Interactions among enzymes of the Arabidopsis flavonoid biosynthetic pathway

Flavonoids are secondary metabolites derived from phenylalanine and acetate metabolism that perform a variety of essential functions in higher plants. Studies over the past 30 years have supported a model in which flavonoid metabolism is catalyzed by an enzyme complex localized to the endoplasmic reticulum [Hrazdina, G. & Wagner, G. J. (1985) Arch. Biochem. Biophys. 237, 88–100]. To test this model further we assayed for direct interactions between several key flavonoid biosynthetic enzymes in developing Arabidopsis seedlings. Two-hybrid assays indicated that chalcone synthase, chalcone isomerase (CHI), and dihydroflavonol 4-reductase interact in an orientation-dependent manner. Affinity chromatography and immunoprecipitation assays further demonstrated interactions between chalcone synthase, CHI, and flavonol 3-hydroxylase in lysates from Arabidopsis seedlings. These results support the hypothesis that the flavonoid enzymes assemble as a macromolecular complex with contacts between multiple proteins. Evidence was also found for posttranslational modification of CHI. The importance of understanding the subcellular organization of elaborate enzyme systems is discussed in the context of metabolic engineering.

UV light selectively coinduces supply pathways from primary metabolism and flavonoid secondary product formation in parsley

The UV light-induced synthesis of UV-protective flavonoids diverts substantial amounts of substrates from primary metabolism into secondary product formation and thus causes major perturbations of the cellular homeostasis. Results from this study show that the mRNAs encoding representative enzymes from various supply pathways are coinduced in UV-irradiated parsley cells (Petroselinum crispum) with two mRNAs of flavonoid glycoside biosynthesis, encoding phenylalanine ammonia-lyase and chalcone synthase. Strong induction was observed for mRNAs encoding glucose 6-phosphate dehydrogenase (carbohydrate metabolism, providing substrates for the shikimate pathway), 3-deoxyarabinoheptulosonate 7-phosphate synthase (shikimate pathway, yielding phenylalanine), and acyl-CoA oxidase (fatty acid degradation, yielding acetyl-CoA), and moderate induction for an mRNA encoding S-adenosyl-homocysteine hydrolase (activated methyl cycle, yielding S-adenosyl-methionine for B-ring methylation). Ten arbitrarily selected mRNAs representing various unrelated metabolic activities remained unaffected. Comparative analysis of acyl-CoA oxidase and chalcone synthase with respect to mRNA expression modes and gene promoter structure and function revealed close similarities. These results indicate a fine-tuned regulatory network integrating those functionally related pathways of primary and secondary metabolism that are specifically required for protective adaptation to UV irradiation. Although the response of parsley cells to UV light is considerably broader than previously assumed, it contrasts greatly with the extensive metabolic reprogramming observed previously in elicitor-treated or fungus-infected cells.

Genetic Manipulation of Condensed Tannins in Higher Plants1 : II. Analysis of Birdsfoot Trefoil Plants Harboring Antisense Dihydroflavonol Reductase Constructs

We have produced and analyzed transgenic birdsfoot trefoil (Lotus corniculatus L.) plants harboring antisense dihydroflavonol reductase (AS-DFR) sequences. In initial experiments the effect of introducing three different antisense Antirrhinum majus L. DFR constructs into a single recipient genotype (S50) was assessed. There were no obvious effects on plant biomass, but levels of condensed tannins showed a statistical reduction in leaf, stem, and root tissues of some of the antisense lines. Transformation events were also found, which resulted in increased levels of condensed tannins. In subsequent experiments a detailed study of AS-DFR phenotypes was carried out in genotype S33 using pMAJ2 (an antisense construct comprising the 5′ half of the A. majus cDNA). In this case, reduced tannin levels were found in leaf and stem tissues and in juvenile shoot tissues. Analysis of soluble flavonoids and isoflavonoids in tannin down-regulated shoot tissues indicated few obvious default products. When two S33 AS-DFR lines were outcrossed, there was an underrepresentation of transgene sequences in progeny plants and no examples of inheritance of an antisense phenotype were observed. To our knowledge, this is the first report of the genetic manipulation of condensed tannin biosynthesis in higher plants.

