Synthesis, Kinetic Evaluation and Utilization of a Biotinylated Dipeptide Proline Diphenyl Phosphonate for the Disclosure of Dipeptidyl Peptidase IV-like Serine Proteases

In this study, we report on the synthesis, kinetic characterisation, and application of a novel biotinylated and active site-directed inactivator of dipeptidyl peptidase IV (DPP-IV). Thus, the dipeptide-derived proline diphenyl phosphonate NH(2)-Glu(biotinyl-PEG)-Pro(P)(OPh)(2) has been prepared by a combination of classical solution- and solid-phase methodologies and has been shown to be an irreversible inhibitor of porcine DPP-IV, exhibiting an over all second-order rate constant (k(i)/K(i)) for inhibition of 1.57 x 10(3) M(-1) min(-1). This value compares favourably with previously reported rates of inactivation of DPP-IV by dipeptides containing a P(1) proline diphenyl phosphonate grouping [B. Boduszek, J. Oleksyszyn, C.M. Kam, J. Selzler, R.E. Smith, J.C. Powers, Dipeptide phophonates as inhibitors of dipeptidyl peptidase IV, J. Med. Chem. 37 (1994) 3969-3976; B.F. Gilmore, J.F. Lynas, C.J. Scott, C. McGoohan, L. Martin, B. Walker, Dipeptide proline diphenyl phosphonates are potent, irreversible inhibitors of seprase (FAPalpha), Biochem, Biophys. Res. Commun. 346 (2006) 436-446.], thus demonstrating that the incorporation of the side-chain modified (N-biotinyl-3-(2-(2-(3-aminopropyloxy)-ethoxy)-ethoxy)-propyl) glutamic acid residue at the P(2) position is compatible with inhibitor efficacy. The utilisation of this probe for the detection of both purified dipeptidyl peptidase IV and the disclosure of a dipeptidyl peptidase IV-like activity from a clinical isolate of Porphyromonas gingivalis, using established electrophoretic and Western blotting techniques previously developed by our group, is also demonstrated.

The production and characterisation of dinitrocarbanilide antibodies raised using antigen mimics.

Polyclonal antibodies were produced to detect the coccidiostat nicarbazin. Due to structural constraints of the active component of nicarbazin, dinitrocarbanilide (DNC), three different compounds that shared a common substructure with DNC were used as antigen mimics. The compounds (N-suceinyl-L-alanyl-L-alanyl-L-alanine 4-nitroanilide (SAN), L-glutamic acid gamma-(p-nitroanilide) (GAN) and p-nitrosuccinanilic acid (NSA)) were conjugated to a carrier protein and used in the immunisation of rabbits. Five different polyclonal sera were produced and consequently characterised. The antibodies exhibited an IC50 range of 2.3-7.6 ng/ml using a competitive ELISA procedure, Serum from one rabbit, R555, exhibited an IC50 of 2.9 ng/ml for DNC and cross-reactivity studies showed that this serum was specific for DNC and did not cross-react with other coccidiostats such as halofuginone, toltrazuril or ronidazole. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Alpha-1 antitrypsin deficiency: A conformational disease associated with lung and liver manifestations

Alpha-1 antitrypsin (A1AT) is a serine anti-protease produced chiefly by the liver. A1AT deficiency is a genetic disorder characterized by serum levels of less than 11 μmol/L and is associated with liver and lung manifestations. The liver disease, which occurs in up to 15% of A1AT-deficient individuals, is a result of toxic gain-of-function mutations in the A1AT gene, which cause the A1AT protein to fold aberrantly and accumulate in the endoplasmic reticulum of hepatocytes. The lung disease is associated with loss-of-function, specifically decreased anti-protease protection on the airway epithelial surface. The so-called 'Z' mutation in A1AT deficiency encodes a glutamic acid-to-lysine substitution at position 342 in A1AT and is the most common A1AT allele associated with disease. Here we review the current understanding of the molecular pathogenesis of A1AT deficiency and the best clinical management protocols. © Springer Science+Business Media B.V. 2008.

