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17.4E: Algas Comestíveis - Biologia


As algas comestíveis têm sido usadas como alimento há séculos em muitas regiões costeiras em todo o mundo.

objetivos de aprendizado

  • Descreva o valor nutricional das algas

Pontos chave

  • As algas são um grupo muito diverso de organismos eucarióticos unicelulares ou multicelulares geralmente simples.
  • As algas são de excelente valor nutricional, pois contêm proteínas completas, fibras e, às vezes, altos níveis de ácidos graxos ômega-3, muitas vitaminas e minerais.
  • Alguns compostos usados ​​como aditivos na indústria alimentícia são isolados de algas.

Termos chave

  • proteína completa: Proteína completa (proteína total) é uma proteína que contém todos os nove aminoácidos essenciais.

As algas são um grupo muito diverso de organismos eucarióticos unicelulares ou multicelulares geralmente simples. A maioria deles é autotrófica, o que significa que podem coletar dióxido de carbono da atmosfera e convertê-lo em matéria orgânica. Eles herdaram seu aparato fotossintético das cianobactérias. As cianobactérias às vezes são chamadas de algas verde-azuladas, mas são organismos procarióticos e não são algas verdadeiras. Algumas espécies de cianobactérias também são utilizadas como alimento.

As algas marinhas são algas comestíveis que foram utilizadas durante séculos como alimento em muitas regiões costeiras em todo o mundo. Eles podem pertencer a um dos três grupos de algas multicelulares: vermelhas, verdes ou marrons. Em países como China, Japão, Coréia e, em certa medida, Islândia, Irlanda, Chile e Nova Zelândia as algas fazem parte da dieta regular das pessoas. Geralmente são de origem marinha, pois as algas de água doce costumam ser venenosas.

As algas são de excelente valor nutricional, pois contêm proteínas completas (em contraste com os alimentos vegetais colhidos na terra), fibras e, às vezes, altos níveis de ácidos graxos ômega-3. Na verdade, os ácidos ômega-3 nos peixes vêm das microalgas consumidas na parte inferior da pirâmide alimentar e gradualmente passam para os peixes na parte superior. As algas também são ricas em muitas vitaminas, como A, C, B1, B2, B3 e B6, bem como minerais, como iodo, cálcio, potássio, magnésio e ferro. São consumidos cozidos, secos e crus.

Microalgas e cianobactérias cultivadas, como Espirulina e Clorela são vendidos como suplementos nutricionais. Hidrocolóides como ágar, alginato e carragena são isolados de algas selvagens e cultivadas e usados ​​como aditivos na indústria de alimentos por suas propriedades emulsificantes e espessantes. Alguns dos polissacarídeos complexos encontrados nas algas podem ser digeridos por bactérias no intestino, uma vez que as enzimas necessárias para a digestão estão abundantemente presentes nos japoneses, mas ausentes nas pessoas da América do Norte.


Interferon

Interferons (IFNs, / ˌ ɪ n t ər ˈ f ɪər ɒ n / [1]) são um grupo de proteínas de sinalização [2] feitas e liberadas pelas células hospedeiras em resposta à presença de vários vírus. Em um cenário típico, uma célula infectada por vírus libera interferons, fazendo com que as células próximas aumentem suas defesas antivirais.

Os IFNs pertencem à grande classe de proteínas conhecidas como citocinas, moléculas usadas para a comunicação entre as células para acionar as defesas protetoras do sistema imunológico que ajudam a erradicar os patógenos. [3] Os interferons são nomeados por sua capacidade de "interferir" na replicação viral [3], protegendo as células de infecções virais. Os IFNs também têm várias outras funções: eles ativam células imunes, como células assassinas naturais e macrófagos, aumentam as defesas do hospedeiro ao regular a apresentação de antígenos em virtude do aumento da expressão de antígenos do complexo principal de histocompatibilidade (MHC). Certos sintomas de infecções, como febre, dores musculares e "sintomas semelhantes aos da gripe", também são causados ​​pela produção de IFNs e outras citocinas.

