Biossensores baseados no processo de inibição enzimática

Fast, selective, reproducible and reliable detections have been carried out by using enzymatic biosensors in several areas. The enzymatic biosensors based on the inhibition represent an important role in analytical chemistry. Enzymes like cholinesterases, peroxidases, tyrosinases, etc. have been immobilized on electrochemical and optical transducers and the enzymatic activity decreasing in the presence of the inhibitor is related with its concentrations. This article presents a review on the enzymes used on the construction of these sensors, emphasizing the respective applications.

Aplicações de coquetéis de celulases para a sacarificação enzimática do bagaço de cana-de-açúcar

Pós-graduação em Química - IBILCE

Efeito in vitro das substâncias acumuladas na doença de Lesch-Nyhan sobre a atividade da Na+,K+-ATPase em estriado de ratos

A doença de Lesch-Nyhan é um erro inato do metabolismo das purinas caracterizado pela deficiência na enzima hipoxantina- guanina fosforibosiltransferase. O bloqueio dessa reação resulta no acúmulo tecidual de hipoxantina, xantina e ácido úrico. A doença caracteriza-se por hiperuricemia, variado grau de retardo mental e motor, espasticidade e auto-mutilação. No sistema nervoso central, a Na+, K+ - ATPase é responsável pela manutenção da homeostase dos íons Na+ e K+, regulando o volume celular, a excitabilidade neuronal, o transporte de neurotransmissores e outras moléculas. Evidências na literatura demonstram que a redução na atividade da Na+, K+ - ATPase está relacionada com diversas doenças neurodegenerativas, tais como isquemia cerebral e doenças de Parkinson e de Alzheimer. No presente estudo, investigamos o efeito in vitro da hipoxantina, xantina e ácido úrico sobre a atividade da Na+, K+- ATPase em membrana plasmática sináptica de estriado de ratos. Estudamos, também, a cinética de inibição causada pela hipoxantina e de interação entre hipoxantina, xantina e ácido úrico. Nossos resultados demonstram que hipoxantina, xantina e ácido úrico inibem significativamente a atividade da Na+, K+- ATPase. O estudo dos mecanismos de inibição da atividade enzimática causados pela hipoxantina demonstrou um efeito inibitório não competitivo com o substrato ATP. Além disso, o estudo de interação cinética entre hipoxantina, xantina e ácido úrico sugere que esses compostos atuem em um mesmo sítio de ligação na enzima. Verificamos, também, o efeito da preincubação de homogeneizado de estriado de ratos na presença de hipoxantina (10 µM) sobre a atividade da Na+, K+- ATPase de membrana plasmática sináptica com a adição ou não de antioxidantes (glutationa e trolox), bem como alguns parâmetros de estresse oxidativo denominados TBARS (medida de lipoperoxidação) e TRAP (capacidade antioxidante tecidual não-enzimática) no intuito de verificar a participação do estresse oxidativo nos mecanismos de inibição enzimática provocados pela hipoxantina. Os resultados monstraram que a hipoxantina inibe significativamente a atividade da Na+, K+- ATPase. Adicionalmente, nossos resultados demonstraram que glutationa, mas não o trolox, na concentração de 1 mM, foi capaz de prevenir a inibição enzimática causada pela hipoxantina. Nossos resultados também mostraram que a hipoxantina, na mesma concentração, aumentou TBARS e diminuiu TRAP que essa substância induz o estresse oxidativo. É possível que a inibição na atividade da Na+, K+- ATPase possa estar envolvida nos mecanismos pelos quais as oxipurinas são neurotóxicas. Acreditamos que nossos resultados possam contribuir, pelo menos em parte, na compreensão da disfunção neurológica encontrada em pacientes portadores da doença de Lesch-Nyhan.

