Biorefining of perennial ryegrass for the production of nano-fibrillated cellulose

This study has demonstrated biorefining steps for ryegrass and silage at a pilot scale to extrude fibre cake for the production of nanofibrillated cellulose (NFC), a potentially green biomaterial for replacing conventional fillers in the manufacture of polymer composites. Further treatments of processed ryegrass fibres with mechanical shearing, microfluidising, hydrochloric acid (HCl)/ sulphuric acid and a four stage {ethylenediaminetetra-acetic acid, sodium hydroxide, sodium hypochlorite and HCl} hydrolysis yielded 43.8, 36.1, 25.6 and 39.8 kg t21 DM of NFCs respectively. The NFCs were characterised using microscopy, X-ray diffraction, dynamic light scattering, spectroscopy and thermogravimetry. The NFC had diameters from 3.0–9.1 nm and length 308 nm– 4.6 mm. NFC-polyvinyl alcohol composites containing NFC (5 wt%) exhibited enhanced Young’s modulus and thermal stability by factors of 2.5 and 2 respectively compared with control. The mass, energy, water and chemical balances of the four process steps were assessed to evaluate technical feasibility and also to provide baseline production data for scaling up. The microfluidised product has been identified as the best NFC product, but production cost needs to be reduced.

Strength development of mortars containing ground granulated blast-furnace slag: Effect of curing temperature and determination of apparent activation energies

The strength development of mortars containing ground granulated blast-furnace slag (ggbs) and portland cement was investigated. Variables were the level of ggbs in the binder, water-binder ratio and curing temperature. All mortars gain strength more rapidly at higher temperatures and have a lower calculated ultimate strength. The early age strength is much more sensitive to temperature for higher levels of ground granulated blast-furnace slag. The calculated ultimate strength is affected to a similar degree for all ggbs levels and water-binder ratios, with only the curing temperature having a significant effect. Apparent activation energies were determined according to ASTM C1074 and were found to vary approximately linearly with ggbs level from 34 kJ/mol for portland cement mortars to around 60 kJ/mol for mortars containing 70% ggbs. The water-binder ratio appears to have little or no effect oil the apparent activation energy. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The mechanical and rheological characterisation of implantable medical devices formulated from binary mixtures of cellulose derivatives

This study highlights the potential associated with utilising multi-component polymeric gels to formulate materials that possess unique rheological and mechanical properties. The synergistic effect* and interaction between hydroxyethylcellulose (HEC) and sodium carboxymethylcellulose (NaCMC), polymers which are commonly employed as drug delivery platforms for implantable medical devices (1), have been determined using dynamic, continuous shear and texture profile analysis. * The difference between the actual response of a binary mixture and the sum of the two components comprising the mixture Increases in polymer concentration resulted in an increase in G', G? and ?' whereas tan d decreased. Similarly, significant increases were also apparent in continuous shear and texture analysis. All binary mixtures showed positive synergy values which may suggest associative interaction between the two components.

Density Functional study of the photoactive yellow protein's chromophore

We have investigated the structural and electronic properties of p-coumaric acid, the chromophore of the photoactive yellow protein (PYP), by means of first-principles molecular dynamics based on density functional theory (DFT). We have studied the chromophore both in the vacuum and in an extended model which includes the nearest residues in the binding pocket of PYP, as derived from crystallographic data. We have characterized the ground state of the isolated chromophore in its protonated and deprotonated forms and computed the energy barrier involved in the trans to cis isomerization process around the carbon-carbon double bond. A comparison of the optimized structures of the chromophore in the vacuum and in the extended protein model, both in the trans (ground state of PYP in the dark) and cis (first light-activated intermediate) configuration, shows how the protein environment affects the chromophore in the first step of the photocycle. Our model gives an energy storage of 25 kcal/mol associated with the trans-to-cia photoisomerization. Finally, we have elucidated the nature of the electronic excitation relevant for the photochemistry of PYP by means of time-dependent DFT calculations.

Locating binding poses in protein-ligand systems using reconnaissance metadynamics

A molecular dynamics-based protocol is proposed for finding and scoring protein-ligand binding poses. This protocol uses the recently developed reconnaissance metadynamics method, which employs a self-learning algorithm to construct a bias that pushes the system away from the kinetic traps where it would otherwise remain. The exploration of phase space with this algorithm is shown to be roughly six to eight times faster than unbiased molecular dynamics and is only limited by the time taken to diffuse about the surface of the protein. We apply this method to the well-studied trypsin-benzamidine system and show that we are able to refind all the poses obtained from a reference EADock blind docking calculation. These poses can be scored based on the length of time the system remains trapped in the pose. Alternatively, one can perform dimensionality reduction on the output trajectory and obtain a map of phase space that can be used in more expensive free-energy calculations.

