Proton transfers at the air-water interface

Proton transfer reactions at the interface of water with hydrophobic media, such as air or lipids, are ubiquitous on our planet. These reactions orchestrate a host of vital phenomena in the environment including, for example, acidification of clouds, enzymatic catalysis, chemistries of aerosol and atmospheric gases, and bioenergetic transduction. Despite their importance, however, quantitative details underlying these interactions have remained unclear. Deeper insight into these interfacial reactions is also required in addressing challenges in green chemistry, improved water quality, self-assembly of materials, the next generation of micro-nanofluidics, adhesives, coatings, catalysts, and electrodes. This thesis describes experimental and theoretical investigation of proton transfer reactions at the air-water interface as a function of hydration gradients, electrochemical potential, and electrostatics. Since emerging insights hold at the lipid-water interface as well, this work is also expected to aid understanding of complex biological phenomena associated with proton migration across membranes.

Based on our current understanding, it is known that the physicochemical properties of the gas-phase water are drastically different from those of bulk water. For example, the gas-phase hydronium ion, H₃O⁺(g), can protonate most (non-alkane) organic species, whereas H₃O⁺(aq) can neutralize only relatively strong bases. Thus, to be able to understand and engineer water-hydrophobe interfaces, it is imperative to investigate this fluctuating region of molecular thickness wherein the ‘function’ of chemical species transitions from one phase to another via steep gradients in hydration, dielectric constant, and density. Aqueous interfaces are difficult to approach by current experimental techniques because designing experiments to specifically sample interfacial layers (< 1 nm thick) is an arduous task. While recent advances in surface-specific spectroscopies have provided valuable information regarding the structure of aqueous interfaces, but structure alone is inadequate to decipher the function. By similar analogy, theoretical predictions based on classical molecular dynamics have remained limited in their scope.

Recently, we have adapted an analytical electrospray ionization mass spectrometer (ESIMS) for probing reactions at the gas-liquid interface in real time. This technique is direct, surface-specific,and provides unambiguous mass-to-charge ratios of interfacial species. With this innovation, we have been able to investigate the following:

1. How do anions mediate proton transfers at the air-water interface?

2. What is the basis for the negative surface potential at the air-water interface?

3. What is the mechanism for catalysis ‘on-water’?

In addition to our experiments with the ESIMS, we applied quantum mechanics and molecular dynamics to simulate our experiments toward gaining insight at the molecular scale. Our results unambiguously demonstrated the role of electrostatic-reorganization of interfacial water during proton transfer events. With our experimental and theoretical results on the ‘superacidity’ of the surface of mildly acidic water, we also explored implications on atmospheric chemistry and green chemistry. Our most recent results explained the basis for the negative charge of the air-water interface and showed that the water-hydrophobe interface could serve as a site for enhanced autodissociation of water compared to the condensed phase.

Participação do L-NAME, da L-arginina e da N-acetilcisteína no enfisema pulmonar induzido por fumaça de cigarro em camundongos

O óxido nítrico (NO) constitui um dos mais importantes mediadores intra e extracelulares e tem sido descrita sua participação tanto em processos biológicos como patológicos. Nosso objetivo foi verificar se o aumento ou a diminuição do óxido nítrico apresenta um efeito benéfico na proteção do tecido pulmonar no enfisema pulmonar induzido por fumaça de cigarro em camundongos. Para tanto, utilizamos o L-NAME (inibidor do NO), a L-arginina (substrato para a formação do NO) e os comparamos com a N-acetilcisteína (utilizada no tratamento da DPOC). Foram utilizados 65 camundongos C57BL/6 machos. Cinquenta animais foram divididos em grupos controle, fumaça de cigarro (FC), fumaça de cigarro + L-NAME (FC+LN), fumaça de cigarro + L-arginina (FC+LA), fumaça de cigarro + N-acetilcisteína (FC+NAC) (n=10, por grupo). Durante sessenta dias 40 animais foram expostos a 12 cigarros comerciais por dia, 3 vezes ao dia. Os grupos controle e FC foram submetidos à gavagens orogástricas com o veículo. Os grupos FC+LN, FC+LA, FC+NAC receberam gavagens diárias de L-NAME (60 mg/kg), L-arginina (120 mg/kg) ou NAC (200 mg/kg) respectivamente. Quinze animais (n = 5, por grupo) foram expostos ao ar ambiente e tratados apenas com L-NAME, L-arginina e NAC. Realizamos a análise do perfil das células do lavado broncoalveolar após o sacrifício. O pulmão direito foi removido para as análises histológicas do alargamento dos espaços aéreos determinado pela medida do diâmetro alveolar médio (Lm) e da densidade de superfície (Sv) dos septos alveolares. Os pulmões esquerdos foram removidos e homogeneizados para a as análises da atividade enzimática (SOD, CAT e MPO) e do sistema glutationa (GSH/GSSG), para a análise dos valores de nitrito e da expressão de 4-HNE, MMP-12, NE, TIMP-1, TIMP-2. Nossos resultados apontam que o L-NAME tem uma ação voltada para a matriz extracelular (via protease-antiprotease), enquanto que a L-arginina possui uma ação voltada para os oxidantes, assim como a NAC. Porém a NAC atua aumentando os níveis de glutationa, o que interfere diretamente nos oxidantes (via oxidante-antioxidante), enquanto a L-arginina interfere aumentando o burden oxidativo concomitante a um aumento da velocidade de ação dos oxidantes o que aumenta as células inflamatórias, mas diminui seu tempo de ação permitindo uma maior proteção. Concluímos que tanto o favorecimento para a produção e liberação do NOatravés da administração da L-arginina quanto a inibição do NOpela utilização do L-NAME foi eficiente na proteção do pulmão, apesar de não terem alcançado um resultado tão bom quanto a NAC.