Aspectos estruturais, farmacológicos e biológicos de fucanas da alga marrom sargassum vulgare

The present study examines the chemical composition and their effects on free radicals, inflammation, angiogenesis, coagulation, VEGF effects and cellular proliferation of a polysaccharides from alga Sargassum vulgare. The sulfated polysaccharide was extracted from brown seaweed by proteolysis with enzymes maxataze. The presence of proteins and sugars were observed in crude polysaccharides. Fractionation of this crude extract was made with growing concentration of acetone (0.3-1.5 v) and produced four groups of polysaccharides. Anionic polysaccharides from brown seaweed Sargassum vulgare, SV1and PSV1 were fractionated (SV1) and purified (PSV1), and displayed with high total sugars and sulfate content and very low level of protein. This fucan SV1 contains low levels of protein and high carbohydrate and sulfate content. This polysaccharides prolonged activated partial thromboplastin time (aPTT) at 50 μg (>240 s). SV1 was found to have no effect on prothrombin time (PT), corresponding to the extrinsic pathway of coagulation. SV1 exhibits high antithrombotic action in vivo, with a concentration ten times higher than heparin. Polysaccharides from S. vulgare promoted direct inhibition enzymatic activity of thrombin and stimulated enzymatic activity of FXa. SV1 showed optimal inhibitory activity of thrombin (50.2±0.28%) at a concentration of 25 μg/mL. Its antioxidant action on scavenging radicals by DPPH was (22%), indicating the polymer has no cytotoxic action (hemolytic) on ABO and Rh blood types in different erythrocyte groups and displays strong anti-inflammatory action on all concentrations tested in the carrageenan-induced paw edema model, demonstrated by reduced edema and cellular infiltration. Angiogenesis is a dynamic process of proliferation and differentiation. It requires endothelial proliferation, migration, and tube formation. In this context, endothelial cells are a preferred target for several studies and therapies. The antiangiogenic efficacy of polysaccharides was examined in vivo in the chick chorioallantoic membrane (CAM) model by using fertilized eggs. Decreases in the density of the capillaries were assessed and scored. The results showed that SV1 and PSV1 have an inhibitory effect on angiogenesis. These results were also confirmed by inhibition tubulogenesis in rabbit aorta endothelial cell (RAEC) in matrigel. These compounds were assessed in Apoptosis assay (Annexin V - FITC / PI) and cell viability by MTT assay of RAEC. These polysaccharides do not affect the viability and do not have apoptotic or necrotic action. RAEC cell when incubated with SV1 and PSV1showed inhibition of VEGF secretion, observed when compounds were incubated at 25, 50 and 100 μg/μL. The VEGF secretion with the RAEC cell line for 24 h, was more effective for PSV1 at 50 μg/μL(71.4%) than SV1 100 μg/μL (75.9%). SV1 and PSV1 had an antiproliferative action (47%) against tumor cell line HeLa. Our results indicate that these sulfated polysaccharides have antiangiogenic and antitumoral actions

Funcionalidade dos extratos fenólicos obtidos pelo cultivo semi-sólido de resíduos de abacaxi (Ananas comusus L.) e goiaba (Psidium guajava L.)

