Evaluation of the effect of selenium and zinc in the metabolism of sunflowers through a metallomic study

Orientador: Marco Aurélio Zezzi ArrudaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: Inúmeros trabalhos envolvendo uma nova área de estudos denominada metalômica destacam a necessidade de melhor compreender a interação entre íons metálicos e proteínas. Esta Tese empregou o girassol (Helianthus annuus L.), uma planta da família das oleaginosas que apresenta uma relevante importância econômica na produção de óleo vegetal, bem como em processos de fitorremediação, em um estudo metalômico para avaliação de possíveis alterações na expressão de proteínas mediante o desenvolvimento das plantas irrigadas com íons selenito ou zinco. Inicialmente, o estudo avaliou quatro diferentes métodos para a adequada para extração e separação de proteínas das folhas de girassol empregando a técnica de eletroforese bidimensional em gel de poliacrilamida (2DPAGE), sendo que o melhor procedimento consistiu na extração empregando tampão na presença de fenol. A posterior caracterização das proteínas, nos spots proteicos, empregando espectrometria de massas também foi conduzida evidenciando, pela primeira vez para o organismo estudado, a expressão de 12 novas proteínas. Um estudo ionômico foi desenvolvido para avaliar a distribuição destes elementos nas diferentes estruturas das plantas, buscando correlação com os processos biológicos que estariam ocorrendo nos girassóis. O estudo revelou uma correlação entre o nível de selênio e enxofre nas plantas sugerindo a incorporação do selênio em aminoácidos utilizados para síntese de proteínas. O emprego da técnica de ablação a laser acoplada ao espectrômetro de massas com plasma acoplado indutivamente (LA-ICP-MS) também apresenta destaque na pesquisa, complementando os dados obtidos no estudo ionômico, por meio da identificação de selênio nos spots proteicos extraídos das folhas dos girassóis e separadas por 2D-PAGE. Desenvolveu-se também desenvolver um método para análise quantitativa direta e simultânea de selênio e enxofre nas folhas das plantas empregando a hifenação LA-ICP-MS, buscando correlação entre os dois elementosAbstract: Several papers highlight a new research area called metallomic, and points out the necessity to better understand the relationship between metallic ions and proteins. This Thesis has employed the sunflower (Helianthus annuus L.), which is considered an oilseed plant with significant economical importance for the production of vegetal oil, and also used in fitoremediation processes, to carry out a metallomic study focused on the evaluation of possible changes in proteins expression due to the irrigation of the plants with selenite or zinc ions. Initially, the study evaluated four different methods for the adequate extraction and separation of sunflower leaf proteins using the two-dimensional gel electrophoresis (2DPAGE) technique and the best result was obtained using a phenol based extraction procedure. Further protein characterization in protein spots were carried out using mass spectrometry and revealed for the first time for the studied organism, the expression of 12 new proteins. An ionomic study was also developed to investigate the distribution of these elements in the different structures of the plants, looking for the correlation of obtained data with biological processes that could be occurring in the sunflowers. The study showed a correlation between selenium and sulfur levels, suggesting the incorporation of selenium into amino acids used for the synthesis of proteins. The application of laser ablation technique coupled to the inductively coupled plasma mass spectrometer (LA-ICP-MS) has also been highlighted in this research, complementing the results obtained in the ionomic study through the identification of selenium in sunflower leaves protein spots. In addition, it was evaluated an analytical procedure for the direct and simultaneous quantitative determination of selenium and sulfur in the leaves of the plants using LA-ICP-MS, searching for a correlation between both elementsDoutoradoQuimica AnaliticaDoutor em Ciência