Overexpression and purification of Treponema pallidum rubredoxin; kinetic evidence for a superoxide-mediated electron transfer with the superoxide reductase neelaredoxin

J Biol Inorg Chem (2004) 9: 839–849 DOI 10.1007/s00775-004-0584-6

Influência da força de aperto na minimização do dano em furação a alta velocidade em materiais compósitos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Estudo experimental e modelação matemática do processo de produção de hidrogéis de poli(ácido acrílico)

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Production of chitin-glucan complex by Pichia pastoris

Dissertation for the Degree of Master in Biotechnology

Desenvolvimento de interface pessoamáquina para geração de sensações tácteis

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Mastodonte em depósitos marinhos da Praia do Penedo (Portugal)

O achado de um dente de mastodonte, cf. Tetralophodon longirostris, em depósitos marinhos expostos na praia de Penedo Norte, na Península de Setúbal, permitiu datação rigorosa. Provém da camada 8 do corte, parte basal da sequência deposicional T1; data do início do Tortoniano, ca. de 11.6 Ma, com base em foraminíferos planctónicos (zona N14) e em 87Sr/86Sr e K/Ar. O dente de mastodonte parece pertencer a Tetralophodon longirostris, espécie conhecida em Portugal em depósitos continentais da primeira parte do Miocénico superior.

Application of NMR RDC’s, relaxation and self-diffusion for the study of dynamic processes of small molecules in solution

Spin-lattice Relaxation, self-Diffusion coefficients and Residual Dipolar Couplings (RDC’s) are the basis of well established Nuclear Magnetic Resonance techniques for the physicochemical study of small molecules (typically organic compounds and natural products with MW < 1000 Da), as they proved to be a powerful and complementary source of information about structural dynamic processes in solution. The work developed in this thesis consists in the application of the earlier-mentioned NMR techniques to explore, analyze and systematize patterns of the molecular dynamic behavior of selected small molecules in particular experimental conditions. Two systems were chosen to investigate molecular dynamic behavior by these techniques: the dynamics of ion-pair formation and ion interaction in ionic liquids (IL) and the dynamics of molecular reorientation when molecules are placed in oriented phases (alignment media). The application of NMR spin-lattice relaxation and self-diffusion measurements was applied to study the rotational and translational molecular dynamics of the IL: 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate [BMIM][BF4]. The study of the cation-anion dynamics in neat and IL-water mixtures was systematically investigated by a combination of multinuclear NMR relaxation techniques with diffusion data (using by H1, C13 and F19 NMR spectroscopy). Spin-lattice relaxation time (T1), self-diffusion coefficients and nuclear Overhauser effect experiments were combined to determine the conditions that favor the formation of long lived [BMIM][BF4] ion-pairs in water. For this purpose and using the self-diffusion coefficients of cation and anion as a probe, different IL-water compositions were screened (from neat IL to infinite dilution) to find the conditions where both cation and anion present equal diffusion coefficients (8% water fraction at 25 ºC). This condition as well as the neat IL and the infinite dilution were then further studied by 13C NMR relaxation in order to determine correlation times (c) for the molecular reorientational motion using a mathematical iterative procedure and experimental data obtained in a temperature range between 273 and 353 K. The behavior of self-diffusion and relaxation data obtained in our experiments point at the combining parameters of molar fraction 8 % and temperature 298 K as the most favorable condition for the formation of long lived ion-pairs. When molecules are subjected to soft anisotropic motion by being placed in some special media, Residual Dipolar Couplings (RDCs), can be measured, because of the partial alignment induced by this media. RDCs are emerging as a powerful routine tool employed in conformational analysis, as it complements and even outperforms the approaches based on the classical NMR NOE or J3 couplings. In this work, three different alignment media have been characterized and evaluated in terms of integrity using 2H and 1H 1D-NMR spectroscopy, namely the stretched and compressed gel PMMA, and the lyotropic liquid crystals CpCl/n-hexanol/brine and cromolyn/water. The influence that different media and degrees of alignment have on the dynamic properties of several molecules was explored. Different sized sugars were used and their self-diffusion was determined as well as conformation features using RDCs. The results obtained indicate that no influence is felt by the small molecules diffusion and conformational features studied within the alignment degree range studied, which was the 3, 5 and 6 % CpCl/n-hexanol/brine for diffusion, and 5 and 7.5 % CpCl/n-hexanol/brine for conformation. It was also possible to determine that the small molecules diffusion verified in the alignment media presented close values to the ones observed in water, reinforcing the idea of no conditioning of molecular properties in such media.

