Efeitos estruturais e cinéticos de micelas invertidas sobre uma amidase de pseudomonas aeruginosa

No presente trabalho foi executado o encapsulamento de células intactas, extracto celular e amidase purificada (E.C. 3.5.1.4) da estirpe L10 e AI3 de Pseudomonas aeruginosa num sistema de micelas invertidas composto pelo surfactante catiónico brometo de tetradeciltrimetilamónio (TTAB) em heptano/octanol 80/20 (v/v). O efeito do encapsulamento no sistema de micelas invertidas foi estudado avaliando a reacção de transamidação para síntese de ácido acetohidroxâmico, catalisada pela amidase expressa por ambas as estirpes. No sistema de micelas invertidas fez-se variar conteúdo de água (w0) e foi estudado o efeito na actividade enzimática e no rendimento de síntese de acetohidroxamato. Os resultados demonstraram um aumento considerável de actividade específica e do rendimento de síntese no sistema de micelas comparativamente ao meio convencional aquoso, sugerindo que a metodologia de encapsulamento do biocatalisador demonstrou potencialidades de utilização na síntese de hidroxamatos, compostos de elevada importância e aplicabilidade. Na variação do conteúdo de água no sistema micelar obteve-se uma curva em sino de actividade específica e de rendimento, com um pico de actividade para w0 = 10, quer em células intactas, extracto celular e amidase purificada de ambas as estirpes. No caso da Pseudomonas aeruginosa L10 alcançaram-se actividades específicas de 8, 11 e 103 UI/mg de proteína e rendimentos de 94, 99 e 40 % respectivamente para células intactas, extracto celular e amidase purificada. Quanto à Pseudomonas aeruginosa AI3 obtiveram-se, respectivamente, actividades específicas de 5, 9 e 163 UI/ mg de proteína e rendimentos de 66, 66 e 28 % para células intactas, extracto celular e amidase purificada. A estabilidade de armazenamento do biocatalisador no sistema de micelas invertidas e em solução aquosa a 24ºC foi avaliada. Este estudo revelou um aumento do t1/2 no sistema de micelas face ao armazenamento em solução aquosa convencional. No caso da Pseudomonas aeruginosa L10 os melhores resultados foram obtidos para a amidase purificada encapsulada revelando um t1/2 de 17 dias. Quanto ao extracto celular da Pseudomonas aeruginosa AI3 demonstrou um t1/2 de 26 dias quando encapsulado no sistema de micelas. O estudo das alterações estruturais na amidase, de ambas as estirpes, devidas ao encapsulamento em micelas invertidas foi realizado recorrendo à espectroscopia de FTIR. Esta análise permitiu verificar que a amidase AI3 não alterou significativamente a sua estrutura secundária em micelas invertidas para diferentes w0. No entanto, no encapsulamento a sua estrutura secundária sofreu alterações face à estrutura do enzima em solução aquosa. A amidase L10 exibe apenas alterações estruturais face à estrutura que exibe em solução aquosa quando confinada em micelas para w0 3,5 e 4.

Análise da produção de uma amidase recombinante de pseudomonas aeruginosa

O presente trabalho consistiu na optimização da produção da amidase (EC.3.5.1.4 recombinante de Escherichia coli cujo gene foi isolado de Pseudomonas aeruginosa 8602. O efeito na agregação do enzima in vivo de diversos parâmetros de crescimento, tais como concentração de IPTG, temperatura de incubação e 3% de etanol, foi estudado por combinação da actividade enzimática com a espectrocospia de FTIR. Os resultados demosntraram que ocorreu a formação de amidase agregada na forma de corpos de inclusão em todas as condições de crescimento. A actividade enzimática máxima obtida na fracção solúvel ocorreu para a condição de 4,40 mM IPTG com etanol a 37º C enquanto que nas fracções insolúveis a actividade enzimática máxima obtida foi para a condição de 0,70mM IPTG com etanol a 25ºC. Verificou-se ainda que o etanol nas condições de crescimento de 25ºC permitiu uma elevada expressão de amidase, mas que agragou numa forma biologicamente activa apresentando para determinadas condições um aumento de 60% de actividade específica em relação à fracção solúvel. A espectrocospia de FTIR foi utilizada para o estudo de possíveis alterações estruturais da amidase produzida nas diversas condições de crescimento. Constatou-se assim que para todas as condições de crescimento, a amidase agregou na forma de corpos de inclusão devido ao aumento de folhas-β agregadas resultante de um aumento de interacções intermoleculares comparativamente ao enzima purificado. De um modo geral as condições a 25ºC formam maior quantidade de folhas-β agregadas que as condições a 37ºC, principalmente na presença de etanol. Verificou-se ainda que os corpos de inclusão das condições de crescimento de 37ºC apresentam uma estrutura secundária mais semelhante com a solução de amidase purificada relativamente às condições de 25ºC. No entanto as condições de 37ºC apresentam agragados com menor actividade possivelmente devido à ocorrência de interacções intermoleculares associadas a uma estrutura secundária mais semelhante à nativa. A solubilização não desnaturante da amidase nos corpos de inclusão foi efectuada com sucesso na presença de L-Arginina obtendo-se maior rendimento de solubilização para as condições a 37ºC, comprovando a menor quantidade de interacções intermoleculares nestes agregados e uma estrutura secundária do enzima agregado semelhante à nativa.