Savory peptides present in Moromi obtained from soy sauce fermentation of yellow soybean

The presence of savory peptides in moromi has been investigated. Moromi was prepared by fermenting yellow soybean using Aspergillus oryzae as the starter at the first step (mold fermentation) and 20% brine solution at the next step (brine fermentation). The moromi was then ultrafiltered stepwise using membranes with MW cut-offs of 10,000, 3,000, and 500 Da, respectively. The fraction with MW <500 Da was chromatographed using Sephadex G-25 SF to yield four fractions, 1-4. Analysis of soluble peptides, NaCl content, alpha-amino nitrogen, amino acid composition, peptide profile using CE coupled with DAD, taste profile and free glutamic acid content, were performed for each fraction. Fraction 2 contained a relatively high total glutamic acid content, but a relatively low free glutamic acid content and had the highest umami taste. This fraction also had more peptides containing non-aromatic amino acids than the other fractions. The peptides present in fraction 2 may play a role, at least in part, in its intense umami taste.

Sequence characterisation and expression of homeobox HOX A7 in the multi-potential erythroleukaemic cell line TF-1

Homeobox gene expression was examined in the erythroleukaemic cell line TF-1. Expression of a number of HOX A, B and C genes, including HOX A7 was detected. Expression of this gene has not previously been reported in erythroleukaemic cell lines. A 2.1 kb full length cDNA of the HOX A7 gene was cloned. The predicted amino acid sequence C-terminal to the homeodomain consists of an alanine-rich region and a strongly negatively charged domain consisting entirely of aspartic and glutamic acid residues.

Functional characterization and membrane topology of Escherichia coli WecA, a sugar-phosphate transferase initiating the biosynthesis of enterobacterial common antigen and O-antigen lipopolysaccharide

WecA is an integral membrane protein that initiates the biosynthesis of enterobacterial common antigen and O-antigen lipopolysaccharide (LPS) by catalyzing the transfer of N-acetylglucosamine (GlcNAc)-1-phosphate onto undecaprenyl phosphate (Und-P) to form Und-P-P-GlcNAc. WecA belongs to a large family of eukaryotic and prokaryotic prenyl sugar transferases. Conserved aspartic acids in putative cytoplasmic loops 2 (Asp90 and Asp91) and 3 (Asp156 and Asp159) were targeted for replacement mutagenesis with either glutamic acid or asparagine. We examined the ability of each mutant protein to complement O-antigen LPS synthesis in a wecA-deficient strain and also determined the steady-state kinetic parameters of the mutant proteins in an in vitro transfer assay. Apparent K(m) and V(max) values for UDP-GlcNAc, Mg(2+), and Mn(2+) suggest that Asp156 is required for catalysis, while Asp91 appears to interact preferentially with Mg(2+), possibly playing a role in orienting the substrates. Topological analysis using the substituted cysteine accessibility method demonstrated the cytosolic location of Asp90, Asp91, and Asp156 and provided a more refined overall topological map of WecA. Also, we show that cells expressing a WecA derivative C terminally fused with the green fluorescent protein exhibited a punctate distribution of fluorescence on the bacterial surface, suggesting that WecA localizes to discrete regions in the bacterial plasma membrane.

A PCR-based method to characterise and identify benzimidazole resistance in Helminthosporium solani

Control of Helminthosporium solani, the cause of silver scurf in potato tubers, has been impaired by selection of benzimidazole-resistant strains as a result of repeated use of the fungicide thiabendazole. Identification of thiabendazole-resistant strains of H. solani by conventional techniques takes several weeks. Primers designed from conserved regions of the fungal beta-tubulin gene were used to PCR amplify and sequence a portion of the gene. A point mutation was detected at codon 198 in thiabendazole-resistant isolates causing a change in the amino acid sequence from glutamic acid to alanine or glutamine. Species-specific PCR primers designed to amplify this region were used in conjunction with a restriction endonuclease to cause cleavage in sensitive isolates only and thus provide a rapid diagnostic test to differentiate field isolates.