Solid substrate cultivation (SSC) has become an efficient alternative towards rational use of agro industrial wastes and production of value-added products, mainly in developing countries. This work presents the production and functional application results of phenolic extracts obtained by solid substrate cultivation of pineapple (Ananas comosus L.) and guava (Psidium guajava L.) residues associated to soy flour and bioprocessed by Rhizopus oligosporus fungus. Two experimental groups were tested: (1) 9g of fruit residue and 1g of soy flour (A9 or G9); (2) 5g of fruit residue and 5g of soy flour (A5 or G5). After SSC, 100ml of distilled water was added to each Erlenmeyer flask containing 10g of bioprocessed material in order to obtain the phenolic extracts. Samples were taken every two days for total phenolic concentration (TPC) and antioxidant capacity evaluation by DPPH test during 12-day cultivation. The 2-day and 10-d ay extracts were selected and concentrated by ebullition until 1/10 of original volume was reached. After that, both non-concentrated and concentrated extracts were evaluated for their antimicrobial activity against Staphylococcus aureus and Salmonella enterica and a-amylase inhibitory capacity. It was observed an inverse relationship between total phenolic concentration (TPC) and antioxidant capacity during the cultivation. Besides that, the concentrated pineapple samples after two days were able to inhibit both pathogens tested, especially S. aureus. Guava concentrated extracts after 2 days showed expressive inhibition against S. enterica, but negative results against S. aureus growth. When it comes to a-amylase inhibition, A9 extracts after 2 days, both concentrated or not, completely inhibited enzyme activity. Similar behavior was observed for G9 samples, but only for concentrated samples. It was shown that concentration by ebullition positively affected the enzymatic inhibition of G9 and A9 samples, but on the other side, decreased antiamylase activity of A5 and G5 samples

Estratégias de obtenção do corante do jambo vermelho (Syzygium malaccense) e avaliação de sua funcionalidade

The food industry is interested in natural products. Anthocyanins are phenolic antioxidants of great importance with health-relevant applications. Several studies have linked the intake of fruits and vegetables with reduced risk of chronic degenerative diseases because of its antioxidant properties. This study aimed to compare different strategies for obtaining natural pigments from red jambo (Syzygium malaccence) and analyze its functional potential. Two different strategies were studied: (1) solid-liquid extraction (SLE) in reactor with controlled parameters, (2) powder obtention. The investigation of the functional potential was conducted taking into account the total phenolic content (TPC), the antioxidant activity (AA), the total anthocyanins concentration (TA) and α-amylase and α-glucosidase inhibition. The best extracts obtained by SLE showed TPC of 174.15 mg GAE/100g, AA of 3.56 μmol Trolox eq/g and TA of 133.59 mg cyd-3-glu/100 g. The best results for the second strategy were TPC of 1024.22 mg GAE/100 g, AA of 29.03 μmol Trolox eq/g and TA of 1193.41 mg cyd-3- glu/100 g. It was observed moderate amylase inhibition (26.30%) and high glucosidase inhibitory activity (97.47%). Skin extracts showed, in general, superior results when compared to whole red jambo, with superior values for dehydrated products. Based on our result, red jambo can be considered as a rich source of phenolic antioxidants, as well on amylase and glucosidase inhibitors

Estudo da funcionalidade de espécies comestíveis do semiárido nordestino e estratégias para sua utilização como ingredientes para fins alimentícios

The Brazilian caatinga is characterized by low annual rainfall and arid soils. Several cactaceae, either native or adapted species, grow in this semi-arid region, including the prickly pear (Opuntia fícus indica) and facheiro ((Philosocereus pachycladus Ritter) which produce underexploited edible fruits. In addition to these species, the algaroba is a leguminous with little studied technological applications and bioactive potential so far. Therefore, this research aims to investigate the physicochemical, bioactive and functional attributes of the prickly pear and facheiro fruit pulps and the algaroba flour. Specifically, this study approaches the physicochemical characterization, total phenolic compounds (TPC) and the betalain identification and quantification by HPLC-DAD-ESI-MS. It is also investigated the DPPH antioxidant capacity and the antienzymatic activities against alpha-amylase and alphaglucosidase of water and ethanolic extracts of these food material. In order to address their potential to be used as food ingredients, juice blends prepared with mixtures of cajá and prickly pear, biofilms with facheiro and cereal bars with algaroba flour were elaborated and analyzed. The prickly pear fruits presented low acidity and high sugar content when compared to facheiro. The Philosocereus pachycladus Ritter fruits had higher protein and ash content, but the algaroba flour was the species with higher protein and sugar content among all. The algaroba flour also presented outstanding food fiber content, which reveals its potentiality to be used as a natural intestinal regulator. The TPC of water and ethanol extracts ranged from 3.87 to 16.21 mg GAE/100g for algaroba flour, 79.24 to 110.20 GAE/ 100g for prickly pear and 412.23 to 539.14 mg GAE/100g for facheiro. The 70% (w/v) ethanol extract reached the highest DPPH antioxidant activity, which was linearly correlated to its high TPC content. In regard to the enzymatic inhibitory activities, the best performance was observed for the prickly pear extracts which presented a moderate inhibition for both investigated enzymes, but interestingly, no alpha-glucosidase inhibition was observed for facheiro extracts. This work shows, for the first time in the literature, the functional attributes of facheiro fruits, as well as the presence of betacianins and isobetanin in the pulp of this exotic fruit. When it comes to the food products developed here, the sensory attributes that better described the juice blend cajá-prickly pear were sweetness, acidity, color yellow-orange, body, turbidity and cajá flavor. The discriminative test applied for cereal bars produced with and without algaroba revealed that the texture was the only sensory attribute that differed (p<0.05) between these two samples. It was also observed that the addition of facheiro extracts did not influence the visual characteristics of the biofilms. Overall, this work unveils the physicochemical and bioactive attributes of these commercial and technologically underexploited species widely found in the Brazilian caatinga and presents alternatives for their rational use