Low-energy cranberry juice decreases lipid oxidation and increases plasma antioxidant capacity in women with metabolic syndrome

Cranberries, high in polyphenols, have been associated with several cardiovascular health benefits, although limited clinical trials have been reported to validate these findings. We tested the hypothesis that commercially available low-energy cranberry juice (Ocean Spray Cranberries, Inc, Lakeville-Middleboro, Mass) will decrease surrogate risk factors of cardiovascular disease, such as lipid oxidation, inflammation, and dyslipidemia, in subjects with metabolic syndrome. In a randomized, double-blind, placebo-controlled trial, participants identified with metabolic syndrome (n = 15-16/group) were assigned to 1 of 2 groups: cranberry juice (480 mL/day) or placebo (480 mL/day) for 8 weeks. Anthropometrics, blood pressure measurements, dietary analyses, and fasting blood draws were conducted at screen and 8 weeks of the study. Cranberry juice significantly increased plasma antioxidant capacity (1.5 ± 0.6 to 2.2 ± 0.4 µmol/L [means ± SD], P <.05) and decreased oxidized low-density lipoprotein and malondialdehyde (120.4 ± 31.0 to 80.4 ± 34.6 U/L and 3.4 ± 1.1 to 1.7 ± 0.7 µmol/L, respectively [means ± SD], P <.05) at 8 weeks vs placebo. However, cranberry juice consumption caused no significant improvements in blood pressure, glucose and lipid profiles, C-reactive protein, and interleukin-6. No changes in these parameters were noted in the placebo group. In conclusion, low-energy cranberry juice (2 cups/day) significantly reduces lipid oxidation and increases plasma antioxidant capacity in women with metabolic syndrome.

Formation mechanism of levoglucosan and formaldehyde during cellulose pyrolysis

Biomass pyrolysis is an efficient way to transform raw biomass or organic waste materials into useable energy, including liquid, solid, and gaseous materials. Levoglucosan (1,6-anhydro-β-d-glucopyranose) and formaldehyde are two important products in biomass pyrolysis. The formation mechanism of these two products was investigated using the density functional theory (DFT) method based on quantum mechanics. It was found that active anhydroglucose can be obtained from a cellulose homolytic reaction during high-temperature steam gasification of the biomass process. Anhydroglucose undergoes a hydrogen-donor reaction and forms an intermediate, which can transform into the products via three pathways, one (path 1) for the formation of levoglucosan and two (paths 2 and 3) for formaldehyde. A total of six elementary reactions are involved. At a pressure of 1 atm, levoglucosan can be formed at all of the temperatures (450-750 K) considered in this simulation, whereas formaldehyde can be formed only when the temperature is higher than 475 K. Moreover, the energy barrier of levoglucosan formation is lower than that of formaldehyde, which is in agreement with the mechanism proposed in the experiments. © 2011 American Chemical Society.

Kinetics of levoglucosan and formaldehyde formation during cellulose pyrolysis process

The mechanisms and kinetics studies of the formation of levoglucosan and formaldehyde from anhydroglucose radical have been carried out theoretically in this paper. The geometries and frequencies of all the stationary points are calculated at the B3LYP/6-31+G(D,P) level based on quantum mechanics, Six elementary reactions are found, and three global reactions are involved. The variational transition-state rate constants for the elementary reactions are calculated within 450-1500 K. The global rate constants for every pathway are evaluated from the sum of the individual elementary reaction rate constants. The first-order Arrhenius expressions for these six elementary reactions and the three pathways are suggested. By comparing with the experimental data, computational methods without tunneling correction give good description for Path1 (the formation of levoglucosan); while methods with tunneling correction (zero-curvature tunneling and small-curvature tunneling correction) give good results for Path2 (the first possibility for the formation of formaldehyde), all the test methods give similar results for Path3 (the second possibility for the formation of formaldehyde), all the modeling results for Path3 are in good agreement with the experimental data, verifying that it is the most possible way for the formation of formaldehyde during cellulose pyrolysis. © 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Thermal decomposition mechanism of levoglucosan during cellulose pyrolysis

