Transverse relaxation-optimized NMR spectroscopy with the outer membrane protein OmpX in dihexanoyl phosphatidylcholine micelles

The 2H,13C,15N-labeled, 148-residue integral membrane protein OmpX from Escherichia coli was reconstituted with dihexanoyl phosphatidylcholine (DHPC) in mixed micelles of molecular mass of about 60 kDa. Transverse relaxation-optimized spectroscopy (TROSY)-type triple resonance NMR experiments and TROSY-type nuclear Overhauser enhancement spectra were recorded in 2 mM aqueous solutions of these mixed micelles at pH 6.8 and 30°C. Complete sequence-specific NMR assignments for the polypeptide backbone thus have been obtained. The 13C chemical shifts and the nuclear Overhauser effect data then resulted in the identification of the regular secondary structure elements of OmpX/DHPC in solution and in the collection of an input of conformational constraints for the computation of the global fold of the protein. The same type of polypeptide backbone fold is observed in the presently determined solution structure and the previously reported crystal structure of OmpX determined in the presence of the detergent n-octyltetraoxyethylene. Further structure refinement will have to rely on the additional resonance assignment of partially or fully protonated amino acid side chains, but the present data already demonstrate that relaxation-optimized NMR techniques open novel avenues for studies of structure and function of integral membrane proteins.

Brownian flocculation of polymer colloids in the presence of a secondary minimum

Most analyses of Brownian flocculation apply to conditions where London–van der Waals attractive forces cause particles to be strongly bound in a deep interparticle potential well. In this paper, results are reported that show the interaction between primary- and secondary-minimum flocculation when the interparticle potential curve reflects both attractive and electrostatic repulsive forces. The process is highly time-dependent because of transfer of particles from secondary- to primary-minimum flocculation. Essential features of the analysis are corroborated by experiments with 0.80-μm polystyrene spheres suspended in aqueous solutions of NaCl over a range of ionic strengths. In all cases, experiments were restricted to the initial stage of coagulation, where singlets and doublets predominate.

Direct evidence for modified solvent structure within the hydration shell of a hydrophobic amino acid.

Neutron scattering experiments are used to determine scattering profiles for aqueous solutions of hydrophobic and hydrophilic amino acid analogs. Solutions of hydrophobic solutes show a shift in the main diffraction peak to smaller angle as compared with pure water, whereas solutions of hydrophilic solutes do not. The same difference for solutions of hydrophobic and hydrophilic side chains is also predicted by molecular dynamics simulations. The neutron scattering curves of aqueous solutions of hydrophobic amino acids at room temperature are qualitatively similar to differences between the liquid molecular structure functions measured for ambient and supercooled water. The nonpolar solute-induced expansion of water structure reported here is also complementary to recent neutron experiments where compression of aqueous solvent structure has been observed at high salt concentration.

The specificity of the transforming growth factor beta receptor kinases determined by a spatially addressable peptide library.

Type I and II receptors for the transforming growth factor beta (TGF-beta) are transmembrane serine/threonine kinases that are essential for TGF-beta signaling. However, little is known about their in vivo substrates or signal transduction pathways. To determine the substrate specificity of these kinases, we developed combinatorial peptide libraries synthesized on a hydrophilic matrix that is easily accessible to proteins in aqueous solutions. When we subjected these libraries to phosphorylation by the cAMP-dependent protein kinase, we obtained the optimal peptide sequence RRXS (I/L/V), in perfect agreement with the substrate sequence deduced from mutagenesis and crystal structure analyses. By using the same libraries, we showed that the optimal substrate peptide for both the type I and II TGF-beta receptors was KKKKKK(S/T)XXX. Since the two kinases are thought to play different roles in intracellular signal transduction, it was a surprise to find that they have almost identical substrate specificity. Our method is direct, sensitive, and simple and provides information about the kinase specificity for all the amino acid residues at each position.

Lyophilization-induced reversible changes in the secondary structure of proteins.

