Multiple mycotoxin exposure determined by urinary biomarkers in rural subsistence farmers in the former Transkei, South Africa

Subsistence farmers are exposed to a range of mycotoxins. This study applied novel urinary multi-mycotoxin LC-MS/MS methods to determine multiple exposure biomarkers in the high oesophageal cancer region, Transkei, South Africa. Fifty-three female participants donated part of their maize-based evening meal and first void morning urine, which was analysed both with sample clean-up (single and multi-biomarker) and by a 'dilute-and-shoot' multi-biomarker method. Results were corrected for recovery with LOD for not detected. A single biomarker method detected fumonisin B1 (FB1) (87% incidence; mean±standard deviation 0.342±0.466 ng/mg creatinine) and deoxynivalenol (100%; mean 20.4±49.4 ng/mg creatinine) after hydrolysis with β-glucuronidase. The multi-biomarker 'dilute-and-shoot' method indicated deoxynivalenol-15-glucuronide was predominantly present. A multi-biomarker method with β-glucuronidase and immunoaffinity clean-up determined zearalenone (100%; 0.529±1.60 ng/mg creatinine), FB1 (96%; 1.52±2.17 ng/mg creatinine), α-zearalenol (92%; 0.614±1.91 ng/mg creatinine), deoxynivalenol (87%; 11.3±27.1 ng/mg creatinine), β-zearalenol (75%; 0.702±2.95 ng/mg creatinine) and ochratoxin A (98%; 0.041±0.086 ng/mg creatinine). These demonstrate the value of multi-biomarker methods in measuring exposures in populations exposed to multiple mycotoxins. This is the first finding of urinary deoxynivalenol, zearalenone, their conjugates, ochratoxin A and zearalenols in Transkei.

Using SILAC proteomics to investigate the effect of the mycotoxin, alternariol, in the human H295R steroidogenesis model

The mycotoxin alternariol (AOH) is an important contaminant of fruits and cereal products. The current study sought to address the effect of a non-toxic AOH concentration on the proteome of the steroidogenic H295R cell model. Quantitative proteomics based on stable isotope labeling by amino acids in cell culture (SILAC) coupled to 1D-SDS-PAGE-LC-MS/MS was applied to subcellular-enriched protein samples. Gene ontology (GO) and ingenuity pathway analysis (IPA) were further carried out for functional annotation and identification of protein interaction networks. Furthermore, the effect of AOH on apoptosis and cell cycle distribution was also determined by the use of flow cytometry analysis. This work identified 22 proteins that were regulated significantly. The regulated proteins are those involved in early stages of steroid biosynthesis (SOAT1, NPC1, and ACBD5) and C21-steroid hormone metabolism (CYP21A2 and HSD3B1). In addition, several proteins known to play a role in cellular assembly, organization, protein synthesis, and cell cycle were regulated. These findings provide a new framework for studying the mechanisms by which AOH modulates steroidogenesis in H295R cell model. 

Identification and Functional Analysis of a Novel Tryptophyllin Peptide from the Skin of the Red-eye Leaf Frog, Agalychnis callidryas

Amphibian skin has proved repeatedly to be a largely untapped source of bioactive peptides and this is especially true of members of the Phyllomedusinae subfamily of frogs native to South and Central America. Tryptophyllins are a group of peptides mainly found in the skin of members of this genus. In this study, a novel tryptophyllin (TPH) type 3 peptide, named AcT-3, has been isolated and structurally-characterised from the skin secretion and lyophilised skin extract of the red-eye leaf frog, Agalychnis callidryas. The peptide was identified in and purified from the skin secretion by reverse-phase HPLC. MALDI-TOF mass spectrometry and MS/MS fragmentation sequencing established its primary structure as: pGlu-Gly-Lys-Pro-Tyr-Trp-Pro-Pro-Pro-Phe-Leu-Pro-Glu, with a non-protonated molecular mass of 1538.19Da. The mature peptide possessed the canonical N-terminal pGlu residue that arises from post-translational modification of a Gln residue. The deduced open-reading frame consisted of 63 amino acid residues encoding a highly-conserved signal peptide of approximately 22 amino acid residues, an intervening acidic spacer peptide domain, a single AcT-3 encoding domain and a C terminal processing site. A synthetic replicate of AcT-3 was found to antagonise the effect of BK on rat tail artery smooth muscle and to contract the intestinal smooth muscle preparations. It was also found that AcT-3 could dose-dependently inhibit the proliferation of human prostate cancer cell lines after 72h incubation.

