Superoxide radical protects liposome-contained cytochrome c against oxidative damage promoted by peroxynitrite and free radicals

The effects of nitrosative species on cyt c structure and peroxidase activity were investigated here in the presence of O(2)(center dot-) and anionic and zwitterionic vesicles. Nitrosative species were generated by 3-morpholinesydnonymine (SIN1) decomposition, using cyt c heme iron and/or molecular oxygen as electron acceptor. Far-and near-UV CD spectra of SIN1-treated cyt c revealed respectively a slight decrease of a-helix content (from 39 to 34%) and changes in the tryptophan structure accompanied by increased fluorescence. The Soret CD spectra displayed a significant decrease of the positive signal at 403 nm. EPR spectra revealed the presence of a low-spin cyt c form (S = 1/2) with g(1) = 2.736, g(2) = 2.465, and g(3) = 2.058 after incubation with SIN1. These data suggest that the concomitant presence of NO(center dot) and O(2)(center dot-) generated from dissolved oxygen, in a system containing cyt c and liposomes, promotes chemical and conformational modi. cations in cyt c, resulting in a hypothetical bis-histidine hexacoordinated heme iron. We also show that, paradoxically, O(2)(center dot-) prevents not only membrane lipoperoxidation by peroxide-derived radicals but also oxidation of cyt c itself due to the ability of O(2)(center dot-) to reduce heme iron. Finally, lipoperoxidation measurements showed that, although it is a more efficient peroxidase, SIN1-treated cyt c is not more effective than native cyt c in promoting damage to anionic liposomes in the presence of tert-ButylOOH, probably due to loss of affinity with negatively charged lipids. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

pH-Sensitive Binding of Cytochrome c to the Inner Mitochondrial Membrane. Implications for the Participation of the Protein in Cell Respiration and Apoptosis

Cytochrome c exhibits two positively charged sites: site A containing lysine residues with high pK(a) values and site L containing ionizable groups with pK(aobs),values around 7.0. This protein feature implies that cytochrome c can participate in the fusion of mitochondria and have its detachment from the inner membrane regulated by cell acidosis and alkalosis. In this study, We demonstrated that both horse and tuna cytochrome c exhibited two types of binding to inner mitochondrial membranes that contributed to respiration: a high-affinity and low-efficiency pi-I-independent binding (microscopic dissociation constant K(sapp2), similar to 10 nM) and a low-affinity and high-efficiency pH-dependent binding that for horse cytochrome c had a pK(a) of similar to 6.7. For tuna cytochrome c (Lys22 and His33 replaced with Asn and Trp, respectively), the effect of pH on K(sapp1), was less striking than for the horse heme protein, and both tuna and horse cytochrome c had closed K(sapp1) values at pH 7.2 and 6.2, respectively. Recombinant mutated cytochrome c H26N and H33N also restored the respiration of the cytochrome c-depleted mitoplast in a pH-dependent manner. Consistently, the detachment of cytochrome c from nondepleted mitoplasts was favored by alkalinization, suggesting that site Lionization influences the participation of cytochrome c in the respiratory chain and apoptosis.

MPO Inhibitors Selected by Virtual Screening

The hemeprotein myeloperoxidase (MPO) participates in innate immune defense through its ability to generate potent microbicidal oxidants. However, these oxidants are also key mediators of the tissue damage associated with many inflammatory diseases. Thus, there is considerable interest in developing therapeutically useful MPO inhibitors. Here, we used structure-based drug design (SBDD) and ligand-based drug design (LBDD) to select for potentially new and selective MPO inhibitors. A pharmacophore model was developed based on the crystal structure of human MPO in complex with salicylhydroxamic acid (SHA), a known inhibitor of the enzyme. The pharmacophore model was used to screen the ZINC database for potential ligands, which were further filtered on the basis of their physical-chemical properties and docking score. The filtered compounds were visually inspected, and nine were purchased for experimental studies. Surprisingly, almost all of the selected compounds belonged to the aromatic hydrazide class, which had been previously described as MPO inhibitors. The compounds selected by virtual screening were shown to inhibit the chlorinating activity of MPO; the top four compounds displayed IC(50) values ranging from 1.0 to 2.8 mM. MPO inactivation by the most effective compound was shown to be irreversible. Overall, our results show that SBDD and LBDD may be useful for the rational development of new MPO inhibitors.

