Grx5 glutaredoxin plays a central role in protection against protein oxidative damage in Saccharomyces cerevisiae

Glutaredoxins are members of a superfamily of thiol disulfide oxidoreductases involved in maintaining the redox state of target proteins. In Saccharomyces cerevisiae, two glutaredoxins (Grx1 and Grx2) containing a cysteine pair at the active site had been characterized as protecting yeast cells against oxidative damage. In this work, another subfamily of yeast glutaredoxins (Grx3, Grx4, and Grx5) that differs from the first in containing a single cysteine residue at the putative active site is described. This trait is also characteristic for a number of glutaredoxins from bacteria to humans, with which the Grx3/4/5 group has extensive homology over two regions. Mutants lacking Grx5 are partially deficient in growth in rich and minimal media and also highly sensitive to oxidative damage caused by menadione and hydrogen peroxide. A significant increase in total protein carbonyl content is constitutively observed in grx5cells, and a number of specific proteins, including transketolase, appear to be highly oxidized in this mutant. The synthetic lethality of the grx5 and grx2 mutations on one hand and ofgrx5 with the grx3 grx4 combination on the other points to a complex functional relationship among yeast glutaredoxins, with Grx5 playing a specially important role in protection against oxidative stress both during ordinary growth conditions and after externally induced damage. Grx5-deficient mutants are also sensitive to osmotic stress, which indicates a relationship between the two types of stress in yeast cells.

Glutaredoxins Grx3 and Grx4 regulate nuclear localisation of Aft1 and the oxidative stress response in Saccharomyces cerevisiae

Grx3 and Grx4, two monothiol glutaredoxins of Saccharomyces cerevisiae, regulate Aft1 nuclear localisation. We provide evidence of a negative regulation of Aft1 activity by Grx3 and Grx4. The Grx domain of both proteins played an important role in Aft1 translocation to the cytoplasm. This function was not, however, dependent on the availability of iron. Here we demonstrate that Grx3, Grx4 and Aft1 interact each other both in vivo and in vitro, which suggests the existence of a functional protein complex. Interestingly, each interaction occurred independently on the third member of the complex. The absence of both Grx3 and Grx4 induced a clear enrichment of G1 cells in asynchronous cultures, a slow growth phenotype, the accumulation of intracellular iron and a constitutive activation of the genes regulated by Aft1. The grx3grx4 double mutant was highly sensitive to the oxidising agents hydrogen peroxide and t-butylhydroperoxide but not to diamide. The phenotypes of the double mutant grx3grx4 characterised in this study were mainly mediated by the Aft1 function, suggesting that grx3grx4 could be a suitable cellular model for studying endogenous oxidative stress induced by deregulation of the iron homeostasis. However, our results also suggest that Grx3 and Grx4 might play additional roles in the oxidative stress response through proteins other than Aft1.

TGF-β dependent regulation of oxygen radicals during transdifferentiation of activated hepatic stellate cells to myofibroblastoid cells

Background: The activation of hepatic stellate cells (HSCs) plays a pivotal role during liver injury because the resulting myofibroblasts (MFBs) are mainly responsible for connective tissue re-assembly. MFBs represent therefore cellular targets for anti-fibrotic therapy. In this study, we employed activated HSCs, termed M1-4HSCs, whose transdifferentiation to myofibroblastoid cells (named M-HTs) depends on transforming growth factor (TGF)-β. We analyzed the oxidative stress induced by TGF-β and examined cellular defense mechanisms upon transdifferentiation of HSCs to M-HTs. Results: We found reactive oxygen species (ROS) significantly upregulated in M1-4HSCs within 72 hours of TGF-β administration. In contrast, M-HTs harbored lower intracellular ROS content than M1-4HSCs, despite of elevated NADPH oxidase activity. These observations indicated an upregulation of cellular defense mechanisms in order to protect cells from harmful consequences caused by oxidative stress. In line with this hypothesis, superoxide dismutase activation provided the resistance to augmented radical production in M-HTs, and glutathione rather than catalase was responsible for intracellular hydrogen peroxide removal. Finally, the TGF-β/NADPH oxidase mediated ROS production correlated with the upregulation of AP-1 as well as platelet-derived growth factor receptor subunits, which points to important contributions in establishing antioxidant defense. Conclusion: The data provide evidence that TGF-β induces NADPH oxidase activity which causes radical production upon the transdifferentiation of activated HSCs to M-HTs. Myofibroblastoid cells are equipped with high levels of superoxide dismutase activity as well as glutathione to counterbalance NADPH oxidase dependent oxidative stress and to avoid cellular damage.