Mais de vinte genes e proteínas distintas de IFN foram identificados em animais, incluindo humanos. Eles são normalmente divididos em três classes: IFN tipo I, IFN tipo II e IFN tipo III. Os IFNs pertencentes a todas as três classes são importantes para combater infecções virais e para a regulação do sistema imunológico.


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O perfil metabólico de várias espécies de algas marinhas discrimina entre algas marrons, vermelhas e verdes

Entre os grupos de algas marinhas, as algas marrons apresentaram concentrações caracteristicamente altas de manitol, e as algas verdes foram caracterizadas por frutose. Em algas vermelhas, os perfis de metabólitos de espécies individuais devem ser avaliados.

As algas marinhas são metabolicamente diferentes das plantas terrestres. No entanto, os perfis metabólicos gerais dos três principais grupos de algas marinhas, as algas marrons, vermelhas e verdes, e o efeito de vários métodos de extração nos resultados de perfis metabólicos não foram exaustivamente explorados. Neste estudo, avaliamos os metabólitos solúveis em água em quatro espécies de algas marrons, cinco vermelhas e duas verdes coletadas em dois locais no norte do Japão, localizados no Mar do Japão e no Oceano Pacífico. As amostras de algas marinhas liofilizadas foram processadas por extração de metanol-água com ou sem clorofórmio e analisadas por eletroforese capilar e cromatografia líquida-espectrometria de massa para caracterização do metabólito. Os perfis de concentração de metabólitos apresentaram características distintas em função das espécies e grupos taxonômicos, enquanto os métodos de extração não tiveram efeito significativo. As diferenças taxonômicas entre os vários perfis de metabólitos de algas marinhas foram bem definidas usando apenas metabólitos de açúcar, mas nenhum outro tipo de composto principal. O manitol foi o principal metabólito do açúcar nas algas marrons, enquanto a frutose, a sacarose e a glicose foram encontradas em altas concentrações nas algas verdes. Nas algas vermelhas, as espécies individuais tinham alguns metabólitos característicos, como o sorbitol em Pyropia pseudolinearis e panose em Dasya sessilis. Os perfis metabólicos gerados neste estudo serão um recurso e fornecerão orientação para estudos de pesquisas nutracêuticas, pois as informações sobre metabólitos em algas marinhas ainda são muito limitadas em comparação com as de plantas terrestres.

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Materiais e métodos

Produtos Químicos e Reagentes

Todos os produtos químicos foram obtidos da Sigma (St. Louis, MO, EUA), salvo indicação em contrário.

Materiais de diatomáceas e preparação de amostras

C. weissflogii O ND-8 foi isolado das águas costeiras de Zhoushan, província de Zhejian na China. Foi cultivado em meio Guillard & # x2019s f / 2 preparado a partir de água do mar natural filtrada e esterilizada, com taxa de inoculação de 1: 8, sob condição de luz de 12 h (intensidade de luz de 75 & # x3bcmol / m 2 / s) e 12 h tempo escuro em 1 dia a 20 & # xb0C & # x201322 & # xb0C.

Caracterização de C. weissflogii ND-8

As fotomicrografias de C. weissflogii ND-8 foi obtido com um microscópio óptico (FM 10 Camera Nikon, Tóquio, Japão) e um microscópio eletrônico de varredura (JSM-6380LV, JEOL, Tóquio, Japão). A identificação molecular foi realizada conforme descrito anteriormente (Su e Yang, 2015). Iniciadores ITS5-F (5 & # x2019-TCACCTACGGAAACCTTGT-3 & # x2019) / ITS5-R (5 & # x2019-TTCAGCGGGTAGTCTTGCCTC-3 & # x2019), e 18S-F (5 & # x2019-ACCTGGT2019-x2019-ACCTGGT2019 / x2019-ACCTGGTAGTGAT) (5 & # x2019-TCACCTACGGAAACCTTGT-3 & # x2019) foram usados ​​para amplificar os fragmentos ND-8 ITS e 18S, respectivamente. Suas sequências ITS e 18S foram comparadas com aquelas disponíveis nos bancos de dados do NCBI usando BLAST. Os resultados da pesquisa foram processados ​​com o software MEGA5.2 (Tamura et al., 2011). A árvore filogenética foi construída pelo método de união de vizinhos, 1.000 repetições de busca aleatória foram realizadas para avaliar o nível de confiabilidade da árvore (Saitou e Nei, 1987).