Levoglucosan (1,6-anhydro-β-d-glucopyranose) decomposition is an important step during cellulose pyrolysis and for secondary tar reactions. The mechanism of levoglucosan thermal decomposition was studied in this paper using density functional theory methods. The decomposition included direct CO bond breaking, direct CC bond breaking, and dehydration. In total, 9 different pathways, including 16 elementary reactions, were studied, in which levoglucosan serves as a reactant. The properties of the reactants, transition states, intermediates, and products for every elementary reaction were obtained. It was found that 1-pentene-3,4-dione, acetaldehyde, 2,3-dihydroxypropanal, and propanedialdehyde can be formed from the CO bond breaking decomposition reactions. 1,2-Dihydroxyethene and hydroxyacetic acid vinyl ester can be formed from the CC bond breaking decomposition reactions. It was concluded that CO bond breaking is easier than CC bond breaking due to a lower activation energy and a higher released energy. During the 6 levoglucosan dehydration pathways, one water molecule which composed of a hydrogen atom from C3 and a hydroxyl group from C2 is the preferred pathway due to a lower activation energy and higher product stability. © 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Kinetics study on thermal dissociation of levoglucosan during cellulose pyrolysis

(Chemical Equation Presented) The mechanisms and kinetics studies of the levoglucosan (LG) primary decomposition during cellulose pyrolysis have been carried out theoretically in this paper. Three decomposition mechanisms (C-O bond scission, C-C bond scission, and LG dehydration) including nine pathways and 16 elementary reactions were studied at the B3LYP/6-31 + G(D,P) level based on quantum mechanics. The variational transi-tion- state rate constants for every elementary reaction and every pathway were calculated within 298-1550 K. The first-order Arrhenius expressions for these 16 elementary reactions and nine pathways were suggested. It was concluded that computational method using transition state theory (TST) without tunneling correction gives good description for LG decomposition by comparing with the experimental result. With the temperature range of 667-1327 K, one dehydration pathway, with one water molecule composed of a hydrogen atom from C3 and a hydroxyl group from C2, is a preferred LG decomposition pathway by fitting well with the experimental results. The calculated Arrhenius plot of C-O bond scission mechanism is better agreed with the experimental Arrhenius plot than that of C-C bond scission. This C-O bond scission mechanism starts with breaking of C1-O5 and C6-O1 bonds with formation of CO molecule (C1-O1) simultaneously. C-C bond scission mechanism is the highest energetic barrier pathway for LG decomposition. © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Levoglucosan formation mechanisms during cellulose pyrolysis

Levoglucosan is one important primary product during cellulose pyrolysis either as an intermediate or as a product. Three available mechanisms for levoglucosan formation have been studied theoretically in this paper, which are free-radical mechanism; glucose intermediate mechanism; and levoglucosan chain-end mechanism. All the elementary reactions included in the pathway of every mechanism were investigated; thermal properties including activation energy, Gibbs free energy, and enthalpy for every pathway were also calculated. It was concluded that free-radical mechanism has the highest energy barrier during the three levoglucosan formation mechanisms, glucose intermediate mechanism has lower energy barrier than free-radical mechanism, and levoglucosan chain-end mechanism is the most reasonable pathway because of the lowest energy barrier. By comparing with the activation energy obtained from the experimental results, it was also concluded that levoglucosan chain-end mechanism fits better with the experimental data for the formation of levoglucosan. © 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

The structure of an unconventional HD-GYP protein from Bdellovibrio reveals the roles of conserved residues in this class of cyclic-di-GMP phosphodiesterases

UNLABELLED: Cyclic-di-GMP is a near-ubiquitous bacterial second messenger that is important in localized signal transmission during the control of various processes, including virulence and switching between planktonic and biofilm-based lifestyles. Cyclic-di-GMP is synthesized by GGDEF diguanylate cyclases and hydrolyzed by EAL or HD-GYP phosphodiesterases, with each functional domain often appended to distinct sensory modules. HD-GYP domain proteins have resisted structural analysis, but here we present the first structural representative of this family (1.28 Å), obtained using the unusual Bd1817 HD-GYP protein from the predatory bacterium Bdellovibrio bacteriovorus. Bd1817 lacks the active-site tyrosine present in most HD-GYP family members yet remains an excellent model of their features, sharing 48% sequence similarity with the archetype RpfG. The protein structure is highly modular and thus provides a basis for delineating domain boundaries in other stimulus-dependent homologues. Conserved residues in the HD-GYP family cluster around a binuclear metal center, which is observed complexed to a molecule of phosphate, providing information on the mode of hydroxide ion attack on substrate. The fold and active site of the HD-GYP domain are different from those of EAL proteins, and restricted access to the active-site cleft is indicative of a different mode of activity regulation. The region encompassing the GYP motif has a novel conformation and is surface exposed and available for complexation with binding partners, including GGDEF proteins.