Mangaani mekaanisen massan peroksidivalkaisussa

Mangaanilla on havaittu olevan haitallisia vaikutuksia mekaanisen massan peroksidivalkaisussa. Suurin ongelma on mangaanin katalyyttisen aktiivisuuden aiheuttama peroksidin hajoaminen. On havaittu, että mangaanin hapetusasteella voisi olla merkittävä vaikutus mangaanin kelatoitumiseen sekä sen katalysoimaan peroksidin hajoamiseen valkaisun aikana. Työssä selvitettiin, miten massan mangaanipitoisuus ja mangaanin hapetusasteen muutos vaikuttavat valkaisuun ja mangaanin kelatoitumiseen. Laboratoriokokeiden tulokset osoittavat, että mangaani kelatoituu hapetusasteilla +II ja +III happamissa oloissa yhtä hyvin. pH:n nousu heikentää enemmän hapetusasteella +III olevan mangaanin kelatoitumista. Mangaani ei kelatoidu hapetusasteella +IV lainkaan. Valkaisukokeiden perusteella mangaani katalysoi peroksidin hajoamista hapetusasteilla +II ja +III yhtä voimakkaasti, mikä näkyy samalla vaaleuden nousun heikkenemisenä peroksidin määrän vähetessä. Mn(IV) ei katalysoi peroksidin hajoamista ollenkaan ja sen vaikutus vaaleuteen on selvästi pienempi kuin hapetusasteilla +II ja +III. Laboratoriokokeiden tulokset osoittavat myös, että kompleksinmuodostajalla on valkaisussa selvä positiivinen vaikutus. DTPA estää hapetusasteen +II katalyyttistä aktiivisuutta voimakkaammin kuin hapetusasteen +III. Valkaisusakeuden nosto pienensi mangaanin katalyyttistä aktiivisuutta, minkä oletettiin johtuvan stabilointikemikaalien konsentraation noususta.

Korkeavaaleuksisen PGW-massan valmistaminen

Työssä haettiin optimaalista valkaisukemikaalien annostelusuhdetta mahdollisimman vaalean massan valmistamiseksi. Tarkoituksena oli myös selvittää käytettävän tehdasprosessin pullonkauloja ja esittää vaihtoehtoja prosessin kehittämiseksi. Kirjallisuusosassa tutustuttiin mekaanisen massan peroksidivalkaisuun ja erilaisiin prosessimalleihin sen suorittamiseksi. Kirjallisuudesta saatuja lähtötietoja sovellettiin sitten ensin laboratorio- ja laajemmin tehdaskokein käytäntöön. Laboratoriokokeissa haettiin optimaalista lipeäannosta vakioperoksidiannoksella. Lisäksi selvitettiin lämpötilan ja viipymäajan vaikutusta valkaisutulokseen. Tuloksista oli todettavissa, että sekä lämpötilan että lipeäannoksen kasvattaminen kiihdyttää valkaisureaktiota. Korkeammassa lämpötilassa tarvittava lipeäannos on pienempi. Lyhyellä viipymäajalla ja matalammalla lämpötilalla saavutetaan hyviä tuloksia vain suurella lipeäannoksella. Suurempaa silikaattiannosta käytettäessä valkaisun jälkeen mitattu loppupH oli korkeampi ja jäännösperoksidin määrä hieman suurempi kuin referenssipisteessä. Vaaleudessa ei merkittävää muutosta näkynyt. Yleisesti laboratoriokokeiden tulokset vastasivat kirjallisuudessa esitettyjä tuloksia. Tehdaskokeet suoritettiin kahdella peroksidiannoksella. Kummallekin peroksidiannokselle haettiin optimaalinen lipeäannos. Lisäksi seurattiin silikaattiannoksen vaikutusta syntyvään vaaleuteen. Varsinaisten kokeiden lisäksi suoritettiin lyhyt maksimivaaleuskoe suurella peroksidiannoksella käyttäen kahta eri lipeäannosta. Suurin mitattu vaaleus oli 79,3 % ISO. Peroksidiannoksella 2,5 % saavutettiin noin 14 ISO-yksikön vaaleudennousu, ja annoksella 3 % vaaleudennousu oli noin 16 yksikköä. Tehdaskokeiden aikana kokeiltiin myös kemikaalien laimennusveden määrän vaikutusta vaaleuteen. Veden määrän vähetessä valkaisusakeus nousi ja vaaleus parani. Hiomon nykyprosessille laadittiin aine- ja energiatase. Taseet tehtiin myös prosessille, jossa nykyvalkaisimoon on lisätty valkaistun massan pesu ja jäännöskemikaalien kierrätys. Taseiden tarkoituksena oli selvittää virtaavien jakeiden määriä ja prosessin energiatasapainoa eri tilanteissa. Massan puhtauden paranemista pesun aikana tarkasteltiin laskennallisesti. Tämän työn aikana kävi selväksi, että oikeilla valkaisukemikaalisuhteilla pystytään valmistamaan vaaleaa massaa. Viipymäaikaa lisäämällä valkaisuun saisi lisää tehoa, mutta vain tunnin viipymäajalla päästään jo hyviin tuloksiin. Vaaleusheittoja aiheuttavat valkaistavan massan lähtövaaleuden, sakeuden ja lämpötilan muutokset. Lisäksi viipymäajan muutokset aiheuttavat huojuntaa saavutettavaan loppuvaaleuteen.