Burkholderia cenocepacia and Salmonella enterica ArnT proteins that transfer 4-amino-4-deoxy-L-arabinose to lipopolysaccharide share membrane topology and functional amino acids

We recently demonstrated that incorporation of 4-amino-4-deoxy-l-arabinose (l-Ara4N) to the lipid A moiety of lipopolysaccharide (LPS) is required for transport of LPS to the outer membrane and viability of the Gram-negative bacterium Burkholderia cenocepacia. ArnT is a membrane protein catalyzing the transfer of l-Ara4N to the LPS molecule at the periplasmic face of the inner membrane, but its topology and mechanism of action are not well characterized. Here, we elucidate the topology of ArnT and identify key amino acids that likely contribute to its enzymatic function. PEGylation assays using a cysteineless version of ArnT support a model of 13 transmembrane helices and a large C-terminal region exposed to the periplasm. The same topological configuration is proposed for the Salmonella enterica serovar Typhimurium ArnT. Four highly conserved periplasmic residues in B. cenocepacia ArnT, tyrosine-43, lysine-69, arginine-254 and glutamic acid-493, were required for activity. Tyrosine-43 and lysine-69 span two highly conserved motifs, 42RYA44 and 66YFEKP70, that are found in ArnT homologues from other species. The same residues in S. enterica ArnT are also needed for function. We propose these aromatic and charged amino acids participate in either undecaprenyl phosphate-l-Ara4N substrate recognition or transfer of l-Ara4N to the LPS.