Análise de flavanóides por cromatografia líquida de alta eficiência e eletroforese capilar - otimização de separação e aplicações tecnológicas

No presente trabalho foram estudadas as separações de 18 flavonóides (9 agliconas e 9 glicosídeos) pelas técnicas de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência em fase reversa (RP-HPLC) e Cromatografia Micelar Eletrocinética em fluxo reverso (RF-Meck). Em ambas as técnicas foram avaliados solventes puros (metanol, acetonitrila e tetrahidrofurano) e suas misturas como formas de promover a variação de seletividade, através da modificação da fase móvel em HPLC, e da natureza do aditivo orgânico em RF-Meck. Nos estudos efetuados em HPLC utilizando-se gradiente, pode-se comprovar a possibilidade da modelagem do fator de retenção em funçã da proporção de solvente utilizados (MeOH, ACN, THF e suas misturas). Pode-se ainda, com base nos dados de retenção e na análise hierárquica de c1usters, diferenciar quatro diferentes grupos de sistemas cromatográficos com diferentes seletividades para flavonóides agliconas, e outros quatro com diferentes seletividades para glicosídeos. Os sistemas cromatográficos mais ortogonais (cada um pertencente a um grupo de seletividade) foram aplicados na separação de uma planta modelo (Azadirachta indica), de onde pode-se escolher a fase móvel mais seletiva para se otimizar a separação dos flavonóides glicosilados presentes nas folhas desta planta. No método final otimizado pode-se identificar e quantificar cinco dos flavonóides majoritários presentes, sendo três glicosídeos de quercetina (rutina, isoquercitrina e quercitrina) e dois glicosídeos de kaempferol (astragalin e nicotiflorin), em amostras de duas diferentes procedências (Piracicaba-SP e Silvânia-GO). Nos estudos envolvendo a separação dos dezoito flavonóides por RFMEKC pode-se comprovar diferenças significativas de seletividade quando se varia a natureza do solvente orgânico utilizado como aditivo, além de se observar tendências na migração em função das propriedades do solvente adicionado e da estrutura molecular do flavonóide. O solvente de menor eficiência para separação dos flavonóides foi o MeOH. Através da análise dos eletroferogramas obtidos através de um planejamento experimental de misturas, e das trocas de pares críticos observadas nos vários eletrólitos utilizados, obteve-se um método de separação com apenas um par crítico em menos de 12 minutos de corrida. O coeficiente de variação obtido para o fator de retenção foi de 1,5% e para área de 3%, considerando-se cinco injeções. O método desenvolvido foi aplicado com sucesso na identificação dos flavonóides majoritários presentes na planta modelo (Neem), obtendo-se o mesmo resultado do estudo anterior. Como forma de avaliar a concentração de flavonóides totais presentes em espécies vegetais é comum a análise de extratos após hidrólise ácida (conversão de todos glicosídeos em agliconas). Desta forma otimizou-se uma metodologia de separação em RP-HPLC de 8 flavonóides agliconas comumente presentes em alimentos e extratos vegetais de uso cosmético. A otimização foi efetuada mediante um planejamento experimental de misturas, para escolha da fase móvel mais seletiva, e de um planejamento fatorial composto central, para otimização das condições de gradiente. O método obtido foi o mais rápido já visto dentro da literatura consultada. A separação em linha de base foi efetuada em menos de 15 minutos, com coeficientes de variação de área entre 0,1 e 1,8%, coeficiente de correlação de 0,9993 a 0,9994 na faixa de 5 a 100 µg/mL, e limites de quantificação estimados na faixa de 0,1 a 0,21µg/mL. O método desenvolvido foi aplicado na otimização das condições de hidrólise de um extrato de Neem. A otimização foi efetuada através de metodologia de superfície de resposta, levando-se em consideração a concentração de ácido adicionada, o tempo de reação, a temperatura, e a concentração de um antioxidante (ácido ascórbico) adicionado. O resultado da otimização foi uma metodologia de hidrólise com tempo de reação igual a 5 minutos, utilizando-se 1,4 mol/L de HCI, 119°C e 500 µg/mL de ácido ascórbico. Através das metodologias de análise e de hidrólise desenvolvidas pode-se constatar a presença e quantificar no extrato de Neem os flavonóides agliconas quercetina, kaempferol e miricetina. Com o objetivo de se avaliar quais os componentes presentes em extratos vegetais são os responsáveis pelo poder antioxidante atribuído a determinadas plantas, foi montado um sistema de avaliação de poder antioxidante \"on-line\" com reação pós-coluna em HPLC (baseado na literatura) utilizando-se como \"radical livre modelo\" o ABTS. A análise da planta modelo (Neem) neste sistema mostrou que os flavonóides glicosilados identificados nas partes anteriores deste trabalho são os responsáveis pelo poder antioxidante atribuído a esta planta. De posse desta informação, e visando a obtenção de extratos para aplicações cosméticas com poder antioxidante, modelou-se a extração dos flavonóide do Neem em função da composição do solvente extrator (água, etanol , propilenoglicol e suas misturas), de acordo com um planejamento simplex centróide ampliado. Além da previsão da concentração dos princípios ativos pode-se ainda prever outras propriedades dos extratos obtidos, tais como, índice de refração e densidade, muitas vezes constituintes de especificações técnicas de acordo com as aplicações a que se destinam (cremes, xampús, etc).

