Caracterização físico-química e analítica de fibras capilares e ingredientes cosméticos para proteção

Com o aumento dos tratamentos químicos e/ou físicos nos cabelos aos quais são realizados mediante o uso de dispositivos térmicos, há uma maior preocupação a respeito dos danos causados aos cabelos por estes tipos de tratamentos. O conhecimento dos efeitos, benefícios e/ou malefícios, de ingredientes cosméticos em cabelos torna-se necessário, pois facilita a busca por produtos baseada no tipo de cabelo. O principal objetivo do trabalho foi a caracterização físico-química, analítica e térmica de mechas de cabelo de diferentes etnias (caucasiano, oriental e afro-étnico virgem e brasileiro virgem e descolorido) antes e após o uso de ingredientes cosméticos seguido de um tratamento térmico (utilizando piastra) e intercalando com lavagens. O estudo das amostras de cabelo e de uma amostra de queratina animal envolveu a utilização das técnicas de TG/DTG, DSC, análise elementar, FTIR, MEV e técnicas de avaliação de eficácia, como tensão/deformação, penteabilidade e quebra por escovação. A partir da TG/DTG, foi possível avaliar as etapas de decomposição térmica das amostras de cabelo virgem e de queratina animal e estas apresentaram um comportamento térmico semelhante entre si. O estudo cinético não isotérmico por TG mostrou que, dos diferentes tipos de amostras de cabelo virgem, o afro-étnico apresentou menor estabilidade térmica e o oriental foi o mais estável termicamente. Os resultados de DSC corroboraram os obtidos por TG, demonstrando que a amostra de cabelo afro-étnico apresentou temperatura de desnaturação térmica das cadeias de α-queratina menor (TD = 223°C) do que as amostras dos outros tipos de cabelo (TD = 236°C). As mechas de cabelo virgem e clareadas foram tratadas com formulações cosméticas contendo silicones e avaliadas quanto a eficiência destes na proteção térmica dos cabelos. Algumas delas mostraram eficiência na proteção térmica das cadeias de α-queratina, diminuindo o seu grau de desnaturação. Foi possível observar que a associação do calor da piastra com as lavagens sucessivas causou danos tanto à cutícula (conforme resultados de FTIR e MEV), como também, ao córtex dos cabelos (conforme resultados de DSC). Em alguns casos, os danos causados foram tão graves que as camadas mais superficiais da cutícula sofreram descamações. O estudo mostrou, também, que a eficiência da proteção térmica nos cabelos depende do tipo da formulação cosmética em que estes protetores estão incorporados e do estado em que os cabelos se encontram. A DSC permitiu a avaliação da modificação termicamente induzida das cadeias de α-queratina e sua posterior desnaturação. O estudo envolvendo a associação das diferentes técnicas apresentou-se viável na avaliação tanto dos danos causados aos cabelos quanto na eficiência dos ingredientes cosméticos na proteção térmica dos mesmos.

Impacto do pH final na maciez do músculo Longissimus lumborum de animais zebuínos: mudanças estruturais de proteínas da carne crua e cozida durante a maturação