Relação dos sistemas de reparo de DNA em Escherichia coli K-12 com resistência a antibióticos, características adesivas e formação de biofilme

As espécies reativas de oxigênio (ERO) são geradas durante o metabolismo celular normal e podem produzir vários danos oxidativos no DNA, tais como lesões nas bases nitrogenadas ou sítios apurínico/apirimidínico (AP). Essas lesões podem acarretar acúmulo de sítios de mutações, caso esses danos não sejam reparados. Entretanto, as bactérias possuem vários mecanismos de defesa contra as ERO que desempenham um importante papel na manutenção da fisiologia. O objetivo deste trabalho foi o de avaliar se sistemas enzimáticos, como o reparo por excisão de bases (BER), sistema SOS e SoxRS, interferem em respostas como a sensibilidade aos antibióticos, aderência das células bacterianas a superfícies bióticas ou abióticas e formação de biofilme. Os mutantes utilizados no presente estudo são todos derivados de Escherichia coli K-12 e os resultados obtidos mostraram que, dos mutantes BER testados, o único que apresentou diferença no perfil de sensibilidade aos antimicrobiamos em relação à cepa selvagem (AB1157) foi o mutante xthA- (BW9091), deficiente em exonuclease III. No teste de aderência qualitativo realizado com linhagem de células HEp-2 (originária de carcinoma de laringe humana) foi observado que onze cepas da nossa coleção, apresentaram um padrão denominando like-AA, contrastando com o que era esperado para as cepas de E. coli utilizadas como controle negativo, que apresentam aderência discreta sem padrão típico. A aderência manose-sensível via fímbria do tipo I avaliada nesse estudo mostrou que essa fimbria, possui um papel relevante na intensidade da aderência e filamentação nessas cepas estudas. A filamentação é uma resposta SOS importante para que o genoma seja reparado antes de ser partilhado pelas células filhas. Além disso, com relação à formação de biofilme, oito cepas apresentaram um biofilme forte sendo que essa resposta não foi acompanhada pelo aumento da intensidade de filamentação. Nossos resultados em conjunto sugerem o envolvimento de estresse oxidativo na definição de parâmetros como sensibilidade a antimicrobianos, padrão e intensidade de aderência, filamentação e formação de biofilme nas amostras de E. coli K-12 avaliadas neste trabalho. Sugerimos que a aderência gera estresse oxidativo causando danos no DNA, o que leva a indução do sistema SOS resultando na resposta de filamentação observada.

Ausência de correlação entre a penetração do cimento AH Plus nos túbulos dentinários e a qualidade do selamento

