Nitrite reduction by xanthine oxidase family enzymes: a new class of nitrite reductases

J Biol Inorg Chem (2011) 16:443–460 DOI 10.1007/s00775-010-0741-z

Structural and electron paramagnetic resonance (EPR) studies of mononuclear molybdenum enzymes from sulfate-reducing bacteria

Acc. Chem. Res., 2006, 39 (10), pp 788–796 DOI: 10.1021/ar050104k

Mo and W bis-MGD enzymes: nitrate reductases and formate dehydrogenases

J Biol Inorg Chem (2004) 9: 791–799 DOI 10.1007/s00775-004-0573-9

Application of ionic liquids and enzymes for the removal of proteinaceous layers from polychrome of works of art and evaluation of the cleaning effectiveness

Dissertação Apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Ciências da Conservação, especialização em Pintura

Biological and Biochemical Characterization of Mutants of the RNase II family of enzymes

Dissertação para a obtenção de grau de doutor em Biologia pelo Instituto de Tecnologia Química e Biológica. Universidade Nova de Lisboa.

Functional and structural studies of two enzymes: membrane bound kinase and Z-DNA/Z-RNA-binding protein

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Sistemas de Bioengenharia

Crystallographic studies on membrane and cytoplasmic enzymes

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry, Structural Biochemistry

Exposição profissional ao chumbo : análise da indução de efeitos genotóxicos

RESUMO - A exposição contínua a substâncias químicas tem consequências para a saúde humana, algumas das quais não estão ainda totalmente estabelecidas. A toxicologia ocupacional é uma área interdisciplinar que envolve conhecimentos de higiene e de medicina ocupacional, de epidemiologia e de toxicologia e que tem por principal objectivo prevenir a ocorrência de efeitos adversos decorrentes do ambiente ocupacional sendo um dos seus principais papéis fornecer o máximo de dados que possam contribuir para o conhecimento dos potenciais efeitos na saúde. O chumbo é um tóxico de características cumulativas que provoca na saúde efeitos principalmente sistémicos, ou seja, o efeito tóxico manifesta-se em locais afastados do contacto inicial que resultam essencialmente de exposições crónicas, resultantes de períodos de exposição mais ou menos longos ao metal (entre meses e anos). Pode interagir com diferentes órgãos e tecidos, ligando-se a moléculas e constituintes celulares. Uma vez que não possui qualquer função fisiológica, a presença do chumbo no organismo humano resulta numa série de efeitos prejudiciais que afectam diversos órgãos e sistemas. A toxicidade do chumbo manifesta-se em diversos órgãos e tecidos, nomeadamente no sistema hematopoiético, no sistema nervoso, no rim, no aparelho reprodutor, no sistema cardiovascular, no sistema endócrino e no sistema imunitário. Da interferência do chumbo com o funcionamento de alguns sistemas biológicos resultam um conjunto de alterações fundamentais ao nível dos processos de transporte através das membranas, da integridade estrutural e funcional das enzimas e de várias vias metabólicas, em especial da fosforilação oxidativa e da síntese do heme sendo os primeiros efeitos bioquímicos do chumbo detectados a partir de valores de plumbémia inferiores a 10 μg/dL. As medidas de higiene e segurança actualmente em vigor nos países desenvolvidos asseguram que os casos de intoxicação grave são cada vez menos frequentes. No entanto, o risco de exposição a nível ocupacional existe em todas as actividades que envolvem materiais que o contenham como as explorações mineiras, as fundições primária e secundária, a produção de baterias de chumbo ácido, a produção de vidro com pigmentos de chumbo, as soldaduras de reparação automóvel e a instrução de tiro. Desde 2006 o chumbo é considerado pela International Agency for Research on Cancer (IARC) uma substância carcinogénica do grupo 2A (provável carcinogénio para o ser humano). Considera-se, assim, que o chumbo tem, inequivocamente, capacidade de induzir cancro em animais experimentais mas que, embora haja fortes indícios de que os mecanismos que medeiam a carcinogénese desses compostos ocorrem no ser humano, os dados disponíveis ainda não podem assegurar essa relação. Com este estudo pretendeu-se contribuir para o conhecimento da toxicidade do chumbo através do estudo da exposição ao chumbo e da influência da susceptibilidade individual (em industrias sem co-exposição significativa a outros agentes conhecidos ou suspeitos de serem carcinogénicos). Pretendeu-se estudar o caso através de uma abordagem múltipla que permitisse relacionar diferentes tipos de marcadores biológicos uma vez que a monitorização biológica