Levels of Arsenic and Other Trace Elements in Southern Libyan Agricultural Irrigated Soil and Non-irrigated Soil Projects

The levels of As and various other trace elements found in the irrigated agricultural soil (Tsoil) of southern Libya were compared with non-irrigated soil (Csoil) from the same sampling campaign collected between April and May 2008. The soil samples represented agronomic practice in the southern Libyan regions of Maknwessa (MAK), Aril (ARL) and Taswaa (TAS), and were analyzed by Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) for Co, Ni, Cu, Se, Mo, Zn, As, Pb, Cd and P. Concentrations of P and As in TAS and MAK were found to be higher in Tsoil compared to Csoil, while the opposite was true for ARL. In general, As concentrations in these areas were 2-3 times lower than the global average. In ARL, the average P concentrations of the Csoil samples were significantly higher than those of Tsoil samples: this site is composed mainly of pasture for animal production, where phosphate fertilizers are used regularly. Distance from the source of irrigation was found to be of an important influence on the heavy metal concentration of the soil, with greater concentrations found closer to the irrigation source. It can be concluded from the results that irrigation water contains elevated levels of As, which finds its way into the soil profile and can lead to accumulation of As in the soil over time.

A new analytical approach for the detection of palm oil in vegetable oil blends

The new Food Information Regulation (1169/2011), dictates that in a refined vegetable oil blend, the type of oil must be clearly identified in the package in contract with current practice where is labelled under the generic and often misleading term “vegetable oil”. With increase consumer awareness in food authenticity, as shown in the recent food scandal with horsemeat in beef products, the identification of the origin of species in food products becomes increasingly relevant. Palm oil is used extensively in food manufacturing and as global demand increases, producing countries suffer from the aftermath of intensive agriculture. Even if only a small portion of global production, sustainable palm oil comes in great demand from consumers and industry. It is therefore of interest to detect the presence of palm oil in food products as consumers have the right to know if it is present in the product or not, mainly from an ethical point of view. Apart from palm oil and its derivatives, rapeseed oil and sunflower oil are also included. With DNA-based methods, the gold standard for the detection of food authenticity and species recognition deemed not suitable in this analytical problem, the focus is inevitably drawn to the chromatographic and spectroscopic methods. Both chromatographic (such as GC-FID and LC-MS) and spectroscopic methods (FT-IR, Raman, NIR) are relevant. Previous attempts have not shown promising results due to oils’ natural variation in composition and complex chemical signals but the suggested two-step analytical procedure is a promising approach with very good initial results.

A novel fluorescence-based assay for the rapid detection and quantification of cellular deoxyribonucleoside triphosphates

Current methods for measuring deoxyribonucleoside triphosphates (dNTPs) employ reagent and labor-intensive assays utilizing radioisotopes in DNA polymerase-based assays and/or chromatography-based approaches. We have developed a rapid and sensitive 96-well fluorescence-based assay to quantify cellular dNTPs utilizing a standard real-time PCR thermocycler. This assay relies on the principle that incorporation of a limiting dNTP is required for primer-extension and Taq polymerase-mediated 5-3' exonuclease hydrolysis of a dual-quenched fluorophore-labeled probe resulting in fluorescence. The concentration of limiting dNTP is directly proportional to the fluorescence generated. The assay demonstrated excellent linearity (R(2) > 0.99) and can be modified to detect between ∼0.5 and 100 pmol of dNTP. The limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) for all dNTPs were defined as <0.77 and <1.3 pmol, respectively. The intra-assay and inter-assay variation coefficients were determined to be <4.6% and <10%, respectively with an accuracy of 100 ± 15% for all dNTPs. The assay quantified intracellular dNTPs with similar results obtained from a validated LC-MS/MS approach and successfully measured quantitative differences in dNTP pools in human cancer cells treated with inhibitors of thymidylate metabolism. This assay has important application in research that investigates the influence of pathological conditions or pharmacological agents on dNTP biosynthesis and regulation.

