Photo-dynamic biocidal action of methylene blue and hydrogen peroxide on the cyanobacterium Synechococcus leopoliensis under visible light irradiation

Biofilm growth on stone surfaces is a significant contributing factor to stone biodeterioration. Current market based biocides are hazardous to the environment and to public health. We have investigated the photo-dynamic effect of methylene blue (MB) in the presence of hydrogen peroxide (H₂O₂) on the destruction of the cyanobacterium Synechococcus leopoliensis (S. leopoliensis) under irradiation with visible light. Data presented in this paper illustrate that illumination of S. leopoliensis in the presence of a photosensitiser (MB) and H₂O₂ results in the decomposition of both the cyanobacterium and the photosensitiser. The presence of MB and H₂O₂ affects the viability of the photosensitiser and the cyanobacterium with the fluorescence of both decreasing by 80% over the irradiation time investigated. The photo-dynamic effect was observed under aerobic and anaerobic conditions indicating that oxygen was not necessary for the process. This novel combination could be effective for the remediation of biofilm colonised stone surfaces

Photosensitized destruction of Chlorella vulgaris by methylene blue or nuclear fast red combined with hydrogen peroxide under visible light irradiation

A considerable number of investigations have started to elucidate the essential roles biological agents play in the biodeterioration of stone. Chemical biocides are becoming increasingly banned because of the environmental and health hazards associated with these toxic substances. The present study reports the photodynamic effect of Methylene Blue (MB) and Nuclear Fast Red (NFR) in the presence of hydrogen peroxide (H₂O₂) on the destruction of the algae Chlorella vulgaris (C. vulgaris) under irradiation with visible light. Illumination of C. vulgaris in the presence of MB or NFR combined with H₂O₂ results in the decomposition of both the algal species and the photosensitizer. The photodynamic effect was investigated under aerobic and anaerobic conditions. Differences in mechanism type are reported and are dependent on both the presence and the absence of oxygen. The behavior of each photosensitizer leads to a Type II mechanism and a Type I/Type II combination for MB and NFR, respectively, being concluded. This novel combination could be effective for the remediation of biofilm-colonized stone surfaces.

Hydrogen peroxide enhanced photocatalytic oxidation of microcystin-lR using titanium dioxide

Cyanobacterial toxins present in drinking water sources pose a considerable threat to human health. Conventional water treatment systems have proven unreliable for the removal of these toxins and hence new techniques have been investigated. Previous work has shown that TiO₂ photocatalysis effectively destroys microcystin-LR in aqueous solutions, however non-toxic by-products were detected. It has been shown that photocatalytic reactions are enhanced by utilisation of alternative electron acceptors. We report here enhanced photocatalytic degradation of microcystin-LR following the addition of hydrogen peroxide to the system. It was also found that hydrogen peroxide with UV illumination alone was capable of decomposing microcystin-LR although at a much slower rate than found for TiO₂. No HPLC detectable by-products were found when the TiO₂/UV/H₂O₂ system was used indicating that this method is more effective than TiO₂/UV alone. Results however indicated that only 18% mineralisation occurred with the TiO₂/UV/H₂O₂ system and hence undetectable by-products must still be present. At higher concentrations hydrogen peroxide was found to compete with microcystin-LR for surface sites on the catalyst but at lower peroxide concentrations this competitive adsorption was not observed. Toxicity studies showed that both in the presence and absence of H₂O₂ the microcystin solutions were detoxified. These findings suggest that hydrogen peroxide greatly enhances the photocatalytic oxidation of microcystin-LR.

Cationic palladium(II) complexes as catalysts for the oxidation of terminal olefins to methyl ketones using hydrogen peroxide.

Ligated Pd(II) complexes have been studied for the catalytic oxidation of terminal olefins to their corresponding methyl ketones. The method uses aqueous hydrogen peroxide as the terminal oxidant; a sustainable and readily accessible oxidant. The choice of ligand, counterion and solvent all have a significant effect on catalytic performance and we were able to develop systems which perform well for these challenging oxidations.