Nitric oxide sensing by cytochrome c bonded to a conducting polymer modified glassy carbon electrode

A nitric oxide biosensor based on cytochrome c (an heme protein) covalently immobilized to poly(5-amino-1-naphthol) by using cyanuric chloride as a bridge was developed. The immobilization was studied by cyclic voltammetry and quartz crystal microbalance. The nitric oxide detection as a function of poly(5-amino-1-naphthol) amount was recorded, and the best result was obtained with the electrode prepared by 70 cycles. The sensitivity and detection limit were 0.015 mu A cm(-2)/mu mol L(-1) and 2.85 mu mol L(-1), respectively. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Molecular modeling and UV-vis spectroscopic studies on the mechanism of action of reversed chloroquine (RCQ)

Reversed chloroquine (RCQ) is a multiple ligand compound active against chloroquine-sensitive and resistant falciparum malaria. It is composed by a 4-aminoquinoline moiety (like that present in chloroquine (CQ)) joined to imipramine (IMP), a modulating agent that also showed intrinsic antiplasmodial activity against Brazilian Plasmodium falciparum isolates resistant to CQ. Molecular modeling and ultraviolet-visible spectroscopy (UV-vis) studies strongly suggest that the interaction between RCQ and heme is predominant through the quinoline moiety in a mechanism of action similar to that observed for CQ. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Interaction of giant extracellular Glossoscolex paulistus hemoglobin (HbGp) with zwitterionic surfactant N-hexadecyl-N,N-dimethyl-3-ammonio-1-propanesulfonate (HPS): Effects of oligomeric dissociation

The present work focuses on the interaction between the zwitterionic surfactant N-hexadecyl-N,N-dimethyl-3-ammonio-1-propanesulfonate (HPS) and the giant extracellular hemoglobin of Glossoscolex paulistus (HbGp). Electronic optical absorption, fluorescence emission and circular dichroism spectroscopy techniques, together with Gel-filtration chromatography, were used in order to evaluate the oligomeric dissociation as well as the autoxidation of HbGp as a function of the interaction with HPS. A peculiar behavior was observed for the HPS-HbGp interaction: a complex ferric species formation equilibrium was promoted, as a consequence of the autoxidation and oligomeric dissociation processes. At pH 7.0, HPS is more effective up to 1 mM while at pH 9.0 the surfactant effect is more intense above 1 mM. Furthermore, the interaction of HPS with HbGp was clearly less intense than the interaction of this hemoglobin with cationic (CTAC) and anionic (SDS) surfactants. Probably, this lower interaction with HPS is due to two factors: (i) the lower electrostatic attraction between the HPS surfactant and the protein surface ionic sites when compared to the electrostatic interaction between HbGp and cationic and anionic surfactants, and (ii) the low cmc of HPS, which probably reduces the interaction of the surfactant in the monomeric form with the protein. The present work emphasizes the importance of the electrostatic contribution in the interaction between ionic surfactants and HbGp. Furthermore, in the whole HPS concentration range used in this study, no folding and autoxidation decrease induced by this surfactant were observed. This is quite different from the literature data on the interaction between surfactants and tetrameric hemoglobins, that supports the occurrence of this behavior for the intracellular hemoglobins at low surfactant concentration range. Spectroscopic data are discussed and compared with the literature in order to improve the understanding of hemoglobin-surfactant interaction as well as the acid isoelectric point (pI) influence of the giant extracellular hemoglobins on their structure-activity relationship. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

The importance of protoporphyrin IX efflux for ALA-PDT dosimetry

One of the major advances in PDT is the use of 5-aminolevulinic acid (ALA) to induce the production of an enclogenous photosensitizer inside the cells using intracellular enzymatic pathways. ALA is the first intermediate in heme biosynthesis and a precursor of the protoporphyrin IX (PpIX). When activated by light, this efficient photosensitizer accumulated in the target cells can produce cytotoxicity. The aim of this study was to find the best conditions for cell killing using ALA to temporarily increase the concentration of PpIX in two cell lines. It was shown that a considerable efflux of synthesized PpIX occurs. Since this efflux is time-dependent, it is essential to know the optimum time for irradiation after ALA administration. So, the efflux of PpIX from the cells is an important parameter to be considered for ALA-PDT dosimetry.