integra todas as possíveis vias de entrada no organismo (para além da via respiratória), eventuais exposições fora do contexto estritamente profissional assim como uma série de factores intrínsecos individuais (relacionados com modos de via, de natureza fisiológica e comportamentais). Sendo a co-exposição a outros compostos com propriedades genotóxicas e carcinogénicas uma questão difícil de tornear quando se quer avaliar o potencial genotóxico do chumbo em populações expostas, ocupacional ou ambientalmente este estudo tem a vantagem de ter sido efectuado em populações sem co-exposição conhecida a outras substâncias deste tipo, permitindo concluir sobre os efeitos resultantes apenas da exposição a chumbo na população humana, contribuindo para explicar algumas das aparentes inconsistências e contradições entre diferentes estudos sobre este tema. Os indicadores de exposição usados foram: indicadores de dose interna (doseamento de chumbo e de PPZ no sangue), indicadores de efeitos adversos no heme e genotóxicos (actividade da ALAD, teste do cometa e mutação em TCR) e indicadores de susceptibilidade (polimorfismos genéticos de ALAD e VDR) através de uma abordagem estatística de comparação directa de sub-grupos previamente definidos na população e da aplicação de um modelo de regressão múltipla. Este estudo revelou que os níveis de plumbémia na população portuguesa baixaram significativamente nos últimos 10 anos, tanto na população ocupacionalmente exposta como na população em geral e que a presença do genótipo B-B (do gene VDR) é preditiva das variações de plumbémia, quando comparada com o genótipo mais frequente na população, B-b; ao contrário, o genótipo b-b não aparenta ter influência em nenhum dos marcadores estudados. No que diz respeito a efeitos genotóxicos concluiu-se que estes não se manifestaram na população estudada, levando a concluir que nos níveis de exposição estudados, o chumbo não tem capacidade de induzir este tipo de efeitos per si levando ao reforço da hipótese, já levantada por outros autores, de que o mecanismo de genotoxicidade do chumbo seja essencialmente de promoção de processos de genotoxicidade desencadeados por outros agentes. A realização de estudos de efeitos genotóxicos e de stress oxidativo desenhados de forma a comparar grupos de trabalhadores expostos apenas a chumbo com grupos de trabalhadores com o mesmo nível de exposição a chumbo, mas com co-exposição a outros agentes reconhecidamente carcinogénicos poderá ajudar a aumentar o conhecimento deste efeito do chumbo na saúde humana.

Bioremediation and CO2 scavenging using molybdenum-containing enzymes

Carbon dioxide valorization, will not only help to relieve the greenhouse effect but might also allow us to transform it in value-added chemicals that will help overcoming the energy crisis. To accomplish this goal, more research that focus on sequestering CO2 and endeavors through a carbon-neutral or carbon-negative strategy is needed in order to handle with the dwindling fossil fuel supplies and their environmental impact. Formate dehydrogenases are a promising means of turning CO2 into a biofuel that will allow for a reduction of greenhouse gas emissions and for a significant change to the economic paramount. The main objective of this work was to assess whether a NAD+-independent molybdenum-containing formate dehydrogenase is able to catalyze the reduction of CO2 to formate. To achieve this, a molybdenum-containing formate dehydrogenase was isolated from the sulfate reducing bacteria Desulfovibrio desulfuricans ATCC 27774. Growth conditions were found that allowed for a greater cellular mass recovery and formate dehydrogenase expression. After growth trials, kinetic assays for formate oxidation and CO2 reduction were performed and kinetic parameters determined. For the formate oxidation reaction, a KM of 49 μM and a turnover constant of 146 s-1 were determined. These kinetic parameters are in agreement with those determined by Mota, et al. (2011). Finally, we found that this molybdenum-containing enzyme was able to catalyze the reduction of CO2 to formate with a turnover constant of 4.6 s-1 and a KM of 13 μM. For the first time a NAD+-independent molybdenum-containing formate dehydrogenase was found to catalyze CO2 reduction, allowing its use as a biocatalyst in energetically efficient CO2 fixation processes that can be directed towards bioremediation or as an alternative and renewable energy source. Characterizing these enzymes may lead to the development of more efficient synthetic catalysts, make them readily available and more suited for practical applications.