Efficient and selective hydrogen peroxide-mediated oxidation of sulfides in batch and segmented and continuous flow using a peroxometalate-based polymer immobilised ionic liquid phase catalyst

The peroxometalate-based polymer immobilized ionic liquid phase catalyst [PO4{WO(O-2)(2)}(4)]@PIILP has been prepared by anion exchange of ring opening metathesis-derived pyrrolidinium-decorated norbornene/ cyclooctene copolymer and shown to be a remarkably efficient system for the selective oxidation of sulfides under mild conditions. A cartridge packed with a mixture of [PO4{WO(O-2)(2)}(4)]@PIILP and silica operated as a segmented or continuous flow process and gave good conversions and high selectivity for either sulfoxide (92% in methanol at 96% conversion for a residence time of 4 min) or sulfone (96% in acetonitrile at 96% conversion for a residence time of 15 min). The immobilized catalyst remained active for 8 h under continuous flow operation with a stable activity/selectivity profile that allowed 6.5 g of reactant to be processed (TON = 46 428) while a single catalyst cartridge could be used for the consecutive oxidation of multiple substrates giving activity-selectivity profiles that matched those obtained with fresh catalyst.

Bacterial peroxide forming enzymes

Dissertação de mestrado, Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve; Instituto de Tecnologia Química e Biológica António Xavier, Universidade Nova de Lisboa, 2015

Peroxide-based hybrid and prodrug antimalarials to deliver cysteine protease inhibitors into the parasitic food vacuole

Tese de doutoramento, Farmácia (Química Farmacêutica e Terapêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

How hydrogen peroxide and CXCL8 modulate neutrophil recruitment "in vivo"

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Biologia Celular e Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

Hydrogen peroxide sensing, signaling and regulation of transcription factors

The regulatory mechanisms by which hydrogen peroxide (H2O2) modulates the activity of transcription factors in bacteria (OxyR and PerR), lower eukaryotes (Yap1, Maf1, Hsf1 and Msn2/4) and mammalian cells (AP-1, NRF2, CREB, HSF1, HIF-1, TP53, NF-κB, NOTCH, SP1 and SCREB-1) are reviewed. The complexity of regulatory networks increases throughout the phylogenetic tree, reaching a high level of complexity in mammalians. Multiple H2O2 sensors and pathways are triggered converging in the regulation of transcription factors at several levels: (1) synthesis of the transcription factor by upregulating transcription or increasing both mRNA stability and translation; (ii) stability of the transcription factor by decreasing its association with the ubiquitin E3 ligase complex or by inhibiting this complex; (iii) cytoplasm-nuclear traffic by exposing/masking nuclear localization signals, or by releasing the transcription factor from partners or from membrane anchors; and, (iv) DNA binding and nuclear transactivation by modulating transcription factor affinity towards DNA, co-activators or repressors, and by targeting specific regions of chromatin to activate individual genes. We also discuss how H2O2 biological specificity results from diverse thiol protein sensors, with different reactivity of their sulfhydryl groups towards H2O2, being activated by different concentrations and times of exposure to H2O2. The specific regulation of local H2O2 concentrations is also crucial and results from H2O2 localized production and removal controlled by signals. Finally, we formulate equations to extract from typical experiments quantitative data concerning H2O2 reactivity with sensor molecules. Rate constants of 140 M-1s−1 and ≥ 1.3 × 103 M-1s−1 were estimated, respectively, for the reaction of H2O2 with KEAP1 and with an unknown target that mediates NRF2 protein synthesis. In conclusion, the multitude of H2O2 targets and mechanisms provides an opportunity for highly specific effects on gene regulation that depend on the cell type and on signals received from the cellular microenvironment.