Avaliação da contaminação microbiológica de drogas vegetais e potencial descontaminação por plasma

A qualidade, eficácia e segurança no emprego de drogas vegetais dependem, entre outras questões, de sua qualidade sanitária. Sua origem e manuseio, em condições no geral inadequadas, propiciam biocarga elevada e abrangente, o que implica riscos para saúde. O presente trabalho objetivou conhecimento da microbiota das plantas estudadas e o desenvolvimento de estudos de sua descontaminação por plasma, tendo-se analisado os parâmetros físicos que influenciaram este processo. O projeto possibilitou a descontaminação de drogas vegetais com alta carga microbiana. Estudou-se a alcachofra (Cynara scolymus L.), camomila (Chamomilla recutita (L.) Rauschert.), ginco (Ginkgo biloba L.) e guaraná (Paullinia cupana Kunth), adotando parâmetros de processo que alegadamente permitem a integridade dos princípios ativos termossensíveis. Para isso, foi empregado reator disponível no Laboratório de Sistemas Integráveis, pertecente à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, em sistema com acoplamento capacitivo modo RIE (Reactive Ion Etching). Neste sistema, trabalhou-se com oxigênio adicionado de peróxido de hidrogênio. Todos os processos de descontaminação foram desenvolvidos a temperatura ambiente, sob diferentes parâmetros físicos complementares. A eficácia do processo foi investigada, empregando-se contagem de microrganismos heterotróficos, assim como pesquisa de indicadores de patogênicos (Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella spp, Escherichia coli). As avaliações microbiológicas, quantitativas e qualitativas, assim como os estudos decorrentes dos dados obtidos, foram desenvolvidos no Laboratório de Controle Biológico da Faculdade de Ciências Farmacêuticas - USP. Os resultados obtidos após a descontaminação por plasma de oxigênio (100%), a potência de 150 W, evidenciaram redução de até 4 ciclos de aeróbicos totais. No processo por plasma peróxido de hidrogênio (20%) e oxigênio (80%), a uma potência de 150 W, observou-se a redução de até 4 ciclos log de aeróbios totais para as drogas vegetais deste estudo. A presença de substâncias químicas complexas da camomila, que contêm óleo volátil, flavonóides, aminoácidos, ácidos graxos, sais minerais, cumarinas, mucilagens e ácidos orgânicos, interferem no processo por plasma provavelmente em decorrência de a mucilagem formar um filme protetor, impedindo a difusão gasosa em ambos os processos por plasma. Assim, não só a camomila mas também o guaraná, com biocargas iniciais respectivamente de 6,6x106 UFC/g e 2,7x106 UFC/g, mantiveram-se com níveis de contaminação da mesma ordem de grandeza, após os desafios com plasma. A contagem bacteriana da alcachofra (fornecedor B), que foi submetida ao processo de descontaminação através do plasma O2 (100%), (potência de 150 W, pressão de 100 mTorr e vazão de 200 sccm), sofreu redução de dez vezes, independentemente do tempo do processo. Possivelmente este resultado, que aparenta inconsistência, decorre da ação apenas superficial do plasma. A descontaminação por processo de plasma de oxigênio e de peróxido de hidrogênio para a alcachofra (fornecedor B) não foi eficaz, devido à predominância de elementos lignificados. As amostras de alcachofra (fornecedor C), com baixa percentagem de vasos de xilema lignificados e fibras lignificadas evidenciaram a maior eficácia do processo por plasma, pois possibilitou grande difusão gasosa sobre as amostras. O estudo permitiu ainda concluir que à aplicabilidade do plasma na descontaminação de drogas vegetais depende da resistência dos microrganismos, mas igualmente das características da planta, sejam aquelas de natureza morfoanatômica, enzimática ou química. Estudos específicos devem ser desenvolvidos para cada situação.