Bionanoconjugados catalíticos de tirosinase e nanopartículas de ouro

O presente estudo teve como principal objetivo a preparação de bionanoconjugados de Tirosinase e nanopartículas de ouro (AuNPs) com a finalidade de observar alterações positivas da atividade enzimática relativamente à enzima livre em solução, a partir da determinação dos respetivos parâmetros cinéticos. A atividade específica da tirosinase foi determinada com tirosina, L-3,4-dihidroxifenilalanina (L-DOPA) e 4-metilcatecol, tendo este último sido escolhido como substrato a utilizar no decorrer do restante trabalho experimental devido ao maior número de unidades específicas determinado para este substrato, bem como devido à menor concentração de enzima necessária para a realização dos ensaios. Os ensaios cinéticos com variação da temperatura e pH permitiram concluir que a 30 oC e a pH 6,5 a tirosinase é mais ativa. Os bionanoconjugados foram preparados incubando tirosinase de um dia para o outro com AuNPs. Três diferentes agentes de revestimento foram usados nos estudos: AuNPs sintetizadas revestidas por citrato, funcionalizadas com ácido 11-mercaptoundecanóico (MUA) e funcionalizadas com pentapéptido CALNN. Diferentes razões molares de tirosinase : AuNPs foram estudadas e, apesar da baixa reprodutibilidade dos resultados, os mais consistentes foram obtidos para a razão molar de 120. A conjugação da tirosinase com AuNPs aumentou a afinidade para o substrato e também a eficiência catalítica, em todos os bionanoconjugados, sendo que os melhores resultados foram observados para AuNPs funcionalizadas com CALNN, aumentando cerca de 48% a eficiência catalítica relativamente à tirosinase na sua forma livre em solução. As AuNPs funcionalizadas com citrato apresentaram maior consistência de resultados relativamente ao aumento da velocidade inicial da reacção. A modelação computacional da tirosinase a pH 6,5 revelou que a carga superficial da enzima é maioritariamente negativa, dificultando a adsorção na superfície das AuNPs, podendo esta ocorrer em regiões de maior carga positiva localizadas na subunidade L ou englobando regiões da subunidade H.

Valorization of agroindustrial waste

The main objective of this work is the valorization of residues from agro-industry giving them an added value. The valorization was performed by using a "green" and sustainable solvent - supercritical fluid, in this case carbon dioxide. Two residues and one biomass were used to produce two different final products, thereby emphasizing the versatility of the waste recovery - spent coffee grounds and microalgae Chlorella protothecoides to produce biodiesel, and tomato pomace to extract carotenoids. In the first part of this work it was demonstrated the possibility to obtain a conversion of coffee spent grounds oil into biodiesel, through an enzymatic transesterification reaction, of 98.01% with the following operating conditions: molar ratio oil:methanol 1:24, residence time 0.8 min, pressure 25 MPa, temperature 313,15K. In this first phase, it was also used the microalgae Chlorella protothecoides, a biomass, to produce biodiesel and favorable results were obtained with this green process compared with a traditional process - basic catalysis / acid. In the second part of this work, by an extraction with supercritical CO2 it was obtained 3.38% oil from tomato pomace under the following conditions: pressure 35.1 MPa, temperature 313,15K. It was found that this oil contains various carotenoids: β-carotene, lutein and lycopene. The latter is present in larger amount.