A study of the thermal decomposition of allyl t-butyl peroxide and 3-hydroperoxy-1-propene (allyl hydroperoxide) in toluene /|nby Krishnankutty Nair V. G. -- 260 St. Catharines [Ont. : s. n.],

Kinetics and product studies of the decompositions of allyl-t-butyl peroxide and 3-hydroperoxy- l-propene (allyl hydroperoxide ) in tolune were investigated. Decompositions of allyl-t-butyl peroxide in toluene at 130-1600 followed first order kinetics with an activation energy of 32.8 K.cals/mol and a log A factor of 13.65. The rates of decomposition were lowered in presence of the radical trap~methyl styrene. By the radical trap method, the induced decomposition at 1300 is shown to be 12.5%. From the yield of 4-phenyl-l,2- epoxy butane the major path of induced decomposition is shown to be via an addition mechanism. On the other hand, di-t-butYl peroxyoxalate induced decomposition of this peroxide at 600 proceeded by an abstraction mechanism. Induced decomposition of peroxides and hydroperoxides containing the allyl system is proposed to occur mainly through an addition mechanism at these higher temperatures. Allyl hydroperoxide in toluene at 165-1850 decomposes following 3/2 order kinetics with an Ea of 30.2 K.cals per mole and log A of 10.6. Enormous production of radicals through chain branching may explain these relatively low values of E and log A. The complexity of the reaction is indicated a by the formation of various products of the decomposition. A study of the radical attack of the hydro peroxide at lower temperatures is suggested as a further work to throw more light on the nature of decomposition of this hydroperoxide.

The kinetics and mechanism of the thermal decomposition of sec-Butyl peroxide in liquid phase /|nby Sandor Szilagyi. -- 260 St. Catharines, Ont. : [s. n.],

Re~tes artd pJ~oducts of tllerma]. d,ecom.position of sec-butyl peroxide at 110 - 150°C i.n four solvents h,ave been determined. The d,ecompos i tion vJas sb.o\'\Tn to be tlnlmolecl.llar wi tho energies of activation in toluene, benzene, and cyclohexane of 36 .7-+ 1.0, 33.2 +- 1..0, 33.t~) +.. 1.0 I'(:cal/mol respectively. The activation energy of thermal decomposition for the d,et.1terated peroxide was found to be 37.2 4:- 1.0 KC8:1/1TIol in toluene. A.bo1J.t 70 - 80/~ ol~ tJJ.e' pl~od.1..1CtS could, be explained by kn01rJ11 reactions of free allcoxy raclicals J and very littJ...e, i.f allY, disPl"Opox~tiol'lation of tll10 sec-butoxy radica.ls in t116 solvent cage could be detected. The oth,er 20 - 30% of the peroxide yielded H2 and metb.:'ll etb..yl 1{etol1e. Tl1.e yield. o:f H2 "'lIas unafJ:'ected by the nature or the viscosity of the solvent, but H2 was not formed when s-t1U202 lrJaS phctolyzed. in tolttene at 35°C nor 'tl!Jrl.en the peroxide 1;'JaS tl1.ermally o..ecoJnposed. in the gas p11ase. ~pC-Dideutero-~-butYlperoxide was prepared and decomposed in toluene at 110 - 150°C. The yield of D2 was about ·•e1ne same 248 the yield. of I{2 from s-Bu202, bU.t th.e rate of decomposition (at 135°C) 1iJas only 1/1.55 as fast. Ivlecl1.anisms fOl') J:1ydrogen produ.ction are discussed, but none satisfactorily explains all the evidence.

The kinetics and solvent effects on the thermal decomposition of isopropyl peroxide and 1, 2-dioxane

Rates of H2 formation have been determined for the thermal decomposition of isopropyl peroxide at l30o-l50oC in toluene and methanol and at l400C in isopropyl alcohol and water. Product studies have been carried out at l400C in these solvents. The decomposition of isopropyl peroxide was shown to be unimolecular with energies of activation in toluene, and methanol of 39.1, 23.08 Kcal/mole respectively. It has been shown that the rates of H2 formation in decomposition of isopropyl peroxide are solvent dependent and that the ~ vs "'2';' values (parameters for solvent polarity) givesastraight line. Mechanisms for hydrogen production are discussed which satisfactorily explain the stabilization of the six-centered transition state by the solvent. One possibility is that of conformation stabilization by solvent and the other, a transition state with sufficient ionic character to be stabilized by a polar solvent. Rates of thermal decomposition of 1,2-dioxane in tert-butylbenzene at l40o-l70oC have been determined. The activation energy was found to be 33.4 Kcal/mole. This lower activation energy, compared to that for the decomposition of isopropyl peroxide in toluene (39.1 Kcal/mole) has been explained in terms of ring strain. Decomposition of 1,2 dioxane in MeOH does not follow a first order reaction. Several mechanisms have been suggested for the products observed for decomposition of 1;2-dioxane in toluene and methanol.