Indicators of inflammation and cellular damage in chronic asymptomatic or oligosymptomatic alcoholics: correlation with alteration of bilirubin and hepatic and pancreatic enzymes

Biochemical and hematimetric indicators of inflammation and cell damage were correlated with bilirubin and hepatic and pancreatic enzymes in 30 chronic male alcoholics admitted into psychiatric hospital for detoxification and treatment of alcoholism. Aspartate aminotransferase, alanine aminotransferase, gamma-glutamyltransferase, alkaline phosphatase, and total bilirubin were altered, respectively, in 90%, 63%, 87%, 23% and 23% of the cases. None of the indicators of inflammation (lactic dehydrogenase, altered in 16% of the cases; alpha-1 globulin, 24%; alpha-2 globulin, 88%; leucocyte counts, 28%) was correlated with alterations of bilirubin or liver enzymes. Lactic dehydrogenase was poorly sensitive for detection of hepatocytic or muscular damage. Alterations of alpha-globulins seemed to have been due more to alcohol metabolism-induced increase of lipoproteins than to inflammation. Among indicators of cell damage, serum iron, increased in 40% of the cases, seemed to be related to liver damage while creatine phosphokinase, increased in 84% of the cases, related to muscle damage. Hyperamylasemia was found in 20% of the cases and significantly correlated with levels of bilirubin, alkaline phosphatase and gamma-glutamyltransferase. It was indicated that injuries of liver, pancreas, salivary glands, and muscle occurred in asymptomatic or oligosymptomatic chronic alcoholics.

ELECTROPHORETIC ANALYSIS OF 11 ENZYMES IN NATURAL POPULATIONS OFROOT, 1926 (DIPTERA: CULICIDAE) IN THE AMAZON REGION

Of eleven proteins analyzed in four Amazonian populations, the esterases showed the greatest variation, with five activity zones. EST1, EST2 and EST5 showed variation in each of the populations studied. EST1 and EST2 are each controlled by two, and EST5 by four, codomi-nant alleles. LAP presented six activity zones, with codominant variation in LAP5and LAP6.oc—GPDH was monomorphic with one activity band on starch gel and two on polyacrylamide gel. 1DH presented two activity zones, with variation in the IDHl region. PGM had a single activity zone, with variation in all populations. The Ariquemes populations showed five alleles and the other populations three, all of then codominant. Three activity zones with two codominant alleles were observed for ODH. Aldehyde Oxidase showed two activity zones, with variation in AOl only in the Ariquemes and Porto Velho/Samuel populations. 6-PGDH showed only one activity zone and variation only in the Ariquemes population. The remaing systems - XDH, G-6-PDH and GDH. was monomorphic.

Data supporting the role of enzymes and polysaccharides during cassava postharvest physiological deterioration

This data article is referred to the research article entitled The role of ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, and polysaccharides in cassava (Manihot esculenta Crantz) roots under postharvest physiological deterioration by Uarrota et al. (2015). Food Chemistry 197, Part A, 737746. The stress duo to PPD of cassava roots leads to the formation of ROS which are extremely harmful and accelerates cassava spoiling. To prevent or alleviate injuries from ROS, plants have evolved antioxidant systems that include non-enzymatic and enzymatic defence systems such as ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase and polysaccharides. In this data article can be found a dataset called newdata, in RData format, with 60 observations and 06 variables. The first 02 variables (Samples and Cultivars) and the last 04, spectrophotometric data of ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, tocopherol, total proteins and arcsined data of cassava PPD scoring. For further interpretation and analysis in R software, a report is also provided. Means of all variables and standard deviations are also provided in the Supplementary tables (data.long3.RData, data.long4.RData and meansEnzymes.RData), raw data of PPD scoring without transformation (PPDmeans.RData) and days of storage (days.RData) are also provided for data analysis reproducibility in R software.