Estado nutricional de cultivares de cana-de-açúcar em função da aplicação de calcário e gesso no solo

As áreas destinadas à cultura de cana-de-açúcar estão concentradas em áreas de Cerrado, que são solos ácidos, com elevada saturação por alumínio e baixa saturação por bases. Para correção destas características, faz-se o uso de corretivos e fertilizantes no momento da implantação da cultura. Embora a toxidez por alumínio seja uma das mais sérias limitações ao crescimento de plantas em solos ácidos, há uma carência de estudos relacionando-a com a cultura de cana-de-açúcar. Com base nisto, o objeto deste trabalho foi avaliar o efeito da aplicação de calcário e gesso sobre o estado nutricional de quatro cultivares de cana-de-açúcar, distintas quanto à exigência nutricional, na fase de perfilhamento da cultura. Para tanto, desenvolveu-se experimento em casa de vegetação com vasos contendo 4 kg de amostra de solo, com saturação por alumínio de 29%, como substrato, com os seguintes tratamentos: 1) aplicação de calcário, 2) aplicação de gesso, e 3) controle, sem adição de calcário e gesso. Os cultivares utilizados foram: IACSP95-5000, IACSP94-2094, SP80-3280 e IAC95-3028. Após adição dos tratamentos, as amostras de solo foram incubadas por 45 dias. Para os materiais vegetais, mini-toletes de gema única das cultivares foram pré-brotados, crescidos por 90 dias e transplantados para os vasos, para os respectivos tratamentos. As plantas foram adubadas com macro e micronutrientes e cultivadas por 60 dias. Os tratamentos foram caracterizados quanto aos atributos químicos para avaliação da fertilidade após a incubação e após a coleta das plantas. Nas plantas, foram feitas avaliações de: clorofila, flavonoides, índice de balanço do nitrogênio (NBI), concentração de alumínio e dos nutrientes e produção de matéria seca de folha, colmo e raiz. Enquanto o tratamento gesso não diferiu do controle, o tratamento calcário foi efetivo para correção da reação da amostra de solo, com elevação dos valores de pH e saturação por bases, e redução da saturação por alumínio e acidez total, além do aumento nos teores de Ca e Mg. A adubação NPK+micro foi efetiva para aumentar os teores de P e K dos substratos de todos os tratamentos. Nas plantas, para todos os cultivares, os índices de clorofila, flavonoides e NBI foram mais adequados no tratamento calcário, em relação ao controle e ao gesso. A produção de matéria seca total e das partes das plantas, de modo geral, foi maior para a IACSP95-5000, intermediaria para a IACSP35-3028 e menor para a IACSP94-2094 e SP80-3280. Quanto aos tratamentos, não houve efeito do calcário e gesso sobre a produção de matéria seca de folha, contudo, houve aumento de produção de matéria seca de colmo e raiz pelo calcário, na cultivar IACSP95-5000. Independente do tratamento, as cultivares apresentaram concentração de alumínio superior a 5000 mg kg-1 nas raízes e inferiores a 360 e 160 mg kg-1 nas folhas e colmos, respectivamente, evidenciando que o Al foi acúmulo nas raízes das plantas. De modo geral, as concentrações de macro e micronutrientes variaram com os tratamentos e cultivares, porém sem valores altos e baixos extremos. Concluiu-se que a cultivar IACSP95-5000 tem maior potencial de produção em resposta à aplicação de calcário e que a saturação de alumínio de 29% não apresenta efeito negativo sobre a produção de matéria seca, exceto da cultivar IACSP95-5000, e estado nutricional das cultivares de cana-de-açúcar

Potencial dos biflavonóides de Araucaria angustifolia (Bert.) O. Kuntze como antioxidantes e fotoprotetores