TCF-valkaisimon laatuvaihtelun pienentäminen

Tämän diplomityön tavoitteena oli pienentää TCF-valkaisimon laatuvaihtelua ja vähentää kemikaaleista aiheutuvia kustannuksia. Työn kirjallisuusosassa tarkasteltiin valkaisuun vaikuttavia tekijöitä. Valkaisukemikaaleista olivat mukana TCF-valkaisussa käytettävät otsoni ja vetyperoksidi. Lisäksi selvitettiin metallien poistoa massasta sekä vesikierron sulkemisesta aiheutuvia ongelmia. Kokeellisessa osassa etsittiin Oy Metsä-Botnia Ab Rauman tehtaan valkaisuprosessin suurimmat laatuominaisuuksien vaihteluun vaikuttavat tekijät. Tavoitteena oli pienentää vaihtelua valmiin massan laatuominaisuuksissa sekä vähentää raaka-aineista ja kemikaaleista aiheutuvia kustannuksia laatuominaisuuksien tasoa laskematta. Tutkimuksessa käytettiin hyväksi Taguchi-menetelmää sekä monimuuttuja-analyysiä. Tutkimuksessa tehtiin kaksi Taguchi-koetta, joissa tutkittiin valkaisimon ensimmäistä otsonivaihetta sekä koko valkaisimoa. Otsonivaiheen merkittävimmiksi tekijöiksi osoittautuivat otsoniannos, otsonin väkevyys sekä pH. Kaikkia valkaisimon vaiheita tutkittaessa löydettiin merkittävimmiksi tekijöiksi ensimmäisen peroksidivaiheen lämpötila, vetyperoksidin jakaminen peroksidivaiheisiin, kelatointi sekä otsonivaiheen otsoniannos ja pH. Optimiajomallin avulla saatiin valkaisimon laatuvaihtelua pienennettyä. Kemikaalikustannuksiin vaikuttavista tekijöistä merkittävimmiksi osoittautuivat kelatoinnin vaikutus, vetyperoksidin annosteleminen molempiin vaiheisiin sekä ensimmäisen peroksidivaiheen lämpötila. Optimiajomallien avulla vetyperoksidikulutusta saatiin pienennettyä noin 24 %.