Estudo dos efeitos do abuso de produtos de branqueamento no esmalte dentário

A estética dentária tem recebido bastante enfoque nos últimos anos, particularmente devido à importância a que a população atribui à aparência estética do sorriso. É, assim, desejado um sorriso o mais branco possível e que de preferência seja fácil de obter, eficaz, rápido, económico e que seja o menos invasivo possível. Com vista a satisfazer esta necessidade, surgiu no mercado uma grande diversidade de produtos Over the Counter (OTC). Os produtos OTC podem ser facilmente adquiridos por qualquer pessoa a um baixo custo. Contudo, a maioria destes produtos têm concentrações do agente ativo bastante superiores aos níveis considerados seguros pela Comissão Europeia (CE). Muitos autores têm demostrado preocupação em relação à segurança e consequentes efeitos no esmalte dentário devido ao possível uso abusivo destes produtos. Mais precisamente, a obsessão por dentes brancos pode constituir uma patologia, na qual os produtos de branqueamento dentário são constantemente aplicados pelo paciente, sem qualquer supervisão médica. Nos casos mais graves pode causar lesões na cavidade oral, induzindo efeitos adversos severos tais como sensibilidade dentária, redução da microdureza e aumento da rugosidade do dente. O objetivo deste estudo in vitro é avaliar se o grau de mineralização e o teor elementar do esmalte dentário são alterados aquando o branqueamento dentário com dois produtos de branqueamento OTC diferentes, excedendo as recomendações indicadas pelos fabricantes. De forma a realizar este estudo, foram usados dezassete dentes. Foram realizados dois protocolos: no primeiro protocolo foram aplicados dois produtos diferentes (Teeth Whitening Home Kit e White! – Bingo-UK) por um período de 39 dias. Para cada produto foram selecionadas seis espécimes aleatoriamente, tendo as condições experimentais sido idênticas. No segundo protocolo, cinco espécimes foram tratadas com o produto (WHITE! -Bingo-UK) por um período de 5 dias. Ambos produtos foram adquiridos em sites online. Entre cada aplicação todos os espécimes foram conservados em saliva humana. O conteúdo elementar de cada espécime, antes e após o branqueamento foi obtido com recurso à espetroscopia por fluorescência de raios X dispersiva em energia (EDXRF) e a banda do fosfato (PO43-) foi avaliada com espetroscopia Raman. Em relação ao primeiro protocolo, 7 dias após o branqueamento a desmineralização estudada foi significativa (p <0,01), sendo que após os 39 dias de tratamento o aumento do grau de desmineralização (GD) parece ser permanente. As amostras no segundo protocolo demostraram resultados semelhantes relativamente ao GD, mas em diferentes momentos.

Valorization of olive pomace through combination of biocatalysis with supercritical fluid technology

A supercritical carbon dioxide (scCO2) based oil extraction method was implemented on olive pomace (alperujo), and an oil yield of 25,5 +/- 0,8% (goil/gdry residue) was obtained. By Soxhlet extraction with hexane, an oil extraction yield of 28,9 +/- 0,8 % was obtained, which corresponds to an efficiency of 88,4 +/- 4,8 % for the supercritical method. The scCO2 extraction process was optimized for operating conditions of 50 MPa and 348,15 K, for which an oil loading of 32,60 g oil/kg CO2 was calculated. As a proof of concept, olive pomace was used as feedstock for biodiesel production, in a process combining the use of lipase as a catalyst with the use of scCO2 as a solvent, and integrating the steps of oil extraction, oil to biodiesel transesterification and subsequent separation of the latter. In the conducted experiments, FAME (fatty acid methyl ester) purities of 90% were obtained, with the following operating parameters: an oil:methanol molar ratio of 1:24; a residence time of 7,33 and 11,6 mins; a pressure of 40 MPa; a temperature of 313,15 K; and Lipozyme (Mucor miehei; Sigma-Aldritch) as an enzyme. However, oscillations of FAME purity were registered throughout the experiments, which could possibly be due to methanol accumulation in the enzymatic reactor. Finally, the phenolic content of olive pomace, and the effect of the drying process – oven or freeze-drying – and the extraction methods – hydro-alcoholic method and supercritical method – on the phenolic content were analysed. It was verified that the oven-drying process on the olive pomace preserved 90,1 +/- 3,6 % of the total phenolic content. About 62,3 +/- 5,53% of the oven-dried pomace phenolic content was extracted using scCO2 at 60 MPa and 323,15 K. Seven individual phenols – hydroxytyrosol, tyrosol, oleuropein, quercetin, caffeic acid, ferulic acid and p-coumaric acid – were identified and quantified by HPLC.