A Araucaria angustifolia é uma conífera endêmica das regiões sul e sudeste do Brasil sendo considerada uma espécie em extinção devido ao extenso extrativismo madeireiro. Atualmente, existem inúmeros projetos visando o reflorestamento e o uso sustentável deste pinheiro. Em vista destes pontos, o estudo das propriedades dos componentes das folhas com o intuito da utilização destes com fins comerciais tornou-se de extrema importância. As suas folhas foram submetidas à extração com solventes e foram identificados seis biflavonóides majoritários, dentre estes a amentoflavona e a ginkgetina, que são apontados como agentes contra inflamações e artrites. A fração rica de biflavonóides (BFF) extraída da araucaria foi testada frente a sua atividade em proteger contra danos em biomoléculas provocadas por espécies reativas de oxigênio, capacidade em quelar metais e proteção contra raios UV. A capacidade do BFF em proteger contra danos provocados por espécies reativas de oxigênio foi comparado com compostos conhecidamente antioxidantes, como o α-tocoferol, Trolox®, quercetina, rutina e com padrões de biflavonóides, a amentoflavona e ginkgetina. O BFF demonstrou que possui uma constante de supressão do 1O2 (50 x 106 M-1s-1), superior ao da quercetina (9 x 106 M-1s-1) e foi o mais eficiente na proteção contra quebras de simples fita em DNA plasmidial, provocado por esta espécie reativa. Ainda em relação à proteção de DNA plasmidial o BFF foi capaz de proteger também contra estes danos provocados através da reação de Fenton, apesar de não demonstrar a mesma eficiência da quercetina que mostrou ser um potente protetor destes danos. O BFF protegeu contra lipoperoxidação em lipossomos de fosfatidilcolina induzida por raios UV e reação de Fenton. Em análises realizadas com espectrometria de massas foi observada a formação de complexos destes biflavonóides com íons metálicos como ferro, cobre e alumínio que possuem um papel importante na formação de radicais livres. Em relação à capacidade fotoprotetora do BFF, este inibiu a formação de dímeros de pirimidina que são apontados como causadores de câncer de pele induzidos, principalmente por radiação UV-B. Esta ação protetora foi superior àquela conferida ao p-metoxicinamato de octila, um conhecido fotoprotetor. Com o intuito de permitir a solubilização do BFF em soluções aquosas e assim, avaliar a ação do BFF em células, incorporou-se o BFF em ciclodextrina. Essa inclusão favoreceu a incorporação de BFF em células CV1-P na concentração aproximada de 0,4 µg/ml após 24 horas de incubação. Essa concentração incorporada não demonstrou ser tóxica para as células no teste com MTT. Assim, o BFF tem despertado grande interesse em relação ao seu potencial na utilização nas mais variadas áreas como cosmética, alimentos e fitoterápicos.

Aproveitamento de subproduto de maçã da indústria agroalimentar

Neste trabalho foi estudado um subproduto derivado da indústria agroalimentar produtora de sumo concentrado de maçã, conhecido por bagaço de maçã, com o objetivo de avaliar condições de extração de compostos fenólicos, o teor de compostos fenólicos totais, flavonóides e proantocianidinas e ainda a atividade antioxidante. Foram efetuadas extrações a partir do bagaço de maçã variando as condições de tempo, temperatura, razão massa:volume e solvente e os extratos obtidos avaliados quanto ao seu teor em compostos fenólicos totais pelo método FolinCiocalteu. O extrato aquoso do bagaço de maçã para uma temperatura de 100 ºC a um tempo de 2x4h e concentração de 50 mg/mL, apresentou o teor de compostos fenólicos mais elevado (9,37 mgEAG/g de bagaço de maçã, na base seca) em relação a todas as outras temperaturas, tempos de extração e solventes utilizados, como etanol (50% e 70%) e metanol. O doseamento de flavonóides totais baseou-se no método espetrofotométrico, usando o reagente cloreto de alumínio e a rutina como padrão. Os melhores resultados foram obtidos usando etanol (70%) como solvente à temperatura ambiente, cerca de 4,35 mgER/g. A amostra extraída com água apresentou valores bastante similares ao etanol, cerca de 4,27 mgER/g, usando uma temperatura de 100 ºC durante 2x4h. O conteúdo em proantocianidinas foi determinado pelo método 4-dimetilamino cinamaldeído (DMAC). O bagaço de maçã estudado demonstrou ser pobre no seu conteúdo de proantocianidinas, obtendo valores de 0,77 mgEEC/g. A atividade antioxidante do bagaço de maçã foi avaliada através de dois métodos distintos: 2,2-difenil-1-picril-hidrazilo (DPPH∙) e método do poder redutor (FRAP). O extrato aquoso obtido a 100 ºC a um tempo de 2x4h, demonstrou ser aquele com maior potencial, com uma capacidade antioxidante mais elevada que os restantes extratos, com valores de IC50 de 0,48 mg/mL e 0,65 mg/mL, para os métodos de DPPH∙ e FRAP, respetivamente.

