Analyzing peptides and proteins by mass spectrometry: principles and applications in proteomics

The study of proteins has been a key element in biomedicine and biotechnology because of their important role in cell functions or enzymatic activity. Cells are the basic unit of living organisms, which are governed by a vast range of chemical reactions. These chemical reactions must be highly regulatedin order to achieve homeostasis. Proteins are polymeric molecules that havetaken on the evolutionary process the role, along with other factors, of controlthese chemical reactions. Learning how proteins interact and control their up anddown regulations can teach us how living cells regulate their functions, as well asthe cause of certain anomalies that occur in different diseases where proteins areinvolved. Mass spectrometry (MS) is an analytical widely used technique to studythe protein content inside the cells as a biomarker point, which describesdysfunctions in diseases and increases knowledge of how proteins are working.All the methodologies involved in these descriptions are integrated in the fieldcalled Proteomics.

Caracterização espectral de Paspalum notatum em diferentes níveis de adubação nitrogenada

As propriedades espectrais da vegetação podem ser utilizadas para o monitoramento das condições de crescimento da vegetação ao longo do ano, assim como a estimativa da produtividade das espécies, por meio de técnicas de sensoriamento remoto. Para tanto, é necessário, primeiramente, caracterizar espectralmente as espécies que compõem a vegetação de um ecossistema. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a reflectância do Paspalum notatum Flügge var. notatum crescendo em diferentes níveis de adubação nitrogenada. Foi realizado um experimento de campo na Estação Experimental Agronômica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (30º5'22'' S e 51º39'8'' W), utilizando-se um espectrorradiômetro portátil, em parcelas de P. notatum adubadas com 0, 200 e 400 kg ha-1 de N. A resposta espectral do P. notatum foi alterada pelas variações na quantidade de biomassa do dossel, provocadas por diferenças nos níveis de adubação nitrogenada. Os aumentos na quantidade de biomassa provocaram diminuição da reflectância na porção visível do espectro e aumento na porção infravermelho, o que mostra que a análise da reflectância é um bom indicador das mudanças que ocorrem em um dossel.

Espectros de duas formas de lignina obtidos por ressonância magnética nuclear

O conteúdo de lignina pode ser útil na estimativa da digestão da fibra de plantas forrageiras. A determinação quantitativa da lignina pelo método espectrofotométrico pressupõe a existência de um padrão de referência satisfatório. O objetivo deste trabalho foi avaliar, por meio da ressonância magnética nuclear (RMN), duas ligninas, uma extraída com brometo de acetila (LBrAc) e outra com solução ácida de dioxano (LDiox), para utilização como padrão de referência em análises espectrofotométricas. A ressonância de próton acusou altos teores de carboidratos contaminantes nas amostras de LBrAc. Como a cromatografia líquida já havia indicado menor presença de carboidratos contaminantes na LDiox, os espectros por ressonância de carbono, mais rica em detalhes do que a espectroscopia anterior, porém mais demorada, foram realizados somente nas ligninas LDiox. Este espectro revelou picos típicos, comuns à maioria das ligninas. Os achados da RMN foram condizentes com a análise química, a qual identificou que o carboidrato da parede celular que acompanha a LBrAc seria possivelmente a celulose, ao passo que a pequena contaminação da LDiox teria origem nas pentosanas. A LDiox pode ser considerada melhor padrão de referência para as análises espectrofotométricas do que a LBrAc.

High-Resolution Mass Spectrometry applied to the identification of new metabolites and transformation products of quinolones in chicken muscle tissues

The aim of this work was the identification of new metabolites and transformation products (TPs) in chicken muscle from Enrofloxacin (ENR), Ciprofloxacin (CIP), Difloxacin (DIF) and Sarafloxacin (SAR), which are antibiotics that belong to the fluoroquinolones family. The stability of ENR, CIP, DIF and SAR standard solutions versus pH degradation process (from pH 1.5 to 8.0, simulating the pH since the drug is administered until its excretion) and freeze-thawing (F/T) cycles was tested. In addition, chicken muscle samples from medicated animals with ENR were analyzed in order to identify new metabolites and TPs. The identification of the different metabolites and TPs was accomplished by comparison of mass spectral data from samples and blanks, using liquid chromatography coupled to quadrupole time-of-flight (LC-QqToF) and Multiple Mass Defect Filter (MMDF) technique as a pre-filter to remove most of the background noise and endogenous components. Confirmation and structure elucidation was performed by liquid chromatography coupled to linear ion trap quadrupole Orbitrap (LC-LTQ-Orbitrap), due to its mass accuracy and MS/MS capacity for elemental composition determination. As a result, 21 TPs from ENR, 6 TPs from CIP, 14 TPs from DIF and 12 TPs from SAR were identified due to the pH shock and F/T cycles. On the other hand, 14 metabolites were identified from the medicated chicken muscle samples. Formation of CIP and SAR, from ENR and DIF, respectively, and the formation of desethylene-quinolone were the most remarkable identified compounds.

