Substrate interaction with recombinant amidase from Pseudomonas aeruginosa during biocatalysis

The interaction of a variety of substrates with Pseudomonas aeruginosa native amidase (E.C. 3.5.1.4), overproduced in an Escherichia coli strain, was investigated using difference FTIR spectroscopy. The amides used as substrates showed an increase in hydrogen bonding upon association in multimers, which was not seen with esters. Evidence for an overall reduction or weakening of hydrogen bonding while amide and ester substrates are interacting with the enzyme is presented. The results describe a spectroscopic approach for analysis of substrate-amidase interaction and in situ monitoring of the hydrolysis and transferase reaction when amides or esters are used as substrates.

Development of a biosensor for urea assay based on amidase inhibition, using an ion-selective electrode

A biosensor for urea has been developed based on the observation that urea is a powerful active-site inhibitor of amidase, which catalyzes the hydrolysis of amides such as acetamide to produce ammonia and the corresponding organic acid. Cell-free extract from Pseudomonas aeruginosa was the source of amidase (acylamide hydrolase, EC 3.5.1.4) which was immobilized on a polyethersulfone membrane in the presence of glutaraldehyde; anion-selective electrode for ammonium ions was used for biosensor development. Analysis of variance was used for optimization of the biosensorresponse and showed that 30 mu L of cell-free extract containing 7.47 mg protein mL(-1), 2 mu L of glutaraldehyde (5%, v/v) and 10 mu L of gelatin (15%, w/v) exhibited the highest response. Optimization of other parameters showed that pH 7.2 and 30 min incubation time were optimum for incubation ofmembranes in urea. The biosensor exhibited a linear response in the range of 4.0-10.0 mu M urea, a detection limit of 2.0 mu M for urea, a response timeof 20 s, a sensitivity of 58.245 % per mu M urea and a storage stability of over 4 months. It was successfully used for quantification of urea in samples such as wine and milk; recovery experiments were carried out which revealed an average substrate recovery of 94.9%. The urea analogs hydroxyurea, methylurea and thiourea inhibited amidase activity by about 90%, 10% and 0%, respectively, compared with urea inhibition.

Determination of chitin content in fungal cell wall: an alternative flow cytometric method

The conventional methods used to evaluate chitin content in fungi, such as biochemical assessment of glucosamine release after acid hydrolysis or epifluorescence microscopy, are low throughput, laborious, time-consuming, and cannot evaluate a large number of cells. We developed a flow cytometric assay, efficient, and fast, based on Calcofluor White staining to measure chitin content in yeast cells. A staining index was defined, its value was directly related to chitin amount and taking into consideration the different levels of autofluorecence. Twenty-two Candida spp. and four Cryptococcus neoformans clinical isolates with distinct susceptibility profiles to caspofungin were evaluated. Candida albicans clinical isolate SC5314, and isogenic strains with deletions in chitin synthase 3 (chs3Δ/chs3Δ) and genes encoding predicted Glycosyl Phosphatidyl Inositol (GPI)-anchored proteins (pga31Δ/Δ and pga62Δ/Δ), were used as controls. As expected, the wild-type strain displayed a significant higher chitin content (P < 0.001) than chs3Δ/chs3Δ and pga31Δ/Δ especially in the presence of caspofungin. Ca. parapsilosis, Ca. tropicalis, and Ca. albicans showed higher cell wall chitin content. Although no relationship between chitin content and antifungal drug susceptibility phenotype was found, an association was established between the paradoxical growth effect in the presence of high caspofungin concentrations and the chitin content. This novel flow cytometry protocol revealed to be a simple and reliable assay to estimate cell wall chitin content of fungi.

Cell-specific regulation of acetylcholinesterase expression under inflammatory conditions

Acetylcholine (ACh) has been shown to exert an anti-inflammatory function by down-modulating the expression of pro-inflammatory cytokines. Its availability can be regulated at different levels, namely at its synthesis and degradation steps. Accordingly, the expression of acetylcholinesterase (AChE), the enzyme responsible for ACh hydrolysis, has been observed to be modulated in inflammation. To further address the mechanisms underlying this effect, we aimed here at characterizing AChE expression in distinct cellular types pivotal to the inflammatory response. This study was performed in the human acute leukaemia monocytyc cell line, THP-1, in human monocyte-derived primary macrophages and in human umbilical cord vein endothelial cells (HUVEC). In order to subject these cells to inflammatory conditions, THP-1 and macrophage were treated with lipopolysaccharide (LPS) from E.coli and HUVEC were stimulated with the tumour necrosis factor α (TNF-α). Our results showed that although AChE expression was generally up-regulated at the mRNA level under inflammatory conditions, distinct AChE protein expression profiles were aurprisingly observed among the distinct cellular types studied. Altogether, these results argue for the existence of cell specific mechanisms that regulate the expression of acetylcholinesterase in inflammation.

