Expression of a renal type I sodium/phosphate transporter (NaPi-1) induces a conductance in Xenopus oocytes permeable for organic and inorganic anions.

Two distinct molecular types (I and II) of renal proximal tubular brush border Na+/Pi cotransporters have been identified by expression cloning on the basis of their capacity to induce Na+-dependent Pi influx in tracer experiments. Whereas the type II transporters (e.g., NaPi-2 and NaPi-3) resemble well known characteristics of brush border Na+/Pi cotransport, little is known about the properties of the type I transporter (NaPi-1). In contrast to type II, type I transporters produced electrogenic transport only at high extracellular Pi concentrations (> or =3 mM). On the other hand, expression of NaPi-1 induced a Cl- conductance in Xenopus laevis oocytes, which was inhibited by Cl- channel blockers [5-nitro-2-(3-phenylpropylamino)benzoic acid (NPPB) > niflumic acid >> 4,4'-diisothiocyanatostilbene-2,2'-disulfonic acid]. Further, the Cl- conductance was inhibited by the organic anions phenol red, benzylpenicillin (penicillin G), and probenecid. These organic anions induced outwardly directed currents in the absence of Cl-. In tracer studies, we observed uptake of benzylpenicillin with a Km of 0.22 mM; benzylpenicillin uptake was inhibited by NPPB and niflumic acid. These findings suggest that the type I Na+/Pi cotransporter functions also as a novel type of anion channel permeable not only for Cl- but also for organic anions. Such an apical anion channel could serve an important role in the transport of Cl- and the excretion of anionic xenobiotics.

Proposed active site domain in estrogen sulfotransferase as determined by mutational analysis.

Point mutations were selectively introduced into a cDNA for guinea pig estrogen sulfotransferase (gpEST); each construct was then expressed in Chinese hamster ovary K1 cells. The molecular site chosen for study is a conserved GXXGXXK sequence that resembles the P-loop-type nucleotide-binding motif for ATP- and GTP-binding proteins and is located near the C terminus of all steroid and phenol(aryl) sulfotransferases for which the primary structures are known. Preliminary experiments demonstrated that the GXXGXXK motif is essential for binding the activated sulfonate donor 3'-phosphoadenosine 5'-phosphosulfate (PAPS). The present study was undertaken to ascertain the relative importance of each individual residue of the motif. While the mutation of a single motif residue had little effect on the interaction between gpEST and PAPS as determined by kinetic analysis and photoaffinity labeling, the mutation of any two residues in concert resulted in an approximate 10-fold increase in the Km for PAPS and reduced photoaffinity labeling. The mutation of all three motif residues resulted in an inactive enzyme and complete loss of photoaffinity labeling. Interestingly, several mutants also displayed a striking effect on the Km for the steroid substrate; double mutants, again, demonstrated greater perturbations (8- to 28-fold increase) than did single mutants. Unexpectedly, whereas the mutation of nonmotif residues had a negligible effect on the Km for PAPS, a marked increase in the Km for the estrogen substrate ( > 30-fold) was noted. On the basis of these findings, it is concluded that the sequence GISGDWKN within the C-terminal domain of gpEST represents a critical component of the active site.

Covalent protein-DNA complexes at the 5' strand termini of meiosis-specific double-strand breaks in yeast.

During meiosis in Saccharomyces cerevisiae, the first chemical step in homologous recombination is the occurrence of site-specific DNA double-strand breaks (DSBs). In wild-type cells, these breaks undergo resection of their 5' strand termini to yield molecules with 3' single-stranded tails. We have further characterized the breaks that accumulate in rad50S mutant stains defective in DSB resection. We find that these DSBs are tightly associated with protein via what appears to be a covalent linkage. When genomic DNA is prepared from meiotic rad50S cultures without protease treatment steps, the restriction fragments diagnostic of DSBs selectively partition to the organic-aqueous interphase in phenol extractions and band at lower than normal density in CsCl density gradients. Selective partitioning and decreased buoyant density are abolished if the DNA is treated with proteinase K prior to analysis. Similar results are obtained with sae2-1 mutant strains, which have phenotypes identical to rad50S mutants. The protein is bound specifically to the 5' strand termini of DSBs and is present at both 5' ends in at least a fraction of breaks. The stability of the complex to various protein denaturants and the strand specificity of the attachment are most consistent with a covalent linkage to DSB termini. We propose that the DSB-associated protein is the catalytic subunit of the meiotic recombination initiation nuclease and that it cleaves DNA via a covalent protein-DNA intermediate.