On the molecular mass of the extracellular hemoglobin of Glossoscolex paulistus: Analytical ultracentrifugation reexamination

The giant extracellular hemoglobin of Glossoscolex paulistus (HbGp) is constituted by Subunits containing heme groups with molecular masses (M) in the range of 15 to 19 kDa, monomers of 16 kDa (d), and trimers of 51 to 52 kDa (abc) linked by nonheme structures named linkers of 24 to 32 kDa (L). HbGp is homologous to Lumbricus terrestris hemoglobin (HbLt). Several reports propose M of HbLt in the range of 3.6 to 4.4 MDa. Based on subunits M determined by mass spectrometry and assuming HbGp stoichiometry of 12(abcd)(3)L(3) (Vinogradov model) plus 144 heme groups, a Value of M for HbGp oligomer of 3560 kDa can be predicted. This Value is nearly 500 kDa higher than the unique HbGp M Value reported in the literature. In the current work, sedimentation velocity analytical ultracentrifugation (AUC) experiments were performed to obtain M for HbGp in oxy and cyano-met forms. s(20,w)(0), values of 58.1 +/- 0.2 S and 59.6 +/- 0.2 S, respectively, for the two oxidation forms were obtained. The ratio between sedimentation and diffusion coefficients supplied values for M of approximately 3600 100 and 3700 100 kDa for oxy and cyano-met HbGp forms, respectively. An independent determination of the partial specific volume, V(bar), for HbGp was performed based on density measurements, providing a value of 0.764 +/- 0.008, in excellent agreement with the estimates from SEDFIT software. Our results show total consistency between M obtained by AUC and recent partial characterization by mass spectrometry. Therefore, HbGp possesses M very close to that of HbLt, suggesting an oligomeric assembly in agreement with the Vinogradov model. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Efeito inibitório de formas orgânicas e inorgânicas de selênio sobre a atividade da enzima delta-aminolevulinato desidratase de fígado e brânquias de peixe - Jundiá (Ramdia quelen) e de fígado de rato (Rattus novergicus) "in vitro"

A enzima estudada no presente trabalho é delta-aminulevulinato dehidratase (δ-ALA D), uma enzima sufidrílica, cuja atividade pode ser inibida por uma variedade de agentes bloqueadores de grupos tiólicos . A reação catalisada pela δ-ALA D (formação do composto monopirrólico porfobilinogênio) faz parte da rota de síntese de compostos tetrapirrólicos como o grupamento heme, consequentemente a inibição desta enzima implica em alterações patológicas decorrentes da inibição da rota de biossíntese do heme e ainda resultar no acúmulo do substrato ALA, o qual pode ter atividade pró oxidante por estar envolvido na produção de espécies ativas de oxigênio. Avaliou-se a susceptibilidade da δ-ALA D de fígado de peixe e rato frente a inibição por selênio orgânico e inorgânico. Os resultados demostraram claramente que a enzima δ-ALA D de peixes e mamíferos é susceptível a inibição “in vitro” por compostos orgânicos e inorgânicos de selênio. A análise comparativa demostrou que a enzima δ-ALA D de peixes é mais resistente a inibição por selênio em relação a de mamíferos. Todavia não foi possível esclarecer as causas deste diferente comportamento. Os resultados demostraram que o sistema de hidroxilação previamente descrito em ratos que acelera cataliticamente a oxidação de DTT na presença de disselenetos também ocorre em tecidos de peixe. Neste sistema estão envolvidos fatores enzimaticos, uma vez que este efeito foi anulado pela desnaturação térmica do sobrenadante. O presente trabalho mostra que a enzima δ-ALA D de peixes e ratos é sensível a inibição; in vitro, por composto de selênio orgânico e inorgânico. A manutenção dos grupos SH do sítio ativo da enzima no estado reduzido é essencial para a ação catalítica da δ-ALA D. A inibição da δ-ALA D causada por selênio orgânico ( (PhSe2) e (BuSe2)) e selênio inorgânico (selenito de sódio) é prevenida por DTT. Estes resultados indicam que o selenio orgânico e inorgânico inibe a δ-ALA D por oxidação de grupos tióis essenciais da enzima. A inibição desta enzima e conseqüentes alterações na rota de síntese de tetrapirróis podem ser responsáveis pelos efeitos tóxicos de selenetos orgânicos e inorgânicos em peixes e outros animais. Em peixes os efeitos toxicos mais relatados referem-se a deficiências reprodutivas, principalmente na redução da sobrevivência larval. Coincidentemente os ovários são o local de maior acumulação de selênio nos tecido de peixe e o desenvolvimento larval exige intensa atividade da enzima δ-ALA D.