O presente estudo objetivou testar experimentalmente a existência da possível correlação entre a penetração de cimento nos túbulos dentinários e a qualidade do selamento. Foram utilizados 60 incisivos centrais superiores humanos que formaram um único grupo experimental. Após a eliminação das porções coronárias, as raízes foram padronizadas em 13 mm de comprimento. A instrumentação dos canais foi realizada no sentido coroa-ápice, e o comprimento de trabalho estabelecido a 1 mm aquém do forame apical. Como solução irrigadora foi empregado o NaOCl a 5,25% e ao final, EDTA a 17%. Em seguida, todos os canais foram obturados com guta-percha e cimento AH Plus marcado com um corante fluorescente. Para determinar a qualidade do selamento das obturações endodônticas, as amostras foram submetidas ao modelo de infiltração de glicose sob pressão. As raízes foram montadas em um dispositivo de dupla-câmara selada para permitir a infiltração da glicose. Como controle negativo foram utilizados 4 dentes hígidos, e como controle positivo, 2 dentes instrumentados porém, não obturados. Foram utilizados 0,75 mL de solução de glicose a 1 mol/L na câmara superior e 0,75 mL de água deionizada na câmara inferior. Os dispositivos foram conectados a um sistema de distribuição de pressão desenvolvido com o objetivo de permitir a infiltração de 32 amostras em uma mesma etapa. A solução de glicose foi forçada apicalmente sob uma pressão de 15 psi durante 1 hora. Uma alíquota de 50 L foi coletada da câmara inferior para quantificar a glicose infiltrada. A concentração de glicose foi determinada através de um método enzimático com o auxílio do Kit Glucose HK e de um espectrofotômetro em um comprimento de onda de 340 nm. Na sequência, as amostras foram desacopladas dos corpos de prova, embutidas em resina epóxi e cortadas em 3 secções transversais. Uma sequência de preparação metalográfica padrão foi realizada para permitir a observação da penetração de cimento nos túbulos dentinários por meio de microscopia confocal e óptica. Os dados obtidos nos 2 experimentos foram cruzados pelo teste de correlação de Spearman, o qual revelou a inexistência de qualquer possibilidade de correlação (r = 0,12). Com base nesses resultados, o presente trabalho concluiu que, dentro das condições experimentais usadas, a quantidade de cimento presente dentro dos túbulos dentinários não teve relação com a qualidade do selamento produzido.

Perfil imunológico e microbiológico de pacientes com periodontites crônica e agressiva

O objetivo deste estudo foi determinar os níveis de interleucina-1β (IL-1 β), IL-2, IL-4, IL-8, interferon-γ (IFN-γ) e a atividade de elastase no fluido gengival (FG) de pacientes com periodontite crônica generalizada (PCG) e periodontite agressiva generalizada (PAgG), e correlacionar com indivíduos de um grupo controle com gengivite apenas. Um objetivo secundário foi analisar o perfil microbiológico subgengival destes indivíduos. Dados clínicos transversais foram obtidos de 20 pacientes com PCG, 17 pacientes com PAgG e 10 indivíduos com gengivite. Amostras de FG foram coletadas com tiras de papel e os níveis de: IL-1β, IL-2, IL-4, IL-8 e IFN-γ foram medidos, utilizando um imunoensaio do tipo multiplex (Luminex). Atividade da elastase foi avaliada por um ensaio enzimático. Amostras de placa subgengival foram analisadas através do checkerboard DNA-DNA hybridization. As diferenças de significância entre os grupos para dados imunológicos e microbiológicos foram realizadas utilizando o teste Kruskal-Wallis, ajustando para múltiplas comparações. As médias dos parâmetros clínicos e os volumes de FG foram maiores nos pacientes com PCG e PAgG comparados ao grupo gengivite. Níveis mais elevados de IL-1β e atividade de elastase foram encontrados em sítios profundos quando comparado a sítios rasos em ambos os grupos com periodontite (p <0,05). Os dados microbiológicos apresentaram níveis significativamente mais elevados das espécies do complexo vermelho em pacientes com PCG e PAgG, quando comparados aos indivíduos com gengivite (p <0,05). Não houve diferença estatisticamente significante nos níveis de biomarcadores no FG e nos níveis de espécies bacterianas subgengivais entre pacientes com PCG e pacientes com PAgG. Sendo assim, concluímos que os dados do presente estudo não mostraram diferença estatisticamente significante nos parâmetros imunológicos e microbiológicos medidos entre indivíduos com PCG e PAgG.

Obtenção de biodiesel por transesterificação enzimática de óleo de soja com etanol empregando t-butanol como solvente

Neste estudo foi investigada a alcoólise enzimática do óleo de soja com etanol, utilizando t-butanol como solvente e enzimas imobilizadas Lipozyme TL IM, Lipozyme RM IM e Novozym 435 como catalisadores. As reações foram realizadas em um reator batelada fechado acoplado a um condensador e com constante agitação. Foram avaliadas a influência do t-butanol, do tipo de enzima utilizada, da razão molar álcool/óleo e da temperatura no rendimento em biodiesel. A etanólise do óleo de soja por sucessivas adições de álcool foi investigada e as melhores condições foram obtidas em presença de t-butanol, razão molar etanol/óleo igual a 3, temperatura de 50C e 5% (m/m) de Novozym 435. Nas reações conduzidas em presença de t-butanol não foram observadas diferenças significativas entre a adição direta e a escalonada do álcool. Os efeitos da adição de álcool só foram observados na ausência de t-butanol. O rendimento máximo em ésteres etílicos atingido foi cerca de 66% após 4h de reação com Novozym 435 na presença de solvente.