Hydrogen peroxide enhances the expression and function of Giα proteins in aortic vascular smooth muscle cells from Sprague-Dawley rats : role of growth factor receptors transactivation

Nous avons récemment démontré que les espèces réactives oxygénées induisent une augmentation de l’expression des protéines Giα dans les cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) provenant d’aortes de rats spontanément hypertendus (SHR, de l’anglais spontaneously hypertensive rats). La présente étude a pour but d’étudier les effets du peroxyde d’hydrogène (H2O2), un oxydant qui induit le stress oxydatif, sur l’expression de Giα et sur l’activité de l’adénylate cyclase, et d’explorer les voies de signalisation sous-jacentes responsables de cette réponse. Nos résultats montrent que H2O2 induit une augmentation de l’expression des protéines Giα-2 et Giα-3 de manière dose- et temps-dépendante avec une augmentation maximale de 40-50% à 100 µM après 1 heure, sans affecter l’expression de Gsα. L’expression des protéines Giα a été maintenue au niveau normal en presence de AG 1478, AG1295, PD98059 et la wortmannine, des inhibiteurs d’EGF-R (de l’anglais epidermal growth factor receptor), PDGFR-β (de l’anglais platelet-derived growth factor receptor β), de la voie de signalisation ras-ERK1/2 (de l’anglais extracellular regulated kinase1/2), et de la voie de la PI3Kinase-AKT (de l’anglais phosphatidyl inositol-3 kinase), respectivement. En outre, le traitement des CMLV avec H2O2 a induit une augmentation du degré de phosphorylation d’EGF-R, PDGF-R, ERK1/2 et AKT; et cette expression a été maintenue au niveau témoin par leurs inhibiteurs respectifs. Les inhibiteurs d’EGF-R et PDGF-R ont aussi induit une diminution du degré de phosphorylation de ERK1/2, et AKT/PKB. En outre, la transfection des cellules avec le siRNA (de l’anglais, small interfering ribonucleic acid) de EGF-R et PDGFR-β a atténué la surexpression des protéines Giα-2 et Giα-3 induite par le traitement au H2O2. La surexpression des protéines Giα induite par H2O2 a été corrélée avec une augmentation de la fonction de la protéine Giα. L’inhibition de l’activité de l’adénylate cyclase par de faibles concentrations de GTPγS après stimulation par la forskoline a augmenté de 20% dans les cellules traitées au H2O2. En outre, le traitement des CMLV au H2O2 a aussi accru l’inhibition de l’activité de l’adénylate cyclase par les hormones inhibitrices telles que l’angiotensine II, oxotrémorine et C-ANP4-23. D’autre part, la stimulation de l’adénylate cyclase induite par GTPγS, glucagon, isoprotérénol, forskoline, et le fluorure de sodium (NaF) a été atténuée de façon significative dans les cellules traitées au H2O2. Ces résultats suggèrent que H2O2 induit la surexpression des protéines Giα-2 and Giα-3 via la transactivation des récepteurs des facteurs de croissance EGF-R, PDGFR-β et l’activation des voies de signalisation ras-ERK1/2 et PI3K-AKT Mot-cles: Protéines Giα, peroxyde d’hydrogène, stress oxydant, récepteurs des facteurs de croissance, MAP kinases, adénylate cyclase, hypertension

Rôle de la CuZn superoxyde dismutase dans la néovascularisation en réponse à l'ischémie