Polímeros conjugados baseados em calix[4]arenos: síntese e aplicações em electrónica molecular

Neste trabalho são descritas as sínteses de novos copolímeros do tipo p-fenileno-etinileno (PPE’s) contendo unidades de calix[4]areno com potencial aplicação em electrónica molecular. A preparação destes copolímeros envolveu a síntese e caracterização de duas unidades monoméricas distintas. O 1,4-bis-25-(oximetil) - 26,26,28-tripropoxi-2,5-di-iodo-benzeno-p-terc-butilcalix[4]areno e diferentes 1,4-di-etinil-2,5-bis(alcoxi)benzenos. Os materiais sintesidados foram analisados e caracterizados por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), ressonância magnética nuclear de protão e de carbono (1H e 13C RMN), análise elementar (AE) e cromatografia de permeação em gel (GPC). Com o objectivo de estudar as suas propriedades espectroscópicas recorreu-se a técnicas de absorção de estado fundamental e luminescência de estado estacionário. O estudo das propriedades quirópticas do CALIX-p-PPE-C5q demonstrou que a homoquiralidade presente nas cadeias laterais de um dos componentes do copolímero é transferida para a cadeia principal do polímero conjugado, originando um polímero quiral. A realização de estudos electroquímicos por voltametria cíclica permitiu identificar nos diferentes polímeros processos oxidativos a potenciais semelhantes; o processo redutivo apenas foi observado no CALIX-p-PPE-C6. Os polímeros sintetizados foram posteriormente testados em duas aplicações de electrónica molecular. Num dos casos, a sua capacidade de funcionar com sensores químicos na detecção de explosivos nitroaromáticos foi avaliada usando técnicas de fotoluminescência enquanto a sua utilização como filmes emissivos em diodos emissores de luz foi avaliada por estudos de electroluminescência.

Novos receptores moleculares baseados em calix[4]arenos: aplicação à química sensorial

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Study of thermochemical treatments of cork in the 150-400ºC range using colour analysis and Ftir spectroscopy

A study of chemical transformations of cork during heat treatments was made using colour variation and FTIR analysis. The cork enriched fractions from Quercus cerris bark were subjected to isothermal heating in the temperature range 150–400 ◦C and treatment time from 5 to 90 min. Mass loss ranged from 3% (90 min at 150 ◦C) to 71% (60 min at 350 ◦C). FTIR showed that hemicelluloses were thermally degraded first while suberin remained as the most heat resistant component. The change of CIE-Lab parameters was rapid for low intensity treatments where no significant mass loss occurred (at 150 ◦C L* decreased from the initial 51.5 to 37.3 after 20 min). The decrease in all colour parameters continued with temperature until they remained substantially constant with over 40% mass loss. Modelling of the thermally induced mass loss could be made using colour analysis. This is applicable to monitoring the production of heat expanded insulation agglomerates.

Métodos "verdes" de produção de nanomateriais que promovem nanotecnologias sustentáveis

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

A comprehensive high-throughput FTIR spectroscopy-based method for evaluating the transfection event: estimating the transfection efficiency and extracting associated metabolic responses

Reporter genes are routinely used in every laboratory for molecular and cellular biology for studying heterologous gene expression and general cellular biological mechanisms, such as transfection processes. Although well characterized and broadly implemented, reporter genes present serious limitations, either by involving time-consuming procedures or by presenting possible side effects on the expression of the heterologous gene or even in the general cellular metabolism. Fourier transform mid-infrared (FT-MIR) spectroscopy was evaluated to simultaneously analyze in a rapid (minutes) and high-throughput mode (using 96-wells microplates), the transfection efficiency, and the effect of the transfection process on the host cell biochemical composition and metabolism. Semi-adherent HEK and adherent AGS cell lines, transfected with the plasmid pVAX-GFP using Lipofectamine, were used as model systems. Good partial least squares (PLS) models were built to estimate the transfection efficiency, either considering each cell line independently (R 2 ≥ 0.92; RMSECV ≤ 2 %) or simultaneously considering both cell lines (R 2 = 0.90; RMSECV = 2 %). Additionally, the effect of the transfection process on the HEK cell biochemical and metabolic features could be evaluated directly from the FT-IR spectra. Due to the high sensitivity of the technique, it was also possible to discriminate the effect of the transfection process from the transfection reagent on KEK cells, e.g., by the analysis of spectral biomarkers and biochemical and metabolic features. The present results are far beyond what any reporter gene assay or other specific probe can offer for these purposes.