O objetivo do presente trabalho foi determinar a força de cisalhamento Warner-Bratzler do músculo Longissimus lumborum de animais zebuínos machos inteiros (Bos indicus) durante o período de maturação, nas faixas de pH final (pHf 48 horas post mortem) normal (pH entre 5,5 e 5,8) e anormal (pH entre 5,81 e 6,19) e temperaturas internas de cozimento. Concomitante com a avaliação de força de cisalhamento, foram avaliadas também a degradação da desmina e troponina T, o comprimento do sarcômero, o teor de colágeno total e solúvel, as temperaturas máximas de desnaturação das proteínas e a morfologia geral de agregação das fibras do músculo no cozimento. A degradação da desmina e troponina T foi maior no pHf normal, aparecendo produtos de degradação a partir do dia 7 nessa faixa de pHf. Não houve diferenças nos valores de comprimento do sarcômero, descartando-se assim, a contribuição desse parâmetro sobre a temperatura máxima de desnaturação (Tmáx) das proteínas, determinada utilizando calorímetro exploratório diferencial (DSC). Similarmente, não foram encontradas diferenças para os teores de colágeno total e solúvel, e os valores de colágeno total foram baixos, sugerindo que sua contribuição na segunda transição térmica e nos valores de força de cisalhamento foi mínima. As Tmáx1 e Tmáx2, correspondentes à desnaturação da meromiosina leve e pesada, respectivamente, foram menores no pHf normal, mas o efeito foi maior para a Tmáx2. A Tmáx3 da actina e titina aumentou até 14 dias post mortem na faixa de pHf normal, e posteriormente diminuiu significativamente após 21 dias, sugerindo possível degradação dessas proteínas nesse período de dias. Não foram encontradas diferenças nos valores de Tmáx no pHf anormal, em todos os dias post mortem, o que sugere a contribuição de um possível mecanismo de proteção que estabiliza as miofibrilas no aquecimento. Houve maior agregação das fibras do músculo no pHf normal nas temperaturas internas de cozimento de 65 e 80°C, provavelmente devido à maior desnaturação térmica das miofibrilas. Os valores de força de cisalhamento foram maiores com o aumento da temperatura interna de cozimento, devido ao aumento da desnaturação térmica das miofibrilas do músculo. Independente da temperatura interna de cozimento, os valores de força de cisalhamento foram altos em quase todos os dias post mortem para ambas as faixas de pHf, o que sugere a necessidade de utilizar métodos físicos ou químicos para aumentar a maciez do músculo Longissimus lumborum de animais zebuínos.

Biochemical and Structural Studies on PrfA, the Transcriptional Regulator of Virulence in Listeria monocytogenes

Abstract

Listeria monocytogenes is a gram-positive soil saprophytic bacterium that is capable of causing fatal infection in humans. The main virulence regulator PrfA, a member of the Crp/FNR family of transcriptional regulators, activates the expression of essential proteins required for host cell invasion and cell-to-cell spread. The mechanism of PrfA activation and the identity of its small molecule coactivator have remained a mystery for more than 20 years, but it is hypothesized that PrfA shares mechanistic similarity to the E. coli cAMP binding protein, Crp. Crp activates gene expression by binding cAMP, increasing the DNA binding affinity of the protein and causing a significant DNA bend that facilitates RNA polymerase binding and downstream gene activation. Our data suggests PrfA activates virulence protein expression through a mechanism distinct from the canonical Crp activation mechanism that involves a combination of cysteine residue reduction and glutathione (GSH) binding.

Listeria lacking glutathione synthase (ΔgshF) is avirulent in mice; however virulence is rescued when the bacterium expresses the constitutively active PrfA mutant G145S. Interestingly, Listeria expressing a PrfA mutant in which its four cysteines are mutated to alanine (Quad PrfA), demonstrate a 30-fold decrease in virulence. The Quad and ΔgshF double mutant strains are avirulent. DNA-binding affinity, measured through fluorescence polarization assays, indicate reduction of the cysteine side chains is sufficient to allow PrfA to binds its physiological promoters Phly and PactA with low nanomolar affinity. Oxidized PrfA binds the promoters poorly.

Unexpectedly, Quad also binds promoter DNA with nanomolar affinity, suggesting that the cysteines play a role in transcription efficiency in addition to DNA binding. Both PrfA and Quad bind GSH at physiologically relevant and comparable affinities, however GSH did not affect DNA binding in either case. Thermal denaturation assays suggest that Quad and wild-type PrfA differ structurally upon binding GSH, which supports the in vivo difference in infection between the regulator and its mutant.

Structures of PrfA in complex with cognate DNA, determined through X-ray crystallography, further support the disparity between PrfA and Crp activation mechanisms as two structures of reduced PrfA bound to Phly (PrfA-Phly30 and PrfA-Phly24) suggest the DNA adopts a less bent DNA conformation when compared to Crp-cAMP- DNA. The structure of Quad-Phly30 confirms the DNA-binding data as the protein-DNA complex adopts the same overall conformation as PrfA-Phly.