Changes in the secondary structure of some dozen different proteins upon lyophilization of their aqueous solutions have been investigated by means of Fourier-transform infrared spectroscopy in the amide III band region. Dehydration markedly (but reversibly) alters the secondary structure of all the proteins studied, as revealed by both the quantitative analysis of the second derivative spectra and the Gaussian curve fitting of the original infrared spectra. Lyophilization substantially increases the beta-sheet content and lowers the alpha-helix content of all proteins. In all but one case, proteins become more ordered upon lyophilization.

Photodissociation of a (mu-peroxo)(mu-hydroxo)bis[bis(bipyridyl)-cobalt(III)] complex: a tool to study fast biological reactions involving O2.

Upon photolysis at 355 nm, dioxygen is released from a (mu-peroxo)(mu-hydroxo)bis[bis(bipyridyl)cobalt-(III)] complex in aqueous solutions and at physiological pH with a quantum yield of 0.04. The [Co(bpy)2(H2O)2]2+ (bpy = bipyridyl) photoproduct was generated on a nanosecond or faster time scale as determined by time-resolved optical absorption spectroscopy. A linear correspondence between the spectral changes and the oxygen production indicates that O2 is released on the same time scale. Oxyhemoglobin was formed from deoxyhemoglobin upon photodissociation of the (mu-peroxo) (mu-hydroxo)bis[bis(bipyridyl)cobalt(III)] complex, verifying that dioxygen is a primary photoproduct. This complex and other related compounds provide a method to study fast biological reactions involving O2, such as the reduction of dioxygen to water by cytochrome oxidase.

Ultrafast thermally induced unfolding of RNase A.

A temperature jump (T-jump) method capable of initiating thermally induced processes on the picosecond time scale in aqueous solutions is introduced. Protein solutions are heated by energy from a laser pulse that is absorbed by homogeneously dispersed molecules of the dye crystal violet. These act as transducers by releasing the energy as heat to cause a T-jump of up to 10 K with a time resolution of 70 ps. The method was applied to the unfolding of RNase A. At pH 5.7 and 59 degrees C, a T-jump of 3-6 K induced unfolding which was detected by picosecond transient infrared spectroscopy of the amide I region between 1600 and 1700 cm-1. The difference spectral profile at 3.5 ns closely resembled that found for the equilibrium (native-unfolded) states. The signal at 1633 cm-1, corresponding to the beta-sheet structure, achieved 15 +/- 2% of the decrease found at equilibrium, within 5.5 ns. However, no decrease in absorbance was detected until 1 ns after the T-ump. The disruption of beta-sheet therefore appears to be subject to a delay of approximately 1 ns. Prior to 1 ns after the T-jump, water might be accessing the intact hydrophobic regions.

Desenvolvimento de hidroxiapatita contendo prata via precipitação e imersão: avaliação do efeito antimicrobiano