Peptide inhibitors of peptidyltransferase alter the conformation of domains IV and V of large subunit rRNA: a model for nascent peptide control of translation.

Peptides of 5 and 8 residues encoded by the leaders of attenuation regulated chloramphenicol-resistance genes inhibit the peptidyltransferase of microorganisms from the three kingdoms. Therefore, the ribosomal target for the peptides is likely to be a conserved structure and/or sequence. The inhibitor peptides "footprint" to nucleotides of domain V in large subunit rRNA when peptide-ribosome complexes are probed with dimethyl sulfate. Accordingly, rRNA was examined as a candidate for the site of peptide binding. Inhibitor peptides MVKTD and MSTSKNAD were mixed with rRNA phenol-extracted from Escherichia coli ribosomes. The conformation of the RNA was then probed by limited digestion with nucleases that cleave at single-stranded (T1 endonuclease) and double-stranded (V1 endonuclease) sites. Both peptides selectively altered the susceptibility of domains IV and V of 23S rRNA to digestion by T1 endonuclease. Peptide effects on cleavage by V1 nuclease were observed only in domain V. The T1 nuclease susceptibility of domain V of in vitro-transcribed 23S rRNA was also altered by the peptides, demonstrating that peptide binding to the rRNA is independent of ribosomal protein. We propose the peptides MVKTD and MSTSKNAD perturb peptidyltransferase center catalytic activities by altering the conformation of domains IV and V of 23S rRNA. These findings provide a general mechanism through which nascent peptides may cis-regulate the catalytic activities of translating ribosomes.

Estudo do mecanismo de ação antirradicalar de betalaínas

Foi preparada uma série de quatro betalaínas com o objetivo de determinar o efeito da metilação do nitrogênio imínico e da presença de uma hidroxila fenólica na posição 3 do anel aromático sobre a estabilidade e propriedades antirradicalares, fotofísicas e redox desta classe de pigmentos vegetais. O estudo destes compostos, chamados de m-betalainofenol, N-metil-m-betalainofenol, fenilbetalaína e N-metil-fenilbetalaína, revelou que os derivados metilados apresentam um deslocamento hipsocrômico sutil dos máximos de absorção e fluorescência em relação aos compostos não metilados. Os deslocamentos de Stokes são maiores em cerca de 4 kJ mol-1 para os derivados metilados e os rendimentos quânticos de fluorescência cerca de três vezes menores. A hidrólise destas betalaínas foi investigada na faixa de pH entre 3 e 7. Todas as betalaínas são mais persistentes em pH = 6 e a metilação da porção imínica aumenta significativamente a estabilidade da betalaína em meio aquoso. A presença da porção fenólica, em comparação a um grupo fenila, não afeta as propriedades fotofísicas dos compostos e tem um efeito menos pronunciado do que o da metilação sobre a estabilidade destes em meio aquoso. O comportamento eletroquímico dos compostos foi estudado por voltametria cíclica, nas mesmas condições de pH. A N-metilação foi novamente mais significativa do que a hidroxilação, provocando aumento de até 200 mV no potencial de pico anódico. O aumento do pH diminuiu o potencial de pico anódico dos quatro compostos, com uma razão entre prótons e elétrons igual a 1 para a maioria dos picos. A capacidade antirradicalar foi quantificada pelo ensaio colorimétrico TEAC baseado na redução de ABTS•+. Os dois derivados N-metilados apresentaram, em média, o mesmo valor de TEAC, apesar de um ser fenólico e o outro não. Já entre os não metilados, que têm TEAC de 2 a 3 unidades inferior à dos outros, a presença do fenol provoca elevação da capacidade antirradicalar. Os resultados sugerem a participação dos elétrons do anel 1,2,3,4-tetraidropiridínico, acoplados ao próton do nitrogênio imínico na ação antirradicalar de betalaínas.