Bottom up strategies for the morphology control of BaTiO3 particulates

As propriedades funcionais dos materiais ferroeléctricos tais como a polarização reversível, piroelectricidade, piezoelectricidade, elevada actividade óptica não linear e comportamento dieléctrico não linear são fundamentais para a sua aplicação em sensores, microactuadores, detectores de infravermelhos, filtros de fase de microondas e memórias não-voláteis. Nos últimos anos, motivado pelas necessidades industriais de redução do tamanho dos dispositivos microelectrónicos, aumentando a eficiência volumétrica, tem sido feito um grande esforço ao nível da investigação para desenvolver estruturas ferroeléctricas à escala micro- e nano- métrica. É sabido que a redução de tamanho em materiais ferroeléctricos afecta significamente as suas propriedades. Neste sentido e considerando que foi previsto teoreticamente por cálculos ab initio que estruturas do tipo nanocilindros e nanodiscos apresentariam um novo tipo de ordem ferroeléctrica e, na expectativa de alcançar conhecimento para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos microelectróncos, existe um grande interesse em desenvolver métodos de fabrico de nanoestruturas ferroeléctricas unidimensionais (1D) tais como nanocilindros e nanotubos. As estratégias de fabrico de nanoestruturas 1D até agora descritas na literatura indicam claramente as dificuldades inerentes à sua preparação. Existem duas grandes vias de síntese destas nanoestruturas: i) o método “topdown” que consiste na redução de tamanho de um dado material até à obtenção duma estrutura 1D; e ii) o método “bottom-up” em que átomos, iões e moléculas são agrupados para formar um material 1D. O método “top down” envolve em geral técnicas de desgaste, como o uso do feixe de electrões, que apesar de permitirem elevada precisão no posicionamento e no controlo do tamanho, falham em termos de resolução, exigem muito tempo e causam facilmente defeitos que deterioram as propriedades físicas destes materiais. Na metodologia “bottom up” a utilização de moléculas ou estruturas “molde” tem sido a mais explorada. As estructuras 1D podem também ser preparadas sem recorrer a “moldes”. Neste caso a agregação orientada é promovida pelo recurso a aditivos que controlam o crescimento dos cristais em direcções preferenciais. Neste contexto, neste trabalho utilizaram-se duas estratégias “bottom up” de baixo custo para a preparação de nanopartículas de titanato de bário (BaTiO3) com morfologia controlada: 1) síntese química (em solução e em fase vapor) com utilização de nanotubos de titanato TiNTs) como “moldes” e precursores de titânio 2) síntese química em solução com presença de aditivos. Os nanotubos de titanato de sódio foram preparados por síntese hidrotermal. Como existiam muitas dúvidas acerca da natureza estrutural e do mecanismo de formação dos NTs, a parte inicial do trabalho foi dedicada à realização de um estudo sistemático dos parâmetros intervenientes na síntese e à caracterização da sua estrutura e microestrutura. Foi demonstrado que os NTs têm a fórmula geral A2Ti2O5 (A = H+ or Na+), e não TiO2 (anátase) com defendido por vários autores na literatura, e podem ser preparados por método hidrotermal em meio fortemente alcalino usando como fonte de titânio TiO2 comercial na forma de anátase ou rútilo. A menor reactividade do rútilo exige temperaturas de síntese superiores ou tempos de reacção mais longos. A forma tubular resulta do tratamento hidrotermal e não de processos de lavagem e neutralização subsequentes. Se os NTs forem tratados após a síntese hidrotérmica em água a 200 ºC, transformam-se em nanocilindros. Uma das partes principais desta tese consistiu na investigação do papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3. O potencial funcionamento dos NTs como “moldes” para além de