Efeito do tratamento periodontal não cirúrgico em pacientes com periodontite crônica e agressiva: achados microbiológicos e imunológicos

O objetivo do presente estudo foi comparar a expressão de IL-1β, IL-4, IL-8, interferon-γ, atividade de elastase e a composição do perfil microbiano subgengival antes e depois do tratamento periodontal não cirúrgico em pacientes com doença peridontal crônica generalizada (PC) e agressiva generalizada (PA). Vinte pacientes com PC e quatorze com PA foram avaliados. Dados clínicos, fluido gengival e biofilme subgengival foram analisados na visita inicial (VI) e 3 meses (3M) após o tratamento periodontal não cirúrgico. Amostras de fluido gengival (FG) foram coletadas com tiras de papel e os níveis de: IL-1β, IL-4, IL-8 e INF-γ foram medidos, utilizando um tipo de imunoensaio multiplexado (Luminex). Atividade da elastase foi avaliada por um ensaio enzimático. Amostras de placa subgengival foram analisadas através do checkerboard DNA-DNA hybridization. Na avaliação de 3 meses após terapia periodontal foi encontrado melhora significativa para todos os parâmetros clínicos em ambos os grupos. Foram encontradas reduções significativas na atividade de elastase nos sítios rasos e profundos dos pacientes do grupo PA e nos sítios profundos do grupo PC, também foi achado um aumento significativo de INF-γ nos sítios rasos do grupo PA. Os dados microbiológicos, mostraram reduções significativas para os níveis dos membros do complexo vermelho (P. gingivalis, T. forsythia, T.denticola), e para as espécies E.nodatum e P.micra no grupo PC. No grupo PA, ocorreram reduções significativas no níveis de P. gingivalis, T. forsythia, Fusobacterium nucleatum ss polymorphum e Fusobacterium periodonticum. Quando as respostas clínica e imunológica 3M após terapia foram comparadas entre os grupos, apenas diferenças sutis foram observadas. Nenhuma diferença microbiológica foi encontrada entre os grupos após a terapia. Em conclusão, os achados suportam nossa hipótese de que as periodontites cronica e agressiva respondem de forma semelhante ao tratamento periodontal nao cirúrgico.

Investigations on saprolegniosis. II. Study on the process of penetrations showing evidence of a proteolytic enzyme and histopathological aspects [Translation from: Riv.ital.Piscicolt.Ittiopatol. 11(4), 109-117, 1976]

The study of enzymatic activity is of great importance in the immunology of fungi. Indeed, knowledge of biological activity of antigenic structures is important for the elucidation of host-parasite relations as well as in the search for a taxonomic factor permitting differential diagnoses. The authors used Saprolegnia cultures to analyse soluble antigenic fractions arising from the mycelium of cultures of 4 species of Saprolegnia, which are found most frequently in the parasitic state on fish: S. parasitica, S. ferax, S. delica, S. diclina. The authors conclude that in the study of saprolegniasis, the enzymatic approach affords new elements for the examination of the etiology of fungi as well as an element of gravity concerning the biochemical modifications necessary to the change of saprophytism to parasitism.

Análise da contaminação das águas do córrego São Lourenço (Nova Friburgo, RJ) por agrotóxicos organofosforados e carbamatos

O córrego de São Lourenço (Nova Friburgo RJ), situado na principal região agrícola do estado, representa um importante manancial hídrico do município de Nova Friburgo que percorre um vale onde se concentram as principais lavouras responsáveis pela produção de olerícolas do Estado. Esta localidade apresenta expressiva relação de consumo de agrotóxicos por trabalhador (56 kg/trabalhador/ano). Assim, este córrego recebe todos os resíduos provenientes das lavouras situadas em suas margens. As águas desse córrego são usadas após tratamento pela população residente na área metropolitana e, são usadas sem tratamento pela população residente em suas margens. Este estudo tem como objetivo avaliar a contaminação das águas desse córrego por agrotóxicos anticolinesterásicos. Amostras de água foram coletadas mensalmente de abril/07 a fevereiro/08, em seis pontos do Córrego São Lourenço e em um ponto do Córrego das Paixões. Foram utilizadas garrafas previamente rinsadas com metanol e enxaguadas várias vezes com água destilada. A avaliação dos níveis de pesticidas se deu por método enzimático descrito por Cunha Bastos et al (1991) e pela etapa de concentração e extração dos pesticidas em coluna de carvão ativado foi adaptada a partir do método descrito por Kaipper et al. (2001), que possui a vantagem de ser um teste rápido de avaliação inicial e de baixo custo. Como controle negativo foi usado águas coletadas no ponto um, situado em área de floresta, sem terras cultivadas ao redor. Foram geradas 72 amostras, onde 33 apresentaram indícios de contaminação, mas apenas uma atingiu o limite de detecção do método, 5 ppb, em maio/07. Estes resultados, principalmente os obtidos nos pontos localizados na parte final do córrego São Lourenço, sugerem, além da utilização recente de agrotóxicos, a importância de fatores climatológicos e do regime do uso de tais compostos possivelmente interferindo na detecção dos resíduos em questão