From these results, we hypothesize a two-step activation mechanism wherein PrfA, oxidized upon cell entry and unable to bind DNA, is reduced upon its intracellular release and binds DNA, causing a slight bend in the promoter and small increase in transcription of PrfA-regulated genes. The structures of PrfA-Phly30 and PrfA-Phly24 likely visualize this intermediate complex. Increasing concentrations of GSH shift the protein to a (PrfA-GSH)-DNA complex which is fully active transcriptionally and is hypothesized to resemble closely the transcriptionally active structure of the cAMP-(Crp)-DNA complex. Thermal denaturation results suggest Quad PrfA is deficient in this second step, which explains the decrease in virulence and implicates the cysteine residues as critical for transcription efficiency. Further structural and biochemical studies are on-going to clarify this mechanism of activation.

Obtenção e caracterização de queratinase de bacillus sp. P45 a partir de coprodutos e aplicação na produção de queijos cremosos enriquecidos com chia e quinoa

As proteases constituem 60-65% do mercado global das enzimas industriais e são utilizadas na indústria de alimentos no processo de amaciamento de carne, na síntese de peptídeos, preparo de fórmulas infantis, panificação, cervejarias, produtos farmacêuticos, diagnósticos médicos, como aditivos na indústria de detergentes e na indústria têxtil no processo de depilação e transformação do couro. Proteases específicas produzidas por micro-organismos queratinolíticos são chamadas de queratinases e distinguem-se de outras proteases pela maior capacidade de degradação de substratos compactos e insolúveis como a queratina. Atualmente, processos que apontem o uso total das matérias-primas e que não resultem em impactos negativos ao meio ambiente tem ganhado destaque. Dentro desta temática, destacam-se a reutilização da farinha de penas residual durante o cultivo do Bacillus sp. P45 para produção de proteases e a biomassa residual de levedura, ambas com elevados teores de proteínas, podendo ser utilizadas no cultivo do Bacillus sp. P45 para obtenção de proteases. O objetivo deste trabalho foi obter a enzima queratinase purificada em grandes quantidades, sua caracterização, bem como a sua aplicação em processos de coagulação enzimática do leite para o desenvolvimento de um queijo cremoso enriquecido com farinha de chia e quinoa. Além disso, aplicar diferentes coprodutos para produção de enzimas proteolíticas e queratinolíticas. A presente tese foi dividida em quatro artigos: no primeiro foi realizado a obtenção da queratinase purificada em maiores quantidades e a determinação dos parâmetros de estabilidade térmica e a influência de componentes químicos na atividade enzimática. A obtenção da enzima em maiores quantidades alcançou fatores de purificação de 2,6, 6,7 e 4,0 vezes, paras 1º SAB, 2º SAB e diafiltração, respectivamente. A recuperação enzimática alcançou valores de 75,3% para o 1º SAB, 75,1% no 2º sistema e 84,3% na diafiltração. A temperatura de 55ºC e o pH 7,5 foram determinados como ótimos para atividade da enzima queratinase. O valor da energia de desativação (Ed) médio foi de 118,0 kJ/mol e os valores de z e D variaram de 13,6 a 18,8ºC, e 6,9 a 237,3 min, respectivamente. Além disso a adição de sais (CaCl2, CaO, C8H5KO4 e MgSO4) elevou a atividade da enzima na presença destes compostos. O segundo artigo apresenta a aplicação da queratinase como coagulante de leite bovino e sua aplicação na obtenção de queijo cremoso enriquecido com chia e quinoa. A enzima mostrou atividade de coagulação semelhante ao coagulante comercial, na concentração de 30mg/mL. A enzima purificada foi empregada de forma eficiente na fabricação do queijo cremoso, que apresentou valores de pH de 5,3 e acidez de 0,06 a 0,1 mol/L, com elevação durante os 25 dias de armazenamento. O terceiro artigo apresenta o perfil do queijo cremoso enriquecido com farinha de chia e quinoa, o qual apresentou alto índice de retenção de água (>99,0%) e baixos valores de sinérese (<0,72%). Elevados teores de fibras foi verificado (3,0 a 5,0%), sugerindo seu consumo como fonte de fibras. As análises microbiológicas foram de acordo com a legislação vigente. Na análise sensorial foi verificado altos valores de suavidade ao paladar e verificado maiores valores de consistência e untabilidade nas amostras com maiores concentrações de nata e quinoa. O quarto artigo traz a extração de β-galactosidase por ultrassom e o uso da biomassa residual da levedura, bem como o uso de farinha de penas residuais como substrato para obtenção de proteases. O ultrassom foi eficiente para ruptura celular e extração de β-galactosidase, apresentando alta atividade (35,0 U/mL) e rendimento (876,0 U/g de biomassa). A maior atividade proteolítica (1300 U/mL em 32 h) e queratinolítica (89,2 U/mL) verificadas ocorreram utilizando-se a biomassa e a farinha de penas residuais, respectivamente. Maior produtividade proteolítica (40,8 U/mL/h) foi verificado no meio utilizando biomassa residual como substrato. Já a maior produtividade queratinolítica (2,8 U/mL/h) foi alcançada utilizando farinha de penas reutilizada.