Enzymes which detoxify ochratoxin A

Mycotoxins are fungal secondary metabolites found in some agricultural commodities which are toxic for humans and animals in small amounts. Mycotoxins are a global problem which can be partially controlled through prevention strategies that can be applied along the food and feed chain production. However, when mycotoxin formation can not be avoided and they come to be present in commodities some remediation strategies can also be used to reduce its levels on products, its bioavailability or its toxic effects. Among these remediation strategies, the biological methods are recently holding a relevant position, being widely studied in the last years. As a result, a great number of microorganisms that can degrade or detoxify several mycotoxins and the application of some of them were reported. Moreover, several enzymes which mediate these biological processes were identified, being by themselves studied in order to develop new biotechnological approaches to control the mycotoxin problem on commodities. The main enzymes known to detoxify ochratoxin A, their action and their present application in order to counteract the referred problem are reviewed and critically assessed.

Búsqueda de nuevos extractos y compuestos obtenidos a partir de plantas del centro de Argentina con acción inhibidora de enzimas asociadas a patologías y a la supervivencia de organismos perjudiciales. Search for new extracts and compounds obtained from plants of central Argentina with inhibitoryactivity on enzymes associated with diseases and survival of harmful organisms.

La inhibición en la actividad de ciertas enzimas esenciales puede generar disturbios en la fisiología de algunos organismos como insectos, plantas y microorganismos y en muchos casos puede conducir a su muerte. Por otro lado, la inhibición de estas proteínas logra modificar factores implicados en la manifestación de determinadas enfermedades. Entre las enzimas que muestran estas características podemos mencionar a tirosinasa, p-hidroxifenilpiruvato dioxigenasa (HPPD) y acetilcolinesterasa (AChE). Debido a la necesidad de nuevas drogas con acción inhibidora de las mencionadas enzimas,los investigadores están explorando el mundo vegetal con el fin de obtenerlas,ya que se ha comprobado que las plantas son capaces de sintetizar esta clase de moléculas. Plantas nativas de nuestra región presentan esta propiedad. Continuando con la búsqueda de compuestos bioactivos obtenidos de plantas, se propone en este proyecto obtener nuevos agentes naturales altamente efectivos en inhibir las nombradas enzimas a partir de 100 plantas nativas de la región central de Argentina. Los compuestos aislados pueden ser utilizados directamente o servir como modelo para la síntesis de análogos. En primer lugar se determinará la efectividad de los extractos obtenidos a partir de las plantas seleccionadas como inhibidores de HPPD (utilizando el método del enol-borato) con el fin de seleccionar el más potente. A partir de este extracto y de aquellos seleccionados como más potentes en inhibir tirosinasa y AChE se aislarán, mediante aislamiento bioguiado, e identificarán el/los compuesto/s responsables. Este proceso será llevado a cabo por técnicas cromatográficas y espectroscópicas y el seguimiento de actividad se realizará mediante el método de enol-borato, dopacromo y Ellman para HPPD, tirosinasa y AChE,respectivamente. Posterior a determinar el nivel de actividad (IC50) de cada compuesto aislado se estudiará el posible efecto sinergista que pudieran ejercer al combinarlos entre ellos (si más de un compuesto es aislado de una planta) y con compuestos comerciales. Si los resultados muestran que los extractos ensayados y los metabolitos activos presentes en ellos exhiben alta efectividad en inhibir las enzimas, ellos pueden surgir como agentes terapéuticos eficaces para el tratamiento de ciertas enfermedades que las involucran y de esta manera mejorar la calidad de vida de los pacientes afectados. Estos productos pueden dar lugar a las compañías farmaceúticas a producir drogas no convencionales como nuevas alternativas medicinales. Por otro lado estas sustancias pueden derivar en novedosos herbicidas, antimicrobianos o insecticidas.Dado que todas las plantas propuestas crecen fácilmente en Argentina, la producción de estos medicamentos significaría nuevas fuentes laborales para nuestro país. El hecho de poder obtener y posteriormente utilizar estos productos aumenta en forma sustancial el aprovechamiento que podemos darle a nuestra rica flora nativa.