precursores foi testado em reacção com hidróxido de bário em síntese em solução e por reacção com um precursor orgânico de bário em fase vapor. Tendo por base os estudos cinéticos realizados, bem como as alterações estruturais e morfológicas das amostras, é possível concluir que a formação do BaTiO3 a partir de NTs de titanato de sódio, ocorre por dois mecanismos dependendo da temperatura e tempo de reacção. Assim, a baixa temperatura e curto tempo de reacção verifica-se que se formam partículas dendríticas de BaTiO3 cuja superfície é bastante irregular (“wild”) e que apresentam estrutura pseudo-cúbica. Estas partículas formam-se por reacção topotáctica na fronteira dos nanotubos de titanato de sódio. A temperaturas mais altas e/ou reacções mais longas, a reacção é controlada por um mecanismo de dissolução e precipitação com formação de dendrites de BaTiO3 tetragonais com superfície mais regular (“seaweed”). A microscopia de força piezoeléctrica mostrou que as dendrites “seaweeds“ possuem actividade piezoeléctrica superior à das dendrites “wild”, o que confirma o papel desempenhado pela estrutura e pela concentração de defeitos na rede na coerência e ordem ferroeléctrica de nanoestruturas. Os nossos resultados confirmam que os NTs de titanato não actuam facilmente como “moldes” na síntese em solução de BaTiO3 já que a velocidade de dissolução dos NTs em condições alcalinas é superior à velocidade de formação do BaTiO3. Assumindo que a velocidade de reacção dos NTs com o precursor de bário é superior em fase vapor, efectuou-se a deposição de um precursor orgânico de bário por deposição química de vapor sobre um filme de NTs de titnato de sódio depositados por deposição electroforética. Estudou-se a estabilidade dos NTs nas diferentes condições do reactor. Quando os NTs são tratados a temperaturas superiores a 700 ºC, ocorre a transformação dos NTs em nanocilindros de anatase por um mecanismo de agregação orientada. Quando se faz a deposição do precursor de bário, seguida de calcinação a 700 ºC em atmosfera oxidante de O2, verifica-se que a superficie dos NTs fica coberta com nanocristais de BaTiO3 independentemente da concentração de bário. O papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em fase vapor é assim descrito pela primeira vez. Em relação à metodologias de crescimento de partículas na ausência de “moldes” mas com aditivos fez-se um estudo sistemático utilizando 5 aditivos de natureza differente. As diferenças entre aditivos foram sistematizadas tendo em conta as diferenças estruturais e morfológicas verificadas. Está provado que os aditivos podem funcionar como modificadores de crescimento cristalino por alteração do seu padrão de crescimento ou por alteração da cinética de crescimento das faces cristalográficas do cristal. Entre os aditivos testados verificou-se que o ácido poliacrilíco adsorve em faces específicas do BaTiO3 alterando a cinética de crescimento e induzindo a agregação orientada das partículas. O polivinilpirrolidona, o docecilsulfato de sódio e hidroxipropilmetilcelulose actuam mais como inibidores de crescimento do que como modificadores do tipo de crescimento. A D-frutose aumenta a energia de activação da etapa de nucleação não ocorrendo formação de BaTiO3 para as mesmas condições dos outros aditivos. Esta tese clarifica o papel dos NTs de titanato de sódio enquanto precursores e “moldes” no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em solução e em fase vapor. É feita também a abordagem do controlo morfológico do BaTiO3 através do uso de aditivos. As estratégias de preparação de BaTiO3 propostas são de baixo custo, reprodutíveis e fáceis de efectuar. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão da relação tamanho – morfologia – propriedade em materiais ferroeléctricos nanométricos com vista à sua potencial aplicação.