IMPORTANCE: It is becoming apparent that many bacteria use the signaling molecule cyclic-di-GMP to regulate a variety of processes, most notably, transitions between motility and sessility. Importantly, this regulation is central to several traits implicated in chronic disease (adhesion, biofilm formation, and virulence gene expression). The mechanisms of cyclic-di-GMP synthesis via GGDEF enzymes and hydrolysis via EAL enzymes have been suggested by the analysis of several crystal structures, but no information has been available to date for the unrelated HD-GYP class of hydrolases. Here we present the multidomain structure of an unusual member of the HD-GYP family from the predatory bacterium Bdellovibrio bacteriovorus and detail the features that distinguish it from the wider structural family of general HD fold hydrolases. The structure reveals how a binuclear iron center is formed from several conserved residues and provides a basis for understanding HD-GYP family sequence requirements for c-di-GMP hydrolysis.

Novel materials based on chitosan, its derivatives and cellulose fibres

O presente trabalho tem como principal objectivo o desenvolvimento de novos materiais baseados em quitosano, seus derivados e celulose, na forma de nanofibras ou de papel. Em primeiro lugar procedeu-se à purificação das amostras comerciais de quitosano e à sua caracterização exaustiva em termos morfológicos e físicoquímicos. Devido a valores contraditórios encontrados na literatura relativamente à energia de superfície do quitosano, e tendo em conta a sua utilização como precursor de modificações químicas e a sua aplicação em misturas com outros materiais, realizou-se também um estudo sistemático da determinação da energia de superfície do quitosano, da quitina e seus respectivos homólogos monoméricos, por medição de ângulos de contacto Em todas as amostras comerciais destes polímeros identificaram-se impurezas não polares que estão associadas a erros na determinação da componente polar da energia de superfície. Após a remoção destas impurezas, o valor da energia total de superfície (gs), e em particular da sua componente polar, aumentou consideravelmente. Depois de purificadas e caracterizadas, algumas das amostras de quitosano foram então usadas na preparação de filmes nanocompósitos, nomeadamente dois quitosanos com diferentes graus de polimerização, correspondentes derivados solúveis em água (cloreto de N-(3-(N,N,N-trimetilamónio)-2- hidroxipropilo) de quitosano) e nanofibras de celulose como reforço (celulose nanofibrilada (NFC) e celulose bacteriana (BC). Estes filmes transparentes foram preparados através de um processo simples e com conotação ‘verde’ pela dispersão homogénea de diferentes teores de NFC (até 60%) e BC (até 40%) nas soluções de quitosano (1.5% w/v) seguida da evaporação do solvente. Os filmes obtidos foram depois caracterizados por diversas técnicas, tais como SEM, AFM, difracção de raio-X, TGA, DMA, ensaios de tracção e espectroscopia no visível. Estes filmes são altamente transparentes e apresentam melhores propriedades mecânicas e maior estabilidade térmica do que os correspondentes filmes sem reforço. Outra abordagem deste trabalho envolveu o revestimento de folhas de papel de E. globulus com quitosano e dois derivados, um derivado fluorescente e um derivado solúvel em água, numa máquina de revestimentos (‘máquina de colagem’) à escala piloto. Este estudo envolveu inicialmente a deposição de 1 a 5 camadas do derivado de quitosano fluorescente sobre as folhas de papel de forma a estudar a sua distribuição nas folhas em termos de espalhamento e penetração, através de medições de reflectância e luminescência. Os resultados mostraram que, por um lado, a distribuição do quitosano na superfície era homogénea e que, por outro lado, a sua penetração através dos poros do papel cessou após três deposições. Depois da terceira camada verificou-se a formação de um filme contínuo de quitosano sobre a superfície do papel. Estes resultados mostram que este derivado de quitosano fluorescente pode ser utilizado como marcador na optimização e compreensão de mecanismos de deposição de quitosano em papel e outros substratos. Depois de conhecida a distribuição do quitosano nas folhas de papel, estudou-se o efeito do revestimento de quitosano e do seu derivado solúvel em água nas propriedades finais do papel. As propriedades morfológicas, mecânicas, superficiais, ópticas, assim como a permeabilidade ao ar e ao vapor de água, a aptidão à impressão e o envelhecimento do papel, foram exaustivamente avaliadas. De uma forma geral, os revestimentos com quitosano e com o seu derivado solúvel em água tiveram um impacto positivo nas propriedades finais do papel, que se mostrou ser dependente do número de camadas depositadas. Os resultados também mostraram que os papéis revestidos com o derivado solúvel em água apresentaram melhores propriedades ópticas, aptidão à impressão e melhores resultados em relação ao envelhecimento do que os papéis revestidos com quitosano. Assim, o uso de derivados de quitosano solúveis em água em processos de revestimento de papel representa uma estratégia bastante interessante e sustentável para o desenvolvimento de novos materiais funcionais ou na melhoria das propriedades finais dos papéis. Por fim, tendo como objectivo valorizar os resíduos e fracções menos nobres da quitina e do quitosano provenientes da indústria transformadora, estes polímeros foram convertidos em polióis viscosos através de uma reacção simples de oxipropilação. Este processo tem também conotação "verde" uma vez que não requer solvente, não origina subprodutos e não exige nenhuma operação específica (separação, purificação, etc) para isolar o produto da reacção. As amostras de quitina e quitosano foram pré-activadas com KOH e depois modificadas com um excesso de óxido de propileno (PO) num reactor apropriado. Em todos os casos, o produto da reacção foi um líquido viscoso composto por quitina ou quitosano oxipropilados e homopolímero de PO. Estas duas fracções foram separadas e caracterizadas.