Uma nova metodologia para a síntese de modelos de lignina a partir de reações de inserção O-H entre fenóis de α-aril diazocetonas

A biomassa lignicelulósica tem sua estrutura composta por celulose, hemicelulose e lignina. Dentre essas, a lignina tem se mostrado interessante por ser uma fonte precursora sustentável de fragmentos aromáticos antes obtidos apenas de combustíveis fósseis. Sua estrutura é composta por resíduos de fenilpropanóides p-hidroxibenzeno (H), guaiacil (G) e siringil (S) unidas por ligações C–C e C–O–C em que a ligação β–O–4 é a predominante (mais de 50%). Devido à sua complexidade estrutural e conformacional, a clivagem de suas ligações é pouco seletiva e a caracterização dos fragmentos resultantes é complexa. Uma estratégia comumente empregada para evitar esses desafios é o uso de modelos mais simples. Entretanto, poucas metodologias são reportadas na literatura para a sua síntese e a maioria delas envolve o emprego de halocetonas. O presente trabalho desenvolveu duas novas metodologias promissoras para síntese desses oligômeros, contendo ligação β–O–4 por meio da química de diazo: (a) reação de inserção O–H entre fenol e α–aril diazocetonas, e (b) compostos α–diazo β-cetoéster. Ademais, a utilização de monômeros contendo a função fenol e diazocetona no mesmo anel permitiria a síntese de cadeias de diversos tamanhos em uma única etapa. Como ponto de partida para o estudo, limitou-se à síntese de dímeros, visando entender a reação de inserção O–H. Os produtos desejados foram obtidos em rendimentos de 27–51% após catálise com Cu(hfac)2. Por fim, os modelos de lignina propriamente ditos foram sintetizados após simples adição aldólica e redução em rendimentos globais de 51–78%. Os estudos envolvendo a inserção de fenol em α–diazo β-cetoéster mostraram resultados promissores, corroborando para uma nova estratégia sintética para a obtenção de modelos de lignina. Novos estudos em nosso laboratório estão sendo desenvolvidos para se obter resultados mais conclusivos.

Degradação anaeróbia de fenol sob diferentes condições nutricionais

A tecnologia anaeróbia tem sido utilizada com sucesso no tratamento de água residuária contendo compostos fenólicos. Recentes pesquisas incluem tais compostos entre aqueles que podem ser degradados através desse processo. O objetivo desse trabalho foi avaliar a degradação do fenol em diferentes condições nutricionais, com ênfase na redução do sulfato. Os experimentos foram realizados com meio de cultura específico para esses microrganismos anaeróbios. Foram realizados ensaios de degradação em reatores em batelada alimentados nas seguintes condições: (1) fenol e sulfato, a diferentes concentrações, com inóculo previamente enriquecido; (2) fenol, sulfato e co-substratos e; (3) fenol, sulfato e extrato de levedura. Todos os ensaios foram realizados em temperatura de 30 graus Celsius, sob agitação de 150 rpm. Foi avaliado o consumo de fenol e sulfato e, produção de metano, em função do tempo, para diferentes concentrações iniciais de fenol e sulfato. Nos ensaios com reatores alimentados com fenol (329,3 mg/l); fenol (307,3 mg/l) e sulfato (160 mg/l); fenol (322.3 mg/l), sulfato (160 mg/l) e lactato (478,16 mg/l); fenol (332,1 mg/l), sulfato (150 mg/l) e etanol (129,76 mg/l), a remoção foi de, respectivamente, 99,8%, 98,2%, 98,8% e 98,8%. Os reatores alimentados com fenol (239,7 mg/l) obtiveram 100% de eficiência na degradação em apenas 11 dias e, os reatores alimentados com fenol (234,3 mg/l) e sulfato (162,5 mg/l) e fenol (256,0 mg/l) e sulfato (500 mg/l) tiveram eficiências de degradação de, respectivamente, 98,8% e 99,3% com 17 dias de operação. Tais eficiências foram obtidas pelo acréscimo de extrato de levedura nos reatores, no início dos ensaios. A caracterização morfológica foi realizada através de microscopia óptica. A diversidade microbiana referente aos Domínios Bacteria e Archaea, além do grupo de bactérias redutoras de sulfato foi avaliada através da técnica de PCR DGGE, onde foram observadas alterações nas populações microbianas, em função das condições nutricionais. Para o Domínio Archaea não foram observadas diferenças nos ensaios realizados. Para o Domínio Bacteria e Grupo das BRS essas diferenças foram, mais facilmente, percebidas com relação ao inóculo e entre os diversos reatores. A alteração na diversidade microbiana pode ter sido decorrente da composição do meio que, nesse caso, foi específico para BRS e a composição do inóculo que continha parte previamente adaptada às BRS. Essas condições adequadas puderam propiciar surgimento e desenvolvimento de populações microbianas capazes de degradar fenol, utilizando sulfato.