Extração e isolamento de FX

C. weissflogii ND-8 foi cultivado em meio Guillard & # x2019s f / 2 a 20 & # xb0C & # x201322 & # xb0C por 5 dias, seguido por centrifugação a 4.000 & # xd7 g por 15 min. A lama de algas foi coletada, liofilizada a & # x201370 & # xb0C por 2 dias. A purificação do FX foi realizada conforme descrito anteriormente (Xia et al., 2013). Além disso, para evitar a interferência da luz, todos os experimentos foram realizados no escuro. As frações ativas foram reunidas por TLC em um sistema de solventes contendo éter de petróleo / acetato de etila, 1: 1 (v / v). O fator de retenção (Rf) foi calculado da seguinte forma:

As frações ativas foram reunidas e concentradas em vácuo. Os concentrados foram finalmente secos com um soprador de nitrogênio para posterior separação e análise.

HPLC-MS

A análise de HPLC-MS foi realizada no Thermo Sistema HPLC-MS (Thermo Scientific, Waltham, MA, EUA) usando o Thermo Hypersil GOLD C18 coluna (1,9 - & # x3bcm tamanho de partícula, 2,1 mm & # xd7 100 & # x2009 mm) com metanol e água como eluentes. As condições experimentais foram as seguintes: volume de injeção: 5 & # x2009 & # x3bcM fase móvel: 0 & # x20130,2 min, 95% B 0,2 & # x20133,5 min, 95% & # x20132% B 3,5 & # x20135 min, 2% B 5 & # x20137,5 min, 2% & # x201395% B 7,5 & # x201310 min, 95% B taxa de fluxo: 0,3 ml & # xb7min & # x20131. O eluato de HPLC foi administrado ao sistema MS com uma voltagem de pulverização de 1,0 kV. Os picos de MS foram registrados e comparados com o padrão FX.

A amostra alvo isolada (2,0 mg) e FX padrão (2,0 mg) foram dissolvidos em 0,5 ml de deuteroclorofórmio (CDCl3) e a ressonância magnética nuclear de 1 H (NMR) foi medida usando o espectrômetro de NMR Bruker 400 MHz (MA, EUA).

Animais e Tratamentos

Camundongos adultos C57BL / 6 livres de patógenos específicos com 8 & # x201310 semanas de idade e pesando 20 & # xb1 1 g foram adquiridos no Fujian Medical University Animal Facility (Fujian, China). A amostra incluiu 126 animais, metade machos e metade fêmeas. Todos os experimentos com animais foram conduzidos de acordo com o Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório aprovado pelo Escritório Provincial de Fujian para Gerenciamento de Animais de Laboratório e foi orientado pelo Comitê de Uso e Cuidado de Animais da Universidade Normal de Fujian (Aprovação No. 201800013).