Estudo da enzima Horseradish peroxidase (HRP) no descoramento dos corantes têxteis Azul Drimaren X-3LR, Azul Drimaren X-BLN, Rubinol Drimaren X-3LR e Azul Drimaren CL-R

O presente trabalho avaliou o potencial da enzima HRP no descoramento dos corantes têxteis: Azul Drimaren X-3LR (DMBLR), Azul Drimaren X-BLN (DMBBLN), Rubinol Drimaren X-3LR (DMR) e Azul Drimaren CL-R (RBBR). Parâmetros como concentração do corante, temperatura, concentração de peróxido de hidrogênio (H2O2) e tempo de reação foram otimizados. Os ensaios de descoramento dos corantes foram realizados a partir desses resultados. As melhores condições reacionais determinadas para os corantes estudados foram: concentração do corante = 120 mg L-1, temperatura = 35C, concentração de H2O2 = 0,55 mM e tempo de reação = 1 hora. Os percentuais de descoramento dos corantes DMBLR, DMBBLN, DMR e RBBR, após o tratamento enzimático foi de 99, 77, 94 e 97%, respectivamente. O tempo reacional de 5 minutos foi suficiente para os corantes DMBLR e RBBR apresentarem elevada porcentagem de descoramento, 96% para ambos. Já os corantes DMBBLN e DMR só apresentaram elevado grau de descoramento após 1 hora de reação, sendo o corante DMBBLN o mais recalcitrante, apresentando uma melhora de 10% na porcentagem de descoramento, após 24 horas de reação. Além do grau de descoramento, também foi avaliada a toxicidade dos corantes antes e após o tratamento enzimático utilizando Daphnia pulex e Artemia salina como bioindicadores de toxicidade. Resultados toxicológicos utilizando Daphnia pulex não foram conclusivos, indicando que esse bioindicador não foi adequado para avaliar a toxicidade dos corantes estudados no meio reacional utilizado. Com o uso da Artemia salina na avaliação toxicológica foi observado uma redução da toxicidade para os corantes DMBLR, DMR e RBBR após tratamento enzimático, e um aumento da toxicidade não significativo para o corante DMBBLN. Os resultados obtidos no trabalho ressaltam a eficiência da enzima HRP no descoramento dos corantes têxteis estudados, sem a geração de produtos tóxicos e prejudiciais ao meio ambiente

The Molecular Basis of Lysine Acetylation: Addition, Removal, and Recognition

Acetyltransferases and deacetylases catalyze the addition and removal, respectively, of acetyl groups to the epsilon-amino group of protein lysine residues. This modification can affect the function of a protein through several means, including the recruitment of specific binding partners called acetyl-lysine readers. Acetyltransferases, deacetylases, and acetyl-lysine readers have emerged as crucial regulators of biological processes and prominent targets for the treatment of human disease. This work describes a combination of structural, biochemical, biophysical, cell-biological, and organismal studies undertaken on a set of proteins that cumulatively include all steps of the acetylation process: the acetyltransferase MEC-17, the deacetylase SIRT1, and the acetyl-lysine reader DPF2. Tubulin acetylation by MEC-17 is associated with stable, long-lived microtubule structures. We determined the crystal structure of the catalytic domain of human MEC-17 in complex with the cofactor acetyl-CoA. The structure in combination with an extensive enzymatic analysis of MEC-17 mutants identified residues for cofactor and substrate recognition and activity. A large, evolutionarily conserved hydrophobic surface patch distal to the active site was shown to be necessary for catalysis, suggesting that specificity is achieved by interactions with the alpha-tubulin substrate that extend outside of the modified surface loop. Experiments in C. elegans showed that while MEC-17 is required for touch sensitivity, MEC-17 enzymatic activity is dispensible for this behavior. SIRT1 deacetylates a wide range of substrates, including p53, NF-kappaB, FOXO transcription factors, and PGC-1-alpha, with roles in cellular processes ranging from energy metabolism to cell survival. SIRT1 activity is uniquely controlled by a C-terminal regulatory segment (CTR). Here we present crystal structures of the catalytic domain of human SIRT1 in complex with the CTR in an apo form and in complex with a cofactor and a pseudo-substrate peptide. The catalytic domain adopts the canonical sirtuin fold. The CTR forms a beta-hairpin structure that complements the beta-sheet of the NAD^+-binding domain, covering an essentially invariant, hydrophobic surface. A comparison of the apo and cofactor bound structures revealed conformational changes throughout catalysis, including a rotation of a smaller subdomain with respect to the larger NAD^+-binding subdomain. A biochemical analysis identified key residues in the active site, an inhibitory role for the CTR, and distinct structural features of the CTR that mediate binding and inhibition of the SIRT1 catalytic domain. DPF2 represses myeloid differentiation in acute myelogenous leukemia. Finally, we solved the crystal structure of the tandem PHD domain of human DPF2. We showed that DPF2 preferentially binds H3 tail peptides acetylated at Lys14, and binds H4 tail peptides with no preference for acetylation state. Through a structural and mutational analysis we identify the molecular basis of histone recognition. We propose a model for the role of DPF2 in AML and identify the DPF2 tandem PHD finger domain as a promising novel target for anti-leukemia therapeutics.