Steroselective synthesis of imidazolidin-4-ones from α-amino amides of the antimalarial primaquine and substituted benzaldehydes

Imidazolidin-4-ones are commonly employed as skeletal modifications in bioactive oligopeptides, either as proline surrogates or for protection of the N-terminal amino acid against aminopeptidase-catalysed hydrolysis . We have been working on the synthesis of imidazolidin-4-ones of the antimalarial primaquine , through acylation of primaquine with an α-amino acid and subsequent reaction of the resulting α-aminoamide with a ketone or aldehyde. Thus, when using racemic primaquine, an optically pure chiral α-amino acid and an aldehyde as starting materials, four imidazolidin-4-one diastereomers are to be expected (Scheme 1). However, we have recently observed that imidazolidin-4-one synthesis was stereoselective when 2-carboxybenzaldehyde (2CBA)* was used, as only two diastereomers were produced2. Computational studies have shown that the imine formed prior to ring closure had, for structures derived from 2CBA, a quasi-cyclic rigid structure2. This rigid conformation is stabilized by an intramolecular hydrogen bond involving the C=O oxygen atom of the 2-carboxyl substituent in 2CBA and the N-H group of the α-amino amide moiety2. These findings led us to postulate that the 2-carbonyl substituent in the benzaldehyde moiety was the key for the stereoselective synthesis of the imidazolidin-4-ones2.

Assessment of saccharide fractionation by ultrafiltration and nanofiltration

This paper addresses the investigation of the fractionation of saccharide mixtures and saccharide mixtures with calcium using ultrafiltration (UF) and nanofiltration (NF). A set of cellulose acetate membranes covered a wide range of molecular weight cut-off (MWCO) ranging from 250 to 46,000 Da and the total feed concentration of saccharides mixtures varied from 1550 to 4700 ppm with the ratio of the two saccharides-solutes (glucose to raffinose) being kept constant at the value of 1.8. The evolution pattern of the saccharide concentration ratio in the UF/NF permeate streams displayed a dependence on the membrane MWCO, on the total sugar concentration and on the presence of calcium ions. For the highest total sugar content, the membranes with MWCO from 2000 to 7000 Da showed saccharide fractionation capability that was enhanced in the presence of calcium. The Steric Pore Flow Model was used to predict individual solute permeation behaviours and to assess the deviations to steric hindered transport of the solutes in multi-component saccharide solutions. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Structural Color and Iridescence in Transparent Sheared Cellulosic Films

Shear transparent cellulose free-standing thin films can develop iridescence similar to that found in petals of the tulip Queen of the Night. The iridescence of the film arises from the modulation of the surface into bands periodically spread perpendicular to the shear direction. Small amounts of nanocrystalline cellulose (NCC) rods in the precursor liquid-crystalline solutions do not disturb the optical properties of the solutions but enhance the mechanical characteristics of the films and affects their iridescence. Smaller bands periodicity, not affected by the NCC rods, slightly deviated from the shear direction is also observed. NCCs are crucial to tune and understand the film's surface features formation. Our findings could lead to new materials for application in soft reflective screens and devices.

Production of hydroxamic acids by immobilized Pseudomonas aeruginosa cells Kinetic analysis in reverse micelles

Intact cells from Pseudomonas aeruginosa strain L10 containing amidase were used as biocatalysts both free and immobilized in a reverse micellar system. The apparent kinetic constants for the transamidation reaction in hydroxamic acids synthesis, were determined using substrates such as aliphatic, amino acid and aromatic amides and esters, in both media. In reverse micelles, K-m values decreased 2-7 fold relatively to the free biocatalyst using as substrates acetamide, acrylamide, propionamide and glycinamide ethyl ester. We have concluded that overall the affinity of the biocatalyst to each substrate increases when reactions are performed in the reversed micellar system as opposed to the buffer system. The immobilized biocatalyst in general, exhibits higher stability and faster rates of reactions at lower substrates concentration relatively to the free form, which is advantageous. Additionally, the immobilization revealed to be suitable for obtaining the highest yields of hydroxamic acids derivatives, in some cases higher than 80%. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Estudo da obtenção de gelatina a partir de raspa Wet-Blue da indústria de curtumes

Mestrado em Engenharia Química. Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental.