Thermal stability of extracellular hemoglobin of Glossoscolex paulistus: Determination of activation parameters by optical spectroscopic and differential scanning calorimetric studies

Glossoscolex paulistus hemoglobin (HbGp) was studied by dynamic light scattering (DLS), optical absorption spectroscopy (UV-VIS) and differential scanning calorimetry (DSC). At pH 7.0, cyanomet-HbGp is very stable, no oligomeric dissociation is observed, while denaturation occurs at 56 degrees C, 4 degrees C higher as compared to oxy-HbGp. The oligomeric dissociation of HbGp occurs simultaneously with some protein aggregation. Kinetic studies for oxy-HbGp using UV-VIS and DES allowed to obtain activation energy (E(a)) values of 278-262 kJ/mol (DES) and 333 kJ/mol (UV-VIS). Complimentary DSC studies indicate that the denaturation is irreversible, giving endotherms strongly dependent upon the heating scan rates, suggesting a kinetically controlled process. Dependence on protein concentration suggests that the two components in the endotherms are due to oligomeric dissociation effect upon denaturation. Activation energies are in the range 200-560 kJ/mol. The mid-point transition temperatures were in the range 50-65 degrees C. Cyanomet-HbGp shows higher mid-point temperatures as well as activation energies, consistent with its higher stability. DSC data are reported for the first time for an extracellular hemoglobin. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Viscoelastic and Thermal Properties of Collagen-Xanthan Gum and Collagen-Maltodextrin Suspensions During Heating and Cooling

The purpose of this work was to investigate the viscoelastic properties of aqueous suspensions of crude collagen powder extracted from bovine hides and nonsubmitted to the hydrolysis reaction that leads to gelatin. The studied variables included the collagen concentration and the addition of xanthan gum or maltodextrin at varied concentrations during heating/cooling of the mixtures. Differential scanning calorimetry thermograms showed that the addition of polysaccharides decreased the endothermic peak areas observed at the denaturation temperature of collagen. The rheological properties of the pure collagen suspensions were highly dependent on concentration: 4% and 6% collagen suspensions presented a great increase in the storage modulus after heating/cooling, whereas for concentrations of 8% and 10% G' decreased during heating and did not recover its original value after heating/cooling. The frequency sweeps showed that the thermal treatment was responsible by the strengthening of the interactions that formed the polymer network. Addition of 0.1% xanthan gum to collagen suspensions increased the gel strength, especially after heating/cooling of the system, whereas increasing gum concentration to 0.3% resulted in a weaker gel, which could indicate thermodynamic incompatibility between the biopolymers. Mixtures of collagen and maltodextrin resulted in more fluid structures than those obtained with pure collagen at the same collagen concentration and the range of temperatures in which these mixtures behaved as a gel decreased with increasing concentrations of both collagen and maltodextrin, suggesting incompatibilities between the biopolymers.