Caracterização e transformação de Lenhosulfonatos de Eucalyptus globulus

Os lenhosulfonatos representam um sub-produto formado durante o cozimento ao sulfito ácido, sendo queimados para a regeneração da base e recuperação de energia. No entanto, os lenhosulfonatos são também considerados uma importante matéria-prima para a produção de vários produtos de valor acrescentado. Os objectivos principais deste trabalho foram contribuir para uma melhor compreensão sobre a caracterização química e estrutural dos lenhosulfonatos do Eucalyptus globulus, assim como, para complementar a informação disponível sobre a síntese e a caracterização estrutural e térmica de materiais poliméricos obtidos a partir de compostos modelo dos produtos de oxidação dos lenhosulfonatos. O licor de cozimento ao sulfito foi analisado em termos do teor de cinzas, extractáveis, compostos voláteis, açúcares e lenhosulfonatos. O teor de cinzas e açúcares no licor de cozimento é muito elevado, tendo sido necessário purificar o mesmo (2,8-13,8 % e 3,2-9,1 %, respectivamente). A análise dos açúcares mostrou uma quantidade considerável de pentoses, sendo o açúcar predominante a xilose. Os lenhosulfonatos foram purificados, isolados e caracterizados por química molhada (titulação potenciométrica e oxidação com permanganato), análise elementar, espectroscopia de ultravioleta/visível (UV/Vis), espectroscopia de infravermelho de transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de ressonância magnética nuclear de protão (RMN de 1H) e carbono (RMN de 13C), espectrometria de massa de ionização por electrospray (ESI-MS), cromatografia de permeação em gel (GPC), termogavimetria (TGA) e calorimetria diferencial de varrimento (DSC). Os lenhosulfonatos são constituídos principalmente por unidades S, são parcialmente sulfonados e possuem um peso molecular relativamente baixo (Mw = 1250-2400 Da). A ruptura das ligações β-O-4 e α-O-4 da lenhina do Eucalyptus globulus após cozimento ao sulfito ácido originam olígomeros de baixo peso molecular cuja estrutura foi elucidada por RMN 1D/2D e ESI-MS. A degradação térmica dos lenhosulfonatos apresentou dois máximos de degradação a 188-190ºC e a 315-380ºC. As curvas de DSC mostraram um pico endotérmico para temperaturas inferiores a 130ºC e um pico exotérmico a 300-500ºC. Os lenhosulfonatos foram despolimerizados na presença de oxigénio molecular em meio alcalino. Os produtos de oxidação principais foram o aldeído siríngico, a vanilina, o ácido vanílico e o ácido siríngico. A adição do catalisador (sal de cobre) promoveu a oxidação dos lenhosulfonatos aumentando o rendimento dos aldeídos aromáticos (< 50%). A presença de açúcares nos lenhosulfonatos teve um efeito negativo no rendimento dos produtos de oxidação principais. Alguns compostos modelo dos produtos de oxidação dos lenhosulfonatos foram polimerizados por poliadição (catiónica e radicalar) e policondensação. Os monómeros e os polímeros foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho de transformada de Fourier e reflectância total atenuada (FTIR-ATR), RMN em solução e no estado sólido, UV/Vis no estado sólido, GPC, difracção de raios-X (XRD), TGA e DSC. Os compostos modelo estudados foram os estirenos metoxi-substituídos (p-metoxiestireno e 3,4-dimetoxiestireno) e os ácidos hidroxi aromáticos metoxi-substituídos (ácido vanílico e ácido siríngico). O 3,4-dimetoxiestireno foi ainda copolimerizado com o éter isobutil vinílico e os seus copolímeros foram desmetilados, assim como, o poli(p-metoxiestireno) e o poli(3,4-dimetoxiestireno). A polimerização catiónica do p-metoxiestireno e 3,4-dimetoxiestireno é mais rápida e mais completa do que a polimerização radicalar produzindo polímeros com pesos moleculares elevados. O poli(p-metoxiestireno) (Mw = 235000 Da) possui um peso molecular maior do que o poli(3,4-dimetoxiestireno) (Mw = 18800 Da). A estabilidade térmica e a temperatura de transição vítrea diminuiram com a presença do segundo grupo metoxilo. A desmetilação dos homopolímeros foi bem sucedida, tendo sido corroborada por FTIR-ATR e RMN. A policondensação do ácido siríngico foi dificultada pela presença do segundo grupo metoxilo, tendo sido necessário adicionar uma maior quantidade do agente de condensação devido a factores estéricos. O poli(ácido vanílico) e poli(ácido siríngico) são insolúveis na maior parte dos solventes orgânicos, sendo parcialmente solúveis em clorofórmio, ácido triflúoracético, 1,1,2,2- tetracloroetano, dimetilsulfóxido, tetrahidrofurano, N,N’-dimetilformamida e 1,1,1,3,3,3-hexaflúor-2-propanol. A estabilidade térmica diminuiu com a presença do segundo grupo metoxilo e os dois polímeros não exibiram temperatura de transição vítrea. O poli(ácido vanílico) e poli(ácido siríngico) apresentaram uma estrutura muito cristalina (grau de cristalinidade 70% e 50%, respectivamente). O segundo grupo metoxilo aumentou o valor da absorvância, mas a forma do espectro de UV/Vis foi similar. A polimerização catiónica do éter isobutil vinílico resultou na produção de um polímero muito viscoso com peso molecular elevado (Mw = 20400 Da). A degradação térmica do polímero ocorreu em várias gamas de temperatura e foi completa (0% de resíduo a 800ºC). A copolimerização catiónica do 3,4-dimetoxiestireno com o éter isobutil vinílico foi realizada com proporções diferentes 80:20, 50:50 e 20:80. Os copolímeros apresentaram uma viscosidade elevada e um peso molecular baixo (Mw = 2000-4000 Da) que aumentou com a quantidade de éter isobutil vinílico. A degradação térmica dos copolímeros ocorreu também em várias gamas de temperatura, sendo a sua degradação completa (0,9-1,5% de resíduo a 800ºC). A desmetilação dos copolímeros não foi bem sucedida, tendo sido confirmada por FTIR-ATR e RMN.