Controlo de águas do processo e optimização da produção de papel

Na Fábrica de Papel da Ponte Redonda fabricam-se sacos de papel multi-folhas e papel reciclado do tipo Kraft. Tendo em consideração a primeira actividade, é de grande interesse optimizar o processo de fabrico de papel com vista a incorporara a máxima taxa de papel produzido internamente nas diferentes camadas dos sacos de papel. Os papéis de maior interesse são os do tipo Fluting e Liners, tendo sido produzidos em 2010 um total de 4,9 mil toneladas, ou seja 90% de todo o papel fabricado em 2010, correspondendo a a 4 mil toneladas de papéis do tipo Liners e 0,9 mil toneladas para os papéis do tipo Fluting. Nos papéis do tipo Liners incluem-se os papéis do tipo Test-Liner e Kraft-Liner, representando em termos produtivos valores idênticos. No âmbito deste trabalho, em que se pretendeu controlar as águas do processo e optimizar a produção de papel, foram introduzidos uma unidade de flutuação e um sistema que permitisse regular a consistência da suspensão fibrosa à entrada da máquina do papel, e foram ainda estudadas as possibilidades de adição de produtos químicos para melhorar as características da pasta assim como um tratamento microbiológico mais eficaz para todo o processo. Para se avaliar se as medidas implementadas teriam um impacto positivo na qualidade desses dois tipos de papéis, desenvolveu-se o trabalho em duas fases: a primeira envolve a introdução de um sistema de flutuação e de um sistema de controlo de consistência da pasta, assim como a selecção de produtos químicos a adicionar ao processo. A segunda fase consistiu na avaliação do efeito destas medidas nas características do papel fabricado. Para o efeito foram escolhidos dois tipos de papel e de diferentes gramagens, nomeadamente Test-Liner de 80 g/m2 e Fluting de 110 g/m2. Introduziu-se um flutuador com o objectivo de tratar parte das águas do processo de fabrico com vista a serem reutilizadas em determinadas aplicações possíveis para a qualidade da água obtida (lavagens e água do processo), de modo a conseguir-se uma poupança de água, assim como aproveitar-se as lamas resultantes, ricas em fibra de celulose, para utilizá-las como matéria-prima. Foi introduzido um regulador de consistência no processo da Ponte Redonda com o objectivo de alimentar de uma forma constante a consistência da pasta à entrada da máquina do papel proporcionando uma melhor formação da folha, devido à ligação entre fibras, na direcção máquina e direcção transversal. Esse sistema inovador é um Regulador de Consistência que vem proporcionar à máquina do papel uma alimentação em fibra mais constante. O fabrico de papel apenas a partir de fibras de celulose não permitirá obter um papel com as características desejadas para a sua utilização. Para corrigir estas deficiências, são adicionados produtos químicos para atribuir ou melhorar as propriedades dos papéis. Desta forma considerou-se interessante introduzir no processo um agente de retenção numa fase posterior à preparação da pasta e antes da chegada à máquina de papel, de forma a melhorar as características da suspensão fibrosa. Assim foi implementado um sistema cuja eficácia foi avaliada. Concluiu-se que com a sua implementação a máquina de papel apresentou melhores resultados na drenagem e na turbidez da água removida, significando uma água com menor teor de matéria suspensa e dissolvida, devido à melhor agregação das fibras dispersas na suspensão fibrosa, levando a um aumento da drenagem e consequentemente melhor eficiência das prensas e secaria. Foi também elaborado um estudo para introdução de um sistema de tratamento microbiológico em todo o processo de fabrico de papel, devido à existência de microorganismos prejudiciais ao seu fabrico. Concluiu-se que a água clarificada proveniente do flutuador apresentou qualidade aceitável para os objectivos pretendidos. No entanto, considerando a eficiência de 26,5% na remoção de sólidos suspensos será necessário mais algum tempo de utilização da água clarificada, cerca de um ano, para avaliar se esta terá algum efeito prejudicial nos equipamentos. Verificou-se que devido à existência de microrganismos em todo o processo de fabrico de papel será necessário efectuar lavagens aos tinões, tanques e circuitos com alguma regularidade, aproveitando-se as paragens do processo assim como implementar um sistema de tratamento microbiológico mais eficaz. Em resultado das medidas implementadas concluiu-se que os papéis produzidos apresentaram melhorias, tendo-se obtido melhores resultados em todos os ensaios de resistência. No papel do tipo Test-Liner destacam-se os bons resultados nos ensaios de superfície, Cobb60 e rebentamento. No caso do parâmetro do Cobb60, foi um resultado surpreendente visto que por norma este tipo de papéis reciclados não suportam este ensaio. Concluiu-se também que as medidas implementadas proporcionaram uma melhor agregação e ligação entre fibras, e melhor formação da folha na máquina do papel proporcionando aos papéis propriedades físico-mecânicas mais interessantes.