Desidratação/oxidação seletiva de metanol recorrendo a catalisadores heterogéneos para a obtenção de biocombustíveis (DME e DMM)

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Calixarenos metálicos catalisadores de reacções orgânicas industriais sustentáveis

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Modification of MOR by desilication treatments: Structural, textural and acidic characterization

The effect of several desilication experimental parameters (base concentration, temperature and time) on the characteristics of MOR zeolite was studied. The samples were characterized by X-ray diffraction, Al-27 and Si-29 MAS-NMR, chemical analysis, and FTIR (framework vibration region). The textural characterization was made by N-2 adsorption and the acidity was evaluated by pyridine adsorption followed by FTIR and by the catalytic model reaction of n-heptane cracking. The alkaline treatments promoted the Si extraction from the zeolite framework, without considerable loss of crystallinity and, as it was envisaged, an important increase of the mesoporous structure was attained. A linear correlation between the number of framework Si per unit cell. N-Si and the asymmetric stretching wavenumber, nu(i), was observed. The acidity characterization shows that the desilicated samples exhibit practically the same acid properties than the parent HMOR zeolite. The optimum desilication conditions were those used to obtain sample M/0.2/85/2, i.e., sample treated with 0.2 M NaOH solution at 85 degrees C for 2 h.

Determinação do azoto total num adubo (nitrato de cálcio e amónio) por termogravimetria

A acentuada diminuição da área arável per capita nas últimas décadas exige uma maior produtividade para os terrenos agrícolas. O acréscimo na produtividade é em parte conseguido pelo uso de adubos orgânicos e/ou inorgânicos. O consumo e consequente produção de adubos acompanham a tendência ditada pela necessidade de maximizar a produção agrícola. Recentes normas europeias exigem um controlo de qualidade rigoroso para os adubos em geral e em particular para os que tem um elevado teor em azoto. Para o nitrato de cálcio e amónio (NCa), essencial para a cultura de cereais, os teores em azoto nítrico e amoniacal tem de ser rigorosamente controlados dado que o nitrato de amónio pode ser usado na produção de explosivos. Na indústria o controlo de qualidade do NCa é feito por técnicas de análise volumétrica morosas e dispendiosas. Com o objectivo de seleccionar uma técnica mais expedita para o controlo de qualidade do NCa, várias amostras (sólidos granulares) comercializadas em Portugal e algumas de origem nórdica foram caracterizadas por difracção de raios x, espectroscopia do infravermelho por reflectância e termogravimetria. Todas as amostras foram previamente peneiradas de forma a obter a sua distribuição granulométrica. A difracção de raios X confirmou que as amostras eram semi-cristalinas, o que era previsível em face do processo de produção. A baixa cristalinidade não permitiu o cálculo dos parâmetros da rede cristalina que indicariam, ou não, a formação do sal duplo. A espectroscopia do infravermelho permitiu a identificação das bandas correspondentes aos dois nitratos. Os resultados da termogravimetria permitiram identificar os processos de desidratação e de decomposição dos dois nitratos. Numa só análise foi possível quantificar a água de cristalização, o azoto nítrico, o azoto amoniacal e o teor em CaO das amostras. Os resultados obtidos por termogravimetria mostraram elevada coerência com os análogos obtidos pelas técnicas clássicas de análise volumétrica. O teor em água de cristalização, obtido por TG, concorda com a estequiometria prevista para o nitrato duplo de cálcio e amónia (10 moléculas de água de hidratação). As réplicas efectuadas mostraram excelente reprodutibilidade da análise termogravimétrica das amostras de NCa. Não obstante o investimento inicial necessário, a termogravimetria afigura-se uma solução expedita para o controlo de qualidade do NCa na indústria.