Peptídeos inibidores de topoisomerases bacterianas: síntese e estudos de transporte através da membrana celular empregando moléculas peptídicas carreadoras

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo de Jatropha gossypifolia e J. multifida (Euphorbiaceae) aplicando métodos analíticos in silico e de desreplicação, visando a detecção e elucidação in situ dos constituintes micromoleculares com atividade acetilcolinesterásicas e antioxidante

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Tratamento da tuberculose: estudo de interações farmacocinéticas da pirazinamida

Convencionalmente o tratamento da tuberculose se dá pela administração simultânea dos fármacos pirazinamida (PZA), rifampicina (RMP) e isoniazida (INH) durante dois meses, seguida por quatro meses da associação INH e RMP. A medicação é de uso diário e deve ser administrada de preferência em uma única dose em jejum ou, em caso de intolerância digestiva, junto com uma refeição. Esta estratégia resulta em sucesso terapêutico na maioria dos casos quando existe obediência do paciente ao regime posológico. O abandono ao tratamento pelo paciente tem sido relacionado ao longo período de exposição aos fármacos e ao aparecimento de efeitos adversos, entre eles, a hepatotoxicidade principalmente em pacientes geriátricos que apresentam deficiências nutricionais ou etilismo crônico. A utilização de associações medicamentosas, como no tratamento da tuberculose, pode resultar em interações farmacocinéticas. Considerando a importância do metabolismo da PZA no desenvolvimento da hepatotoxicidade, a capacidade de indução ou inibição enzimática dos fármacos e a probabilidade de interação farmacocinética entre a PZA, a INH e a RMP, é possível que esta associação resulte em diferentes perfis farmacocinéticos com conseqüente alteração de efeitos hepatotóxicos. Assim, o presente trabalho visa avaliar os efeitos da administração simultânea de INH e RMP sobre os parâmetros farmacocinéticos da PZA em um grupo de animais (coelhos albinos) sob tratamento com PZA e outro com PZA+INH+RMP bem como os níveis de biomarcadores de hepatotoxicidade – as transaminases AST e ALT – antes e após a administração de doses múltiplas destes fármacos

Interações do tabagismo com a terapêutica farmacológica

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Conversão da lactose e síntese de galacto-oligossacarídeos: uma abordagem experimental e teórica