Estudo da blenda PBAT/PLA com cargas.

Neste trabalho compósitos foram obtidos a partir da blenda comercial 100% biodegradável Ecovio® C2224 da BASF, uma blenda formada por 55% em massa de um copoliéster biodegradável, o Ecoflex® (poli[(adipato de butileno)-co-(tereftalato de butileno)]) e 45% em massa de PLA poli(ácido láctico). Como carga, utilizaram-se dois tipos de argilas comerciais do grupo das esmectitas, ambas predominantemente montmorilonitas: Cloisite Sódica® e Cloisite 30B®. Também foi utilizado como carga a sílica coloidal comercial Aerosil 200®, com área superficial de 200 m2/g e diâmetro médio de partícula 12nm. Os compósitos estudados, ambos contendo 5% e 10% em massa de cargas, foram preparados em uma extrusora de rosca dupla, acoplada a um reômetro de torque. O estudo foi dividido em três etapas: 1ª) etapa: Obtenção e caracterização dos compósitos de Ecovio®/ argila e Ecovio® / sílica; 2ª) etapa: Avaliação da fotodegradação do Ecovio® puro e dos compósitos obtidos; 3ª) etapa: Avaliação da biodegradabilidade do Ecovio® puro e dos compósitos após exposição em câmara de UV. As propriedades mecânicas dos compósitos antes e depois de serem submetidos à exposição em câmara de UV foram avaliadas por ensaios de resistência à tração e resistência ao impacto Izod. Os resultados obtidos na 1ª etapa deste trabalho indicaram aumento nos valores de módulo de elasticidade de todos os compósitos, em relação à blenda pura. Destacam-se as composições com 5% e 10% em massa de sílica coloidal, que apresentaram aumentos de até 115% nos valores de módulo de elasticidade, sem perdas significativas em resistência à tração, alongamento e resistência ao impacto, quando comparadas à fase matriz. Na 2ª etapa, a partir de 20 dias de exposição, todas as composições (blendas e compósitos) apresentam redução nas propriedades mecânicas em função do aumento do tempo de exposição à radiação UV. Na 3ª etapa, independente do tipo ou teor de carga presente na blenda, todas as composições apresentaram índices de biodegradabilidade, depois de 120 dias, de 40 a 60%, devido à prévia exposição à radiação UV.

Phosphane-free Suzuki-Miyaura coupling of aryl imidazolesulfonates with arylboronic acids and potassium aryltrifluoroborates under aqueous conditions

Aryl imidazole-1-sulfonates are efficiently cross-coupled with arylboronic acids and potassium aryltrifluoroborates using only 0.5 mol % of oxime palladacycles 1 under aqueous conditions at 110 °C. Under these simple phosphane-free reaction conditions a wide array of biaryl derivatives has been prepared in high yields. This methodology allows in situ phenol sulfonation and one-pot Suzuki arylation as well as the employment of microwave irradiation conditions.