I. Studies on alkaline phosphatase activity in developing sea urchin embryos. II. Studies on the activation of protein biosynthesis in sea urchin eggs at fertilization

I. Alkaline phosphatase activity in the developing sea urchin Lytechinus pictus has been investigated with respect to intensity at various stages, ionic requirements and intracellular localization. The activity per embryo remains the same in the unfertilized egg, fertilized egg and cleavage stages. At a time just prior to gastrulation (about 10 hours after fertilization) the activity per embryo begins to rise and increases after 300 times over the activity in the cleavage stages during the next 60 hours.

The optimum ionic strength for enzymatic activity shows a wide peak at 0.6 to 1.0. Calcium and magnesium show an additional optimum at a concentration in the range of 0.02 to 0.07 molar. EDTA at concentrations of 0.0001 molar and higher shows a definite inhibition of activity.

The intracellular localization of alkaline phosphatase in homogenates of 72-hour embryos has been studied employing the differential centrifugation method. The major portion of the total activity in these homogenates was found in mitochondrial and microsomal fractions with less than 5% in the nuclear fraction and less than 2% in the final supernatant. The activity could be released from all fractions by treatment with sodium deoxycholate.

II. The activation of protein biosynthesis at fertilization in eggs of the sea urchins Lytechinus pictus and Strongylocentrotus purpuratus has been studied in both intact eggs and cell-free homogenates. It is shown that homogenates from both unfertilized and fertilized eggs are dependent on potassium and magnesium ions for optimum amino acid incorporation activity and in the case of the latter the concentration range is quite narrow. Though the optimum magnesium concentrations appear to differ slightly in homogenates of unfertilized and fertilized eggs, in no case was it observed that unfertilized egg homogenates were stimulated to incorporate at a level comparable to that of the fertilized eggs.

An activation of amino acid incorporation into protein has also been shown to occur in parthenogenetically activated non-nucleate sea urchin egg fragments or homogenates thereof. This activation resembles that in the fertilized whole egg or fragment both in amount and pattern of activation. Furthermore, it is shown that polyribosomes form in these non-nucleate fragments upon artificial activation. These findings are discussed along with possible mechanisms for activation of the system at fertilization.