Production and characterization of Chitin-Glucan Complex by Komagataella pastoris

This thesis was focused on the production, extraction and characterization of chitin:β-glucan complex (CGC). In this process, glycerol byproduct from the biodiesel industry was used as carbon source. The selected CGC producing yeast was Komagataella pastoris (formerly known as Pichia pastoris), due the fact that to achieved high cell densities using as carbon source glycerol from the biodiesel industry. Firstly, a screening of K. pastoris strains was performed in shake flask assays, in order to select the strain of K. pastoris with better performance, in terms of growth, using glycerol as a carbon source. K. pastoris strain DSM 70877 achieved higher final cell densities (92-97 g/l), using pure glycerol (99%, w/v) and in glycerol from the biodiesel industry (86%, w/v), respectively, compared to DSM 70382 strain (74-82 g/l). Based on these shake flask assays results, the wild type DSM 70877 strain was selected to proceed for cultivation in a 2 l bioreactor, using glycerol byproduct (40 g/l), as sole carbon source. Biomass production by K. pastoris was performed under controlled temperature and pH (30.0 ºC and 5.0, respectively). More than 100 g/l biomass was obtained in less than 48 h. The yield of biomass on a glycerol basis was 0.55 g/g during the batch phase and 0.63 g/g during the fed-batch phase. In order to optimize the downstream process, by increasing extraction and purification efficiency of CGC from K. pastoris biomass, several assays were performed. It was found that extraction with 5 M NaOH at 65 ºC, during 2 hours, associated to neutralization with HCl, followed by successive washing steps with deionised water until conductivity of ≤20μS/cm, increased CGC purity. The obtained copolymer, CGCpure, had a chitin:glucan molar ratio of 25:75 mol% close to commercial CGC samples extracted from A. niger mycelium, kiOsmetine from Kitozyme (30:70 mol%). CGCpure was characterized by solid-state Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy and Differential Scanning Calorimetry (DCS), revealing a CGC with higher purity than a CGC commercial (kiOsmetine). In order to optimize CGC production, a set of batch cultivation experiments was performed to evaluate the effect of pH (3.5–6.5) and temperature (20–40 ºC) on the specific cell growth rate, CGC production and polymer composition. Statistical tools (response surface methodology and central composite design) were used. The CGC content in the biomass and the volumetric productivity (rp) were not significantly affected within the tested pH and temperature ranges. In contrast, the effect of pH and temperature on the CGC molar ratio was more pronounced. The highest chitin: β-glucan molar ratio (> 14:86) was obtained for the mid-range pH (4.5-5.8) and temperatures (26–33 ºC). The ability of K. pastoris to synthesize CGC with different molar ratios as a function of pH and temperature is a feature that can be exploited to obtain tailored polymer compositions.(...)