Label-free based quantitative proteomics analysis of primary neonatal porcine Leydig cells exposed to the persistent contaminant 3-methylsulfonyl-DDE

Evidence that persistent environmental pollutants may target the male reproductive system is increasing. The male reproductive system is regulated by secretion of testosterone by testicular Leydig cells, and perturbation of Leydig cell function may have ultimate consequences. 3-Methylsulfonyl-DDE (3-MeSO₂-DDE) is a potent adrenal toxicants formed from the persistent insecticide DDT. Although studies have revealed the endocrine disruptive effect of 3-MeSO₂-DDE, the underlying mechanisms at cellular level in steroidogenic Leydig cells remains to be established. The current study addresses the effect of 3-MeSO₂-DDE on viability, hormone production and proteome response of primary neonatal porcine Leydig cells. The AlamarBlue™ assay was used to evaluate cell viability. Solid phase radioimmunoassay was used to measure concentration of hormones produced by both unstimulated and Luteinizing hormone (LH)-stimulated Leydig cells following 48h exposure. Protein samples from Leydig cells exposed to a non-cytotoxic concentration of 3-MeSO₂-DDE (10μM) were subjected to nano-LC-MS/MS and analyzed on a Q Exactive mass spectrometer and quantified using label-free quantitative algorithm. Gene Ontology (GO) and Ingenuity Pathway Analysis (IPA) were carried out for functional annotation and identification of protein interaction networks. 3-MeSO₂-DDE regulated Leydig cell steroidogenesis differentially depending on cell culture condition. Whereas its effect on testosterone secretion at basal condition was stimulatory, the effect on LH-stimulated cells was inhibitory. From triplicate experiments, a total of 6804 proteins were identified in which the abundance of 86 proteins in unstimulated Leydig cells and 145 proteins in LH-stimulated Leydig cells was found to be significantly regulated in response to 3-MeSO₂-DDE exposure. These proteins not only are the first reported in relation to 3-MeSO₂-DDE exposure, but also display small number of proteins shared between culture conditions, suggesting the action of 3-MeSO₂-DDE on several targeted pathways, including mitochondrial dysfunction, oxidative phosphorylation, EIF2-signaling, and glutathione-mediated detoxification. Further identification and characterization of these proteins and pathways may build our understanding to the molecular basis of 3-MeSO₂-DDE induced endocrine disruption in Leydig cells.

Osteogenic cell response to 3-D hydroxyapatite scaffolds developed via replication of natural marine sponges

Bone tissue engineering may provide an alternative to autograft, however scaffold optimisation is required to maximize bone ingrowth. In designing scaffolds, pore architecture is important and there is evidence that cells prefer a degree of non-uniformity. The aim of this study was to compare scaffolds derived from a natural porous marine sponge (Spongia agaricina) with unique architecture to those derived from a synthetic polyurethane foam. Hydroxyapatite scaffolds of 1 cm3 were prepared via ceramic infiltration of a marine sponge and a polyurethane (PU) foam. Human foetal osteoblasts (hFOB) were seeded at 1x105 cells/scaffold for up to 14 days. Cytotoxicity, cell number, morphology and differentiation were investigated. PU-derived scaffolds had 84-91% porosity and 99.99% pore interconnectivity. In comparison marine sponge-derived scaffolds had 56-61% porosity and 99.9% pore interconnectivity. hFOB studies showed that a greater number of cells were found on marine sponge-derived scaffolds at than on the PU scaffold but there was no significant difference in cell differentiation. X-ray diffraction (XRD) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) showed that Si ions were released from the marine-derived scaffold. In summary, three dimensional porous constructs have been manufactured that support cell attachment, proliferation and differentiation but significantly more cells were seen on marine-derived scaffolds. This could be due both to the chemistry and pore architecture of the scaffolds with an additional biological stimulus from presence of Si ions. Further in vivo tests in orthotopic models are required but this marine-derived scaffold shows promise for applications in bone tissue engineering.