Estudo da influência das condições de armazenamento nas propriedades e composição do biodiesel

O objectivo deste trabalho era a determinação da influência das condições de armazenamento do biodiesel nas suas propriedades e composição. Para isso foi produzido biodiesel a partir de óleo alimentar usado e armazenado em diferentes condições. O biodiesel foi colocado em frascos de vidro e dividido em três grupos diferentes de temperatura. O primeiro foi colocado a uma temperatura de 6ºC (frigorifico) com frascos fechados e expostos ao ar e água. O segundo grupo foi colocado a uma temperatura de 40ºC (banho termostático) com frascos fechados, abertos ao ar e abertos ao ar e água. O terceiro e ultimo grupo foi colocado à temperatura ambiente (18,6

Síntese sol-gel de biomateriais à base de água de fontes hidrotermais para otimização do comportamento celular e regeneração dos tecidos ósseos

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, 18 de Março de 2016, Universidade dos Açores.

Hélices e Espirais em Micro e Nanofibras Celulósicas

A celulose é o polímero renovável mais abundante do mundo. É conhecido pela sua excelente biocompatibilidade, propriedades térmicas e mecânicas. A celulose assim como os polipéptideos e o ADN, pertence a uma família de moléculas orgânicas que dão origem à formação de fases líquidas cristalinas (LCs) colestéricas. A Passiflora Edulis, tal como outras plantas trepadeiras, possui longas e flexíveis gavinhas que permitem à planta encontrar um suporte para se fixar. As gavinhas podem assumir a forma de espirais ou de hélices consoante sejam sustentadas por apenas uma ou por ambas as extremidades. As hélices apresentam muitas vezes duas porções helicoidais, uma esquerda e outra direita, separadas por um segmento recto denominado perversão. Este comportamento é consequência da curvatura intrínseca das gavinhas produzidas pela planta trepadeira. O mesmo comportamento pode ser observado em micro e nanofibras celulósicas fabricadas a partir de soluções líquido-cristalinas, numa escala três a quatro ordens de grandeza inferior à das gavinhas. Este facto sugere que o modelo físico utilizado tenha invariância de escala. Neste trabalho é feito o estudo de fibras e jactos que imitam as estruturas helicoidais apresentadas pelas gavinhas das plantas trepadeiras. As fibras e jactos são produzidos a partir de soluções líquidas cristalinas celulósicas. De modo a determinar as características morfológicas e estruturais, que contribuem para a curvatura das fibras, foram utilizadas técnicas de imagem por ressonância magnética (MRI), microscopia óptica com luz polarisada (MOP), microscopia electrónica de varrimento (SEM) e microscopia de força atómica (AFM) . A variação da forma das estruturas helicoidais com a temperatura parece ser relevante para o fabrico de membranas não tecidas para aplicação em sensores termo-mecânicos.

Flow amperometric determination of carbofuran and fenobucarb

A simple, rapid, and precise amperometric method for quantification of N-methylcarbamate pesticides in water samples and phytopharmaceuticals is presented. Carbofuran and fenobucarb are the target analytes. The method is developed in flow conditions providing the anodic oxidation of phenolic-based compounds formed after alkaline hydrolysis. Optimization of instrumental and chemical variables is presented. Under the optimal conditions, the amperometric signal is linear for carbofuran and fenobucarb concentrations over the range of 1.0*10-7 to 1.0*10-5 molL-1, with a detection limit of about 2 ngmL-1. The amperometric method is successfully applied to the analysis of spiked environmental waters and commercial formulations. The proposed method allows 90 samples to be analysed per hour, using 500 mL of sample, and producing wastewaters of low toxicity. The proposed method permits determinations at the mgL 1 level and offers advantages of simplicity, accuracy, precision, and applicability to coloured and turbid samples, and automation feasibility.

Copper, nickel and zinc removal by peanut hulls: batch and column studies in mono, tri-component systems and with real effluent

The main goal of this research study was the removal of Cu(II), Ni(II) and Zn(II) from aqueous solutions using peanut hulls. This work was mainly focused on the following aspects: chemical characterization of the biosorbent, kinetic studies, study of the pH influence in mono-component systems, equilibrium isotherms and column studies, both in mono and tri-component systems, and with a real industrial effluent from the electroplating industry. The chemical characterization of peanut hulls showed a high cellulose (44.8%) and lignin (36.1%) content, which favours biosorption of metal cations. The kinetic studies performed indicate that most of the sorption occurs in the first 30 min for all systems. In general, a pseudo-second order kinetics was followed, both in mono and tri-component systems. The equilibrium isotherms were better described by Freundlich model in all systems. Peanut hulls showed higher affinity for copper than for nickel and zinc when they are both present. The pH value between 5 and 6 was the most favourable for all systems. The sorbent capacity in column was 0.028 and 0.025 mmol g-1 for copper, respectively in mono and tri-component systems. A decrease of capacity for copper (50%) was observed when dealing with the real effluent. The Yoon-Nelson, Thomas and Yan’s models were fitted to the experimental data, being the latter the best fit.