O presente trabalho avaliou, na etapa experimental, um processo simultâneo de catálise e fermentação láctica visando obter um iogurte com potenciais características nutracêuticas e, na sua etapa teórica, estabeleceu uma interlocução entre a vivência experimentalista e a teoria da cinética enzimática, no que se refere à conversão da lactose e à síntese de galactooligossacarídeos (GOS). Na abordagem experimental, para um substrato específico, avaliouse biocatálise conduzida simultaneamente à fermentação, defasando a adição da enzima em relação ao início do processo fermentativo. A fermentação foi realizada a partir de cultura láctica liofilizada comercial contendo dois micro-organismos probióticos, Bifidobacterium animalis e Lactobacillus acidophilus, associados aos micro-organismos característicos do iogurte, Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus thermophilus. Foi utilizado um preparado enzimático contendo -galactosidases obtidas de duas origens distintas: Kluyveromyces lactis e Aspergillus niger. Foram avaliados os efeitos da concentração da enzima e do tempo de adição da enzima em um planejamento experimental 2 2 . As respostas foram às concentrações, ao final do processo, de lactose, de GOS, de glicose e de galactose e a hidrólise dos galactooligossacarídeos ao longo do tempo. No que se refere à abordagem teórica, o presente trabalho considerou modelos matemáticos de hidrólise de dissacarídeos e conversão da lactose, em que a inibição foi representada a partir do incremento da concentração dos produtos da reação. No que se refere à conversão da lactose e síntese de GOS, o presente trabalho buscou estabelecer um modelo matemático em que a inibição ocorreu por efeito do incremento das concentrações de glicose e de galactose, comparando-o com os modelos conhecidos na literatura. Verificou-se que o desempenho do modelo obtido no presente trabalho foi robusto em relação às premissas estabelecidas. Na comparação com resultados experimentais de conversão enzimática, o modelo mostrou-se capaz de minimizar o erro e de ajustar-se aos dados experimentais.

Aspectos estruturais, farmacológicos e biológicos de fucanas da alga marrom sargassum vulgare

The present study examines the chemical composition and their effects on free radicals, inflammation, angiogenesis, coagulation, VEGF effects and cellular proliferation of a polysaccharides from alga Sargassum vulgare. The sulfated polysaccharide was extracted from brown seaweed by proteolysis with enzymes maxataze. The presence of proteins and sugars were observed in crude polysaccharides. Fractionation of this crude extract was made with growing concentration of acetone (0.3-1.5 v) and produced four groups of polysaccharides. Anionic polysaccharides from brown seaweed Sargassum vulgare, SV1and PSV1 were fractionated (SV1) and purified (PSV1), and displayed with high total sugars and sulfate content and very low level of protein. This fucan SV1 contains low levels of protein and high carbohydrate and sulfate content. This polysaccharides prolonged activated partial thromboplastin time (aPTT) at 50 μg (>240 s). SV1 was found to have no effect on prothrombin time (PT), corresponding to the extrinsic pathway of coagulation. SV1 exhibits high antithrombotic action in vivo, with a concentration ten times higher than heparin. Polysaccharides from S. vulgare promoted direct inhibition enzymatic activity of thrombin and stimulated enzymatic activity of FXa. SV1 showed optimal inhibitory activity of thrombin (50.2±0.28%) at a concentration of 25 μg/mL. Its antioxidant action on scavenging radicals by DPPH was (22%), indicating the polymer has no cytotoxic action (hemolytic) on ABO and Rh blood types in different erythrocyte groups and displays strong anti-inflammatory action on all concentrations tested in the carrageenan-induced paw edema model, demonstrated by reduced edema and cellular infiltration. Angiogenesis is a dynamic process of proliferation and differentiation. It requires endothelial proliferation, migration, and tube formation. In this context, endothelial cells are a preferred target for several studies and therapies. The antiangiogenic efficacy of polysaccharides was examined in vivo in the chick chorioallantoic membrane (CAM) model by using fertilized eggs. Decreases in the density of the capillaries were assessed and scored. The results showed that SV1 and PSV1 have an inhibitory effect on angiogenesis. These results were also confirmed by inhibition tubulogenesis in rabbit aorta endothelial cell (RAEC) in matrigel. These compounds were assessed in Apoptosis assay (Annexin V - FITC / PI) and cell viability by MTT assay of RAEC. These polysaccharides do not affect the viability and do not have apoptotic or necrotic action. RAEC cell when incubated with SV1 and PSV1showed inhibition of VEGF secretion, observed when compounds were incubated at 25, 50 and 100 μg/μL. The VEGF secretion with the RAEC cell line for 24 h, was more effective for PSV1 at 50 μg/μL(71.4%) than SV1 100 μg/μL (75.9%). SV1 and PSV1 had an antiproliferative action (47%) against tumor cell line HeLa. Our results indicate that these sulfated polysaccharides have antiangiogenic and antitumoral actions