Sodium dodecyl sulfate (SDS) effect on the thermal stability of oxy-HbGp: Dynamic light scattering (DLS) and small angle X-ray scattering (SAXS) studies

Glossoscolex paulistus (HbGp) hemoglobin is an oligomeric protein, presenting a quaternary structure constituted by 144 globin and 36 non-globin chains (named linkers) with a total molecular mass of 3.6MDa. SDS effects on the oxy-HbGp thermal stability were studied, by DLS and SAXS, at pH 5.0, 7.0 and 9.0. DLS and SAXS data show that the SDS-oxy-HbGp interactions induce a significant decrease of the protein thermal stability, with the formation of larger aggregates, at pH 5.0. At pH 7.0, oxy-HbGp undergoes complete oligomeric dissociation, with increase of temperature, in the presence of SDS. Besides, oxy-HbGp 3.0mg/mL, pH 7.0, in the presence of SDS, has the oligomeric dissociation process reduced as compared to 0.5mg/mL of protein. At pH 9.0, oxy-HbGp starts to dissociate at 20°C, and the protein is totally dissociated at 50°C. The thermal dissociation kinetic data show that oxy-HbGp oligomeric dissociation at pH 7.0, in the presence of SDS, is strongly dependent on the protein concentration. At 0.5mg/mL of protein, the oligomeric dissociation is complete and fast at 40 and 42°C, with kinetic constants of (2.1±0.2)×10-4 and (5.5±0.4)×10-4s-1, respectively, at 0.6mmol/L SDS. However, at 3.0mg/mL, the oligomeric dissociation process starts at 46°C, and only partial dissociation, accompanied by aggregates formation is observed. Moreover, our data show, for the first time, that, for 3.0mg/mL of protein, the oligomeric dissociation, denaturation and aggregation phenomena occur simultaneously, in the presence of SDS. Our present results on the surfactant-HbGp interactions and the protein thermal unfolding process correspond to a step forward in the understanding of SDS effects. © 2013 Elsevier B.V.

Thermal studies on protein isolates of white lupin seeds (Lupinus albus)

This study used TG, DSC, and SDS-PAGE techniques to study protein isolates (PIs) in the powder form obtained from lupin seeds flour Lupinus albus. Different methods of preparing PIs were tested, resulting in final products that were different only in relation to the yield and protein content. The results of the protein analysis by SDS-PAGE showed that the same protein fractions were present in the lupin seeds and in the obtained PIs. This result shows that the process of extraction was not damaging to the composition of the original protein. On the other hand, the results of the thermal analysis (DSC and TG-DTG curves) obtained for the different PIs, led to the detection of changes in the protein conformation through the Delta H values, which in general decreased with increasing values of pH and ionic strength in the experimental conditions of extraction.

Thermal model for optimization of vascular laser tissue soldering

Laser tissue soldering (LTS) is a promising technique for tissue fusion based on a heat-denaturation process of proteins. Thermal damage of the fused tissue during the laser procedure has always been an important and challenging problem. Particularly in LTS of arterial blood vessels strong heating of the endothelium should be avoided to minimize the risk of thrombosis. A precise knowledge of the temperature distribution within the vessel wall during laser irradiation is inevitable. The authors developed a finite element model (FEM) to simulate the temperature distribution within blood vessels during LTS. Temperature measurements were used to verify and calibrate the model. Different parameters such as laser power, solder absorption coefficient, thickness of the solder layer, cooling of the vessel and continuous vs. pulsed energy deposition were tested to elucidate their impact on the temperature distribution within the soldering joint in order to reduce the amount of further animal experiments. A pulsed irradiation with high laser power and high absorbing solder yields the best results.