Preparation of new materials by heterogeneous modification of cellulose

O presente trabalho teve como principal objectivo estudar a modificação química heterogénea controlada de fibras de celulose com diferentes reagentes de modo a alterar as suas propriedades de superfície, em especial em termos da criação de um carácter hidrofóbico e lipofóbico, preservando, sempre que possível, as suas propriedades mecânicas e, consequentemente, abrindo novas perspectivas de aplicação. O desenvolvimento do trabalho envolveu três abordagens principais, envolvendo, em cada caso, o estudo de diferentes condições reaccionais. Na primeira abordagem foram utilizados como reagentes de modificação compostos perfluorados, nomeadamente o anidrido trifluoroacético (TFAA), o cloreto de 2,3,4,5,6-pentafluorobenzoílo (PFBz) e o cloreto de 3,3,3- trifluoropropanoílo (TFP), para promover a acilação heterogénea da superfície das fibras. A segunda estratégia usada consistiu na preparação de híbridos de celulose do tipo orgânico-inorgânico classe-II, através da modificação das fibras de celulose com o (3-isocianatopropil)trietoxissilano (ICPTEOS), um reagente organossilano bifuncional. A ligação às fibras de celulose foi efectuada através das funções isocianato e, posteriormente, os grupos etoxissilano foram sujeitos a tratamentos de hidrólise ácida, como tal ou na presença de outros siloxanos, nomeadamente o tetraetoxissilano (TEOS) e o 1H,1H,2H,2Hperfluorodeciltrietoxissilano (PFDTEOS). Finalmente, a última abordagem foi baseada na modificação das fibras com triclorometilssilano (TCMS), através de uma reacção gás-sólido, que dispensou assim o uso de solventes orgânicos. A ocorrência de modificação química foi em cada caso confirmada por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier e Reflectância Total Atenuada (FTIR-ATR), Análise Elementar (EA) e determinação de ângulos de contacto. Adicionalmente, e dependendo de cada caso específico, diversas outras técnicas foram empregues na caracterização aprofundada dos materiais preparados, nomeadamente Ressonância Magnética Nuclear CPMAS no Estado Sólido (RMN), Espectroscopia de Difracção de Raios-X (XRD), Análise Termogravimétrica (TGA), Espectrometria de Massa de Iões Secundários com Análise de Tempo de Vôo (ToF-SIMS), Espectroscopia Fotoelectrónica de Raios-X (XPS) e Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM). Relativamente à acilação das fibras de celulose com reagentes perfluorados, o sucesso da reacção foi comprovado por FTIR-ATR, EA, XPS e ToF-SIMS. Neste contexto, obtiveram-se fibras modificadas possuindo graus de substituição (DS) compreendidos entre 0.006 e 0.39. Verificou-se por XRD que, em geral, mesmo para os valores de DS mais elevados, a cristalinidade das fibras não foi afectada, indicando que a modificação foi limitada às camadas mais superficiais das mesmas ou a regiões amorfas das suas camadas mais internas. Adicionalmente, observou-se por ToF-SIMS que a distribuição dos grupos perfluorados à superfície das fibras foi, de facto, bastante heterogénea. Todos os derivados de celulose perfluorados apresentaram elevada hidrofobicidade e lipofobicidade, tendo-se atingido ângulos de contacto com água e diiodometano de 126º e 104º, respectivamente. Um aspecto interessante relativo a estes materiais é que a elevada omnifobicidade foi observada mesmo para valores de DS muito reduzidos, não se mostrando significativamente afectada pelo aumento dos mesmos. Em consonância, verificou-se por XPS que a cobertura da superfície das fibras de celulose com grupos perfluorados aumentou apenas ligeiramente com o aumento do DS, apontando para a esterificação de camadas mais internas das fibras, associada, neste caso, predominantemente aos seus domínios amorfos. No que diz respeito à estabilidade hidrolítica destes derivados, obtiveram-se dois tipos distintos de comportamento. Por um lado, as fibras de celulose trifluoroacetiladas são facilmente hidrolisáveis em meio neutro, e, por outro, as fibras pentafluorobenzoiladas e trifluoropropanoiladas mostram-se bastante resistentes face a condições de hidrólise em meio neutro e ácido (pH 4), podendo, contudo, ser