Resistência à infiltração de glicose de quatro cimentos reparadores

O presente estudo teve como objetivo comparar a qualidade do selamento promovido por 3 cimentos reparadores endodônticos: Ceramicrete, iRoot-BP Plus e BioAggregate, com o ProRoot MTA branco, utilizando o modelo de infiltração de glicose sob pressão. 64 incisivos centrais superiores, recém-extraídos e sem tratamento endodôntico foram selecionados. A instrumentação do canal radicular foi realizada em todos os dentes com brocas Gates-Glidden e limas K-Flexofile (Dentsply Maillefer, Ballaigues Suíça), 1mm aquém do ápice. A patência foraminal foi confirmada a cada instrumento usado. Os dentes tiveram suas coroas removidas padronizando-os em 15mm de comprimento. Foi realizada apicetomia a 3mm do ápice e o preparo da cavidade retrógrada com o auxílio do ultrassom Various 350 (NSKNakanishi Inc., Tóquio, Japão) e da ponta E32D (NSKNakanishi Inc., Tóquio, Japão). As raízes foram distribuídas, randomicamente, em quatro grupos experimentais (n=15): G1Ceramicrete, G2iRoot BP Plus, G3BioAggregate e G4ProRoot MTA branco. Como controle negativo (n=2) foram utilizados dentes hígidos, e como controle positivo (n=2), dentes acessados e com patência confirmada. Os cimentos reparadores foram manipulados seguindo as recomendações do fabricante e inseridos na cavidade retrógrada utilizando a mesma ponta ultrassônica usada no preparo. As amostras foram mantidas na presença de umidade por 72h para o completo endurecimento dos materiais. As raízes foram montadas em um dispositivo de dupla-câmara selada para a infiltração da glicose. Foram utilizados 0,75ml de solução de glicose a 1Mol/L na câmara superior e 0,75ml de água destilada na câmara inferior. Os dispositivos foram conectados a um sistema de distribuição de pressão, que permitiu a infiltração de 32 amostras em uma mesma etapa. A solução de glicose foi forçada apicalmente sob uma pressão de 15psi durante 1 hora. Uma alíquota de 10l foi coletada da câmara inferior para quantificar a glicose infiltrada. A concentração de glicose foi determinada com o auxílio do Kit GlucoseHK (Megazyme, Wicklow, Irlanda) e de um espectrofotômetro de luz visível (Campsec M330, Cambridge, Reino Unido) em um comprimento de onda de 340nm. O teste não-paramétrico Kruskal-Wallis e o teste Dunns foram utilizados na análise estatística. Os resultados encontrados demonstraram que houve diferença significativa entre os grupos experimentais (p=0,0036). O BioAggregate apresentou a maior concentração de glicose-1,85(g/L), seguido do ProRoot MTA-1,2; IRoot BP-0,85 e Ceramicrete-0,75. Não houve diferença entre os três novos cimentos reparadores e o material padrão-ouro (p>0,05). Não houve diferença entre Ceramicrete e iRoot BP Plus (p>0,05), porém estes foram estatisticamente diferentes do BioAggregate (p<0,05). Diante dos resultados obtidos, pode-se concluir que: nenhum dos cimentos testados foi capaz de promover selamento hermético; os três novos cimentos testados não revelaram o mesmo padrão de selamento; os três novos cimentos testados revelaram um padrão de selamento semelhante a do ProRoot MTA branco; e o Ceramicrete e o iRoot BP Plus apresentaram padrão de selamento superior em comparação com o BioAggregate.

Expressão de fatores de virulência, mecanismos de resistência aos agentes antimicrobianos e análise molecular da resistência aos beta-lactâmicos de enterobactérias isoladas de bolsas periodontais

Em estudo anterior, as espécies de enterobactérias apresentando perfis variados de resistência aos antimicrobianos foram detectadas em 20% dos sítios com lesões periodontais de pacientes sadios do ponto de vista sistêmico. Tais cepas microbianas foram submetidas a investigações com o intuito de determinar à expressão de enzimas hidrolíticas para substratos diversos, a multirresistência aos agentes antimicrobianos e os mecanismos de resistência aos antimicrobianos da classe dos β lactâmicos. A maioria das amostras expressou atividade de gelatinase (65%), caseinase (30%) e elastase (10%). Lipase, lecitinase e DNase foram observadas apenas para Serratia marcescens. A multirresistência (considerado como a resistência a pelo menos dois agentes antimicrobianos de famílias diferentes) foi observada em 56% das amostras isoladas. A maioria das cepas foi resistentes à ampicilina (93,75%) e amoxicilina/ácido clavulânico (81,25%). Investigações sobre a resistência aos antibióticos β-lactâmicos mostraram que três amostras resistentes à cefalosporinas de 2 geração, apresentaram perfis plasmidiais de diferentes pesos moleculares. A expressão fenotípica de β-lacatamases, foi detectada nas cepas de Enterobacter cloacae (PcOM46 e PcOM5) e S. marcescens (PcOM63). No entanto, na análise molecular, não foi possível confirmar a expressão fenotípica de diferentes β-lactamases, com exceção do E. cloacae PcOM46, que apresentou amplificação para AmpC e blaTEM. Embora sensível à maioria dos antibióticos β-lactâmicos (exceção feita à ampicilina e amoxicilina / ácido clavulânico), amostra de S. marcescens PcOM68 apresentou amplificação para o gene blaSHV. Os experimentos de conjugação não detectaram a transferência de plasmídios para uma cepa de Escherichia coli K12 sensívei aos β-lactâmicos, o mesmo ocorreu nos procedimentos de transformação por eletroporação e por CaCl2, sugerindo uma resistência dependente de genes cromossomiais. A expressão de diferentes atividades enzimáticas, juntamente com a resistência aos antimicrobianos, aponta estes grupos de bactérias como agentes patogênicos potenciais capazes de contribuir para a patogênese e resposta à quimioterapia antimicrobiana nas doenças periodontais, além da disseminação sistêmica para outros locais do corpo, especialmente em indivíduos imunocomprometidos. A colonização prévia de lesões periodontais por espécies resistentes aos β-lactâmicos, pode contribuir para a disseminação destes genes relacionados à resistência aos antimicrobianos em ambientes hospitalares.