L’athérosclérose est à l’origine d’importantes obstructions vasculaires. La sévérité de l’ischémie tissulaire provoquée par l’athérosclérose dépend en partie de la capacité de l’organisme à former de nouveaux vaisseaux (néovascularisation). Les mécanismes de néovascularisation sont modulés par la balance oxydo-réductive. Une exacerbation du stress oxydant est retrouvée dans tous les facteurs de risque cardiovasculaire, et en particulier lors du vieillissement. Au niveau vasculaire, la CuZnSOD est la principale enzyme antioxydante. Cependant, son rôle spécifique dans le vieillissement vasculaire et dans le développement de nouveaux vaisseaux en réponse à l’ischémie n’est pas connu. Nos hypothèses de recherche sont: 1) qu’une absence de CuZnSOD diminue la néovascularisation réparatrice en réponse à l’ischémie 2) que cette diminution de la néovascularisation est dûe au vieillissement de la vasculature affectant à la fois les cellules endothéliales matures et les cellules progénitrices endothéliales. Nous avons démontré qu’une déficience en CuZnSOD diminue significativement la néovascularisation en réponse à l’ischémie. Cette diminution de néovascularisation est associée à une augmentation du stress oxydant et une réduction de la biodisponibilité du NO. La déficience en CuZnSOD réduit significativement le nombre de EPCs (moelle, rate). De plus, ces EPCs présentent une augmentation significative des niveaux de stress oxydant, une diminution de la production de NO et une capacité réduite à migrer et à s’intégrer à un réseau tubulaire. Fait important, il iv est possible d’améliorer la néovascularisation des souris déficientes en CuZnSOD par une supplémentation en EPCs provenant de souris contrôles. Nous avons également démontré que la récupération du flot sanguin suivant l’ischémie est significativement réduite par l’âge. À la fois chez les jeunes et les vieilles souris, la déficience en CuZnSOD mène à une réduction additionnelle de la néovascularisation. Fait intéressant, le potentiel néovasculaire des jeunes souris déficiente en CuZnSOD est similaire à celui des vieilles souris contrôles. Les niveaux de stress oxydant sont également augmentés de façon similaire dans ces deux groupes de souris. L’âge et la déficience en CuZnSOD sont tous deux associés à une réduction du nombre d’EPCs isolées de la moelle et de la rate. L’effet de l’âge seul sur la fonction des EPCs est modeste. Par contre, la déficience en CuZnSOD en condition de vieillissement est associée à d’importants effets délétères sur l’activité fonctionnelle des EPCs. En résumé, nos résultats suggèrent que la protection contre le stress oxydant par la CuZnSOD est essentielle pour préserver la fonction des EPCs et la néovascularisation réparatrice en réponse à l’ischémie. Le défaut de néovascularisation observé en absence de CuZnSOD est associé à un vieillissement vasculaire accéléré. Nos résultats suggèrent que dans le contexte du vieillissement, la CuZnSOD a un rôle encore plus important pour limiter les niveaux de stress oxydant, préserver la fonction des EPCs et maintenir l’intégrité des tissus ischémiques.

Evaluation of mitochondrial function in a model of developmental programming of hypertension associated with transient neonatal oxygen exposure