Kationinvaihtohartsien hapetuskestävyys

Hyvin puhdasta vettä vaativissa sovelluksissa käytettävät kationinvaihtohartsit eivät saisi vuotaa puhdistettavaan veteen mitään vieraita aineita. Todellisuudessa hartsit kuitenkin vuotavat hyvin pieniä määriä erilaisia yhdisteitä käytön aikana. Aineet, joita kationinvaihtohartsi päästää veteen, ovat osaksi hartsin polymerointireaktion aikana sen rungon sisään jääneitä yhdisteitä. Nämä voidaan suurimmaksi osaksi poistaa pesemällä hartsia. Osittain niitä syntyy myös hartsin polystyreenidivinyylibentseenirungon (PS-DVB) hapettuessa. Hapettumisen seurauksena syntyneet yhdisteet ovat pääosin orgaanisia sulfonaatteja. Tämä työ koskee ydinvoimalaitoksissa käytettäviä pulverihartseja, joita käytetään primääripiirissä kiertävän lauhdeveden puhdistukseen ja jotka joutuvat siellä alttiiksi hapettumiselle. Yleensä hapettuminen on hidasta ja se johtuu veteen liuenneesta hapesta. Hapettuminen nopeutuu huomattavasti, jos vedessä on läsnä hapettimia tai siirtymämetalli-ioneja. Tällaisia hapettimia ovat esimerkiksi vetyperoksidi, otsoni, vapaa kloori, typpihappo ja kromi. Vetyperoksidin vaikutuksesta hartsin runkoon muodostuu hydroperoksidiryhmä, jonka hajoamisesta alkaa reaktioiden sarja, joka lopulta johtaa hartsin polymeerirungon katkeamiseen. Siirtymämetalli-ionit katalysoivat peroksidien hajoamista. Tavallisimpia hapetusta katalysoivia metalli-ioneja ovat rauta ja kupari, joiden katalyyttinen aktiivisuus on suuri. Tässä työssä pyrittiin selvittämään, onko mahdollista valmistaa hartseja, jotka kestävät hapettumista paremmin kuin nykyisin käytössä olevat hartsit. Sen tutkimiseksi tehtiin kiihdytettyjä hapetuskokeita käyttäen hapettimena vetyperoksidia ilman siirtymämetalli-ioni katalyyttejä. Hapetuskokeet tehtiin kaupallisesti saatavilla hartseilla ja uusilla työtä varten syntetisoiduilla koehartseilla. Hapetuskokeiden etenemistä seurattiin mittaamalla veteen liuenneiden orgaanisten aineiden kokonaismäärää (TOC-analyysi) ja liuoksessa esiintyvien orgaanisten sulfonaattien määrää johtokykymittauksin. Saadut tulokset antoivat viitteitä siitä, että hartsin synteesiolosuhteilla voi olla suurempi vaikutus sen hapetuskestävyyteen kuin synteesissä käytetyillä raaka-aineilla.

Wet Oxidation of Paper Mill Evaporation Concentrates

Tämän työn tarkoituksena oli tutkia lämpötilan pH:n ja vetyperoksidin vaikutusta kuorimoveden haihdutuskonsentraatin märkähapetuksessa. Kirjallisuusosassa esitellään massan ja paperin valmistusta sekä kuorintaprosessi. Lisäksi tarkastellaan kuoren kemiallista koostumusta, jäteveden ja prosessiveden käsittelymenetelmiä sekä märkähapetuksen periaatteita. Kokeellinen osa käsittää erään suomalaisen paperitehtaan kuorimoveden haihdutuskonsentraatin märkähapetuskokeet. Hapetuskokeet tehtiin useammassa eri lämpötilassa, pH:ssa ja vetyperoksidikonsentraatiossa. Em. muuttujien vaikutusta tutkittiin kemialliseen hapenkulutukseen (COD), biologiseen hapenkulutukseen (BOD), välittömästi saatavana olevan biologiseen hapenkulutukseen (IABOD), orgaaniseen kokonaishiileen (TOC) ja tanniini/ligniini pitoisuuteen. Koetulokset osoittivat, että korkeimmat COD- ja TOC-reduktiot saavutettiin H2O2-katalysoidulla märkähapetuksella jäteveden alkuperäisessä pH:ssa (60 % reduktio COD:lla ja 45 % reduktio TOC:lla lämpötilassa 170 °C ja 0.2 g H2O2/g COD). Toisaalta, parhaat tulokset biohajoavuuden paranemisen suhteen saavutettiin emäksisissä olosuhteissa, jossa 170 °C:ssa saavutettiin BOD/COD-arvo 76 %. Emäksisissä olosuhteissa saavutettiin lähes täydellinen tanniinin reduktio lämpötila-alueella 130-170 °C, mutta näissä lämpötiloissa orgaanisen kuorman alenemista ei havaittu.