The Design and Synthesis of Transition Metal Complexes Supported by Non-innocent Ligand Scaffolds for Small Molecule Activation

This dissertation focuses on the incorporation of non-innocent or multifunctional moieties into different ligand scaffolds to support one or multiple metal centers in close proximity. Chapter 2 focuses on the initial efforts to synthesize hetero- or homometallic tri- or dinuclear metal carbonyl complexes supported by para-terphenyl diphosphine ligands. A series of [M₂M’(CO)₄]-type clusters (M = Ni, Pd; M’ = Fe, Co) could be accessed and used to relate the metal composition to the properties of the complexes. During these studies it was also found that non-innocent behavior was observed in dinuclear Fe complexes that result from changes in oxidation state of the cluster. These studies led to efforts to rationally incorporate central arene moieties capable managing both protons and electrons during small molecule activation.

Chapter 3 discusses the synthesis of metal complexes supported by a novel para-terphenyl diphosphine ligand containing a non-innocent 1,4-hydroquinone moiety as the central arene. A Pd⁰-hydroquinone complex was found to mediate the activation of a variety of small molecules to form the corresponding Pd⁰-quinone complexes in a formal two proton ⁄ two electron transformation. Mechanistic investigations of dioxygen activation revealed a metal-first activation process followed by subsequent proton and electron transfer from the ligand. These studies revealed the capacity of the central arene substituent to serve as a reservoir for a formal equivalent of dihydrogen, although the stability of the M-quinone compounds prevented access to the PdII-quinone oxidation state, thus hindering of small molecule transformations requiring more than two electrons per equivalent of metal complex.

Chapter 4 discusses the synthesis of metal complexes supported by a ligand containing a 3,5-substituted pyridine moiety as the linker separating the phenylene phosphine donors. Nickel and palladium complexes supported by this ligand were found to tolerate a wide variety of pyridine nitrogen-coordinated electrophiles which were found to alter central pyridine electronics, and therefore metal-pyridine π-system interactions, substantially. Furthermore, nickel complexes supported by this ligand were found to activate H-B and H-Si bonds and formally hydroborate and hydrosilylate the central pyridine ring. These systems highlight the potential use of pyridine π-system-coordinated metal complexes to reversibly store reducing equivalents within the ligand framework in a manner akin to the previously discussed 1,4-hydroquinone diphosphine ligand scaffold.

Chapter 5 departs from the phosphine-based chemistry and instead focuses on the incorporation of hydrogen bonding networks into the secondary coordination sphere of [Fe₄(μ₄-O)]-type clusters supported by various pyrazolate ligands. The aim of this project is to stabilize reactive oxygenic species, such as oxos, to study their spectroscopy and reactivity in the context of complicated multimetallic clusters. Herein is reported this synthesis and electrochemical and Mössbauer characterization of a series of chloride clusters have been synthesized using parent pyrazolate and a 3-aminophenyl substituted pyrazolate ligand. Efforts to rationally access hydroxo and oxo clusters from these chloride precursors represents ongoing work that will continue in the group.

Appendix A discusses attempts to access [Fe₃Ni]-type clusters as models of the enzymatic active site of [NiFe] carbon monoxide dehydrogenase. Efforts to construct tetranuclear clusters with an interstitial sulfide proved unsuccessful, although a (μ₃-S) ligand could be installed through non-oxidative routes into triiron clusters. While [Fe₃Ni(μ₄-O)]-type clusters could be assembled, accessing an open heterobimetallic edge site proved challenging, thus prohibiting efforts to study chemical transformations, such as hydroxide attack onto carbon monoxide or carbon dioxide coordination, relevant to the native enzyme. Appendix B discusses the attempts to synthesize models of the full H-cluster of [FeFe]-hydrogenase using a bioinorganic approach. A synthetic peptide containing three cysteine donors was successfully synthesized and found to chelate a preformed synthetic [Fe₄S₄] cluster. However, efforts to incorporate the diiron subsite model complex proved challenging as the planned thioester exchange reaction was found to non-selectively acetylate the peptide backbone, thus preventing the construction of the full six-iron cluster.