The isoflavonoids genistein and quercetin activate different stress signaling pathways as shown by analysis of site-specific phosphorylation of ATM, p53 and histone H2AX

The ataxia-telangiectasia mutated (ATM) protein kinase is activated in response to ionizing radiation (IR) and activates downstream DNA-damage signaling pathways. Although the role of ATM in the cellular response to ionizing radiation has been well characterized, its role in response to other DNA-damaging agents is less well defined. We previously showed that genistein, a naturally occurring isoflavonoid, induced increased ATM protein kinase activity, ATM-dependent phosphorylation of p53 on serine 15 and activation of the DNA-binding properties of p53. Here. we show that genistein also induces phosphorylation of p53 at serines 6, 9, 20,46, and 392, and that genistein-induced accumulation and phosphorylation of p53 is reduced in two ATM-deficient human cell lines. Also, we show that genistein induces phosphorylation of ATM on serine 1981 and phosphorylation of histone H2AX on serine 139. The related bioflavonoids, daidzein and biochanin A, did not induce either phosphorylation of p53 or ATM at these sites. Like genistein, quercetin induced phosphorylation of ATM on serine 198 1, and ATM-dependent phosphorylation of histone H2AX on serine 139; however, p53 accumulation and phosphorylation on serines 6, 9, 15, 20, 46, and 392 occurred in ATM-deficient cells, indicating that ATM is not required for quercetin-induced phosphorylation of p53. Our data suggest that genistein and quercetin induce different DNA-damage induced signaling pathways that, in the case of genistein, are highly ATM-dependent but, in the case of quercetin, may be ATM-dependent only for some downstream targets. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Role of dietary factors in the development of basal cell cancer and squamous cell cancer of the skin

The role of dietary factors in the development of skin cancer has been investigated for many years; however, the results of epidemiologic studies have not been systematically reviewed. This article reviews human studies of basal cell cancer (BCC) and squamous cell cancer (SCC) and includes all studies identified in the published scientific literature investigating dietary exposure to fats, retinol, carotenoids, vitamin E, vitamin Q and selenium. A total of 26 studies were critically reviewed according to study design and quality of the epidemiologic evidence. Overall, the evidence suggests a positive relationship between fat intake and BCC and SCC, an inconsistent association for retinol, and little relation between beta-carotene and BCC or SCC development. There is insufficient evidence on which to make a judgment about an association of other carotenoids with skin cancer. The evidence for associations between vitamin E, vitamin C, and selenium and both BCC and SCC is weak. Many of the existing studies contain limitations, however, and further well-designed and implemented studies are required to clarify the role of diet in skin cancer. Additionally, the role of other dietary factors, such as flavonoids and other polyphenols, which have been implicated in skin cancer development in animal models, needs to be investigated.

Advances in (poly)phenol research: novel sources, bioavailability, bioaccumulation and bioactivity