UNE EXPOSITION NÉONATALE À L’OXYGÈNE MÈNE À DES MODIFICATIONS DE LA FONCTION MITOCHONDRIALE CHEZ LE RAT ADULTE Introduction: L’exposition à l’oxygène (O2) des ratons nouveau-nés a des conséquences à l’âge adulte dont une hypertension artérielle (HTA), une dysfonction vasculaire, une néphropénie et des indices de stress oxydant. En considérant que les reins sont encore en développement actif lors des premiers jours après la naissance chez les rats, jouent un rôle clé dans le développement de l’hypertension et qu’une dysfonction mitochondriale est associé à une augmentation du stress oxydant, nous postulons que les conditions délétères néonatales peuvent avoir un impact significatif au niveau rénal sur la modulation de l’expression de protéines clés du fonctionnement mitochondrial et une production mitochondriale excessive d’espèces réactives de l’ O2. Méthodes: Des ratons Sprague-Dawley sont exposés à 80% d’O2 (H) ou 21% O2 (Ctrl) du 3e au 10e jr de vie. En considérant que plusieurs organes des rats sont encore en développement actif à la naissance, ces rongeurs sont un modèle reconnu pour étudier les complications d’une hyperoxie néonatale, comme celles liées à une naissance prématurée chez l’homme. À 4 et à 16 semaines, les reins sont prélevés et les mitochondries sont extraites suivant une méthode d’extraction standard, avec un tampon contenant du sucrose 0.32 M et différentes centrifugations. L’expression des protéines mitochondriales a été mesurée par Western blot, tandis que la production d’ H202 et les activités des enzymes clés du cycle de Krebs ont été évaluées par spectrophotométrie. Les résultats sont exprimés par la moyenne ± SD. Résultats: Les rats mâles H de 16 semaines (n=6) présentent une activité de citrate synthase (considéré standard interne de l’expression protéique et de l’abondance mitochondriales) augmentée (12.4 ± 8.4 vs 4.1 ± 0.5 μmole/mL/min), une diminution de l’activité d’aconitase (enzyme sensible au redox mitochondrial) (0.11 ± 0.05 vs 0.20 ± 0.04 μmoles/min/mg mitochondrie), ainsi qu’une augmentation dans la production de H202 (7.0 ± 1.3 vs 5.4 ± 0.8 ρmoles/mg protéines mitochondriales) comparativement au groupe Ctrl (n=6 mâles et 4 femelles). Le groupe H (vs Ctrl) présente également une diminution dans l’expression de peroxiredoxin-3 (Prx3) (H 0.61±0.06 vs. Ctrl 0.78±0.02 unité relative, -23%; p<0.05), une protéine impliquée dans l’élimination d’ H202, de l’expression du cytochrome C oxidase (Complexe IV) (H 1.02±0.04 vs. Ctrl 1.20±0.02 unité relative, -15%; p<0.05), une protéine de la chaine de respiration mitochondriale, tandis que l’expression de la protéine de découplage (uncoupling protein)-2 (UCP2), impliquée dans la dispersion du gradient proton, est significativement augmentée (H 1.05±0.02 vs. Ctrl 0.90±0.03 unité relative, +17%; p<0.05). Les femelles H (n=6) (vs Ctrl, n=6) de 16 semaines démontrent une augmentation significative de l’activité de l’aconitase (0.33±0.03 vs 0.17±0.02 μmoles/min/mg mitochondrie), de l’expression de l’ATP synthase sous unité β (H 0.73±0.02 vs. Ctrl 0.59±0.02 unité relative, +25%; p<0.05) et de l’expression de MnSOD (H 0.89±0.02 vs. Ctrl 0.74±0.03 unité relative, +20%; p<0.05) (superoxide dismutase mitochondriale, important antioxidant), tandis que l’expression de Prx3 est significativement réduite (H 1.1±0.07 vs. Ctrl 0.85±0.01 unité relative, -24%; p<0.05). À 4 semaines, les mâles H (vs Ctrl) présentent une augmentation significative de l’expression de Prx3 (H 0.72±0.03 vs. Ctrl 0.56±0.04 unité relative, +31%; p<0.05) et les femelles présentent une augmentation significative de l’expression d’UCP2 (H 1.22±0.05 vs. Ctrl 1.03±0.04 unité relative, +18%; p<0.05) et de l’expression de MnSOD (H 1.36±0.01 vs. 1.19±0.06 unité relative, +14%; p<0.05). Conclusions: Une exposition néonatale à l’O2 chez le rat adulte mène à des indices de dysfonction mitochondriale dans les reins adultes, associée à une augmentation dans la production d’espèces réactives de l’oxygène, suggérant que ces modifications mitochondriales pourraient jouer un rôle dans l’hypertension artérielle et d’un stress oxydant, et par conséquent, être un facteur possible dans la progression vers des maladies cardiovasculaires. Mots-clés: Mitochondries, Reins, Hypertension, Oxygène, Stress Oxydant, Programmation