Activation of polymer blend carbon nanofibres by alkaline hydroxides and their hydrogen storage performances

In the present work we study the hydroxide activation (NaOH and KOH) of phenol-formaldehyde resin derived CNFs prepared by a polymer blend technique to prepare highly porous activated carbon nanofibres (ACNFs). Morphology and textural characteristics of these ACNFs were studied and their hydrogen storage capacities at 77 K (at 0.1 MPa and at high pressures up to 4 MPa) were assessed, and compared, with reported capacities of other porous carbon materials. Phenol-formaldehyde resin derived carbon fibres were successfully activated with these two alkaline hydroxides rendering highly microporous ACNFs with reasonable good activation process yields up to 47 wt.% compared to 7 wt.% yields from steam activation for similar surface areas of 1500 m2/g or higher. These nano-sized activated carbons present interesting H2 storage capacities at 77 K which are comparable, or even higher, to other high quality microporous carbon materials. This observation is due, in part, to their nano-sized diameters allowing to enhance their packing densities to 0.71 g/cm3 and hence their resulting hydrogen storage capacities.

Pollutant emissions during pyrolysis and combustion of waste printed circuit boards, before and after metal removal

The constant increase in the production of electronic devices implies the need for an appropriate management of a growing number of waste electrical and electronic equipment. Thermal treatments represent an interesting alternative to recycle this kind of waste, but particular attention has to be paid to the potential emissions of toxic by-products. In this study, the emissions from thermal degradation of printed circuit boards (with and without metals) have been studied using a laboratory scale reactor, under oxidizing and inert atmosphere at 600 and 850 °C. Apart from carbon oxides, HBr was the main decomposition product, followed by high amounts of methane, ethylene, propylene, phenol and benzene. The maximum formation of PAHs was found in pyrolysis at 850 °C, naphthalene being the most abundant. High levels of 2-, 4-, 2,4-, 2,6- and 2,4,6-bromophenols were found, especially at 600 °C. Emissions of PCDD/Fs and dioxin-like PCBs were quite low and much lower than that of PBDD/Fs, due to the higher bromine content of the samples. Combustion at 600 °C was the run with the highest PBDD/F formation: the total content of eleven 2,3,7,8-substituted congeners (tetra- through heptaBDD/Fs) was 7240 and 3250 ng WHO2005-TEQ/kg sample, corresponding to the sample with and without metals, respectively.

Emissions of Gases, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons and Brominated Pollutants during Thermal Degradation of Waste Printed Circuit Boards

Resumen del póster presentado en Symposium on Renewable Energy and Products from Biomass and Waste, CIUDEN (Cubillos de Sil, León, Spain), 12-13 May 2015

Mécanismes de transfert de proton d’une réaction acido-basique en phase aqueuse : une étude ab-initio

Les réactions de transfert de proton se retrouvent abondamment dans la nature et sont des processus cruciaux dans plusieurs réactions chimiques et biologiques, qui se produisent souvent en milieu aqueux. Les mécanismes régissant ces échanges de protons sont complexes et encore mal compris, suscitant un intérêt des chercheurs en vue d’une meilleure compréhension fondamentale du processus de transfert. Le présent manuscrit présente une étude mécanistique portant sur une réaction de transfert de proton entre un acide (phénol fonctionnalisé) et une base (ion carboxylate) en phase aqueuse. Les résultats obtenus sont basés sur un grand nombre de simulations de dynamique moléculaire ab-initio réalisées pour des systèmes de type « donneur-pont-accepteur », où le pont se trouve à être une unique molécule d’eau, permettant ainsi l’élaboration d’un modèle cinétique détaillé pour le système étudié. La voie de transfert principalement observée est un processus ultra-rapide (moins d’une picoseconde) passant par la formation d’une structure de type « Eigen » (H9O4+) pour la molécule d’eau pontante, menant directement à la formation des produits. Une seconde structure de la molécule d’eau pontante est également observée, soit une configuration de type « Zündel » (H5O2+) impliquant l’accepteur de proton (l’ion carboxylate) qui semble agir comme un cul-de-sac pour la réaction de transfert de proton.

