol por Beauveria bassiana, enquanto Aspergillus niger converteu a triptamina em um derivado oxidado, a 5-hidroxiindol-3-acetamida. A oxidação ocorreu somente no experimento sob agitação e provavelmente está relacionada ao alto grau de oxigenação da reação. A ocorrência de redução e oxidação de derivados indólicos ilustra bem a versatilidade do uso de microorganismos para a condução de uma grande variedade de reações químicas de interesse industrial.

Adhesión a dentina a través de distintos tratamientos del sustrato: estudio con confocal láser scanning microscope / Dentin adhesion by using different substrate treatments: a confocal laser scanning microscope study

El objetivo de este trabajo fue comprobar la adhesión a dentina y la adaptación a las paredes cavitarias de un agente adhesivo dentinario (AAD), con distintos tratamientos del sustrato, a través de hibridización por desmineralización con ácidos en alta concentración, hibridización reversa por desmineralización con ácidos en alta concentración e hipoclorito de sodio, reacción-integración con primers autoacondicionantes y oxidación-desproteinización con hipoclorito de sodio

Adhesión a dentina a través de distintos tratamientos del sustrato: estudio con confocal láser scanning microscope / Dentin adhesion by using different substrate treatments: a confocal laser scanning microscope study

El objetivo de este trabajo fue comprobar la adhesión a dentina y la adaptación a las paredes cavitarias de un agente adhesivo dentinario (AAD), con distintos tratamientos del sustrato, a través de hibridización por desmineralización con ácidos en alta concentración, hibridización reversa por desmineralización con ácidos en alta concentración e hipoclorito de sodio, reacción-integración con primers autoacondicionantes y oxidación-desproteinización con hipoclorito de sodio (AU)

Estabilidad de los pigmentos carotenoides en los alimentos / Stability of carotenoid pigments in foods

Los pigmentos carotenoides son compuestos responsables de la coloración de gran número de alimentos vegetales y animales. Numerosos estudios publicados recientemente han demostrado el efecto beneficioso de estos compuestos en la salud humana, por lo que, desde un punto de vista nutricional, resulta de gran importancia conocer qué factores intervienen en la degradación de los carotenoides, ya que su pérdida, además de producir cambios de color en el alimento, conlleva una disminución de su valor nutritivo. La inestabilidad de los carotenoides se debe al hecho de que son compuestos altamente insaturados, degradándose fundamentalmente debido a procesos oxidativos. Otros factores como la temperatura, la luz o el pH también pueden producir importantes cambios cualitativos en estos compuestos debido a reacciones de isomerización

Signal transduction and gene expression regulated by calcium release from internal stores in excitable cells

Calcium regulation of several transcription factors involves different calcium-dependent signaling cascades and engages cytoplasmic as well as nuclear calcium signals. The study of the specific sources of calcium signals involved in regulation of gene expression in skeletal muscle has been addressed only recently. In this tissue, most cytoplasmic and nuclear calcium signals originate from calcium release from internal stores, mediated either by ryanodine receptor (RyR) or IP3 receptor (IP3R) channels. The latter are located both in the sarcoplasmic reticulum (SR) and in the nuclear membrane, and their activation results in long-lasting nuclear calcium increase. The calcium signals mediated by RyR and IP3R are very different in kinetics, amplitude and subcellular localization; an open question is whether these differences are differentially sensed by transcription factors. In neurons, it is well established that calcium entry through L-type calcium channels and NMDA receptors plays a role in the regulation of gene expression. Increasing evidence, however, points to a role for calcium release from intracellular stores in this process. In this article, we discuss how RyR-mediated calcium release contributes to the activation of the calcium-dependent transcription factor CREB and the subsequent LTP generation. We present novel results from our laboratory showing ERK-mediated CREB activation by hydrogen peroxide. This activation takes place in the absence of extracellular calcium and is blocked by inhibitory ryanodine concentrations, suggesting it is caused by redox activation of RyR-mediated calcium release.

Efeitos da lipoproteina LDL-oxidada sobre proliferação, motilidade e angiogênese in vitro de células endoteliais de artérias coronárias humanas / Effects of oxidized LDL lipoprotein on proliferation, motility and in vitro angiogenesis in human coronary artery endothelial cells

A lipoproteína de baixa densidade (LDL) está envolvida na aterogênese. A oxidação aumenta a aterogenicidade da LDL. Nós investigamos os efeitos da LDL oxidada (LDL-ox) no endotélio confluente, na proliferação, motilidade e angiogênese in vitro de células endoteliais de artérias coronárias humanas (CEACH). Os efeitos foram determinados para graus variáveis de oxidação de LDL por diferentes métodos de oxidação e comparados entre si e com os efeitos da LDL nativa (LDLn) e da subfração LDL eletronegativa (LDL-) isoladas de plasma humano e do colesterol puro. Nossos resultados sugerem que a LDLn e o colesterol são relativamente inócuos e que a LDL- e a LDL-ox pela ENO e pela SIN-1 apresentam um efeito tóxico significativo para as CEACH em cultura, proporcional à concentração e ao grau de oxidação da LDL / Low-density lipoprotein (LDL) activate a number of processes involved in atherogenesis. Evidence suggests that oxidation increases the atherogenicity of the LDL. We investigated the effects of pure cholesterol and oxidized LDL (ox-LDL) on proliferation, motility and in vitro angiogenesis in human coronary artery endothelial cells (HCAEC) in culture. These effects were compared for various degrees of oxidation of LDL to control, native LDL (n-LDL) and electronegative LDL(LDL-) isolated from a plasma pool of healthy volunteers. Our results strongly suggest that n-LDL and pure cholesterol are not harmful to HCAEC cultures and that LDL- and LDL oxidized by ENO and by SIN-1 present significant toxic effects to HCAEC cultures, directly related to the concentration and the degree of oxidation of the LDL...

