Caracterização bioquímica e molecular de enzimas trombolíticas obtidas de isolados microbianos dos Açores

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, 13 de Maio de 2016, Universidade dos Açores.

Síntese de compostos multiporfirínicos covalentes

Nesta tese descreve-se a síntese de compostos multiporfirínicos covalentes bem como a avaliação da potencial utilização destes compostos como quimiossensores de iões metálicos e para a construção de estruturas supramoleculares com fulerenos. No capítulo 1 desta tese é feita uma introdução à química, propriedades e aplicações das porfirinas e sistemas multiporfirínicos. Relativamente aos sistemas multiporfirínicos é feita uma revisão bibliográfica acerca das estratégias de síntese e abordagem geral à química supramolecular de sistemas porfirina-fulereno. No capítulo 2 são apresentados os resultados referentes à síntese e caracterização dos vários sistemas multiporfirínicos desenvolvidos neste trabalho. De um modo geral, a síntese desses compostos envolveu reações de substituição aromática nucleofílica. Para esse efeito foi necessário preparar porfirinas de partida contendo grupos nucleofílicos nas posições meso (-C6H4OH e -C6H4NH2). Os sistemas multiporfirínicos foram obtidos por reações entre as porfirinas de partida e hexafluorobenzeno ou 5,10,15,20tetraquis(pentafluorofenil)porfirina. Descreve-se também a síntese de uma díade porfirina-C60 e de uma pentíade contendo quatro unidades de porfirina e uma de C60, envolvendo reações de cicloadição 1,3-dipolar e de substituição aromática nucleofílica. Os estudos efetuados ao nível da aplicação de alguns dos novos sistemas multiporfirínicos sintetizados e de um dos seus precursores, a 5-[4(pentafluorofeniloxi)fenil]-10,15,20-trifenilporfirina, como sensores de iões metálicos encontram-se descritos no capítulo 3. Neste capítulo, a título introdutório, é feita uma breve abordagem aos quimiossensores colorimétricos e de fluorescência, apresentando também alguns exemplos de porfirinas como quimiossensores de iões metálicos já descritos na literatura científica. A caracterização fotofísica dos compostos em estudo também é descrita neste capítulo. Os compostos estudados mostraram capacidade de interagir com vários iões metálicos, verificando-se um aumento da seletividade para o ião Hg2+ com o aumento do número de unidades porfirínicas constituintes dos sistemas multiporfirínicos. Os resultados referentes aos estudos de complexação de alguns dos sistemas multiporfirínicos sintetizados com fulerenos encontram-se descritos no capítulo 4. Neste capítulo descreve-se também a caracterização fotofísica dos compostos em estudo. Os estudos realizados com os sistemas multiporfirínicos mostraram uma fraca interação com os fulerenos C60 e C70. No entanto, os valores das constantes de afinidade obtidos com 1-metil-2-(4piridil)[60]fulero[c]pirrolidina mostraram que os sistemas multiporfirínicos apresentam capacidade para formar complexos com este derivado de C60 por coordenação axial e por interações π-π. No capítulo 5 é discutido o trabalho que envolveu o desenvolvimento de novos métodos na síntese de derivados tetrapirrólicos do tipo pirrolo[3,4-b]porfirinas contendo um grupo NH livre no anel exocíclico. A estratégia de síntese requereu a preparação de uma clorina fundida com um anel pirrolina seguida da redução do anel pirrolina. Deste modo obteve-se uma nova clorina fundida com um anel pirrolidina contendo um grupo NH livre. Esta nova clorina foi usada na preparação de uma díade clorina-porfirina por reação de N-arilação com 5,10,15,20-tetraquis(pentafluorofenil)porfirina. A estrutura cristalina da nova díade foi resolvida por difração de raios-X de cristal único. A estrutura dos compostos sintetizados foi estabelecida recorrendo a diversas técnicas espectroscópicas nomeadamente ressonância magnética nuclear (RMN de 1H, 13C e 19F), espectrometria de massa e espectrofotometria de UVvis. No último capítulo desta tese descrevem-se, pormenorizadamente, todas as experiências efetuadas, incluindo os métodos de síntese, purificação e caracterização estrutural dos diversos compostos sintetizados bem como as medições espectrofotométricas e espectrofluorimétricas.