Argamassas de auto-limpeza : da formulação às aplicações

Atualmente assiste-se a um grave problema de salubridade visual das cidades, designadamente no espaço edificado/ construído. A sujidade é uma ameaça que, junto com os graffitis, tem contribuído para a degradação precoce dos espaços urbanos. A fim de se enfrentar este problema, que tem vindo a proliferar nas cidades, um pouco por todo o mundo, a presente dissertação de mestrado ambiciona contribuir para a sistematização da informação existente sobre a produção e caracterização de argamassas de auto-limpeza. As argamassas de auto-limpeza são produzidas por uma de duas formas: com a adição de nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) na sua matriz ou com a aplicação de um filme fino à base de TiO2 na sua superfície. Esta segunda é apontada como a técnica mais eficaz e económica. Salienta-se o facto do TiO2 ser um dos nanomateriais mais utilizados na construção pelas suas propriedades fotocatalíticas que o capacitam como um dos mais exímios fotocatalisadores, aquando da fotocatálise heterogénea. É graças ao processo de fotodegradação química da fotocatálise, que na presença de luz solar e da ação da água, que o TiO2 é ativado, desencadeando reações químicas que aumentam a eficácia e eficiência fotocatalítica. Analisou-se um conjunto de trabalhos de investigação recentes que comprovam que o uso das argamassas de auto-limpeza é adequado e benéfico em intervenções em edifícios novos como em obras de conservação e reabilitação de edifícios antigos. Além de reduzirem os investimentos em obras de limpeza, manutenção/conservação e reabilitação, prolongam a conservação das fachadas e melhoram os níveis da qualidade do ar. Apesar do crescente número de patentes pedidas e concedidas nesta área, as normas aplicáveis ainda não se encontram uniformizadas. Nesse sentido, a experiência do Japão deve ser tida como exemplo para que os restantes países desenvolvam de forma consensual as suas próprias normas e patentes, permitindo, futuramente, conferir maior credibilidade, segurança no uso dos nanomateriais e uma maior permeabilidade no setor da construção. Elencam-se alguns nano-produtos à base de nano TiO2 comercializados que têm vindo a ser aplicados sobretudo na China, Japão e na Alemanha.

Mécanismes de transfert de proton d’une réaction acido-basique en phase aqueuse : une étude ab-initio

Les réactions de transfert de proton se retrouvent abondamment dans la nature et sont des processus cruciaux dans plusieurs réactions chimiques et biologiques, qui se produisent souvent en milieu aqueux. Les mécanismes régissant ces échanges de protons sont complexes et encore mal compris, suscitant un intérêt des chercheurs en vue d’une meilleure compréhension fondamentale du processus de transfert. Le présent manuscrit présente une étude mécanistique portant sur une réaction de transfert de proton entre un acide (phénol fonctionnalisé) et une base (ion carboxylate) en phase aqueuse. Les résultats obtenus sont basés sur un grand nombre de simulations de dynamique moléculaire ab-initio réalisées pour des systèmes de type « donneur-pont-accepteur », où le pont se trouve à être une unique molécule d’eau, permettant ainsi l’élaboration d’un modèle cinétique détaillé pour le système étudié. La voie de transfert principalement observée est un processus ultra-rapide (moins d’une picoseconde) passant par la formation d’une structure de type « Eigen » (H9O4+) pour la molécule d’eau pontante, menant directement à la formation des produits. Une seconde structure de la molécule d’eau pontante est également observée, soit une configuration de type « Zündel » (H5O2+) impliquant l’accepteur de proton (l’ion carboxylate) qui semble agir comme un cul-de-sac pour la réaction de transfert de proton.