In the last decades, increasing scientific evidence has correlated the regular consumption of (poly)phenol-rich foods to a potential reduction of chronic disease incidence and mortality. However, epidemiological evidence on the role of (poly)phenol intake against the risk of some chronic diseases is promising, but not conclusive. In this framework a proper approach to (poly)phenol research is requested, using a step by step strategy. The plant kingdom produces an overwhelming array of structurally diverse secondary metabolites, among which flavonoids and related phenolic and (poly)phenolic compounds constitute one of the most numerous and widely distributed group of natural products. To date, more than 8000 structures have been classified as members of the phytochemical class of (poly)phenol, and among them over 4000 flavonoids have been identified. For this reason, a detailed food (poly)phenolic characterization is essential to identify the compounds that will likely enter the human body upon consumption, to predict the metabolites that will be generated and to unravel the potential effects of phenolic rich food sources on human health. In the first part of this work the attention was focused on the phenolic characterization of fruit and vegetable supplements, considering the increasing attention recently addressed to the so called "nutraceuticals", and on the main coffee industry by-product, namely coffee silverskin. The interest oriented toward (poly)phenols is then extended to their metabolism within the human body, paramount in the framework of their putative health promoting effects. Like all nutrients and non-nutrients, once introduced through the diet, (poly)phenols are subjected to an intense metabolism, able to convert the native compounds into similar conjugated, as well as smaller and deeply modified molecules, which in turn could be further conjugated. Although great strides have been made in the last decades, some steps of the (poly)phenol metabolism remain unclear and are interesting points of research. In the second part of this work the research was focused on a specific bran fraction, namely aleurone, added in feed pellets and in bread to investigate the absorption, metabolism and bioavailability of its phenolic compounds in animal and humans, with a preliminary in vitro step to determine their potential bioaccesibility. This part outlines the best approaches to assess the bioavailability of specific phenolics in several experimental models. The physiological mechanisms explaining the epidemiological and observational data on phenolics and health, are still far from being unraveled or understood in full. Many published results on phenolic actions at cell levels are biased by the fact that aglycones or native compounds have been used, not considering the previously mentioned chemical and biological transformations. In the last part of this thesis work, a new approach in (poly)phenol bioactivity investigation is proposed, consisting of a medium-long term treatment of animals with a (poly)phenol source, in this specific case resveratrol, the detection of its metabolites to determine their possible specific tissue accumulation, and the evaluation of specific parameters and/or mechanism of action at target tissue level. To conclude, this PhD work has contributed to advancing the field, as novel sources of (poly)phenols have been described, the bioavailability of (poly)phenols contained in a novel specific bran fraction used as ingredient has been evaluated in animal and in humans, and, finally, the tissue accumulation of specific (poly)phenol metabolites and the evaluation of specific parameters and/or mechanism of action has been carried out. For these reasons, this PhD work should be considered an example of adequate approach to the investigation of (poly)phenols and of their bioactivity, unavoidable in the process of unequivocally defining their effects on human health.

Antioxidants, reactive oxygen and nitrogen species, gene induction and mitochondrial function

Redox-sensitive cell signalling Thiol groups and the regulation of gene expression Redox-sensitive signal transduction pathways Protein kinases Protein phosphatases Lipids and phospholipases Antioxidant (electrophile) response element Intracellular calcium signalling Transcription factors NF-?B AP-1 p53 Cellular responses to oxidative stress Cellular responses to change in redox state Proliferation Cell death Immune cell function Reactive oxygen and nitrogen species – good or bad? Reactive oxygen species and cell death Reactive oxygen species and inflammation Are specific reactive oxygen species and antioxidants involved in modulating cellular responses? Specific effects of dietary antioxidants in cell regulation Carotenoids Vitamin E Flavonoids Inducers of phase II enzymes Disease states affected Oxidants, antioxidants and mitochondria Introduction Mitochondrial generation of reactive oxygen and nitrogen species Mitochondria and apoptosis Mitochondria and antioxidant defences Key role of mitochondrial GSH in the defence against oxidative damage Mitochondrial oxidative damage Direct oxidative damage to the mitochondrial electron transport chain Nitric oxide and damage to mitochondria Effects of nutrients on mitochondria Caloric restriction and antioxidants Lipids Antioxidants Techniques and approaches Mitochondrial techniques cDNA microarray approaches Proteomics approaches Transgenic mice as tools in antioxidant research Gene knockout and over expression Transgenic reporter mice Conclusions Future research needs

Onions:a global benefit to health

Onion (Allium cepa L.) is botanically included in the Liliaceae and species are found across a wide range of latitudes and altitudes in Europe, Asia, N. America and Africa. World onion production has increased by at least 25% over the past 10 years with current production being around 44 million tonnes making it the second most important horticultural crop after tomatoes. Because of their storage characteristics and durability for shipping, onions have always been traded more widely than most vegetables. Onions are versatile and are often used as an ingredient in many dishes and are accepted by almost all traditions and cultures. Onion consumption is increasing significantly, particularly in the USA and this is partly because of heavy promotion that links flavour and health. Onions are rich in two chemical groups that have perceived benefits to human health. These are the flavonoids and the alk(en)yl cysteine sulphoxides (ACSOs). Two flavonoid subgroups are found in onion, the anthocyanins, which impart a red/purple colour to some varieties and flavanols such as quercetin and its derivatives responsible for the yellow and brown skins of many other varieties. The ACSOs are the flavour precursors, which, when cleaved by the enzyme alliinase, generate the characteristic odour and taste of onion. The downstream products are a complex mixture of compounds which include thiosulphinates, thiosulphonates, mono-, di- and tri-sulphides. Compounds from onion have been reported to have a range of health benefits which include anticarcinogenic properties, antiplatelet activity, antithrombotic activity, antiasthmatic and antibiotic effects. Here we review the agronomy of the onion crop, the biochemistry of the health compounds and report on recent clinical data obtained using extracts from this species. Where appropriate we have compared the data with that obtained from garlic (Allium sativum L.) for which more information is widely available. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.