Wspomagana fitoekstrakcja metali śladowych: Cu, Cd, Zn, Pb

Wydział Biologii

Utilização de quitosana obtida de resíduos de camarão para avaliar a capacidade de adsorção de íons Fe3+

A quitosana é produzida através de uma desacetilação alcalina da quitina, a qual é encontrada em exoesqueleto de crustáceos, parede celular de fungos e materiais biológicos. Calcula-se que os resíduos de camarão apresentam de 5 a 7% do seu peso total na forma de quitina, sugerindo que estes sejam utilizados para obtenção do biopolímero. Os processos para obtenção destes biopolímeros consiste nas seguintes etapas: desmineralização, desproteinização e desodorização, obtendo-se assim, a quitina úmida. Após seca, passa por uma desacetilação química para a conversão em quitosana úmida, sendo purificada e posteriormente seca. A quitosana, por apresentar grupamentos amino livres em sua estrutura, é uma molécula capaz de formar complexos estáveis com cátions metálicos. O objetivo geral deste trabalho foi obter quitina a partir de resíduos de camarão (Penaeus brasiliensis) com posterior produção de quitosana, e avaliar sua capacidade de complexação com íons Fe3+, em solução. A quitosana produzida foi caracterizada através do grau de desacetiliação e da massa molecular viscosimétrica, Para caracterização estrutural das amostras de quitosana, utilizaram-se espectrometria de infravermelho e espectrofotometria UV-Visível, bem como para o complexo formado de quitosana e ferro. Para analisar a eficiência da remoção deste íon, foram feitas análises em espectrometria de absorção atômica em chama e em espectrofotometria UV-Visível. Uma análise estatística foi realizada para avaliar a percentagem de remoção do íon ferro das soluções, sendo utilizado um planejamento fatorial em dois níveis, tendo como variáveis independentes o pH do meio, a quantidade de quitosana adicionada, a granulometria da mesma e o tempo de reação. A quitosana apresentou grau de desacetilação de 87±2% e massa molecular viscosimétrica de 196±4kDa, sendo esses valores, comparáveis à quitosana disponível comercialmente. Na melhor região de trabalho definida pela análise estatística, obteve-se uma remoção máxima de 85 % do íon ferro das soluções.

Estudo dos tratamentos térmicos dos triacilglicerídeos, ácidos graxos e ésteres metílicos : perfil reacional e mecanismos

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2015.

Aplicações biotecnológicas do supressor de silenciamento de cucumber mosaic virus

Tese de Doutoramento, Ciências Agrárias, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Interacção de complexos de vanádio-citrato com a bomba de cálcio de retículo sarcoplasmático

Dissertação de mest. em Biotecnologia, Departamento de Química e Bioquímica da Faculdade de Ciêicias e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2004

Estudo de reatores eletroquímicos para remoção de Cu2+ , Zn2+, Fenol e BTEX em água produzida

The production of water has become one of the most important wastes in the petroleum industry, specifically in the up stream segment. The treatment of this kind of effluents is complex and normally requires high costs. In this context, the electrochemical treatment emerges as an alternative methodology for treating the wastewaters. It employs electrochemical reactions to increase the capability and efficiency of the traditional chemical treatments for associated produced water. The use of electrochemical reactors can be effective with small changes in traditional treatments, generally not representing a significant additional surface area for new equipments (due to the high cost of square meter on offshore platforms) and also it can use almost the same equipments, in continuous or batch flow, without others high costs investments. Electrochemical treatment causes low environmental impact, because the process uses electrons as reagent and generates small amount of wastes. In this work, it was studied two types of electrochemical reactors: eletroflocculation and eletroflotation, with the aim of removing of Cu2+, Zn2+, phenol and BTEX mixture of produced water. In eletroflocculation, an electrical potential was applied to an aqueous solution containing NaCl. For this, it was used iron electrodes, which promote the dissolution of metal ions, generating Fe2+ and gases which, in appropriate pH, promote also clotting-flocculation reactions, removing Cu2+ and Zn2+. In eletroflotation, a carbon steel cathode and a DSA type anode (Ti/TiO2-RuO2-SnO2) were used in a NaCl solution. It was applied an electrical current, producing strong oxidant agents as Cl2 and HOCl, increasing the degradation rate of BTEX and phenol. Under different flow rates, the Zn2+ was removed by electrodeposition or by ZnOH formation, due the increasing of pH during the reaction. To better understand the electrochemical process, a statistical protocol factor (22) with central point was conducted to analyze the sensitivity of operating parameters on removing Zn2+ by eletroflotation, confirming that the current density affected the process negatively and the flow rate positively. For economical viability of these two electrochemical treatments, the energy consumption was calculated, taking in account the kWh given by ANEEL. The treatment cost obtained were quite attractive in comparison with the current treatments used in Rio Grande do Norte state. In addition, it could still be reduced for the case of using other alternative energy source such as solar, wind or gas generated directly from the Petrochemical Plant or offshore platforms