A utilização de substitutos ósseos para recuperação da função perdida é uma constante busca dentro da área médica. Por isso os biomateriais têm recebido uma atenção muito grande por parte da comunidade científica, dentre eles os materiais a base de fosfato de cálcio. A hidroxiapatita, Ca10 (PO4)6 (OH) 2, tem sido muito estudada, pois além de representar a constituição da massa dos ossos naturais e dentes em 30 a 70%, possui propriedades de bioatividade e osteocondutividade, favorecendo e auxiliando o crescimento do tecido ósseo. Em contrapartida, infecções bacterianas podem surgir após o implante ocasionando a perda da funcionalidade a curto e médio prazo. Várias alternativas estão sendo testadas, geralmente associadas ao uso de antibióticos convencionais incorporados aos biomateriais. Uma alternativa a tais antibióticos seria a utilização de metais que possuem propriedades antibacterianas. A prata (Ag) é conhecida como um metal bactericida e por isso ganhou lugar de destaque dentre os estudos como um aliado importante no controle das infecções pós-cirúrgicas. Este trabalho teve como objetivo sintetizar, caracterizar e avaliar o efeito antimicrobiano da adição de íons de prata em hidroxiapatita. Foram obtidos pós de hidroxiapatita contendo prata (HAAg), nas concentrações de 0,1M; 0,01M e 0,001M pelo método de precipitação em temperatura ambiente e por imersão do pó de hidroxiapatita em soluções aquosas. As fases cristalinas e os grupamentos iônicos foram analisados para cada condição por técnicas de difração de raios X (DRX) e espectroscopia no infravermelho (IV) respectivamente. As informações sobre a morfologia e identificação de elementos químicos foi realizado pela técnica de microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva (MEV EDS). As avaliações antimicrobianas foram realizadas por ensaios qualitativos e quantitativos, o ensaio qualitativo utilizou o teste de halo de difusão em disco para Staphylococcus aureus e Escherichia coli e o ensaio quantitativo utilizou contagem de bactérias para as cepas de Staphylococcus aureus. Os resultados de DRX e IV indicaram que independentemente do método de obtenção da HAAg foi possível observar a presença de prata metálica caracterizada pelos picos em 2θ=38,1º e 44,3º nas amostras HAAg0,1Im, HAAg0,1Pr e HAAg0,01Pr. Observou-se também a presença de AgO, correspondente ao pico em 2θ=37,5º nas amostras de HAAg0,01Pr e HAAg0,001Pr. Nos espectros de IV estão presentes as bandas que caracterizam a fase HA, referentes aos grupamentos PO43-, OH- e CO32-. Analisados em conjunto os ensaios qualitativos e quantitativos, as amostras HAAg0,01Im e HAAg0,001Im sintetizadas por imersão indicaram os melhores resultados para o ensaio de disco difusão, por apresentarem formação de halo inibição do crescimento bacteriano para a bactéria S. aureus. Para os ensaios quantitativos as amostras obtidas por precipitação com concentrações 0,1M e 0,01M de prata apresentaram melhor resultado por inibirem o crescimento bacteriano para as cepas S. aureus.

Imobilização do fungo Penicillium citrinum CBMAI 1186 e lipase de Pseudomonas fluorescens em biopolímeros para aplicações em biocatálise

Diversos biomateriais podem ser aplicados como suportes na imobilização de células totais de fungos filamentosos ou enzimas isoladas, visando a manutenção e o prolongamento da atividade enzimática em processos biocatalíticos. Exemplos promissores de biomateriais são a fibroína da seda e o alginato de sódio. A fibroína é um material protéico com alta estabilidade térmica, elasticidade, resistência à tensão, não sofre ataque microbiano, baixo custo de purificação e alta tenacidade, o alginato é um biopolímero versátil, devido a suas propriedades gelificantes em soluções aquosas. Assim, neste trabalho empregou-se micélios do fungo derivado de ambiente marinho, Penicillium citrinum CBMAI 1186, livres e imobilizados em biopolímeros (fibra de algodão, fibra de fibroína da seda e fibra de paina) na biorredução quimiosseletiva, regiosseletiva e enantiosseletiva da ligação α,β-C=C de enonas α,β-, α,β,γ,δ- e di-α,β-insaturadas previamente sintetizados pela a reação de condensação aldólica. Foi possível a utilização do fungo P. citrinum CBMAI 1186 na redução quimiosseletiva, regiosseletiva e enantiosseletiva da ligação dupla carbono-carbono de sistemas α,β-insaturados. A imobilização do fungo P. citrinum CBMAI 1186 em biopolímeros (algodão, fibroína da seda, paina e quitosana) permitiu a prolongamento da atividade celular do fungo. O protocolo desenvolvido foi capaz de obter compostos até então descritos apenas por síntese clássica. Também foi realizado reações de resolução enzimática de derivados de haloidrinas por diferentes lipases microbianas de: Pseudomonas fluorescens, Candida cylindracea, Rhizopus niveus e Aspergillus niger. A lipase de P. fluorescens foi imobilizada em esferas de fibroína do bicho da seda (método 1, via adsorção) e em blenda com alginato de cálcio (método 2, via encapsulação) em diferentes condições, tais como, variação de solvente, variação da quantidade de enzima imobilizada e tempo de reação. As condições otimizadas foram empregadas em diferentes haloidrinas, rendendo elevados excessos enantioméricos (ee > 99%) e alta razão enanantiomérica (E > 200) para os produtos acetilados. Foi possível desenvolver um protocolo simples, barato e prático para a síntese enantiosseletiva de haloidrina reforçando a versatilidade da fibroína e do alginato como suportes de imobilização para catalisadores heterogêneos. Também foi possível utilizar a lipase imobilizada (método 2) na reação de transesterificação para obtenção do biodiesel etílico. As melhores condições para o bom funcionamento do biocatalisador foram: 30% do biocatalisador, 20% de n-hexano, relação óleo e etanol de 1:4 a 32 ºC por 48 h em agitação magnética (400 rpm). Essas condições permitiram a formação de 42% de rendimento do biodiesel etílico. O biocatalisador apresentou algumas limitações reacionais, tais como, fragilidade frente a elevadas temperaturas (> 32 ºC) e prolongado tempo de agitação magnética. Porém, permaneceu apto no meio por 4 ciclos consecutivas. Conclui-se que os biomateriais (fibroína, alginato e quitosana) podem ser utilizados como alternativas versáteis na imobilização de micélios de fungos filamentoso e de enzimas isoladas para aplicações em biocatalíticas.