facilmente hidrolisadas em meio alcalino (pH 9 e 12, para derivados do PFBz e do TFP, respectivamente). Na segunda abordagem verificou-se a ocorrência de reacção por FTIR-ATR e EA. Em geral, a modificação química com ICPTEOS ocorre predominantemente nas zonas mais superficiais das fibras de celulose ou em regiões amorfas. Contudo, em condições reaccionais mais severas (maior quantidade de reagente e tempo de reacção), esta atingiu também regiões cristalinas, afectando, consequentemente, a estrutura cristalina das fibras, como verificado por XRD. Por RMN de 29Si observou-se que após reacção com o ICPTEOS já existiam indícios de alguma hidrólise dos grupos etoxissilano, e que a sua subsequente condensação parcial tinha levado à formação de uma película inorgânica em redor das fibras (verificado por SEM), constituída maioritariamente por estruturas lineares, com uma contribuição mais modesta de estruturas “diméricas” e outras mais ramificadas. Consequentemente, este revestimento inorgânico transformou as fibras de celulose em materiais híbridos com elevada hidrofobicidade (ângulos de contacto com água entre 103-129º). A hidrólise ácida dos restantes grupos etoxissilano, como tal ou na presença de TEOS, originou híbridos de celulose com elevada hidrofilicidade, sendo impossível medirem-se os ângulos de contacto com água dos produtos finais, devido à presença maioritária de grupos silanol (Si-OH) e ligações Si-O-Si à superfície, os quais contribuíram para o consequente aumento de energia de superfície. No entanto, quando a hidrólise foi realizada na presença de PFDTEOS, obtiveram-se materiais híbridos com elevada hidrofobicidade e lipofobicidade (ângulos de contacto com água e diiodometano de 140º e 134º, respectivamente), devido à combinação da presença de grupos perfluorados e micro- e nano-rugosidades na superfície das fibras de celulose, conforme confirmado por SEM. Finalmente, a última abordagem permitiu preparar materiais derivados de celulose altamente hidrofóbicos e lipofóbicos (ângulos de contacto com água e diiodometano de 136º e 109º, respectivamente) por um processo simples, envolvendo tempos de tratamento tão curtos como 0.5 min. Este comportamento omnifóbico foi gerado pelo efeito sinergético entre a diminuição de energia de superfície das fibras, devido à presença de grupos metilo dos resíduos de TCMS ligados a estas, e a condensação dos resíduos de TCMS na forma de micro- e nano-partículas inorgânicas, que levou à criação de um revestimento rugoso à superfície das fibras, conforme observado por RMN de 29Si e SEM, respectivamente. A pré-humidificação das fibras de celulose demonstrou desempenhar um importante papel de “acelerador” dos processos de hidrólise e condensação das moléculas de TCMS. Nestas condições, o tempo de tratamento foi um dos parâmetros mais relevantes, pois para tempos de tratamento muito curtos (0.5 min) os materiais resultantes não apresentaram quaisquer diferenças a nível de propriedades físico-químicas em relação ao substrato de partida (a humidade em excesso consumiu todo o TCMS antes que este conseguisse reagir com os grupos hidroxilo das fibras de celulose), possuindo, por exemplo, valores de ângulos de contacto com água idênticos. Para tempos de tratamento mais longos, como 30 min, os materiais finais apresentaram a maior quantidade de componentes inorgânicos, tal como verificado por EA e TGA. Assim, o controlo da humidade das fibras é imperativo para se poder moldar as propriedades finais dos produtos. Esta última abordagem é particularmente promissora uma vez que tem como base um sistema simples e “verde” que pode ser facilmente implementado. Em conclusão, este trabalho permitiu demonstrar que a modificação química heterogénea controlada das fibras de celulose representa uma iniciativa promissora para a preparação de novos materiais obtidos a partir de recursos renováveis, com propriedades interessantes e passíveis de ser potencialmente aplicados em diferentes áreas. Para além do mais, as estratégias de modificação estudadas podem também ser precursoras de novos estudos que possam vir a ser desenvolvidos dentro do mesmo âmbito.

