Efeitos dos ácidos húmicos provenientes de aterro sanitário em plantas

O processo de tratamento biológico dos lixiviados de aterros sanitários resulta na geração de grandes quantidades de lodo, caracterizados por conterem altas taxas de matéria orgânica. Por meio do fracionamento químico da matéria orgânica são obtidos os ácidos húmicos (AH), fração de comprovada eficiência sobre o crescimento vegetal, promovendo melhorias no desenvolvimento das plantas. Este trabalho teve como objetivo caracterizar quimicamente os AH extraídos do lodo de lixiviado de aterro sanitário e avaliar os efeitos da aplicação de diferentes doses dos AH por meio de análises biológicas em plantas, visando minimizar os potenciais riscos da utilização do lodo in natura. Por meio de caracterizações químicas, o ácido húmico apresentou elevados teores de carbono e nitrogênio, podendo constituir uma importante fonte de nutrientes para as plantas. Além disso, foram observadas alterações nas taxas de absorção, na bioconcentração e na translocação de alguns nutrientes. Com relação à análise das enzimas antioxidantes, foi possível observar aumento na atividade de algumas enzimas com a aplicação de diferentes doses de AH. Além disto, foram constatadas alterações citogenéticas por meio da análise de células meristemáticas e F1 de Allium cepa. Influências sobre o crescimento da planta também são reportadas, por meio de aumentos expressivos na área radicular e na altura de Zea mays. Em geral, os dados de crescimento revelaram um maior investimento da planta na parte aérea, provavelmente associado com a melhor eficiência do sistema radicular. Além disso, também foram reportadas alterações na espessura da epiderme. Neste contexto, apesar dos benefícios nutricionais e da comprovada atuação dos AH sobre o metabolismo vegetal, os seus efeitos biológicos sobre enzimas do estresse oxidativo e a sua capacidade citotóxica precisam ser melhor investigados. Devido à complexidade do resíduo, a utilização de análises químicas, genéticas, enzimáticas, fisiológicas e anatômicas foi uma importante ferramenta para a avaliação da possível aplicação dos ácidos húmicos em plantas.

Influência da luminosidade na fisiologia e morfoanatomia de jequitibá branco (Cariniana estrellensis (Raddi.) Kuntze) e jequitibá rosa (Cariniana legalis (Mart.) Kuntze)