Design, synthesis and validation of an inhibitor of CGRP degradation

Introduction: In addition to their afferent role in detection and signalling noxious stimuli, neuropeptide-containing sensory nerves may initiate and maintain chronic inflammation in diseases such as periodontitis by an efferent process known as neurogenic inflammation. Neuropeptides are susceptible to cleavage by peptidases, and therefore, the exact location and level of expression of peptidases are major determinants of neuropeptide action. Previous studies in our laboratory showed that enzyme components of gingival crevicular fluid (GCF) from periodontitis sites selectively inactivated the neuropeptide calcitonin gene-related peptide (CGRP), known to have a role in inhibiting osteoclastic bone resorption. Objectives: The aim of this study was to design and synthesise a specific inhibitor to prevent the degradation of CGRP by components of GCF. Methods: A hydroxamate-based inhibitor with a biotinylated tag was designed to ensure selectivity for CGRP and ease of use for future purification strategies. The biotinylated peptide hydroxamate contained the P1-P4 amino acid sequence of the potential CGRP cleavage site and was synthesised by solid-phase methods using standard Fmoc chemistry. Inhibition of CGRP metabolism by GCF was determined by MALDI-mass spectrometry (MALDI-MS) using pooled GCF samples from periodontitis patients as a crude source of the CGRP-degrading enzyme. Results: MALDI-MS analysis of CGRP degradation showed almost complete inhibition in the presence of the biotinylated inhibitor. Our results showed that the rate-limiting step in the cleavage of CGRP is endopeptidase cleavage, followed by carboxypeptidase attack. Conclusion: This study demonstrates that the enzyme component of GCF responsible for the degradation of CGRP can be inhibited by a biotinylated hydroxamate modelled on a potential endopeptidase cleavage site. The biotin tag on the inhibitor will facilitate our future purification of the CGRP-cleavage enzyme using a streptavidin-agarose column.

Relação do aroma e da espuma dos vinhos espumantes com o potencial enológico das uvas e dos vinhos