Removal of Lipophilic Wood Extractives from TMP Process Waters by Wet Oxidation

Työssä tutkittiin kokeellisesti rasvaliukoisten uuteaineiden poistamista TMP -prosessin vesikierroista märkähapetuksen avulla. Työn tavoitteena oli tutkia mahdollisuudet hyödyntää TMP -prosessissa vallitsevaa korkeaa lämpötilaa rasvaliukoisten uuteaineiden poistamiseen hapettamalla niitä puhtaalla hapella. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin märkähapetuksen teknologiaa, reaktiomekanismia, käytettyjä katalyyttejä, käyttökohteita sekä kustannuksia. Kokeita suoritettiin autoklaavireaktorissa lämpötiloissa 140 °C, 160 °C ja 180 °C. Vetyperoksidia käytettiin katalyyttinä lisätyn vetyperoksidin määrän ollessa 100 - 1800 mg/l ja hapen osapaineen ollessa 0 ( typpiatmosfääri) - 15 baria. Kokeissa tarkasteltiin kemiallisen hapenkulutuksen (COD), rasvaliukoisten uuteaineiden konsentraation, orgaanisen kokonaishiilen (TOC) ja värin muutoksia kokeiden aikana eri lämpötiloilla, hapen osapaineilla ja lisätyn vetyperoksidin määrillä. Kokeissa saavutettiin 30 %:n COD:n vähenemä sekä 90 %:n vähenemä rasvaliukoisissa uuteaineissa lämpötiloissa 160 °C ja 180 °C. Lisäämällä vetyperoksidia katalyyttinä saavutettiin lähes sama tulos lämpötilassa 140 °C. Suurin tässä työssä havaittu ongelma oli lisääntynyt värinmuodostus vedessä olevassa hienojakoisessa kiintoaineessa hapetuksen aikana. Tämän vuoksi lisätutkimukset ovat tarpeellisia sen seikan selvittämiseksi, voidaanko muodostunut väri mahdollisesti poistaa massan valkaisussa.

Häiriöaineiden vaikutus käytettäessä magnesiumhydroksidialkalia mekaanisen massan peroksidivalkaisussa

Nykypäivänä ympäristön suojelu ja erityisesti jätevesipäästöjen pienentäminen vaikuttavat yhä enemmän metsäteollisuuden toimintatapoihin. Lisäksi veden käytön vähentyessä ja prosesseja suljettaessa silikaatteihin väistämättä liittyvät saostumat ovat kasvava ongelma. Magnesiumhydroksidin on havaittu olevan potentiaalinen natriumhydroksidin korvaava alkali mekaanisen massan peroksidivalkaisussa. Lisäksi magnesiumhydroksidilla voidaan saavuttaa lähes yhtä korkea vaaleus, jopa ilman silikaattia, kuin natriumhydroksidilla natriumsilikaatin kanssa. Magnesiumhydroksidin orgaanista ainesta liuottava vaikutus on myös noin puolet verrattuna natriumhydroksidiin. Työssä selvitettiin, miten häiriöaineet vaikuttavat mekaanisen massan peroksidivalkaisuun käytettäessä magnesiumhydroksidialkalia. Laboratoriokokeiden tulokset osoittivat, että magnesiumhydroksidi kesti paremmin valkaisussa käytettyjä häiriöaineita. Pienillä metallilisäyksillä ei ole vaikutusta massan vaaleuteen käytettäessä magnesiumhydroksidia. Korvattaessa laimennusvettä viirapuristimen suodoksella peroksidi kului lähes loppuun käytettäessä natriumhydroksidia, mikä näkyi myös vaaleuden heikkenemisenä. Valkaisukokeiden perusteella magnesiumhydroksidialkalilla jäädään jopa kolme prosenttiyksikköä natriumhydroksidin kanssa saadusta vaaleudesta, peroksidiannoksen olleessa kolme prosenttia. Mutta käytettäessä magnesiumhydroksidialkalia liuenneen orgaanisen hiilen kokonaismäärä (TOC) sekä biologinen (BOD7) että kemiallinen (CODcr) hapenkulutus pienenivät lähes puolella.