Cariniana estrellensis (Raddi.) Kuntze e C. legalis (Mart.) Kuntze são arbóreas nativas do Brasil que, além de possuírem alto poder econômico, são objeto de interesse em programas de recuperação de áreas degradadas e em plantios comerciais. A escassez de informações relacionadas ao desempenho ecofisiológico dessas espécies em condições ambientais estressantes dificultam o manejo e conservação das mesmas. Dessa forma, o presente estudo objetivou avaliar a ecofisiologia das espécies em um gradiente de irradiância, por meio de dois experimentos. No experimento 1, plantas de C. estrellensis com 12 meses de idade foram submetidas a quatro tratamentos: 40%, 50%, 70% e 100% de irradiância, durante 104 dias. Ao final desse período foram feitas análises de crescimento, do conteúdo de pigmentos fotossintéticos, de trocas gasosas, da fluorescência da clorofila a, do conteúdo foliar de carboidratos solúveis, das características anatômicas foliares e caulinares e da plasticidade fenotípica da espécie. No experimento 2, plantas de C. estrellensis e C. legalis com 14 meses de idade foram submetidas a dois tratamentos: 30% e 100% de irradiância (sombra e sol, respectivamente), durante 30 dias. Ao final desse período foram feitas análises do estresse oxidativo das espécies, por meio da quantificação da atividade das enzimas catalase e peroxidase do ascorbato e por meio da quantificação do conteúdo foliar de pigmentos fotossintéticos. No experimento 1, em 70% de irradiância, as plantas apresentaram melhor crescimento em altura e diâmetro, maior massa seca de folhas (MSF), de caule (MSC) e de raiz (MSR). Em 70% e 100% de irradiância, as plantas apresentaram folhas menores (AFU) e mais espessas (AFE e MFE) resultando em menor área foliar total (AFT). Nesses tratamentos as plantas também apresentaram menor conteúdo foliar de clorofila a (Chl a) e b (Chl b), porém, maior razão Chl a/b e maior conteúdo de carotenóides, o que implicou em menor razão Chl a/Carot. Taxas fotossintéticas maiores foram encontradas nas plantas em 70% e inibidas em 40% e 50%, em função da baixa irradiância solar, e em 100%, possivelmente pela ocorrência de fotoinibição, como mostraram os parâmetros do fluxo de energia do fotossistema II. De acordo com a análise da fluorescência da clorofila a, em pleno sol, as plantas apresentaram menor densidade de centros de reação ativos (RC/ABS) e maior dissipação de energia (DI0/ABS), culminando com menor desempenho do fotossistema II (PIabs) e desempenho total (PITotal). O conteúdo foliar de carboidratos solúveis foi maior nas plantas em 70%, seguido das plantas em 100% de irradiância, com exceção da glicose, que não variou entre os tratamentos. A maior espessura encontrada nas folhas sob 100% de irradiância foi em função da maior espessura das epidermes adaxial e abaxial e dos parênquimas paliçádico e esponjoso. E o maior diâmetro do caule em 70% de irradiância se deu pela maior espessura do xilema e floema secundários. No experimento 2, as plantas em pleno sol de ambas as espécies também apresentaram menor conteúdo foliar de clorofila a (Chl a) e b (Chl b) e maior razão Chl a/b. No entanto, o conteúdo de carotenóides foi maior, o que implicou em menores razões Chl a/Carot. A atividade da catalase (CAT) variou em função do tempo e da espécie, apresentando uma queda em C. estrellensis aos 16 dias, possivelmente em função de fotoinativação, e um aumento em C. legalis aos 30 dias. Já a atividade da peroxidase do ascorbato (APX) não variou em função do tempo, da espécie ou dos tratamentos. O estudo da plasticidade fenotípica mostrou que C. estrellensis é uma espécie plástica, principalmente em função das variáveis de fotossíntese e trocas gasosas, sendo capaz de sobreviver no gradiente de irradiância testado, o que viabiliza o seu uso em projetos de recuperação de áreas degradadas. E, uma vez que as análises ecofisiológicas mostraram que C. estrellensis e C. legalis apresentaram melhor desempenho em luminosidade moderada, sugere-se que ambas comportaram-se como espécies intermediárias no processo de sucessão florestal. No entanto, uma vez que a concentração de pigmentos foliares e a produção de enzimas antioxidantes inferiram maior susceptibilidade de C. estrellensis à fotoinibição em alta irradiância, sugere-se maior viabilidade do uso de C. legalis em projetos de recuperação de áreas degradas.

Ácidos húmicos extraídos do lodo de esgoto sanitário e seus efeitos em plantas

O lodo de esgoto possui alto teor de matéria orgânica porém, também estão presentes diferentes poluentes e patógenos. Desta forma, neste trabalho foi extraído ácido húmico (AH) o qual é um composto resultante do fracionamento de substâncias húmicas que compreendem um grupo de compostos de carbono gerados na decomposição de resíduos orgânicos que sofrem ressíntese formando o húmus. O ácido húmico promove diversos benefícios nos vegetais, como crescimento, elongação celular, tolerância a estresses e aumento da permeabilidade da membrana plasmática. Com base nestas características, o presente trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos citogenéticos (ensaio Allium cepa), fisiológicos, anatômicos e bioquímicos do ácido húmico do lodo de esgoto sanitário. Foi realizada caracterização elementar do material para a definição das doses. Após 20 dias de tratamento, foram realizadas coletas do material e, posteriormente, analisadas. A caracterização química do AH indicou-o como bom condicionador para culturas apresentando elevadas taxas de C, H e N. Não foi observado efeito de toxicidade, citotoxicidade, genotoxicidade e mutagenicidade do AH. Foi verificado aumento expressivo de todos os pigmentos fotossintéticos vegetais nas concentrações mais altas (2 mM C L-1 e 4 mM C L-1). Houve aumento da expressão da ATPAse em todos os tratamentos e das enzimas do estresse oxidativo (CAT, SOD, APX, GST) em diferentes concentrações. A integração destas análises permitiu concluir que o ácido húmico do lodo de esgoto pode ser utilizado como adubo orgânico, pois foi observado benefícios no vegetal tais como maior crescimento vegetal e aumento da atividade nas enzimas do estresse oxidativo.