Chemical communication in the Mozambique tilapia: a role for amino acids

The Mozambique tilapia (Oreochromis mossambicus) is a maternal mouthbrooding cichlid from the southern Africa. The olfactory sensitivity of the species to 20 amino acids was assessed using the electro-olfactogram (EOG). We estimated whether the olfactory potency of the polar fraction of male urine can be explained by the presence of identified amino acids. In addition, filtrate and amino acid mixture of the urine of Nile tilapia were used to estimate their olfactory potency for O.mossambicus. Finally, concentrations of the main amino acids were measured in the urine of males of different social status and the correlations between amino acid concentration and hierarchical status were explored. L-cysteine, L-glutamine and L-threonine were the most potent stimuli at M while L-proline and L-aspartate were the least potent. Four groups of amino acids were identified according to their thresholds of detection and three groups – according to the similarity of their ɣ-factors. The estimated threshold of detection for O.mossambicus mixture was higher than that for the filtrate. On the contrary, the threshold of detection for the mixture of Nile tilapia was lower than that for the filtrate The concentration of L-arginine in the urine was positively correlated with fish dominance index. Both L-arginine and L-glutamic acid concentrations had much greater variability in dominant males (DI˃0.5) than in subordinate males (DI˂0.5). The urinary concentrations of L-phenylalanine had similar variability in dominant and subordinate groups. The Mozambique tilapia has olfactory sensitivity to all twenty amino acids tested. The fish showed more acute sensitivity to conspecific urine filtrate than to the heterospecific. Olfactory potency of O.mossambicus filtrate can be largely but not fully explained by the presence of L-arginine, L-glutamic acid and L-phenylalanine. Larginine and L-glutamic acid may indicate the dominance status of the fish and, possibly, individual identity.

Cloning of the Bone Gla Protein gene from the teleost fish Sparus aurata (gilthead seabream). Molecular organization, developmental appearance and evolutionary implications

Tese de Doutoramento, Biologia Molecular, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Universidade do Algarve, 2001

Evaluation of the role of glutathione in the lead-induced toxicity in saccharomyces cerevisiae

The effect of intracellular reduced glutathione (GSH) in the lead stress response of Saccharomyces cerevisiae was investigated. Yeast cells exposed to Pb, for 3 h, lost the cell proliferation capacity (viability) and decreased intracellular GSH level. The Pb-induced loss of cell viability was compared among yeast cells deficient in GSH1 (∆gsh1) or GSH2 (∆gsh2) genes and wild-type (WT) cells. When exposed to Pb, ∆gsh1 and ∆gsh2 cells did not display an increased loss of viability, compared with WT cells. However, the depletion of cellular thiols, including GSH, by treatment of WT cells with iodoacetamide (an alkylating agent, which binds covalently to thiol group), increased the loss of viability in Pb-treated cells. In contrast, GSH enrichment, due to the incubation of WT cells with amino acids mixture constituting GSH (l-glutamic acid, l-cysteine and glycine), reduced the Pb-induced loss of proliferation capacity. The obtained results suggest that intracellular GSH is involved in the defence against the Pb-induced toxicity; however, at physiological concentration, GSH seems not to be sufficient to prevent the Pb-induced loss of cell viability.

Desenvolvimento de um biossensor para Ácido Glutâmico

A presente dissertação tem com objetivo o desenvolvimento de um biossensor com base nos polímeros de impressão molecular para a deteção de uma molécula alvo, o ácido glutâmico que é convertido em glutamina pela glutamina sintetase, recorrendo à potenciometria. Nas células neoplásicas a glutamina não é sintetizada podendo-se considerar que o ácido glutâmico é um potencial agente anti-cancro. A técnica de impressão molécular utilizada foi a polimerização em bulk, combinando a acrilamida e a bis acrilamida com o ácido glutâmico. Para se verificar se a resposta potenciométrica obtida era de facto da molécula alvo foram preparados em paralelo com os sensores, materiais de controlo, ou seja, moléculas sem impressão molécular (NIP). Para se controlar a constituíção química dos vários sensores nomeadamente, do NIP e do polímero de impressão molecular (MIP) antes e após a remoção bem como a molécula foram realizados estudos de Espetroscopia de Infravermelhos de Transformada de Fourier (FTIR), Scanning electron microscope (SEM) e Espetroscopia de Raios X por dispersão em energia (EDS). Os materiais desenvolvidos foram aplicados em várias membranas que diferiam umas das outras, sendo seletivas ao ião. A avaliação das características gerais das membranas baseou-se na análise das curvas de calibração, conseguidas em meios com pHs diferentes, comparando os vários elétrodos. O pH 5 foi o que apresentou melhor resultado, associado a uma membrana que continha um aditivo, o p-tetra-octilphenol, e com o sensor com percentagem de 3%. Posto isto, testou-se em material biológico, urina, com as melhores características quer em termos de sensibilidade (18,32mV/década) quer em termos de linearidade (1,6x10-6 a 1,48x10-3 mol/L). Verificou-se ainda que aplicando iões interferentes na solução, estes não interferem nesta, podendo ser aplicados na amostra sem que haja alteração na resposta potenciométrica. O elétrodo é capaz de distinguir o ácido glutâmico dos restantes iões presentes na solução.