Os espumantes produzidos segundo o método Champanhês são obtidos após uma segunda fermentação em garrafa. Quando o vinho é vertido no copo, o CO2 produzido é libertado, sendo a espuma formada o resultado da sua interacção com os constituintes do vinho. A quantidade e a estabilidade da espuma do vinho espumante estão relacionadas com a sua composição química. Para além da espuma, o aroma é também um parâmetro importante de qualidade na apreciação geral de um vinho espumante. O aroma de um vinho espumante provém do contributo das uvas assim como do processo fermentativo. Dependendo do estado de maturação da uva, o contributo dos compostos voláteis para o aroma é diferente. Em virtude da vindima para os vinhos espumantes ser realizada antes da vindima para os vinhos maduros, dependendo da variedade, as uvas poderão não ser colhidas na expressão máxima do seu aroma, podendo verificar-se uma perda significativa do seu potencial varietal volátil. O objectivo desta dissertação é relacionar o aroma e a espuma dos vinhos espumantes com o potencial enológico das uvas e dos vinhos. Para isso, foi estudada a composição volátil das duas castas principais da Bairrada, a casta branca Fernão-Pires (FP) e a casta tinta Baga (BG), sendo estas duas das castas usadas para a produção de espumante. Para estudar a composição volátil das uvas durante a maturação, com vista a avaliar este efeito na expressão máxima de compostos voláteis, foi optimizada para este propósito a metodologia de microextracção em fase sólida em espaço de cabeça (HS-SPME). As uvas foram colhidas semanalmente, em duas vinhas, do pintor à pós-maturidade sendo posteriormente analisadas pela metodologia de HS-SPME seguida de cromatografia de gás acoplada à espectrometria de massa com quadrupolo (GC–qMS). No caso das uvas BG, observou-se um aumento acentuado na expressão máxima de compostos voláteis próximo da maturidade da uva determinada pelo teor em açúcar e acidez titulável, mantendo-se constante durante a pós-maturidade. Na determinação do perfil volátil das uvas ao longo da maturação foram identificados 66 compostos varietais nas uvas provenientes de uma vinha (Pedralvites) e 45 da outra vinha (Colégio). Em ambas as vinhas foram identificados 23 sesquiterpenóides, 13 monoterpenóides, 6 norisoprenóides, 2 álcoois aromáticos e 1 diterpenóide. Os sesquiterpenóides, devido à sua abundância em número e em área cromatográfica, podem ser considerados marcadores da casta BG. As uvas FP apresentaram um comportamento diferente do das uvas BG, sendo a expressão máxima de compostos voláteis expressa durante um curto período de tempo (1 semana), que coincide com a maturidade da uva. Depois de atingido este pico, observa-se uma diminuição drástica logo na semana seguinte. Este comportamento foi observado em ambas as vinhas, onde foram identificados 20 compostos voláteis varietais e 5 pré-fermentativos (álcoois e aldeídos em C6). Estes resultados mostram que quando estas castas são colhidas precocemente (1 semana antes da maturidade) para a produção de espumante, é observada uma redução significativa do potencial volátil que é expresso na maturidade. Para a análise da composição volátil dos vinhos espumantes foi optimizada uma metodologia de microextracção que permite usar uma maior quantidade de fase estacionária, a extracção sorptiva em barra de agitação (SBSE). O método foi optimizado usando 10 padrões de compostos voláteis representativos das principais famílias químicas presentes no vinho, nomeadamente, ésteres, monoterpenóides, sesquiterpenóides, norisoprenóides em C13 e álcoois. O método proposto apresenta uma boa linearidade (r2 > 0,982) e a reprodutibilidade varia entre 8,9 e 17,8%. Os limites de detecção para a maioria dos compostos é bastante baixo, entre 0,05 e 9,09 μg L-1. O método foi aplicado para a análise da composição volátil dos vinhos espumantes. Dentro dos vinhos espumantes analisados, foi estudada a influência da casta, do tipo de solo e do estado de maturação das uvas na sua composição volátil. A casta FP pode dar origem a vinhos com maior potencial de aroma do que a casta BG. Relativamente à avaliação dos diferentes estados de maturação, verificou-se que as uvas da maturidade e as da colheita tardia (uma semana depois da maturidade) deram origem aos vinhos com maior quantidade de compostos voláteis. Para os três tipos de solo estudados (arenoso, argiloso e argilo-calcário), o vinho obtido a partir de uvas colhidas no solo argilo-calcário foi o que mostrou a maior concentração de compostos voláteis varietais. A espuma destes vinhos espumantes foi também avaliada quanto à sua quantidade máxima (HM) e tempo de estabilidade (TS). O vinho espumante que apresentou um maior TS foi o vinho produzido a partir da casta FP proveniente de uma colheita tardia e solo argiloso. Os vinhos provenientes dos solos arenosos e argilo-calcários são os que apresentaram valores mais baixos de TS. Com vista a avaliar quais os conjuntos de moléculas do vinho que estão relacionados com as propriedades da espuma e possíveis sinergismos entre eles, para cada vinho espumante foi separada a fracção hidrofóbica de baixo peso molecular (MeLMW), a fracção de elevado peso molecular (HMW) e duas fracções de peso molecular intermédio (AqIMW e MeIMW). As propriedades da espuma dos vinhos modelo, reconstituídos com estas fracções e suas misturas, foram avaliadas. A combinação da fracção HMW com a MeLMW aumentou o TS 2,7 vezes quando comparado com o observado para a fracção HMW isoladamente, produzindo um efeito sinergético. Este aumento do TS ainda foi maior quando se combinou a fracção HMW com as subfracções obtidas a partir da fracção MeLMW, principalmente para as fracções menos apolares. A subfracção hidrofóbica menos apolar foi caracterizada por espectrometria de massa de ionização por electrospray (ESI-MS/MS) tendo sido identificada uma série de oligómeros de polietileno glicol e um potencial composto tensioactivo, o 8-hidroxi-tridecanoato de dietilenoglicolglicerilacetato. A fracção MeLMW foi também isolada da espuma do vinho espumante e caracterizada por ESI-MS/MS, permitindo identificar vários compostos potenciais tensioactivos, nomeadamente, dois monoacilgliceróis e quatro derivados de ácidos gordos com gliceriletilenoglicol. Estes resultados confirmam que estes compostos relacionados com a estabilidade da espuma existem em maior número na espuma do que no vinho. O vinho foi ainda fraccionado em 12 grupos de moléculas: 3 fracções de manoproteínas, 3 de arabinogalactanas, 3 de misturas de polissacarídeos, proteínas e compostos fenólicos e 3 fracções de peso molecular intermédio e baixo, compostas por uma mistura de hidratos de carbono, peptídeos e compostos fenólicos. Foram usados vinhos modelo reconstituídos com cada uma das fracções isoladas na concentração em que estas se encontraram no vinho. Foram também efectuados ensaios com soluções modelo dez vezes mais concentradas e com misturas de algumas das fracções. Todas as soluções formadas foram avaliadas quanto às propriedades da espuma. O aumento da concentração para dez vezes faz com que a solução contendo a fracção rica em manoproteínas (MP1) aumente para mais do dobro a HM e 7,4 vezes mais o TS. A combinação entre a fracção MP1 e a MeLMW produziu um aumento significativo nos parâmetros de HM e TS. A combinação da fracção HMW (manoproteínas com baixo teor em proteína) com a MeLMW (tensioactivos derivados de ácidos gordos com gliceriletilenoglicol) contém os compostos chave de um vinho espumante para se obter uma maior quantidade e estabilidade da espuma.