Effects of physical exercise training in DNA damage and repair - could the difference be in hOGG1 Ser326Cys polymorphism?

Acute physical exercise is associated with increased oxygen consumption, which could result in an increased formation of reactive oxygen species (ROS). ROS can react with several organic structures, namely DNA, causing strand breaks and a variety of modified bases in DNA. Physical exercise training seems to decrease the incidence of oxidative stress-associated diseases, and is considered as a key component of a healthy lifestyle. This is a result of exercise-induced adaptation, which has been associated with the possible increase in antioxidant activity and in oxidative damage repair enzymes, leading to an improved physiological function and enhanced resistance to oxidative stress (Radak et al. 2008). Human 8-oxoguanine DNA glycosylase 1 (hOGG1) is involved in the base excision repair (BER) pathway and encodes an enzyme responsible for removing the most common product of oxidative damage in DNA, 8-hydroxyguanine (8-OH-G). The genetic polymorphism of hOGG1 at codon 326 results in a serine (Ser) to cysteine (Cys) amino acid substitution (Ser326Cys). It has been suggested that the carriers of at least one hOGG1Cys variant allele exhibit lower 8-OH-G excision activity than the wild-type (Wilson et al. 2011). The aim of this study was to investigate the possible influence of hOGG1 Ser326Cys polymorphism on DNA damage and repair activity in response to 16 weeks of combined physical exercise training, in thirty healthy Caucasian men. Comet assay was carried out using peripheral blood lymphocytes and enabled the evaluation of DNA damage, both strand breaks and FPG-sensitive sites, and DNA repair activity. Genotypes were determined by PCR-RFLP analysis. The subjects with Ser/Ser genotype were considered as wild-type group (n=20), Ser/Cys and Cys/Cys genotype were analyzed together as mutant group (n=10). Regarding differences between pre and post-training in the wild-type group, the results showed a significant decrease in DNA strand breaks (DNA SBs) (p=0.002) and also in FPG-sensitive sites (p=0.017). No significant differences were observed in weight (p=0.389) and in lipid peroxidation (MDA) (p=0.102). A significant increase in total antioxidant capacity (evaluated by ABTS) was observed (p=0.010). Regarding mutant group, the results showed a significant decrease in DNA SBs (p=0.008) and in weight (p=0.028). No significant differences were observed in FPG-sensitive sites (p=0.916), in ABTS (p=0.074) and in MDA (p=0.086). No significant changes in DNA repair activity were observed in both genotype groups. This preliminary study suggests the possibility of different responses in DNA damage to physical exercise training, considering the hOGG1 Ser326Cys polymorphism.

Effect of oxidative stress upon absorption of glucose by the human placenta: in vitro studies with BeWo cells

Pregnancy is a dynamic state and the placenta is a temporary organ that, among other important functions, plays a crucial role in the transport of nutrients and metabolites between the mother and the fetus, which is essential for a successful pregnancy. Among these nutrients, glucose is considered a primary source of energy and, therefore, fundamental to insure proper fetus development. Several studies have shown that glucose uptake is dependent on several morphological and biochemical placental conditions. Oxidative stress results from the unbalance between reactive oxygen species (ROS) and antioxidants, in favor of the first. During pregnancy, ROS, and therefore oxidative stress, increase, due to increased tissue oxygenation. Moreover, the relation between ROS and some pathological conditions during pregnancy has been well established. For these reasons, it becomes essential to understand if oxidative stress can compromise the uptake of glucose by the placenta. To make this study possible, a trophoblastic cell line, the BeWo cell line, was used. Experiments regarding glucose uptake, either under normal or oxidative stress conditions, were conducted using tert-butylhydroperoxide (tBOOH) as an oxidative stress inducer, and 3H-2-deoxy-D-glucose (3H-DG) as a glucose analogue. Afterwards, studies regarding the involvement of glucose facilitative transporters (GLUT) and the phosphatidylinositol 3-kinases (PI3K) and protein kinase C (PKC) pathways were conducted, also under normal and oxidative stress conditions. A few antioxidants, endogenous and from diet, were also tested in order to study their possible reversible effect of the oxidative effect of tBOOH upon apical 3H-DG uptake. Finally, transepithelial studies gave interesting insights regarding the apical-to-basolateral transport of 3H-DG. Results showed that 3H-DG uptake, in BeWo cells, is roughly 50% GLUT-mediated and that tBOOH (100 μM; 24h) decreases apical 3H-DG uptake in BeWo cells by about 33%, by reducing both GLUT- (by 28%) and non-GLUT-mediated (by 40%) 3H-DG uptake. Uptake of 3H-DG and the effect of tBOOH upon 3H-DG uptake are not dependent on PKC and PI3K. Moreover, the effect of tBOOH is not associated with a reduction in GLUT1 mRNA levels. Resveratrol, quercetin and epigallocatechin-3-gallate, at 50 μM, reversed, by at least 45%, the effect of tBOOH upon 3H-DG uptake. Transwell studies show that the apical-to-basolateral transepithelial transport of 3H-DG is increased by tBOOH.In conclusion, our results show that tBOOH caused a marked decrease in both GLUT and non-GLUT-mediated apical uptake of 3H-DG by BeWo cells. Given the association of increased oxidative stress levels with several important pregnancy pathologies, and the important role of glucose for fetal development, the results of this study appear very interesting.