High-resolution mass spectrometry applied to the study of metabolome modifications in various chicken tissues after amoxicillin administration

The performance of high resolution accurate mass spectrometry (HRMS) operating in full scan MS mode was investigated for the quantitative determination of amoxicillin (AMX) as well as qualitative analysis of metabolomic profiles in tissues of medicated chickens. The metabolomic approach was exploited to compile analytical information on changes in the metabolome of muscle, kidney and liver from chickens subjected to a pharmacological program with AMX. Data consisting of m/z features taken throughout the entire chromatogram were extracted and filtered to be treated by Principal Component Analysis. As a result, it was found that medicated and non-treated animals were clearly clustered in distinct groups. Besides, the multivariate analysis revealed some relevant mass features contributing to this separation. In this context, recognizing those potential markers of each chicken class was a priority research for both metabolite identification and, obviously, evaluation of food quality and health effects associated to food consumption.

High-Resolution Mass Spectrometry applied to the identification of transformation products of quinolones from stability studies and new metabolites of enrofloxacin in chicken muscle tissues

The aim of this work was the identification of new metabolites and transformation products (TPs) in chicken muscle from Enrofloxacin (ENR), Ciprofloxacin (CIP), Difloxacin (DIF) and Sarafloxacin (SAR), which are antibiotics that belong to the fluoroquinolones family. The stability of ENR, CIP, DIF and SAR standard solutions versus pH degradation process (from pH 1.5 to 8.0, simulating the pH since the drug is administered until its excretion) and freeze-thawing (F/T) cycles was tested. In addition, chicken muscle samples from medicated animals with ENR were analyzed in order to identify new metabolites and TPs. The identification of the different metabolites and TPs was accomplished by comparison of mass spectral data from samples and blanks, using liquid chromatography coupled to quadrupole time-of-flight (LC-QqToF) and Multiple Mass Defect Filter (MMDF) technique as a pre-filter to remove most of the background noise and endogenous components. Confirmation and structure elucidation was performed by liquid chromatography coupled to linear ion trap quadrupole Orbitrap (LC-LTQ-Orbitrap), due to its mass accuracy and MS/MS capacity for elemental composition determination. As a result, 21 TPs from ENR, 6 TPs from CIP, 14 TPs from DIF and 12 TPs from SAR were identified due to the pH shock and F/T cycles. On the other hand, 14 metabolites were identified from the medicated chicken muscle samples. Formation of CIP and SAR, from ENR and DIF, respectively, and the formation of desethylene-quinolone were the most remarkable identified compounds.

High-resolution mass spectrometry applied to theidentification of transformation products of quinolones from stability studies and new metabolites of enrofloxacin in chicken muscle tissues

The aim of this work was the identification of new metabolites and transformation products (TPs) in chicken muscle from Enrofloxacin (ENR), Ciprofloxacin (CIP), Difloxacin (DIF) and Sarafloxacin (SAR), which are antibiotics that belong to the fluoroquinolones family. The stability of ENR, CIP, DIF and SAR standard solutions versus pH degradation process (from pH 1.5 to 8.0, simulating the pH since the drug is administered until its excretion) and freeze-thawing (F/T) cycles was tested. In addition, chicken muscle samples from medicated animals with ENR were analyzed in order to identify new metabolites and TPs. The identification of the different metabolites and TPs was accomplished by comparison of mass spectral data from samples and blanks, using liquid chromatography coupled to quadrupole time-of-flight (LC-QqToF) and Multiple Mass Defect Filter (MMDF) technique as a pre-filter to remove most of the background noise and endogenous components. Confirmation and structure elucidation was performed by liquid chromatography coupled to linear ion trap quadrupole Orbitrap (LC-LTQ-Orbitrap), due to its mass accuracy and MS/MS capacity for elemental composition determination. As a result, 21 TPs from ENR, 6 TPs from CIP, 14 TPs from DIF and 12 TPs from SAR were identified due to the pH shock and F/T cycles. On the other hand, 14 metabolites were identified from the medicated chicken muscle samples. Formation of CIP and SAR, from ENR and DIF, respectively, and the formation of desethylene-quinolone were the most remarkable identified compounds.