Adjustment of conformational flexibility is a key event in the thermal adaptation of proteins

3-Isopropylmalate dehydrogenase (IPMDH, E.C. 1.1.1.85) from the thermophilic bacterium Thermus thermophilus HB8 is homologous to IPMDH from the mesophilic Escherichia coli, but has an approximately 17°C higher melting temperature. Its temperature optimum is 22–25°C higher than that of the E. coli enzyme; however, it is hardly active at room temperature. The increased conformational rigidity required to stabilize the thermophilic enzyme against heat denaturation might explain its different temperature-activity profile. Hydrogen/deuterium exchange studies were performed on this thermophilic-mesophilic enzyme pair to compare their conformational flexibilities. It was found that Th. thermophilus IPMDH is significantly more rigid at room temperature than E. coli IPMDH, whereas the enzymes have nearly identical flexibilities under their respective optimal working conditions, suggesting that evolutionary adaptation tends to maintain a “corresponding state” regarding conformational flexibility. These observations confirm that conformational fluctuations necessary for catalytic function are restricted at room temperature in the thermophilic enzyme, suggesting a close relationship between conformational flexibility and enzyme function.

Raman microscopy of formamide-intercalated kaolinites treated by controlled-rate thermal analysis technology

Raman spectroscopy of formamide-intercalated kaolinites treated using controlled-rate thermal analysis technology (CRTA), allowing the separation of adsorbed formamide from intercalated formamide in formamide-intercalated kaolinites, is reported. The Raman spectra of the CRTA-treated formamide-intercalated kaolinites are significantly different from those of the intercalated kaolinites, which display a combination of both intercalated and adsorbed formamide. An intense band is observed at 3629 cm-1, attributed to the inner surface hydroxyls hydrogen bonded to the formamide. Broad bands are observed at 3600 and 3639 cm-1, assigned to the inner surface hydroxyls, which are hydrogen bonded to the adsorbed water molecules. The hydroxyl-stretching band of the inner hydroxyl is observed at 3621 cm-1 in the Raman spectra of the CRTA-treated formamide-intercalated kaolinites. The results of thermal analysis show that the amount of intercalated formamide between the kaolinite layers is independent of the presence of water. Significant differences are observed in the CO stretching region between the adsorbed and intercalated formamide.

In Situ Observation of the Thermal Decomposition of Weddelite by Heating Stage Environmental Scanning Electron Microscopy

The morphological and chemical changes occurring during the thermal decomposition of weddelite, CaC2O4·2H2O, have been followed in real time in a heating stage attached to an Environmental Scanning Electron Microscope operating at a pressure of 2 Torr, with a heating rate of 10 °C/min and an equilibration time of approximately 10 min. The dehydration step around 120 °C and the loss of CO around 425 °C do not involve changes in morphology, but changes in the composition were observed. The final reaction of CaCO3 to CaO while evolving CO2 around 600 °C involved the formation of chains of very small oxide particles pseudomorphic to the original oxalate crystals. The change in chemical composition could only be observed after cooling the sample to 350 °C because of the effects of thermal radiation.

Thermal decomposition of the synthetic hydrotalcite iowaite

The thermal stability and thermal decomposition pathways for synthetic iowaite have been determined using thermogravimetry in conjunction with evolved gas mass spectrometry. Chemical analysis showed the formula of the synthesised iowaite to be Mg6.27Fe1.73(Cl)1.07(OH)16(CO3)0.336.1H2O and X-ray diffraction confirms the layered structure. Dehydration of the iowaite occurred at 35 and 79°C. Dehydroxylation occurred at 254 and 291°C. Both steps were associated with the loss of CO2. Hydrogen chloride gas was evolved in two steps at 368 and 434°C. The products of the thermal decomposition were MgO and a spinel MgFe2O4. Experimentally it was found to be difficult to eliminate CO2 from inclusion in the interlayer during the synthesis of the iowaite compound and in this way the synthesised iowaite resembled the natural mineral.