Protection against oxidative stress through SUA7/TFIIB regulation in Saccharomyces cerevisiae

The general transcription factor TFIIB, encoded by SUA7 in Saccharomyces cerevisiae, is required for transcription activation but apparently of a specific subset of genes, for example, linked with mitochondrial activity and hence with oxidative environments. Therefore, studying SUA7/TFIIB as a potential target of oxidative stress is fundamental. We found that controlled SUA7 expression under oxidative conditions occurs at transcriptional and mRNA stability levels. Both regulatory events are associated with the transcription activator Yap1 in distinct ways: Yap1 affects SUA7 transcription up regulation in exponentially growing cells facing oxidative signals; the absence of this activator per se contributes to increase SUA7 mRNA stability. However, unlike SUA7 mRNA, TFIIB abundance is not altered on oxidative signals. The biological impact of this preferential regulation of SUA7 mRNA pool is revealed by the partial suppression of cellular oxidative sensitivity by SUA7 overexpression, and supported by the insights on the existence of a novel RNA-binding factor, acting as an oxidative sensor, which regulates mRNA stability. Taken together the results point out a primarily cellular commitment to guarantee SUA7 mRNA levels under oxidative environments.

Adverse effect of alcohol drinking: the role of oxidative stress

Atualmente, o álcool tem um papel importante na saúde pública e surge como um dos principais problemas sociais no mundo, dado que é a droga mais viciante aceite em encontros sociais. Provavelmente, por essa razão, os riscos do consumo abusivo do álcool são subestimados pelos jovens, mulheres grávidas e idosos. O álcool, quando ingerido em altas proporções, pode afetar todos os órgãos e desencadear inúmeras doenças, tais como a doença cardíaca coronariana, doença neurodegenerativa, as doenças crónicas e câncer. O álcool afeta ainda o estado psicológico, induzindo a violência, o estado antissocial e situações de risco de comportamentos. Por estas razões, o álcool tornou-se um foco principal da investigação, avaliando os seus efeitos sobre o corpo humano. Nesta pesquisa, foram suscitadas amostras de sangue de um grupo de pacientes em tratamento psicológico e/ou farmacêutico que serão analisadas com quatro métodos: Teste de Radicais Livres do Oxigénio (FORT), Defesa contra Radicais Livres do Oxigénio (FORD), cromatografia gasosa (GC) e cromatografia líquida de alta pressão (HPLC). Ambos os métodos FORT e FORD avaliam o stress oxidativo pela quantificação de radicais livres e a capacidade de antioxidantes em eliminar esses radicais livres, respetivamente. O stress oxidativo é o efeito do excesso de consumo de álcool, que é reduzido pela capacidade de ação dos antioxidantes. A boa reprodutibilidade, precisão e exatidão de ambos os métodos indicam que estes podem ser aplicados em rápidos diagnósticos. Para o método FORT e considerando o início do tratamento, os pacientes alcoólicos apresentaram uma média de 3,59±1.01mmol/LH2O2 e o grupo de controlo uma média de 1,42±0.53mmol/LH2O2, o que mostra uma diferença significativa entre os dois grupos (P=0,0006). Para o método FORD, pacientes alcoólicos apresentam uma média de 1,07±0.53mmol/LH2O2 e o grupo de controlo, uma média de 2,81±0.46mmol/LH2O2, mostrando também uma média significativa (P=0,0075). Após 15 dias de tratamento observou-se que há uma diferença entre os dois grupos de pacientes alcoólicos, mas não há nenhum melhoramento em relação ao grupo de pacientes em tratamento. No método FORT os grupos mostram uma diferença significativa (P=0,0073), tendo os pacientes sem tratamento farmacêutico melhores resultados (2.37±0.44mmol/LH2O2) do que os pacientes com tratamento (3.72±1,04mmol/LH2O2). O oposto ocorre