Biosorción en tanque agitado de Cd(+2) y Pb(+2) con cáscara de cacao

En la búsqueda de tecnologías más limpias para el tratamiento de efluentes que contienen metales pesados se ha dirigido la atención hacia la biosorción. Este estudio permitió abordar el proceso de biosorción de 〖Cd〗^(+2)y 〖Pb〗^(+2) en efluentes mineros a través de la cáscara de cacao. Se determinó las características físico-químicas del biosorbente y el resultado obtenido fue: la cáscara de cacao tiene una superficie neutra, compuesta principalmente por grupos ésteres alifáticos; además se estudió los factores que afectan este proceso como son: pH, tamaño de partícula, tiempo de contacto, Temperatura, y la concentración inicial del metal. El pH óptimo para la biosorción de plomo es entre 4 y 5 y para el cadmio fue entre 5 y 6; con respecto al tiempo de contacto necesario para eliminar la mayor cantidad de iones metálicos fue de 10 minutos, siendo el resultado obtenido en la remoción tanto de cadmio como de plomo de 86,92% y 96,74% respectivamente. Se observó que la temperatura no afecta significativamente el proceso de biosorción como el pH y se determinó como óptima 25℃ ; también se analizó que la cáscara de cacao tiene mayor afinidad por el cadmio por tener un radio iónico más pequeño que el plomo permitiéndole alcanzar poros reducidos; además al aumentar la concentración, la eliminación de cadmio disminuyó y para el plomo aumentó pero no de forma significativa. Los datos experimentales de la biosorción de plomo y cadmio en cáscara de cacao, reproducen favorablemente el modelo cinético Pseudo Segundo Orden, con coeficientes de correlación (R^2) para 〖Pb〗^(+2) de 0,999 y 〖Cd〗^(+2) de 1. Finalmente en el estudio de equilibrio el modelo de Langmuir describe el proceso de adsorción para 〖Cd〗^(+2) y el modelo de Fleundlich se ajustó mejor a los datos experimentales para 〖Pb〗^(+2).

DESIGN, SYNTHESIS AND APPLICATIONS OF FLUORESCENT AND ELECTROCHEMICAL PROBES

“Seeing is believing” the proverb well suits for fluorescent imaging probes. Since we can selectively and sensitively visualize small biomolecules, organelles such as lysosomes, neutral molecules, metal ions, anions through cellular imaging, fluorescent probes can help shed light on the physiological and pathophysiological path ways. Since these biomolecules are produced in low concentrations in the biochemical pathways, general analytical techniques either fail to detect or are not sensitive enough to differentiate the relative concentrations. During my Ph.D. study, I exploited synthetic organic techniques to design and synthesize fluorescent probes with desirable properties such as high water solubility, high sensitivity and with varying fluorescent quantum yields. I synthesized a highly water soluble BOIDPY-based turn-on fluorescent probe for endogenous nitric oxide. I also synthesized a series of cell membrane permeable near infrared (NIR) pH activatable fluorescent probes for lysosomal pH sensing. Fluorescent dyes are molecular tools for designing fluorescent bio imaging probes. This prompted me to design and synthesize a hybrid fluorescent dye with a functionalizable chlorine atom and tested the chlorine re-activity for fluorescent probe design. Carbohydrate and protein interactions are key for many biological processes, such as viral and bacterial infections, cell recognition and adhesion, and immune response. Among several analytical techniques aimed to study these interactions, electrochemical bio sensing is more efficient due to its low cost, ease of operation, and possibility for miniaturization. During my Ph.D., I synthesized mannose bearing aniline molecule which is successfully tested as electrochemical bio sensor. A Ferrocene-mannose conjugate with an anchoring group is synthesized, which can be used as a potential electrochemical biosensor.