Óxidos de colesterol: ocorrência em alimentos, formação e efeitos biológicos / Cholesterol oxides: occurrence in food, formation and biological effects

Foram revisadas questões importantes envolvendo a ocorrência de óxidos de colesterol -OsC- em alimentos, os mecanismos de formação e efeitos biológicos deletérios desse compostos, associados a processos citotóxicos, angiotóxicos, aterogênicos, mutagênicos e carcinogênicos. Consideraram-se o potencial de risco das quantidades de OsC, individuais e/ou totais, detectadas em alimentos, e a necessidade de avaliação da contribuição dos óxidos exógenos em relação aos endógenos, formados metabolicamente. Enfatizou-se a necessidade de tornar nula ou míninma a oxidação do colesterol em alimentos, evitando-se a ingestão de óxidos formados

Un modelo computacional de reacciones relacionadas con el mal de Alzheimer en el nivel molecular / A computational model of reactions related to Alzheimer's disease at the molecular level

El desarrollo tecnológico de los medios de cómputo ha hecho posible que se estudien sistemas cada vez mayores y con mayor grado de exactitud. El método empleado es el llamado semiempírico con la parametrización PM3 implementado en el programa MOPAC. En este trabajo se modeló la ruptura de los diferentes enlaces del carbono a, así como la del enlace peptídico. Los cálculos fueron hechos en procesadores Pentium Pro (200 MHz, 64 bytes RAM), Dual Pentium II (233 MHz, 128 bytes RAM), Dual Pentium Pro (200 MHz, 128 bytes RAM). La modelación de las reacciones radicálicas de los aminoácidos constituyentes del fragmento activo del péptido b-amiloide arrojó que era posible la reacción de formación de radicales libres y la ulterior reactividad de estos, que puede conducir a la degradación oxidativa de moléculas circundantes. Esta generación de radicales libres es significativa en las posiciones Ca y la asparagina aparece como el resto más activo

Avaliação de um pré-tratamento biológico (biopolpação) para a obtenção de polpas químicas de alto rendimento / Biologic pretreatment (biopulping) evaluation for high-yield chemistry pulpus acquisition

Neste trabalho, o processo fermentativo em meio sólido, conhecido como biopolpação, foi avaliado no pré-tratamento de cavacos da madeira de pinus usando o fungo de decomposição branca Ceriporiopsis subvermispora. Os cavacos biotratados foram utilizados em processos de polpação química, kraft e sulfito alcalino/antraquinona, direcionados para a produção de polpa celulósica de alto rendimento. A avaliação do tipo e da quantidade de inóculo mostrou que, tanto 5 porcento ou 10 porcento de cavacos pré-colonizados com o fungo, quanto uma suspensão contendo 375 mg de micélio fúngico/kg de cavacos, são suficientes para uma colonização homogênea da madeira de pinus em biorreatores de 2 L e 20 L...

Biodegradaçäo de madeira por Ceriporiopsis subvermispora: caracterizaçäo dos polímeros residuais / Wooden biodegradation by Ceriporiopsis subvermispora: characterization of residual polymers

A Biopolpaçäo é definida como o pré-tratamento de cavacos de madeira, designado como um processo de fermentaçäo em estado sólido, para a produçäo de polpas mecânicas e químicas. Apesar dos resultados promissores obtidos pelo pré-tratamento com fungos seguido de reações de polpaçäo, näo há correlaçäo entre o padräo de biodegradaçäo dos componentes da madeira e o aumento na eficiência dos métodos de polpaçäo subseqüentemente utilizados. Esta falta de correlaçäo sugere que os benefícios do biotratamento dependem mais do tipo de modificaçäo induzida na madeira do que da extensäo da mineralizaçäo de seus componentes. Dentro deste contexto, este estudo visa o entendimento dos mecanismos químicos e bioquímicos, que poderiam explicar as alterações estruturais ocorridas nos componentes principais da madeira durante a etapa de biopolpaçäo...

Formação de óxidos de colesterol em maionese mantida em diferentes condições de estocagem / Cholesterol oxides formation in mayonnaise, kept different storage conditions

A presente pesquisa teve como objetivo avaliar a formação de óxidos de colesterol em maionese, principalmente en função das condições de estocagem. Para tais propósitos foram determinadas as concentrações de óxidos de colesterol (OsC) em: a) cinco diferentes marcas coletadas em estabelecimentos comerciais (7-Ceto e 25-OH), b) cinco lotes de uma marca do produto recém-fabricado, ao longo da estocagem de até 165 dias, a 4º e 25ºC (7-Ceto, 25-OH, 7"ALFA"-OH, 7B-OH), e c)amostras coletadas domiciliarmente (7-Ceto), além das análises de umidade, lipídios totais, valor peróxido e de ácidos graxos. A metodologia para a determinaçao dos OsC consistiu na extração dos lipídios totais com clorofórmio...