Fluorescência de raios-X aplicada ao estudo de ossadas humanas

O trabalho desenvolvido nesta dissertação visa o estudo da composição elementar de restos humanos (séculos XVIII-XIX) por fluorescência de raios-X dispersiva em energia (EDXRF). Os tecidos analisados, ossos, dentes, cabelos e massa encefálica, pertenciam a um conjunto de corpos exumadosda Ermida do Espírito Santo, em Almada (Portugal). Os resultados foram obtidos pela análise complementar de duas montagens experimentais: EDXRF com geometria triaxial e -EDXRF com geometria convencional. A primeira técnica permite obter melhores limites de deteção para matrizes de baixo Z. A configuração com um micro feixe e a análise em condições de vácuo permite melhorar os limites de deteção para os elementos mais leves. Os resultados obtidos para os indivíduos analisados puderam ser correlacionados, em alguns casos, com os hábitos alimentares e com o habitat, nomeadamente a exposição a elementos tóxicos. Adicionalmente, foi também avaliada a possibilidade de contaminação post-mortem dos corpos, a partir do local de inumação. Os elementos detetados em ambas as técnicas foram Ca, Fe, Cu, Zn, Br, Sr e Pb. Observaram-se níveis elevados de Zn e Sr para os ossos, que são indicativos de uma dieta rica em carne e peixe, respetivamente. Alguns indivíduos revelaram concentrações elevadas de Pb e Zn na polpa do dente. Estes elementos poder~ao ter sido resultado de uma da acumulação o ante-mortem e indicar o hábito do tabaco. Os resultados mostram um indivíduo que apresenta concentrações bastante elevadas de Pb, especialmente na massa encefálica, polpa do dente e ossos esponjosos. A contaminação poderá ter sido resultado da exposição ante-mortem de Pb, eventualmente devida ao trabalho efetuado numa fundição. Ademais, outro indivíduo apresentou uma concentração elevadíssima de Hg no cabelo. Neste caso, a hipótese proposta mais provável é a aplicação de um composto à base de Hg, para fins medicinais, possivelmente para a desinfestação de piolhos.

Estudo do efeito de tratamentos térmicos nas propriedades térmicas e mecânicas de três limas endodônticas: MTwo, K3 e K3XF

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de tratamentos térmicos sobre as temperaturas de transformação de fase e no comportamento mecânico de três limas endodônticas: MTwo#30(.05), K3#30(.04) e K3XF#30(.04). As limas em estudo foram sujeitas a tratamentos térmicos entre 250 e 400ºC durante 1 h, seguidos de têmpera em água. Foi realizada análise térmica para determinar as temperaturas de transformação de fase. As propriedades mecânicas das limas foram testadas recorrendo a equipamentos que tentam simular o canal do dente, para testar a lima quando sujeita a esforços de torção (dispositivo desenvolvido pela mestranda) e de flexão combinada com rotação (dispositivo já existente). Foram também explorados resultados obtidos em estudos anteriores relacionados com a caracterização estrutural das limas, com recurso à radiação de sincrotrão: sem qualquer esforço aplicado e sob flexão. Os tratamentos térmicos alteraram as temperaturas de transformação de fases, sendo que estas aumentaram com o aumento da temperatura de tratamento térmico. Tendo em conta o comportamento mecânico, a lima K3XF é a que apresenta maiores ângulos de torção até à fratura, no entanto a MTwo é a que apresenta menores valores de momento de torção até à fratura. A lima K3 é a que apresenta o maior número de ciclos até à fratura.

Fatigue life assessment of endodontic instruments subjected to multi planar curvature

This present study aimed to investigate the fatigue life of unused (new) endodontic instruments made of NiTi with control memory by Coltene™ and subjected to the multi curvature of a mandibular first molar root canal. Additionally, the instrument‟s structural behaviour was analysed through non-linear finite element analysis (FEA). The fatigue life of twelve Hyflex™ CM files was assessed while were forced to adopt a stance with multiple radius of curvature, similar to the ones usually found in a mandibular first molar root canal; nine of them were subjected to Pecking motion, a relative movement of axial type. To achieve this, it was designed an experimental setup with the aim of timing the instruments until fracture while worked inside a stainless steel mandibular first molar model with relative axial motion to simulate the pecking motion. Additionally, the model‟s root canal multi-curvature was confirmed by radiography. The non-linear finite element analysis was conducted using the computer aided design software package SolidWorks™ Simulation, in order to define the imposed displacement required by the FEA, it was necessary to model an endodontic instrument with simplified geometry using SolidWorks™ and subsequently analyse the geometry of the root canal CAD model. The experimental results shown that the instruments subjected to pecking motion displayed higher fatigue life values and higher lengths of fractured tips than those with only rotational relative movement. The finite element non-linear analyses shown, for identical conditions, maximum values for the first principal stress lower than the yield strength of the material and those were located in similar positions to the instrument‟s fracture location determined by the experimental testing results.