Aplicação de zeólitos modificados por dessilicação à catálise bifuncional

Este trabalho experimental teve como principal objectivo o estudo da influência do método de dessilicação – convencional e por accão de radiação microondas – numa amostra de zeólito mordenite de razão Si/A1 de 10. Por outro lado, estudou-se a influência da variação da razão Si/A1 nos tratamentos de dessilicação utilizando como amostra de base uma mordenite com razão Si/A1 de 45. As amostras foram caracterizadas por difracção de raios-X, espectroscopia de infravermelho, microscopia electrónica de transmissão e adsorção de azoto. Adicionalmente, nas amostras dessilicadas a partir do zeólito da razão Si/A1=10 foram testados o envelhecimento e a reprodutibilidade. Amostras selecionadas foram também caraterizadas por RMN. Para avaliar a influência do tratamento de dessilicação na acidez e porosidade das amostras recorreu-se à reacção modelo de isomerização de m-xileno. As propriedades hidrogenantes das amostras suportadas com Pt foram avaliadas pela reacção modelo de hidrogenação do tolueno. As potencialidades dos catalisadores bifuncionais foram testadas na reacção de hidroisomerização do n-hexano. Os resultados obtidos demonstram que a realização de tratamentos de dessilicação por acção da radiação de microondas permite reduzir substancialmente a duração do tratamento alcalino, e em simultâneo com o desenvolvimento da mesoporosidade observa-se a formação de microporos mais largos que os característicos da mordenite. Com os tratamentos convencionais ocorre apenas o desenvolvimento da mesoporosidade. Relativamente à acidez, as amostras dessilicadas por acção da radiação de microondas apresentaram propriedades mais próximas das do zeólito de partida. Os estudos relativamente à influência da razão Si/A1 mostraram que a amostra de partida com razão Si/A1=45 é mais sensível e frágil à duração do tratamento alcalino do que a amostra com razão Si/A1 de 10. Entre outros factores, estes resultados parecem estar relacionados com o tamanho das cristalites. Nas amostras suportadas com Pt, a reacção modelo de hidrogenação do tolueno, mostrou que o processo de dessilicação permite aumentar a actividade hidrogenante, uma vez que a presença de mesoporosidade facilita o acesso do reagente aos centros metálicos. Na hidroisomerização do n-hexano, a amostra PtM10_0,1_120V foi a que permitiu obter maior selectividade de produtos bi-ramificados.

Desenvolvimento de quelantes macrocíclicos para complexação de iões metálicos de transição e lantanídeos com interesse em aplicações médicas

A investigação de novos compostos macrocíclicos tetraaza tem sido intensificada ao longo das últimas décadas, uma vez que estes estão entre os melhores ligandos para complexação de iões metálicos. Desta forma, tanto a síntese destes compostos, como as propriedades dos seus complexos com iões metálicos provocaram o seu crescente interesse em variadíssimas áreas, das quais são exemplo a medicina, a biologia, a catálise, e a química analítica. Procuram-se ligandos específicos para determinados iões metálicos, mas que ao mesmo tempo se preparem por processos de síntese simples e eficazes que permitam uma maior utilização ao nível industrial. Com este trabalho procurou-se dar continuidade aos estudos desenvolvidos nesta área desde 1980 pelo grupo de investigação onde me encontro inserida e assim obter ligandos novos com vista à formação de complexos com iões metálicos estáveis e aplicáveis ao nível da medicina e da farmacologia, com destaque para as aplicações relacionadas com o diagnóstico e a terapia de tumores. Assim, foram sintetizados quatro novos ligandos derivados de macrociclos tetraaza com 12 átomos no anel, dois deles com ponte cruzada curta tipo etano. A síntes baseou-se na funcionalização destes macrociclos com braços pendentes metilnitrofenol ou metilfenol, originando assim os seguintes compostos: cb-do2nph, do2nph, cb-do2ph e do do2ph. Todos os compostos sintetizados foram caracterizados por diversas técnicas analíticas. Os compostos cb-do2nph e do2nph mostraram reduzida solubilidade em água e em metanol:água, pelo que não foi possível a determinação de constantes por potenciometria. Preparam-se alguns complexos que se estudaram em solução por espectroscopia electrónica e no estado sólido por difracção de raios X. O composto do2ph só se obteve em pequena quantidade sem revelar a pureza necessária e, a sua síntese ainda terá de ser optimizada. Finalmente, o composto cb-do2ph foi sintetizado em quantidade suficiente para se poderem determinar as suas constantes de protonação e as constantes de estabilidade dos seus complexos com Cu 2+ e Zn 2+, pelo método potenciomátrico, em solução aquosa, à temperatura de 298,2 K e à força iónica 0,10M em N(CH 3)4NO3. Determinaram-se ainda por potenciometria as constantes de protonação bem como as constantes de estabilidade dos complexos com Mg2+, Cu2+, Zn 2+, Fe3+, Ga3+, In3+, Gd3+, do composto cbdbf-do2a, igualmente em solução aquosa, à temperatura de 298,2K e à força iónica 0,10M em N(CH 3)4NO3. Para ambos os compostos, cb-do2ph e cbdbf-do2a, recorreu-se a titulações por espectroscopia de RMN de 1H para a determinação da primeira constante, por esta ter um valor muito elevado (log K1 ≥ 14), ou seja, estes compostos comportaram-se como “esponjas de protão”. Para obter informações estruturais dos complexos de alguns ligandos com cobre (II) realizaram-se estudos por espectroscopia de absorção de UV-Vis e de RPE, tendo-se ainda obtido cristais de tamanho suficiente para a determinação de estruturas por difracção de raios X de alguns compostos e complexos de cobre (II) e Zinco(II).