Producción in vitro de Embriones Bovinos Transgénicos mediante Inyección Intracitoplasmática de Espermatozoides (ICSI) con Enzimas de Restricción. In vitro Production of Transgenic Bovine Embryos using Intracitoplasmic Sperm Injection (ICSI) and Restriction Enzymes

La ingeniería genética y la reprogramación de organismos vivos representan las nuevas fronteras biotecnológicas que permitirán generar animales con modificaciones precisas en sus genomas para un sinnúmero de aplicaciones biomédicas y agropecuarias. Las técnicas para inducir modificaciones génicas intencionales en animales, especialmente en especies mayores de interés agropecuario, se encuentran rezagadas si se compara con los avances significativos que se han producido en el área de la transgénesis de roedores de laboratorio, especialmente el ratón. Es así que, el presente proyecto persigue desarrollar y optimizar protocolos para generar embriones bovinos transgénicos para aplicaciones biotecnológicas. La estrategia propuesta, se basa en conseguir la presencia simultánea en el interior celular de una enzima de restricción (I-SceI) más un transgén (formado por casetes de expresión de una proteína fluorescente -ZsGreen1- y neomicina fosfotransferasa). Específicamente, proyectamos estudiar una vía alternativa para generar embriones bovinos transgénicos mediante la incorporación del transgén (casetes ZsGreen1 y neo) flanqueado por sitios I-SceI más la enzima I-SceI al interior del ovocito junto con el espermatozoide durante la técnica conocida como inyección intracitoplasmática de espermatozoides (ICSI). Los embriones así generados se cultivarán in vitro, inspeccionándolos diariamente para detectar la emisión de fluorescencia, indicativa de la expresión de la proteína ZsGreen1. Los embriones que alcancen el estado de blastocisto y expresen el transgén se transferirán quirúrgicamente al útero de ovejas sincronizadas y se mantendrán durante 7 días. Al cabo de este período, los embriones se recolectarán quirúrgicamente del útero ovino y se transportarán al laboratorio para determinar el número de sitios de integración y número de copias del transgén mediante el análisis de su ADN por Southern blot. Se prevé que los resultados de esta investigación permitirán sentar las bases para el desarrollo de métodos eficientes para obtener modificaciones precisas en el genoma de los animales domésticos para futuras aplicaciones biotecnológicas. Genetic engineering and reprogrammed organisms represent the new biotechnological frontiers which will make possible to generate animals with precise genetic modifications for agricultural and biomedical applications. Current methods used to generate genetically modified large animals, lay behind those used in laboratory animals, specially the mouse. Therefore, we seek to develop and optimize protocols to produce transgenic bovine embryos through the use of a non-viral vector. The strategy involves the simultaneous presence inside the cell of a restriction enzyme (I-SceI) and a transgene (carrying cassettes for a fluorescent protein -ZsGreen1- and neomycin phosphotransferase) flanked by restriction sites for the endonuclease. We plan to develop an alternative approach to generate transgenic bovine embryos by coinjecting the transgene flanked by I-SceI restriction sites plus the enzyme I-SceI along with the spermatozoon during the technique known as intracytoplasmic sperm injection (ICSI). Embryos will be cultured in vitro and inspected daily with a fluorescence microscope to characterize transgene expression. Embryos that reach the blastocyst stage and express the transgene will be surgically transfer to the uterus of a synchronized ewe. After 7 days, the embryos will be flushed out the ovine uterus and transported to the laboratory to determine the number of integration sites and transgene copies by Southern blot. We anticipate that results from this research will set the stage for the development of efficient strategies to achieve precise genetic modifications in large domestic animals for future biotechnological applications.