Nanostructured metal oxides as adsorbents and photocatalysts

This research underlines the extensive application of nanostructured metal oxides in environmental systems such as hazardous waste remediation and water purification. This study tries to forge a new understanding of the complexity of adsorption and photocatalysis in the process of water treatment. Sodium niobate doped with a different amount of tantalum, was prepared via a hydrothermal reaction and was observed to be able to adsorb highly hazardous bivalent radioactive isotopes such as Sr2+ and Ra2+ions. This study facilitates the preparation of Nb-based adsorbents for efficiently removing toxic radioactive ions from contaminated water and also identifies the importance of understanding the influence of heterovalent substitution in microporous frameworks. Clay adsorbents were prepared via a two-step method to remove anionic and non-ionic herbicides from water. Firstly, layered beidellite clay was treated with acid in a hydrothermal process; secondly, common silane coupling agents, 3-chloro-propyl trimethoxysilane or triethoxy silane, were grafted onto the acid treated samples to prepare the adsorption materials. In order to isolate the effect of the clay surface, we compared the adsorption property of clay adsorbents with ƒ×-Al2O3 nanofibres grafted with the same functional groups. Thin alumina (£^-Al2O3) nanofibres were modified by the grafting of two organosilane agents 3-chloropropyltriethoxysilane and octyl triethoxysilane onto the surface, for the adsorptive removal of alachlor and imazaquin herbicides from water. The formation of organic groups during the functionalisation process established super hydrophobic sites along the surfaces and those non-polar regions of the surfaces were able to make close contact with the organic pollutants. A new structure of anatase crystals linked to clay fragments was synthesised by the reaction of TiOSO4 with laponite clay for the degradation of pesticides. Based on the Ti/clay ratio, these new catalysts showed a high degradation rate when compared with P25. Moreover, immobilized TiO2 on laponite clay fragments could be readily separated out from a slurry system after the photocatalytic reaction. Using a series of partial phase transition methods, an effective catalyst with fibril morphology was prepared for the degradation of different types of phenols and trace amount of herbicides from water. Both H-titanate and TiO2-(B) fibres coated with anatase nanocrystal were studied. When compared with a laponite clay photocatalyst, it was found that anatase dotted TiO2-(B) fibres prepared by a 45 h hydrothermal treatment followed by calcination were not only superior in performance in photocatalysis but could also be readily separated from a slurry system after photocatalytic reactions. This study has laid the foundation for the development of the ability to fabricate highly efficient nanostructured solids for the removal of radioactive ions and organic pollutants from contaminated water. These results now seem set to contribute to the development of advanced water purification devices in the future. These modified nanostructured materials with unusual properties have broadened their application range beyond their traditional use as adsorbents, to also encompass the storage of nuclear waste after concentrating from contaminated water.

Fabrication of metal-nanoparticle-modified semiconducting copper--and silver--TCNQ materials as substrates for the reduction of chromium (VI) using thiosulfate ions at ambient temperature

The formation of readily recoverable and reusable organic semiconducting Cu- and AgTCNQ (TCNQ=7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane) microstructures decorated with Pt and Pd metallic nanoparticles is described for the effective reduction of CrVI ions in aqueous solution at room temperature using both formic acid and an environmentally friendly thiosulfate reductant. The M-TCNQ (M=metal) materials were formed by electrocrystallisation onto a glassy carbon surface followed by galvanic replacement in the presence of H2PtCl6 or PdCl2 to form the composite material. It was found that loading of the surface with nanoparticles could easily be controlled by changing the metal salt concentration. Significantly, the M-TCNQ substrates facilitated the formation of well-isolated metal nanoparticles on their surfaces under appropriate galvanic replacement conditions. The semiconductor–metal nanoparticle combination was also found to be critical to the catalyst performance, wherein the best-performing material was CuTCNQ modified by well-isolated Pt nanoparticles with both formic acid and thiosulfate ions as the reductant.

Production and isolation of ligated metal(IV)-oxo ions by tandem mass spectrometry

High valent metal(IV)-oxo species, \[M(=O)(Melm)(n)(OAc)](+) (M = Mn-Ni, MeIm = 1-methylimidazole, n = 1-2), which are relevant to biology and oxidative catalysis, were produced and isolated in gas-phase reactions of the metal(II) precursor ions \[M(MeIm)(n)(OAc)](+) (M = Mn-Zn, n = 1-3) with ozone. The precursor ions \[M(MeIm)(OAc)](+) and \[M(MeIm)(2)(OAc)](+) were generated via collision-induced dissociation of the corresponding \[M(MeIm)(3)(OAc)](+) ion. The dependence of ozone reactivity on metal and coordination number is discussed. Copyright (C) 2010 John Wiley & Sons, Ltd.

Investigation of the effect of fluoride ions introduction on structural, OH- content and up-conversion luminescence properties in Er3+-doped heavy metal oxide glasses

Effect of fluoride ions introduction on structural, OH- content and up-conversion luminescence properties in Er3+-doped heavy metal oxide glasses have been investigated. Structure was investigated, indicating that fluoride has an important influence on the phonon density, maximum phonon energy of host glasses. With increasing fluoride content, the up-conversion luminescence intensity and quantum efficiencies increase notably, which could not be explained only by the maximum phonon energy change of host glasses. Our results show that, with the introduction of PbF2, the decrease of phonon density and OH- content contributes more to the enhanced up-conversion emissions than that of maximum phonon energy. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.