Rastreabilidade de farinha de vísceras de aves por isótopos estáveis em penas de frangos de corte

O objetivo deste trabalho foi detectar a presença de farinha de vísceras de aves (FV) na alimentação de frangos de corte, por meio da análise de penas por isótopos estáveis de carbono (13C/12C) e nitrogênio (15N/14N) e espectrofotometria de massas. Setecentos e vinte pintos machos Cobb foram submetidos aos seguintes tratamentos: ração vegetal (RV) à base de milho e farelo de soja, de 1 a 42 dias de idade; ração com 8% de farinha de vísceras de frango (FV), de 1 a 42 dias de idade; ração vegetal de 1 a 21 dias e ração com FV de 22 a 42 dias; ração vegetal de 1 a 35 dias e ração com FV de 36 a 42 dias; ração com FV de 1 a 21 dias, e ração vegetal de 22 a 42 dias; ração com FV de 1 a 35 dias, e ração vegetal de 36 a 42 dias. Foram colhidas amostras de penas de quatro aves por tratamento aos 7, 14, 21, 28, 35 e 42 dias de idade, que foram submetidas à análise isotópica de carbono (13C/12C) e nitrogênio (15N/14N) por espectrometria de massas. A aplicação da técnica dos isótopos estáveis de C e N a penas de frango de corte, após a utilização de farinha de vísceras na alimentação de frangos de corte, pelo período de até 21 dias, permite detectar a inclusão da FV na dieta.

A need for determination of arsenic species at low levels in cereal-based food and infant cereals. Validation of a method by LC-ICPMS.

The present study arose from the need to determine inorganic arsenic (iAs) at low levels in cereal-based food. Validated methods with a low limit of detection (LOD) are required to analyse these kinds of food. An analytical method for the determination of iAs, methylarsonic acid (MA) and dimethylarsinic acid (DMA) in cereal-based food and infant cereals is reported. The method was optimised and validated to achieve low LODs. Ion chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry (LC-ICPMS) was used for arsenic speciation. The main quality parameters were established. To expand the applicability of the method, different cereal products were analysed: bread, biscuits, breakfast cereals, wheat flour, corn snacks, pasta and infant cereals. The total and inorganic arsenic content of 29 cereal-based food samples ranged between 3.7-35.6 and 3.1-26.0 microg As kg-1, respectively. The present method could be considered a valuable tool for assessing inorganic arsenic contents in cereal-based foods.

Composição e fungitoxicidade do óleo essencial de capim citronela em função da adubação orgânica

O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da adubação orgânica sobre o teor e a composição do óleo essencial de capim citronela (Cymbopogon nardus), bem como a fungitoxicidade desse óleo ao crescimento micelial dos fungos Didymella bryoniae, Colletotrichum gloeosporioides e Amphobotrys ricini. A extração do óleo essencial foi realizada por hidrodestilação, a partir de plantas cultivadas em quatro doses de adubação orgânica (0, 3, 6 e 9 kg de esterco bovino curtido por cova), e a identificação dos constituintes químicos foi conduzida por cromatografia gasosa/espectrometria de massas. Para avaliar a inibição do crescimento micelial, o experimento foi instalado no delineamento inteiramente casualizado, em arranjo fatorial. Foram testadas sete alíquotas do óleo essencial (0, 5, 10, 15, 20, 25 e 30 µL), em cinco épocas de avaliação, com quatro repetições. O teor de óleo essencial do capim citronela não foi afetado pela adubação orgânica, e o óleo essencial do capim citronela apresentou 24 compostos químicos, entre estes monoterpenos e sesquiterpenos, com maior concentração dos compostos citronelal, β-citronelol, geraniol e elemol. O óleo essencial do capim citronela apresenta maior efeito de inibição a Amphobotrys ricini, em comparação aos fungos Didymella bryoniae e Colletotrichum gloeosporioides.

Associação de marcadores microssatélites com teores de óleo e proteína em soja

O objetivo deste trabalho foi avaliar a associação de marcadores microssatélites localizados próximos a locos de caracteres quantitativos (QTL) descritos na literatura, com os teores de óleo e proteína de genótipos de soja cultivados no Brasil. Quarenta e nove genótipos de soja foram avaliados em Viçosa, MG (12/2009); Visconde do Rio Branco, MG (2/2010); e São Gotardo, MG (2/2010 e 10/2011). Utilizou-se o delineamento de blocos ao acaso, com três repetições. Os teores de óleo e proteína foram determinados por espectrometria do infravermelho. Foi observada ampla variabilidade genética para esses teores. Dos 65 marcadores microssatélites testados, 35 apresentaram associação significativa com pelo menos um dos teores, mas poucos foram consistentes com a mudança de ambiente. Ao se levar em conta a consistência da associação em todos os ambientes, os marcadores Satt239, Satt384 e Satt562 destacam-se para a seleção assistida quanto aos teores de óleo e de proteína, enquanto o Satt310 destaca-se para seleção quanto ao teor de óleo, e o Satt567, quanto ao de proteína.