Engineering bio-based polymers using alternative solvents and processes

The work presented in this thesis explores novel routes for the processing of bio-based polymers, developing a sustainable approach based on the use of alternative solvents such as supercritical carbon dioxide (scCO2), ionic liquids (ILs) and deep eutectic solvents (DES). The feasibility to produce polymeric foams via supercritical fluid (SCF) foaming, combined with these solvents was assessed, in order to replace conventional foaming techniques that use toxic and harmful solvents. A polymer processing methodology is presented, based on SCF foaming and using scCO2 as a foaming agent. The SCF foaming of different starch based polymeric blends was performed, namely starch/poly(lactic acid) (SPLA) and starch/poly(ε-caprolactone) (SPCL). The foaming process is based on the fact that CO2 molecules can dissolve in the polymer, changing their mechanical properties and after suitable depressurization, are able to create a foamed (porous) material. In these polymer blends, CO2 presents limited solubility and in order to enhance the foaming effect, two different imidazolium based ILs (IBILs) were combined with this process, by doping the blends with IL. The use of ILs proved useful and improved the foaming effect in these starch-based polymer blends. Infrared spectroscopy (FTIR-ATR) proved the existence of interactions between the polymer blend SPLA and ILs, which in turn diminish the forces that hold the polymeric structure. This is directly related with the ability of ILs to dissolve more CO2. This is also clear from the sorption experiments results, where the obtained apparent sorption coefficients in presence of IL are higher compared to the ones of the blend SPLA without IL. The doping of SPCL with ILs was also performed. The foaming of the blend was achieved and resulted in porous materials with conductivity values close to the ones of pure ILs. This can open doors to applications as self-supported conductive materials. A different type of solvents were also used in the previously presented processing method. If different applications of the bio-based polymers are envisaged, replacing ILs must be considered, especially due to the poor sustainability of some ILs and the fact that there is not a well-established toxicity profile. In this work natural DES – NADES – were the solvents of choice. They present some advantages relatively to ILs since they are easy to produce, cheaper, biodegradable and often biocompatible, mainly due to the fact that they are composed of primary metabolites such as sugars, carboxylic acids and amino-acids. NADES were prepared and their physicochemical properties were assessed, namely the thermal behavior, conductivity, density, viscosity and polarity. With this study, it became clear that these properties can vary with the composition of NADES, as well as with their initial water content. The use of NADES in the SCF foaming of SPCL, acting as foaming agent, was also performed and proved successful. The SPCL structure obtained after SCF foaming presented enhanced characteristics (such as porosity) when compared with the ones obtained using ILs as foaming enhancers. DES constituted by therapeutic compounds (THEDES) were also prepared. The combination of choline chloride-mandelic acid, and menthol-ibuprofen, resulted in THEDES with thermal behavior very distinct from the one of their components. The foaming of SPCL with THEDES was successful, and the impregnation of THEDES in SPCL matrices via SCF foaming was successful, and a controlled release system was obtained in the case of menthol-ibuprofen THEDES.