Atividade colinesterásica no monitoramento ambiental: importância da determinação de parâmetros cinéticos em peixes estuarinos

Neste trabalho foram analisados os parâmetros cinéticos e a atividade colinesterásica de duas espécies de peixes estuarinos: a corvina Micropogonias furnieri (Teleostei, Scianidae) e o bagre Cathorops spixii (Teleostei, Ariidae), buscando avaliar o uso destas espécies como bioindicadores da presença de compostos anticolinesterásicos no meio aquático. Os exemplares de corvina e bagre, respectivamente, foram coletados nos estados do RS (Lagoa dos Patos) e PR (Baía de Paranaguá) no inverno (corvina) e verão (corvina e bagre) em dois pontos de coleta: um local controle e outro poluído. Os peixes foram anestesiados (bezocaína, 200 ppm) e os cérebros dissecados, homogeneizados e centrifugados. Foram estimados os parâmetros cinéticos (Vmax e Kmap), utilizando iodeto de acetiltiocolina como substrato, nas seguintes concentrações: 0,025; 0,05; 0,2; 0,8; 1,6; 3,2 e 9 mM. Nos estudos de inibição enzimática foi utilizado o carbamato eserina em concentrações de 0,3 a 10 mM e de 1x10-4 a 1 µM, a fim de determinar os parâmetros cinéticos de inibição e a concentração de eserina que inibia 50% da atividade colinesterásica (CI50), respectivamente. Os resultados mostraram pouca variação nos valores de Kmap nas duas espécies, porém diferenças significativas nos valores de CI50 foram observadas, indicando que a ChE do cérebro da corvina M. furnieri é resistente à inibição por eserina. Nos estudos de cinética de inibição da ChE do cérebro do bagre C. spixii, foram encontradas diferenças entre alguns parâmetros, quando foram comparados os peixes coletados no local controle com aqueles coletados no local poluído. Houve uma maior atividade colinesterásica de bagres coletados no local poluído (p<0,05), sendo que o mesmo resultado foi observado em exemplares de corvinas M. furnieri coletados durante o inverno no local poluído. Os resultados obtidos in vitro demonstram que a ChE de M. furnieri possui pouca sensibilidade à eserina. 5 Porém, o fato de ter sido registrada inibição colinesterásica nos organismos coletados durante o verão região poluída sugere a possibilidade de alterações significativas na capacidade de bio-oxidação de pesticidas nesta espécie, ou a possibilidade de inibição por outros contaminantes que também afetam a atividade colinesterásica, como por exemplo, metais. No caso de C. spixii, a determinação dos parâmetros cinéticos e de atividade colinesterásica sugere que pode estar ocorrendo alterações bioquímicas nos peixes previamente expostos a contaminantes no ambiente, provavelmente devido a respostas adaptativas ao ambiente impactado. Desta forma, o presente estudo indica a importância de estudos cinéticos prévios, quando se utiliza ou pretende utilizar, a atividade colinesterásica como bioindicador da presença de compostos anticolinesterásicos no ambiente em espécies aquáticas. 

Evaluation of the antioxidant activity and antitumor activity of marine invertebrates extracts

Dissertação de Mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologias, Universidade do Algarve, 2014