Extração e quantificação de alumínio trocável em Organossolos

O objetivo deste trabalho foi avaliar diferentes métodos de extração e quantificação de alumínio trocável em Organossolos. As amostras foram coletadas em três perfis de turfeira e, então, secas ao ar e passadas em peneira de malha de 2 mm. Foram feitas extrações com KCl 1 mol L-1 , Ca(OAc2) 1 mol L-1 e CuCl20,5 mol L-1 . Em seguida, os extratos obtidos por KCl e Ca(OAc2) foram analisados por titulação com NaOH 0,025 mol L-1 e por espectrômetro de absorção atômica com forno de grafite (GF-AAE). Os extratos obtidos por CuCl2 foram analisados por GF-AAE. Na quantificação por GF-AAE, os extratores KCl e Ca(OAc2) tiveram capacidade semelhante de extrair alumínio trocável, enquanto o CuCl2 foi capaz de extrair também o Al reativo. Os elevados teores de alumínio trocável observados na titulação após extração com KCl podem estar relacionados aos elevados teores do íon H+ presente nas amostras. O método indicado para determinação do teor de alumínio trocável em Organossolos é a extração com KCl ou com Ca(OAc2) e, para quantificação, a espectrofotometria de absorção atômica com forno de grafite.

Caracterização da polpa do coquinho-azedo (Butia capitata var capitata)

O objetivo deste trabalho foi determinar a composição química, o teor de vitamina C, o valor pró-vitamina A e o teor de compostos fenólicos totais na polpa do coquinho-azedo (Butia capitata var capitata). Umidade, lipídeos, cinzas e fibras foram determinados por métodos gravimétricos; os minerais foram determinados por espectrometria de emissão atômica com fonte de plasma indutivo; o valor pró-vitamina A foi calculado através do teor de carotenóides; a vitamina C foi determinada por titulação com diclorofenolindofenol; os compostos fenólicos foram determinados pelo método de Folin-Ciocalteou, empregando ácido gálico e ácido tânico como padrões, e pelo método da vanilina, empregando catequina como padrão. A polpa, se comparada com outras frutas normalmente consumidas, apresentou elevado teor de óleo (2,5%), de fibra dietética (7,0%), de pró-vitamina A (146, 2RAE 100g-1), de vitamina C (53mg 100g-1), de compostos fenólicos (210mg de catequina, equivalente 100g-1; 116mg de ácido tânico, equivalente 100g-1) e de potássio (516mg 100g-1). O coquinho-azedo apresentou elevado potencial para enriquecer a alimentação da população local, especialmente como fonte de fibras, pró-vitamina A, vitamina C e potássio, a exemplo do que já vem sendo feito na merenda escolar no norte de Minas Gerais. Estes resultados demonstram o elevado valor de produtos oferecidos pelos pequenos agricultores, respaldando a importância cultural da espécie e valorizando a manutenção da variabilidade no cerrado.

Constituintes voláteis do fruto do pajeuzeiro (Triplaris sp.)

O estudo dos constituintes voláteis dos frutos contribui para a indicação destes para diferentes aplicações, como nas indústrias alimentícia, farmacêutica e de cosméticos. A importância da pesquisa de componentes voláteis em frutos silvestres reveste-se no fato de que esses resultados apontem para o seu aproveitamento, assim como para despertar o interesse de produtores para o seu cultivo comercial. O trabalho teve como objetivo a identificação dos constituintes voláteis do óleo essencial dos frutos de pajeuzeiro (Triplaris sp.). As atividades foram conduzidas no Núcleo de Estudos, Pesquisas e Processamento de Alimentos do Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal do Piauí, em Teresina-PI. Os frutos foram colhidos no município de Beneditinos-PI. Na extração do óleo essencial, utilizou-se a técnica de hidrodestilação, e a identificação dos constituintes foi realizada por cromatografia gasosa / espectrometria de massas - CG/EM. Identificaram-se 8 (oito) das 12 (doze) substâncias extraídas, tendo como constituintes majoritários: palmitato de metila (21,67%) e 10-octadecenoato de metila (21,72%).

A need for determination of arsenic species at low levels in cereal-based food and infant cereals. Validation of a method by LC-ICPMS.

The present study arose from the need to determine inorganic arsenic (iAs) at low levels in cereal-based food. Validated methods with a low limit of detection (LOD) are required to analyse these kinds of food. An analytical method for the determination of iAs, methylarsonic acid (MA) and dimethylarsinic acid (DMA) in cereal-based food and infant cereals is reported. The method was optimised and validated to achieve low LODs. Ion chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry (LC-ICPMS) was used for arsenic speciation. The main quality parameters were established. To expand the applicability of the method, different cereal products were analysed: bread, biscuits, breakfast cereals, wheat flour, corn snacks, pasta and infant cereals. The total and inorganic arsenic content of 29 cereal-based food samples ranged between 3.7-35.6 and 3.1-26.0 microg As kg-1, respectively. The present method could be considered a valuable tool for assessing inorganic arsenic contents in cereal-based foods.