The antioxidant potential of modified quercetins and quercetin-metal complexes

Quercetin is a naturally occurring polyphenol compound present in grapes, red wine, tea, apples and some vegetables. Like other flavonoids, it has been found to have antioxidant activity in studies in vitro, although there is still much debate about the bioavailability of flavonoids in the diet and their in vivo antioxidant activity. In general, it is thought that the antioxidant efficiency of polyphenols increases with increasing hydroxylation of the rings, but there have been few studies of other substitutions. We have prepared several derivatives of quercetin, to test the effect of modification on their antioxidant potential. Sodium salts of quercetin-5-sulfonate and quercetin-5,8-sulfonate, and transition metal complexes of quercetin-5-sulfonate were analysed for their total antioxidant potential using the FRAP assay, and compared to unmodified quercetin. It was found that quercetin-5-sulfonate complexes with Zn, Cu(II), Fe(II) and Mg were all significantly better antioxidants than quercetin, quercetin-5-sulfonate was comparable to quercetin, whereas the sodium salt of quercetin-5,8-sulfonate had a decreased total antioxidant potential. Kinetic studies of the FRAP reaction showed no significant differences between quercitin and any of the derivatives. The reaction of all the quercetins in the FRAP assay was found to be slower to reach completion than ascorbate, and appeared to have biphasic characteristics. These results suggest that transition metal ions may facilitate the transfer of electrons from the polyphenol ring system to the oxidant, while substitution with S03 is electron-withdrawing and destabilizes the ring system. This is important both for understanding the antioxidant ability of flavonoids, and for the design of novel antioxidant compounds. Further work is being carried out to assess the ability of the quercetin complexes to protect cultured cells from oxidative stress.

Bilirubin: An animal pigment in the Zingiberales and diverse angiosperm orders

Strelitziaceae is a tropical monocot family comprising three genera and seven species: Ravenala Adans and Phenkospermum Endl., which are monotypic, and five species of Strelitzia Aiton. All species produce woody capsular fruits that contain vibrantly colored arillate seeds. Arils of the Strelitzia species are orange, those of Phenakospermum are red, and those of Ravenala are blue. Unlike most plant pigments, which degrade after cell death, aril pigments in the family persist for decades. Chemical properties of the compounds are unusual, and do not match those of known pigment classes (carotenoids, flavonoids, betalains, and the chlorophylls). I isolated the orange pigment from the arils of Strelitzia nicolai, and performed HPLC-ESMS, UV-visible, 1H NMR and 13C NMR analyses to determine its chemical structure. These data indicated the pigment was bilirubin-IX, an orange-yellow tetrapyrrole previously known only in mammals and some other vertebrates as the breakdown product of heme. Although related tetrapyrroles are ubiquitous throughout the plant kingdom and include vital biosynthetic products such as chlorophyll and phytochromobilin, this is the first report of bilirubin in a plant, and evidence of an additional biosynthetic pathway producing orange coloration in flowers and fruits. ^ Given the unexpected presence of bilirubin, Iexamined the fruits and flowers of twelve additional angiosperm species in diverse orders for the presence of bilirubin using HPLC and LC-MS. Bilirubin was present in ten species from the orders Zingiberales, Arecales, and Myrtales, indicating its wide distribution in the plant kingdom. Bilirubin was present in low concentrations in all species except those within Strelitziaceae. It was present in particularly high concentrations in S. nicolai, S. reginae and P. guyannense, and is thus responsible for producing color in these species. ^ No studies have examined the evolutionary relationship among all species in the family. Thus, I also constructed a molecular phylogeny of the family. This information, combined with further studies on the distribution and synthesis of bilirubin in plants, will provide a basis for understanding the evolutionary history of this pigment in the plant kingdom.^