Caracterização e transformação de Lenhosulfonatos de Eucalyptus globulus

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

Pancreatic zymogen granules: new proteins in unexpected places

Os mecanismos de biogénese, distribuição apical e secreção regulada de enzimas digestivas dos grânulos de zimogénio são, atualmente, pouco conhecidos. De modo a esclarecer e descrever estes processos de elevada importância biológica e clínica, é necessária uma melhor compreensão dos componentes da membrana granular e as funções e interações destes. Neste trabalho, através de uma abordagem proteómica, foi possível identificar novas proteínas granulares previamente associadas ao transporte vesicular sináptico. Para estudar as funções destas proteínas na génese e secreção de grânulos, foram realizados estudos de sobre-expressão, assim como estudos bioquímicos (1D, 2D, and LC-MS/MS) e morfológicos, utilizando céluas de mamífero. Entre as proteínas descobertas, cinco foram selecionadas e analisadas: RMCP-1, Piccolo, Synaptojanin-1, APP e ZG16p. Destas proteínas, confirmou-se a presença da RMCP-1 e APP nos grânulos de zimogénio. Interessantamente, o lectin ZG16p da secreção pâncreatico, encontra-se expressa no cérebro de rato, estando localizada nos terminais pós-sinápticos e em grânulos de RNA, indicando uma possível função desta proteína na formação das vesículas sinápticas. Finalmente, demonstrei que a formação de grânulos de zimogénio pode ser modulada, no modelo de células pancreáticas AR42J, pelas condições de cultura. Em contraste com as proteínas de carga neuroendocrinas, a sobreexpressão de proteínas de carga ou da membrana dos grânulos de zimogénio não foi suficiente para induzir a formação de grânulos ou de estruturas granulares em células constitutivamente secretoras, indicando diferenças na biogénese de grânulos neuroendócrinos e exócrinos.

Metabonomic studies to assess beer quality and stability

The work reported in this thesis aimed at applying the methodology known as metabonomics to the detailed study of a particular type of beer and its quality control, with basis on the use of multivariate analysis (MVA) to extract meaningful information from given analytical data sets. In Chapter 1, a detailed description of beer is given considering the brewing process, main characteristics and typical composition of beer, beer stability and the commonly used analytical techniques for beer analysis. The fundamentals of the analytical methods employed here, namely nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, gas-chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and mid-infrared (MIR) spectroscopy, together with the description of the metabonomics methodology are described shortly in Chapter 2. In Chapter 3, the application of high resolution NMR to characterize the chemical composition of a lager beer is described. The 1H NMR spectrum obtained by direct analysis of beer show a high degree of complexity, confirming the great potential of NMR spectroscopy for the detection of a wide variety of families of compounds, in a single run. Spectral assignment was carried out by 2D NMR, resulting in the identification of about 40 compounds, including alcohols, amino acids, organic acids, nucleosides and sugars. In a second part of Chapter 3, the compositional variability of beer was assessed. For that purpose, metabonomics was applied to 1H NMR data (NMR/MVA) to evaluate beer variability between beers from the same brand (lager), produced nationally but differing in brewing site and date of production. Differences between brewing sites and/or dates were observed, reflecting compositional differences related to particular processing steps, including mashing, fermentation and maturation. Chapter 4 describes the quantification of organic acids in beer by NMR, using different quantitative methods: direct integration of NMR signals (vs. internal reference or vs. an external electronic reference, ERETIC method) and by quantitative statistical methods (using the partial least squares (PLS) regression) were developed and compared. PLS1 regression models were built using different quantitative methods as reference: capillary electrophoresis with direct and indirect detection and enzymatic essays. It was found that NMR integration results generally agree with those obtained by the best performance PLS models, although some overestimation for malic and pyruvic acids and an apparent underestimation for citric acid were observed. Finally, Chapter 5 describes metabonomic studies performed to better understand the forced aging (18 days, at 45 ºC) beer process. The aging process of lager beer was followed by i) NMR, ii) GC-MS, and iii) MIR spectroscopy. MVA methods of each analytical data set revealed clear separation between different aging days for both NMR and GC-MS data, enabling the identification of compounds closely related with the aging process: 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF), organic acids, γ-amino butyric acid (GABA), proline and the ratio linear/branched dextrins (NMR domain) and 5-HMF, furfural, diethyl succinate and phenylacetaldehyde (known aging markers) and, for the first time, 2,3-dihydro-3,5-dihydroxy-6-methyl-4(H)-pyran-4-one xii (DDMP) and maltoxazine (by GC-MS domain). For MIR/MVA, no aging trend could be measured, the results reflecting the need of further experimental optimizations. Data correlation between NMR and GC-MS data was performed by outer product analysis (OPA) and statistical heterospectroscopy (SHY) methodologies, enabling the identification of further compounds (11 compounds, 5 of each are still unassigned) highly related with the aging process. Data correlation between sensory characteristics and NMR and GC-MS was also assessed through PLS1 regression models using the sensory response as reference. The results obtained showed good relationships between analytical data response and sensory response, particularly for the aromatic region of the NMR spectra and for GC-MS data (r > 0.89). However, the prediction power of all built PLS1 regression models was relatively low, possibly reflecting the low number of samples/tasters employed, an aspect to improve in future studies.