no método FORD, os pacientes em tratamento farmacêutico presentam melhores resultados (1.16±0.65mmol/LH2O2) do que o outro grupo (0.75±0.22mmol/LH2O2), não sendo, no entanto, uma diferença significativa entre os dois grupos (P=0.16). Os resultados obtidos para a concentração de MDA pelo método de HPLC mostraram que o grupo de controlo tem valores mais baixos do que os pacientes alcoólicos, embora a diferença não seja muito significativa (P = 0,084), mas é ainda elevada. Além disso, os dois grupos de pacientes não apresentaram uma diferença significativa entre os seus resultados no início (P=0,77) e no fim (P=0,79) do tratamento. De acrescentar ainda que, os resultados da concentração de álcool no sangue determinados pelo método de CG mostraram que só alguns pacientes sem tratamento consumiram álcool durante o período de tratamento, o que influencia negativamente a conclusão sobre o efeito do tratamento. Contudo, outros fatores externos podem ainda influenciar os resultados finais, tais como o estado nutricional e estado psicológico dos pacientes, se o paciente continua a beber durante o tempo de tratamento ou até mesmo se o paciente é exposto a outros tipos de substâncias nocivas. Existe ainda a possibilidade de o tempo de aplicação do tratamento não ser suficiente para apresentar um efeito positivo em relação ao stress oxidativo e este é um outro fator que contribui para a impossibilidade de confirmar sobre o efeito, quer seja positivo ou negativo, do tratamento antioxidante.

Oxidative Leaching of metals from electronic waste with solutions based on quaternary ammonium salts

The treatment of electric and electronic waste (WEEE) is a problem which receives ever more attention. An inadequate treatment results in harmful products ending up in the environment. This project intends to investigate the possibilities of an alternative route for recycling of metals from printed circuit boards (PCBs) obtained from rejected computers. The process is based on aqueous solutions composed of an etchant, either 0.2 M CuCl2.2H2O or 0.2 M FeCl3.6H2O, and a quaternary ammonium salt (quat) such as choline chloride or chlormequat. These solutions are reminiscent of deep eutectic solvents (DES) based on quats. DES are quite similar to ionic liquids (ILs) and are used as well as alternative solvents with a great diversity of physical properties, making them attractive for replacement of hazardous, volatile solvents (e.g. VOCs). A remarkable difference between genuine DES and ILs with the solutions used in this project is the addition of rather large quantities of water. It is shown the presence of water has a lot of advantages on the leaching of metals, while the properties typical for DES still remain. The oxidizing capacities of Cu(II) stem from the existence of a stable Cu(I) component in quat based DES and thus the leaching stems from the activity of the Cu(II)/Cu(I) redox couple. The advantage of Fe(III) in combination with DES is the fact that the Fe(III)/Fe(II) redox couple becomes reversible, which is not true in pure water. This opens perspectives for regeneration of the etching solution. In this project the leaching of copper was studied as a function of gradual increasing water content from 0 - 100w% with the same concentration of copper chloride or iron(III) chloride at room temperature and 80ºC. The solutions were also tested on real PCBs. At room temperature a maximum leaching effect for copper was obtained with 30w% choline chloride with 0.2 M CuCl2.2H2O. The leaching effect is still stronger at 80°C, b ut of course these solutions are more energy consuming. For aluminium, tin, zinc and lead, the leaching was faster at 80ºC. Iron and nickel dissolved easily at room temperature. The solutions were not able to dissolve gold, silver, rhodium and platinum.