Contribuição para o estudo da incorporação de materiais poliméricos em membranas betuminosas

A realização deste trabalho inseriu-se na contribuição para o estudo da incorporação de novos materiais poliméricos em membranas betuminosas, mais concretamente na modificação de misturas betuminosas. Para o efeito, foram sintetizados novos poliésteres polióis semelhantes estruturalmente, mas com diferentes pesos moleculares, baseados na utilização de ácidos diméricos de fonte renovável (tall-oil), que serviram de suporte para a produção de prepolímeros de isocianato para a modificação de betumes. A caracterização dos póliesteres polióis e dos polímeros produzidos foi realizada através de espectroscopia de infravermelhos. Ensaios de engenharia e qualidade, especificados para misturas betuminosas, foram realizados a diversos betumes convencionais e modificados, nos laboratórios industriais das empresas Imperalum e Probigalp como parte integrante no conhecimento dos procedimentos para este tipo de ensaios, nomeadamente o ensaio de penetração, ponto de amolecimento, viscosidade cinemática e dinâmica, apoiando igualmente um estudo de reprodutibilidade inter-laboratorial. Betumes 160/220 previamente modificados com teores de 1% e 3% de prepolímeros reactivos e, modificados com APP e SBS, foram caracterizados reologicamente a várias temperaturas na zona de viscoelasticidade linear. Os ensaios foram realizados em regime dinâmico através do varrimento em frequência a várias temperaturas. Pela análise dos resultados obtidos, concluiu-se que as modificações consideradas aumentam o carácter elástico dos betumes, confirmado pelo aumento do módulo elástico (G’(ω)). Os betumes modificados com teores de 1% de prepolímeros foram caracterizados microestruturalmente através de microscopia de força atómica. As imagens topográficas obtidas confirmam a existência de três fases distintas, designadamente a fase catana, perifase e parafase. A avaliação das proporções de cada fase revelou dependências entre a estrutura dos modificadores e a alteração efectiva da microestrutura dos betumes.

Desenvolvimento de materiais poliméricos com vista à sua incorporação em membranas betuminosas

O principal objectivo deste trabalho foi o estudo da incorporação de novos materiais poliméricos em membranas betuminosas. Assim, foram sintetizados novos poliésteres polióis, com pesos moleculares semelhantes, analisados através das titulações dos grupos hidroxilo e ácido carboxílico terminais, e estruturas diferentes. Os polímeros foram sintetizados com base em ácidos diméricos, Unidyme 18 e glicóis, monopropilenoglicol e neopentilglicol no caso do polímero linear, já para o polímero tri-funcional utilizou-se trimetilolpropano e monopropilenolglicol. Estas matérias-primas servem de suporte à produção dos prepolímeros e quasi-prepolímeros reactivos de isocianato terminal para a modificação dos betumes, sendo as suas caracterizações realizadas através de espectroscopia de infravermelhos e ensaios de viscosidade. Foram preparadas as misturas com o betume de grade 160/220, provenientes da refinaria de Sines e do Porto com adição de teores de 5%, 10& e 15% de um prepolímero PRP1 e de um quasi-prepolímero. Ensaios de engenharia e qualidade, foram realizados a diversos betumes convencionais e modificados, nos laboratórios industriais das empresas Lusasfal e Probigalp como parte integrante no conhecimento dos procedimentos normativos para este tipo de ensaios, nomeadamente o ensaio de penetração, ponto de amolecimento, viscosidade dinâmica, apoiando igualmente um estudo de reprodutibilidade inter-laboratorial. Os betumes 160/220 previamente modificados com aPP e SBS, foram caracterizados reologicamente à temperatura ambiente na zona da viscoelasticidade linear.