Pathways of oxidative degradation of wine

The production of color/flavor compounds in wine is the result of different interrelated mechanism reactions. Among these, the oxidation phenomenon and the Maillard reaction stands out with particular relevance due to their large impact on the sensory quality of wines and consequently on the product shelflife. The aim of this thesis is to achieve a global vision of wine degradation mechanisms. The identification of mediators’ reactions involved in oxidative browning and aromatic degradation will be attempted based on different detectors. Two approaches are implemented in this work: a “non-target” approach by which relevant analytical tools will be used to merge the information of cyclic voltammetry and Diode-Array (DAD) detectors, allowing a broader overview of the system and the note of interesting compounds, and a “target” approach by which the identification and quantification of the different compounds related to the wine degradation process will be performed using different detectors (HPLC-UV/Vis, LC-MS, GC-MS, and FID). Two different patterns of degradation will be used in this study: wines generated by O2 and temperature perturbations, and synthetic solutions with relevant wine constituents for mechanisms validation. Results clearly demonstrate a “convolution” of chemical mechanisms. The presence of oxygen combined with temperature had a synergistic effect on the formation of several key odorant compounds.The results of this work could be translated to the wine-making and wine-storage environment from the modelling of the analysed compounds.

Avanços metodológicos na síntese de novos derivados de flavonas

As estirilflavonas poli-hidroxiladas são compostos heterocíclicos de natureza polifenólica que suscitam interesse devido à atividade biológica que possuem atuando, por exemplo, como antioxidantes. O desenvolvimento de novas rotas de síntese de estirilflavonas constitui um desafio e é neste contexto que se têm efetuado vários estudos sobre a aplicação de reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio, como a reação de Heck, na preparação deste tipo de compostos. Nesta dissertação reporta-se a síntese de (E)-8-estirilflavonas através da reação de Heck de 8-iodoflavonas com derivados de estireno com rendimentos excelentes, descrevendo-se um estudo no qual se optimizaram as condições experimentais desta reação. Adicionalmente, descrevem-se duas tentativas de desmetilação da (E)-8-[2-(4-metoxifenil)vinil]-4’,5,7-trimetoxiflavona. As 8- iodoflavonas foram preparadas com elevada regiosseletividade através da ciclização oxidativa/iodação das (E)-2’-hidroxicalconas correspondentes por aplicação do sistema de reagentes I2/DMSO. A propósito, descreve-se um estudo de ciclização oxidativa/iodação da (E)-2’-hidroxi-4,4’,6’- trimetoxicalcona, no qual se testou a aplicação do sistema de reagentes I2/DMSO na síntese de iodoflavonas em reações one-pot. As (E)-2’- hidroxicalconas foram sintetizadas através da condensação aldólica catalisada por base entre a 2’-hidroxi-4’,6’-dimetoxiacetofenona, previamente preparada, e derivados de benzaldeído. A caraterização estrutural da maioria dos compostos obtidos neste trabalho foi efetuada com base em estudos de espetroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN), nomeadamente de 1H e 13C, e, sempre que possível, em estudos bidimensionais de correlação espetroscópica heteronuclear (HSQC e HMBC), bem como em estudos de espetrometria de massa (EM).