Caracterização molecular dos componentes do veneno de lonomia obliqua : genes expressos e princípios ativos envolvidos nos distúrbios da coagulação e da fibrinólise

A hemostasia é um processo multifuncional, complexo e finamente regulado que envolve diversos componentes celulares e moleculares, incluindo plaquetas, parede vascular, cascata da coagulação sangüínea e fibrinólise. O desequilíbrio desses componentes pode desencadear condições patológicas, tais como hemorragias, hipercoagulopatias e a conseqüente trombose vascular. O descobrimento de novos princípios ativos e o desenvolvimento de drogas como instrumentos de intervenção antitrombótica constituem estratégias de eleição para a prevenção e o tratamento do quadro trombo-embólico. Muitos desses princípios ativos são obtidos de fontes naturais, incluindo os conhecidos anti-hemostáticos presentes em venenos de serpentes e na saliva de artrópodos hematófagos. Por afetarem o sistema hemostático humano, essas moléculas são alvo de estudos para o desenvolvimento de anti-venenos, testes laboratoriais e novas drogas terapêuticas. As lagartas do gênero Lonomia são conhecidas por produzirem proteínas tóxicas que estão associadas a uma severa síndrome hemorrágica em humanos, cujo quadro clínico é caracterizado por distúrbios da coagulação, insuficiência renal aguda, hematúria, sangramentos, dentre outros sintomas. O veneno é constituído por diversos princípios ativos, incluindo atividades pró-coagulantes e fibrinolíticas Apesar da importância social e científica desses envenenamentos e do conhecimento sobre a natureza dessas toxinas, as informações sobre as características moleculares do veneno ainda são escassas, o que limita o melhor entendimento das bases moleculares da síndrome hemorrágica e o desenvolvimento de um diagnóstico e de um tratamento mais adequados para os pacientes. O presente trabalho teve por objetivo analisar as proteínas mais abundantes e os genes expressos em maior proporção na taturana L. obliqua durante a fase larval (fase em que ocorrem os acidentes), visando identificar moléculas potencialmente envolvidas no envenenamento. As etapas realizadas foram: análise dos princípios ativos presentes em tecidos utilizados para a construção de bibliotecas de cDNA, seqüenciamento em massa das bibliotecas e análise dos transcritos utilizando ferramentas de bioinformática. Mais de mil seqüências de cDNA foram obtidas e agrupadas gerando um catálogo com informações sobre os transcritos encontrados, incluindo seqüências completas de cDNAs que codificam para proteínas provavelmente envolvidas no envenenamento, além de novas seqüências de função biológica desconhecida O conteúdo protéico do veneno foi analisado por SDS-PAGE seguido por seqüenciamento da região N-terminal das proteínas mais abundantes, possibilitando a correlação entre o cDNA e a proteína por ele codificada. As seqüências completas de cDNA foram enviadas para o GenBank (NCBI/NIH, EUA) e os resultado estão disponíveis em um sítio eletrônico específico no NCBI: http://www.ncbi.nih.gov/projects/omes. O cDNA mais abundante da lagarta, que codifica para uma lipocalina, foi clonado e obteve-se a proteína recombinante. Demonstramos que essa lipocalina liga o grupamento heme e participa da oxidação acoplada desse ligante, levando à formação de biliverdina γ, sugerindo uma nova função para as proteínas ligadoras de bilina em insetos. Os resultados obtidos colaboram para o maior entendimento das bases moleculares do envenenamento por L. obliqua, além de apontarem moléculas candidatas para o desenvolvimento de kits de diagnóstico para o envenenamento com Lonomia e para a melhora na especificidade do soro anti-lonômico, bem como para estudos mais aprofundados dos processos hemostáticos.

Biodisponibilidade de ferro em diferentes compostos para leitões desmamados aos 21 dias de idade

Avaliou-se a biodisponibilidade de ferro de diferentes compostos visando sua utilização em dietas para leitões desmamados. Utilizaram-se 44 leitões (7 não-anêmicos e 37 anêmicos) desmamados aos 21 dias de idade (7,3 ± 1,8 kg) e distribuídos em dois grupos: grupo não-anêmico e grupo anêmico. Durante sete dias, os animais do grupo não-anêmico receberam dieta com FeSO4.7H2O (sulfato ferroso hepta-hidratado) na dose de 100 mg/kg e os do grupo anêmico, dieta sem ferro (<15 mg/kg ração). No sétimo dia, depois de determinada a concentração de hemoglobina sanguínea e diagnosticada a anemia, os leitões foram agrupados segundo o produto do peso (kg) × hemoglobina (g/dL) e alojados individualmente, durante 13 dias, em gaiolas para estudos de digestibilidade, onde foram alimentados com seis rações à base de milho e leite em pó: três rações-padrão com FeSO4.7H2O em quantidade equivalente a 80, 150 e 200 mg Fe/kg de ração; duas rações experimentais com ferro (150 mg/kg) na forma de FeSO4 microencapsulado com carboximetilcelulose ou de ferro quelado com metionina; e uma controle com ferro (100 mg/kg). O consumo de ração foi medido diariamente. Nos dias 0, 3, 6, 9 e 13 do período de repleção, os animais foram pesados para avaliação do desempenho e o sangue foi coletado para determinação da concentração de hemoglobina. Ao final do ensaio, os animais foram sacrificados e o fígado foi coletado para determinação das concentrações de ferro total, ferro heme e ferro não-heme. As concentrações hepáticas de ferro heme, ferro não-heme e ferro total não diferiram entre os animais, entretanto, os do grupo controle apresentaram excesso de ferro total no fígado, relacionado à dose de ferro injetada nos leitões após o desmame. em comparação ao FeSO4.7H2O não encapsulado, os compostos de ferro microencapsulado com carboximetilcelulose e de ferro quelado com metionina promovem melhor conversão alimentar em leitões desmamados.