Chronopotentiometric study of a Nafion membrane in presence of glucose

Chronopotentiometric and swelling experiments have been conducted to characterize the behavior of a Nafion membrane in NaCl and KCl aqueous solutions without and with glucose. A mixture solution with similar composition to the cerebrospinal fluid and blood plasma has also been studied. From the chronotentiograms, current-voltage curves have been obtained, and the values of the limiting current density, diffusion boundary layer thickness, difference between counter-ion transport number in membrane and free solution, and transition times have been determined for the investigated membrane systems. The obtained results indicate that the presence of glucose affects the ion transport through the membrane depending on the electrolyte and glucose concentrations. At low electrolyte concentration, experimental transition times are found to be smaller in presence of glucose, which has been related to an effective membrane area reduction in presence of glucose. The membrane system corresponding to the mixture solution shows a behavior similar to the single high concentration NaCl membrane system, indicating that the observed behavior is mainly associated to the Na^+ ions transport in higher proportion. In this case, the glucose presence does not affect significantly the investigated properties of the membrane, which is interesting for its utilization in a glucose fuel cell.

Propriedades físico-químicas e mecânicas de membranas porosas de carboximetilquitosana e hidrogéis de quitosana para aplicação em engenharia de tecidos

Este trabalho teve como principal objetivo produzir membranas porosas de carboximetilquitosana e hidrogéis de quitosana com propriedades físico-químicas e mecânicas adequadas para aplicações em Engenharia de Tecidos. Para isso, quitosanas com diferentes graus de acetilação (4,0%<GA<40%) e de elevada massa molar média viscosimétrica (Mv>750.000 g.mol-1) foram produzidas através da aplicação de processos consecutivos de desacetilação assistida por irradiação de ultrassom de alta intensidade (DAIUS) à beta-quitina extraída de gládios de lulas Doryteuthis spp. A carboximetilação de quitosana extensivamente desacetilada (Qs-3; GA=4%) foi realizada pela reação com ácido monocloroacético em meio isopropanol/solução aquosa de NaOH, gerando a amostra CMQs-0 (GS≈0,98; Mv≈190.000 g.mol-1). A irradiação de ultrassom de alta intensidade foi empregada para tratar solução aquosa de CMQs-0 durante 1 h e 3 h, resultando nas amostras CMQs-1 (Mv≈94.000 g.mol-1) e CMQs-3 (Mv≈43.000 g.mol-1), respectivamente. Para a produção de membranas reticuladas, genipina foi adicionada em diferentes concentrações (1,0x10-4 mol.L-1, 3,0x10-4 mol.L-1 ou 5,0x10-4 mol.L-1) às soluções aquosas das CMQs, que foram vertidas em placas de Petri e a reação de reticulação procedeu por 24 h. Em seguida, as membranas reticuladas (M-CMQs) foram liofilizadas, neutralizadas, lavadas e liofilizadas novamente, resultando em nove amostras, que foram caracterizadas quanto ao grau médio de reticulação (GR), grau médio de hidratação (GH), morfologia, propriedades mecânicas e quanto à susceptibilidade à degradação por lisozima. O grau médio de reticulação (GR) foi tanto maior quanto maior a concentração de genipina empregada na reação, variando de GR≈3,3% (M-CMQs-01) a GR≈17,8% (M-CMQs-35). As análises de MEV revelaram que as membranas reticuladas M-CMQs são estruturas porosas que apresentam maior densidade de poros aparentes quanto maiores os valores de Mve GR. Entretanto, as membranas preparadas a partir de CMQs de elevada massa molar (Mv>94.000 g.mol-1) e pouco reticuladas (GR<10%), apresentaram propriedades mecânicas superiores em termos de resistência máxima à tração (>170 kPa) e elongação máxima à ruptura (>40%). Por outro lado, as membranas mais susceptíveis à degradação enzimática foram aquelas preparadas a partir de CMQs de baixa massa molar (Mv≈43.000 g.mol-1) e que exibiram baixos graus de reticulação (GR<11%). Hidrogéis estáveis de quitosana sem o uso de qualquer agente de reticulação externo foram produzidos a partir da gelificação de soluções aquosas de quitosana com solução de NaOH ou vapor de NH3. Os hidrogéis produzidos a partir de soluções de quitosana de elevada massa molar média ponderal (Mw≈640.000 g.mol-1) e extensivamente desacetilada (DA≈2,8%) em concentrações poliméricas acima 2,0%, exibiram melhores propriedades mecânicas com o aumento da concentração polimérica, devido à formação de numerosos emaranhamentos físicos das cadeias poliméricas em solução. Os resultados mostram que as propriedades físico-químicas e mecânicas dos hidrogéis de quitosana podem ser controladas variando a concentração do polímero e o processo de gelificação. A avaliação biológica de tais hidrogéis para a regeneração de miocárdio infartado de ratos revelou que os hidrogéis de quitosana preparados a partir de soluções de polímero a 1,5% foram perfeitamente incorporados sobre a superfície do epicárdio do coração e apresentaram degradação parcial acompanhada por infiltração de células mononucleares.

Potencial dos biflavonóides de Araucaria angustifolia (Bert.) O. Kuntze como antioxidantes e fotoprotetores

A Araucaria angustifolia é uma conífera endêmica das regiões sul e sudeste do Brasil sendo considerada uma espécie em extinção devido ao extenso extrativismo madeireiro. Atualmente, existem inúmeros projetos visando o reflorestamento e o uso sustentável deste pinheiro. Em vista destes pontos, o estudo das propriedades dos componentes das folhas com o intuito da utilização destes com fins comerciais tornou-se de extrema importância. As suas folhas foram submetidas à extração com solventes e foram identificados seis biflavonóides majoritários, dentre estes a amentoflavona e a ginkgetina, que são apontados como agentes contra inflamações e artrites. A fração rica de biflavonóides (BFF) extraída da araucaria foi testada frente a sua atividade em proteger contra danos em biomoléculas provocadas por espécies reativas de oxigênio, capacidade em quelar metais e proteção contra raios UV. A capacidade do BFF em proteger contra danos provocados por espécies reativas de oxigênio foi comparado com compostos conhecidamente antioxidantes, como o α-tocoferol, Trolox®, quercetina, rutina e com padrões de biflavonóides, a amentoflavona e ginkgetina. O BFF demonstrou que possui uma constante de supressão do 1O2 (50 x 106 M-1s-1), superior ao da quercetina (9 x 106 M-1s-1) e foi o mais eficiente na proteção contra quebras de simples fita em DNA plasmidial, provocado por esta espécie reativa. Ainda em relação à proteção de DNA plasmidial o BFF foi capaz de proteger também contra estes danos provocados através da reação de Fenton, apesar de não demonstrar a mesma eficiência da quercetina que mostrou ser um potente protetor destes danos. O BFF protegeu contra lipoperoxidação em lipossomos de fosfatidilcolina induzida por raios UV e reação de Fenton. Em análises realizadas com espectrometria de massas foi observada a formação de complexos destes biflavonóides com íons metálicos como ferro, cobre e alumínio que possuem um papel importante na formação de radicais livres. Em relação à capacidade fotoprotetora do BFF, este inibiu a formação de dímeros de pirimidina que são apontados como causadores de câncer de pele induzidos, principalmente por radiação UV-B. Esta ação protetora foi superior àquela conferida ao p-metoxicinamato de octila, um conhecido fotoprotetor. Com o intuito de permitir a solubilização do BFF em soluções aquosas e assim, avaliar a ação do BFF em células, incorporou-se o BFF em ciclodextrina. Essa inclusão favoreceu a incorporação de BFF em células CV1-P na concentração aproximada de 0,4 µg/ml após 24 horas de incubação. Essa concentração incorporada não demonstrou ser tóxica para as células no teste com MTT. Assim, o BFF tem despertado grande interesse em relação ao seu potencial na utilização nas mais variadas áreas como cosmética, alimentos e fitoterápicos.