The role of environmental stress on protein synthesis fidelity

Estudos recentes estabelecem uma ligação entre erros na tradução do mRNA e cancro, envelhecimento e neurodegeneração. RNAs de transferência mutantes que introduzem aminoácidos em locais errados nas proteínas aumentam a produção de espécies reactivas de oxigénio e a expressão de genes que regulam autofagia, ribofagia, degradação de proteínas não-funcionais e protecção contra o stress oxidativo. Erros na tradução do mRNA estão portanto relacionados com stress proteotóxico. Sabe-se agora que o mecanismo de toxicidade do crómio está associado à diminuição da fidelidade de tradução e à agregação de proteínas com malformações que destabilizam a sua estrutura terciária. Desta forma, é possível que os efeitos do stress ambiental ao nível da degeneração celular possam estar relacionados com a alteração da integridade da maquinaria da tradução. Neste estudo procedeu-se a uma avaliação alargada do impacto do stress ambiental na fidelidade da síntese de proteínas, utilizando S. cerevisiae como um sistema modelo. Para isso recorreu-se a repórteres policistrónicos de luciferase que permitiram quantificar especificamente a supressão de codões de terminação e o erro na leitura do codão AUG em células exposta a concentações não letais de metais pesados, etanol, cafeína e H2O2. Os resultados sugerem que a maquinaria de tradução é na generalidade muito resistente ao stress ambiental, devido a uma conjugação de mecanismos de homeostase que muito eficientemente antagonizam o impacto negativo dos erros de tradução. A nossa abordagem quantitativa permitiu-nos a identificar genes regulados por uma resposta programada ao stress ambiental que são também essenciais para mitigar a ocorrência de erros de tradução, nomeadamente, HSP12, HSP104 e RPN4. A exposição prolongada ao stress ambiental conduz à saturação dos mecanismos de homeostase, contribuindo para a acumulação de proteínas contendo erros de tradução e diminuindo a disponibilidade de proteínas funcionais directamente envolvidas na manutenção da fidelidade de tradução e integridade celular. Ao contrário de outras Hsps, a Hsp12p adopta normalmente uma localização membranar em condições de stress, que pode modular a fluidez e estabilidade membranar, sugerindo que a membrana plasmática é um alvo preferencial da perda de fidelidade da tradução. Para melhor compreender as respostas celulares aos erros de tradução, células contendo deleções em genes codificadores das Hsps foram transformadas com tRNAs mutantes que introduzem alterações no proteoma. Os nossos resultados demonstram que para além da resposta geral ao stress, estes tRNAs induzem alterações a nível do metabolismo celular e um aumento de aminoacilação com Metionina em vários tRNAs, sugerindo um mecanismo de protecção contra espécies reactivas de oxigénio. Em conclusão, este estudo sugere um papel para os erros de tradução na gestão de recursos energéticos e na adaptação das células a ambientes desfavoráveis.