Neuroglobin and cytoglobin: two new members of globin family

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Fish hemoglobins

Vertebrate hemoglobin, contained in erythrocytes, is a globular protein with a quaternary structure composed of 4 globin chains (2 alpha and 2 beta) and a prosthetic group named heme bound to each one. Having myoglobin as an ancestor, hemoglobin acquired the capacity to respond to chemical stimuli that modulate its function according to tissue requirements for oxygen. Fish are generally submitted to spatial and temporal O2 variations and have developed anatomical, physiological and biochemical strategies to adapt to the changing environmental gas availability. Structurally, most fish hemoglobins are tetrameric; however, those from some species such as lamprey and hagfish dissociate, being monomeric when oxygenated and oligomeric when deoxygenated. Fish blood frequently possesses several hemoglobins; the primary origin of this finding lies in the polymorphism that occurs in the globin loci, an aspect that may occasionally confer advantages to its carriers or even be a harmless evolutionary remnant. on the other hand, the functional properties exhibit different behaviors, ranging from a total absence of responses to allosteric regulation to drastic ones, such as the Root effect.

Quimiometria como ferramenta analitica para definição das condiçoes de ensaio da enzima peroxidase de soja

Enzimas Peroxidases são heme-proteínas encontradas nos diferentes organismos vivos, especialmente vegetais, apresentam importante papel fisiológico/bioquímico como proteção contra microorganismos invasores. A soja, um dos mais importantes produtos para o agronegócio brasileiro apresenta na casca de suas sementes (subproduto) alta atividade de peroxidase, denominada soybean peroxidase,com potencial de utilização em métodos analíticos clínicos. A proposta do trabalho foi aplicar o planejamento fatorial para otimização das condições extração da enzima, definição das condições ótimas de atividade (pH e temperatura), utilizando metodologia de superfície de resposta. Os dados obtidos com clara definição foram: i) extração em pó cetonico, ii) meio reacional: pH 3,3, volume da amostra contendo a enzima 330 µL - 340 µL, peróxido de hidrogênio 4,2 mmol.L-1 150 µL, tempo de reação 20 segundos, temperatura 50º C, substrato guaiacol 30mmol.L-1 300 µL, e 0,1 mol.L-1 de NaCl. O uso da dessa metodologia para definição das condições de extração e estudos cinético-enzimáticos da peroxidase de soja foram eficientes e mais precisos, comparado a metodologia de variações/repetições (tentativa e erro).

5-AMINOLEVULINIC ACID-INDUCED ALTERATIONS OF OXIDATIVE-METABOLISM IN SEDENTARY AND EXERCISE-TRAINED RATS

5-Aminolevulinic acid (ALA), a heme precursor that accumulates in acute intermittent porphyria patients and lead-exposed individuals, has previously been shown to autoxidize with generation of reactive oxygen species and to cause in vitro oxidative damage to rat liver mitochondria. We now demonstrate that chronically ALA-treated rats (40 mg/kg body wt every 2 days for 15 days) exhibit decreased mitochondrial enzymatic activities (superoxide dismutase, citrate synthase) in liver and soleus (type I, red) and gastrocnemius (type IIb, white) muscle fibers. Previous adaptation of rats to endurance exercise, indicated by augmented (cytosolic) CuZn-superoxide dismutase (SOD) and (mitochondrial) Mn-SOD activities in several organs, does not protect the animals against liver and soleus mitochondrial damage promoted by intraperitoneal injections of ALA. This is suggested by loss of citrate synthase and Mn-SOD activities and elevation of serum lactate levels, concomitant to decreased glycogen content in soleus and the red portion of gastrocnemius (type IIa) fibers of both sedentary and swimming-trained ALA-treated rats. In parallel, the type IIb gastrocnemius fibers, which are known to obtain energy mainly by glycolysis, do not undergo these biochemical changes. Consistently, ALA-treated rats under swimming training reach fatigue significantly earlier than the control group. These results indicate that ALA may be an important prooxidant in vivo.