Solubility, Density, Refractive Index, and Viscosity for the Polyhydric Alcohol + CsBr + H2O Ternary Systems at Different Temperatures

The solubility, density, refractive index, and viscosity data for the ethylene glycol + CsBr + H2O, 1,2-propanediol + CsBr + H2O, and glycerin + CsBr + H2O ternary systems have been determined at (288.15, 298.15, and 308.15) K. In all cases, the solubility of CsBr in aqueous solutions was decreased significantly due to the presence of polyhydric alcohol. The liquid–solid equilibrium experimental data were correlated using the NRTL (nonrandom two-liquid) activity coefficient model, considering nondissociation of the dissolved salt in the liquid phase, and new interaction parameters were estimated. The mean deviations between calculated and experimental compositions were low, showing the good descriptive quality and applicability of the NRTL model. The refractive indices, densities, and viscosities for the unsaturated solutions of the three ternary systems have also been measured at three temperatures. Values for all of the properties were correlated with the salt concentrations and proportions of polyhydric alcohol in the solutions.

Characterization of the interfaces between Au(hkl) single crystal basal plane electrodes and [Emmim][Tf2N] ionic liquid

The interface between Au(hkl) basal planes and the ionic liquid 1-Ethyl-2,3-dimethyl imidazolium bis(trifluoromethyl)sulfonil imide was investigated by using both cyclic voltammetry and laser-induced temperature jump. Cyclic voltammetry showed characteristic features, revealing surface sensitive processes at the interfaces Au(hkl)/[Emmim][Tf2N]. From laser-induced heating the potential of maximum entropy (pme) is determined. Pme is close to the potential of zero charge (pzc) and, therefore, the technique provides relevant interfacial information. The following order for the pme values has been found: Au(111) > Au(100) > Au(110). This order correlates well with work function data and values of pzc in aqueous solutions.

Synthesis of glycerol-based carbon materials as environmental application

Crude glycerol, obtained from the biodiesel production, is actually an abundant and low-cost feedstock, making the preparation of carbonaceous materials by partial carbonization and sulfonation of this by-product an interesting research focus. Bearing this in mind, the aim of this study is to explore several types of glycerol-based carbon materials synthesized by partial carbonization of glycerol in concentrated sulphuric acid solution for the removal of flumequine and tetracycline from aqueous solutions. This study is focused on the synthesis and application of glycerol-based carbon materials as adsorbents for the removal of the antibiotic compounds flumequine and tetracycline from aqueous solution. The different synthesized materials were labelled as GBCM followed by a subscript number corresponding to the activation temperature in oC (i.e., GBCM200, GBCM300, and GBCM350)