Sensitive photonic system to measure oxidative potential of airborne nanoparticles and ROS levels in exhaled air

A photonic system has been developed that enables sensitive quantitative determination of reactive oxygen species (ROS) - mainly hydrogen peroxide (H2O2) - in aerosol samples such as airborne nanoparticles and exhaled air from patients. The detection principle relies on the amplification of the absorbance under multiple scattering conditions due to optical path lengthening [1] and [2]. In this study, the presence of cellulose membrane that acts as random medium into the glass optical cell considerably improved the sensitivity of the detection based on colorimetric FOX assay (FeII/orange xylenol). Despite the loss of assay volume (cellulose occupies 75% of cell volume) the limit of detection is enhanced by one order of magnitude reaching the value of 9 nM (H2O2 equivalents). Spectral analysis is performed automatically with a periodicity of 5 to 15 s, giving rise to real-time ROS measurements. Moreover, the elution of air sample into the collection chamber via a micro-diffuser (impinger) enables quantitative determination of ROS contained in or generated from airborne samples. As proof-of-concept the photonic ROS detection system was used in the determination of both ROS generated from traffic pollution and ROS contained in the exhaled breath as lung inflammation biomarkers.

Ativação do peróxido de hidrogênio para a epoxidação de olefinas não-funcionalizadas

A general overview about the more useful activating agents of the hydrogen peroxide in the epoxidation of unfunctionalized alkenes, focusing mechanistic proposals. Moreover, reactivity and stereochemistry, including the stereogenic effect of the hydroxyl group is presented.

Hidrólise enzimática de casca de arroz utilizando-se celulases: efeito de tratamentos químicos e fotoquímicos

In the present work we reported the study of rice hull enzymatic hydrolysis using a commercial cellulase preparation. The results showed that previous treatment with light and sodium chlorite inhibits the enzymatic process (31.4 and 11.8%, respectively) while hydrogen peroxide and ozone favoured the enzymatic production of reducing sugars (5.9 and 54.9%, respectively). Studies performed by quimiluminescence showed that the chlorite treatment produced the most significant change in the structure of rice hull. Nevertheless, this treatment did not favour the subsequent enzymatic process. Photomicrographs obtained from rice hull hydrolysates showed that pre-treatment changed mainly the inner epidermis and parenchyma cell and that they did not change cellular organization of the hull.

Metodologia analítica para a determinação de sulfato em vinhoto

In this way it is very important to know the sulfate concentration in vinasse samples before to make the biodigestor design. A previous developed and indirect method (Anal. Chim. Acta. 1996, 329, 197), was used to determine sulfate in samples of vinasse, after previous treatments, done in order to eliminate organic matter with hydrogen peroxide 30% and concentrated nitric acid mixture (3:1), under heating. Interferent cationic ions were isolated by using ion exchange columns. The results obtained for some samples from Araraquara and Penápolis are here presented. The phosphate concentration was also determined.

Estudo comparativo da seletividade de um método cinético-catalítico: a determinação de Cr(VI) pela oxidação da o-dianisidina pelo peróxido de hidrogênio

Selectivity studies for the determination of Cr(VI) using the catalytic oxidation of the o-dianisidine by hydrogen peroxide showed two distincts situations. In the first, when interferents were studied by a univariate procedure, Cr(III) and Cu(II) cause serious interferences even at the 2:1 proportion, relative to Cr(VI), while Fe(III) interfered at the 15:1 ratio and EDTA at the 10:1 ratio. On the other hand, when a multivariate investigation was performed, Cr(III) did not present any significant principal effects and its significant interaction effects were negative, in contrast to EDTA, that presented positive interaction effects although, like Cr(III), did not show significant interaction effects. In view of the interferent's action it become necessary to separate Cr(VI) by extraction with methylisobutylketone in a chloridric acid medium before its determination in vegetals and in wastewater from a cellulose industry samples. Using this procedure, the method precision is ±0,5% at the 10 ng/mL Cr(VI) concentration level. The detection and quantification limits, calculated by means of absorbance measurements of ten replicates of blank reagents were 1,1 and 3,2 ng/mL, respectively. The results obtained with real samples showed a relative standard deviation between 1,2% and 3,0% relative to their reference values.