Oxidative behaviour of apomorphine and its metabolites

The metabolism of apomorphine is quite complex due to interactions with proteins and other tissue components that affect its pharmacokinetic profile. The electrochemical oxidation mechanism of apomorphine and of some synthesised apomorphine derivatives was studied. It was found to be related to the reaction of o-diphenol and tertiary amine groups and strongly dependent on pH.

Towards a reliable technology for antioxidant capacity and oxidative damage evaluation: Electrochemical (bio)sensors

To counteract and prevent the deleterious effect of free radicals the living organisms have developed complex endogenous and exogenous antioxidant systems. Several analytical methodologies have been proposed in order to quantify antioxidants in food, beverages and biological fluids. This paper revises the electroanalytical approaches developed for the assessment of the total or individual antioxidant capacity. Four electrochemical sensing approaches have been identified, based on the direct electrochemical detection of antioxidant at bare or chemically modified electrodes, and using enzymatic and DNA-based biosensors.

Molybdenum-containing proteins from Sulphate Reducing Bacteria: studying proteins with novel cofactors and revealing new features of old enzymes

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Doutor em Bioquímica, especialidade de Bioquímica-Física pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Carbon surfaces for the oxidative quantification of pravastatin: glassy-carbon vs. screen-printed carbon electrodes

The electrooxidative behavior of pravastatin (PRV) in aqueous media was studied by square-wave voltammetry at a glassycarbon electrode (GCE) and at a screen-printed carbon electrode (SPCE). Maximum peak current intensities in a pH 5.0 buffer were obtained at +1.3 V vs. AgCl/Ag and +1.0 V vs. Ag for the GCE and SPCE surface respectively. Validation of the developed methodologies revealed good performance characteristics and confirmed their applicability to the quantification of PRV in pharmaceutical products, without significant sample pretreatment. A comparative analysis between the two electrode types showed that SPCEs are preferred as an electrode surface because of their higher sensitivity and the elimination of the need to clean the electrode’s surface for its renewal, which frequently is, if not always, the rate-limiting step in voltammetric analysis.

Trits(Pyrazol-1-YL)methane metal complexes for catalytic mild oxidative functionalizations of alkanes, alkanes and ketones

This work concerns recent advances (since 2005) in the oxidative functionalization of alkanes, alkenes and ketones, under mild conditions, catalyzed by homoscorpionate tris(pyrazol-1-yl)methane metal complexes. The main types of such homogeneous or supported catalysts are classified, and the critical analysis of the most efficient catalytic systems in the different reactions is presented. These reactions include the mild oxidation of alkanes (typically cyclohexane as a model substrate) with hydrogen peroxide (into alkyl hydroperoxides, alcohols, and ketones), the hydrocarboxylation of gaseous alkanes (with carbon monoxide and potassium peroxodisulfate) into the corresponding Cn+1 carboxylic acids, as well as the epoxidation of alkenes and the Baeyer-Villiger oxidation of linear and cyclic ketones with hydrogen peroxide into the corresponding esters and lactones. Effects of various reaction parameters are highlighted and the preferable requirements for a prospective homogeneous or supported C-scorpionate-M-based catalyst in oxidative transformations of those substrates are identified. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Micronutrients intake associated with DNA damage assessed by in a human biomonitoring study

Nutrition science has evolved into a multidisciplinary field that applies molecular biology and integrates individual health with the epidemiologic investigation of population health. Nutritional genomics studies the functional interaction of food and its components, macro and micronutrients, with the genome at the molecular, cellular, and systemic level. Diet can influence cancer development in several ways, namely direct action of carcinogens in food that can damage DNA, diet components (macro or micronutrients) that can block or induce enzymes involved in activation or deactivation of carcinogenic substances. Moreover, inadequate intake of some molecules involved in DNA synthesis, repair or methylation can influence mutation rate or changes in gene expression. Several studies support the idea that diet can influence the risk of cancer; however information concerning the precise dietary factor that determines human cancer is an ongoing debate. A lot of epidemiological studies, involving food frequency questionnaires, have been developed providing important information concerning diet and cancer, however, diet is a complex composite of various nutrients (macro and micronutrients) and non-nutritive food constituents that makes the search for specific factors almost limitless.