Após aclimatação por 1 semana, 90 camundongos foram divididos aleatoriamente em nove grupos (n = 10 / grupo) com metade masculino e metade feminino, incluindo o grupo Sham (o camundongo recebeu uma injeção intraperitoneal de solução salina normal 1,0 ml / kg), tratado com FX (0,1 & # x201310,0 mg / kg), tratado com LPS (20 mg / kg), grupos tratados com FX + LPS (0,1 e # x201310,0 mg / kg e 20 mg / kg, respectivamente) e grupos de urinastatina (104 U / kg). LPS foi obtido de Escherichia coli 0111: células B4 (Cell Signaling Technology, Beverley, MA, EUA). A ulinastatina foi usada como controle positivo. O grupo sham foi injetado com a mesma quantidade de solução salina tamponada com fosfato (PBS) (0,0067M pH 7,4, HyClone, GE Healthcare Life Sciences, UT, EUA). Os camundongos foram injetados intraperitonealmente (ip) com FX 30 min antes da administração ip de uma dose letal de LPS (20 mg / kg) ou PBS. Todos os camundongos jejuaram por 12 horas no pré-operatório, mas estavam livres para beber água. A taxa de sobrevivência dos camundongos foi registrada a cada 6 h por 120 h, e as curvas de sobrevivência Kaplan & # x2013Meier foram geradas usando o software GraphPad Prism 6 (v.5.01 para Windows GraphPad Software, San Diego, CA, EUA) e analisadas pelo log- teste de classificação. Com base nos experimentos acima, os outros 36 camundongos foram divididos aleatoriamente em seis grupos (n = 6 / grupo) com metade masculino e metade feminino. Após a anestesia com sal de sódio pentobarbital, sangue de camundongo foi coletado através da punção retro-orbital 6 h pós-desafio e deixada coagular a 28 & # xb0C por 30 min. O soro foi subsequentemente coletado por centrifugação a 2000 & # xd7g por 30 min e armazenado em & # x201380 & # xb0C para análise posterior. Os tecidos dos camundongos foram coletados para análises posteriores.

Exame Histopatológico

Tecidos de camundongo foram fixados com paraformaldeído (4%) em PBS para análise histológica. Os tecidos foram enxaguados com água, desidratados com etanol e incluídos em parafina, seguido de corte criostático (& # x223c4 & # x3bcm) e montagem em lâminas de vidro. As seções foram então desparafinadas usando xileno e etanol, e coradas com hematoxilina geral e eosina (H & ampE) para revelar necrose hemorrágica nos tecidos. Alterações histológicas foram observadas sob um microscópio óptico (Olympus, Japão) em ampliações 100 & # xd7 e 200 & # xd7. De acordo com Eriksson et al., A pontuação de lesão hepática foi medida nas seções coradas com H & ampE usando notas de 0 a 4 como segue: uma pontuação de 0 representou nenhum infiltrado inflamatório 1 representou pequenas células inflamatórias entre hepatócitos 2 representou focos maiores de células inflamatórias & gt100 3 representou & gt10% de uma seção transversal envolvida 4 representou & gt30% de uma seção transversal envolvida (Eriksson et al., 2003).

Cultura de células

O macrófago murino RAW 264.7 foi adquirido da American Type Culture Collection (Manassas, VA, EUA) e utilizado como modelo in vitro para investigar as propriedades anti-inflamatórias do FX. As células foram cultivadas em meio Eagle modificado por Dulbecco & # x2019s contendo 10% (v / v) de soro fetal bovino (Gibco, CA, EUA) e 1% (v / v) de penicilina / estreptomicina (Gibco, CA, EUA) a 37 & # xb0C em uma incubadora umidificada com 5% de dióxido de carbono (CO2).

Ensaio de Viabilidade Celular

A viabilidade celular foi avaliada em células RAW 264.7 usando o Cell Counting Kit-8 (CCK-8 Beyotime Biotechnology, Pequim, China). A absorbância da amostra a 450 nm foi medida usando um leitor de microplaca (Synergy HT BioTek, Winooski, VT, USA), e a porcentagem de células sobreviventes em cada grupo tratado foi plotada.

PCR quantitativo em tempo real

A expressão e secreção de mRNA de citocina foi medida pela reação em cadeia da polimerase quantitativa em tempo real após a transcrição reversa (RT-qPCR). O RNA total foi separado usando TRIZOL (Invitrogen, Carlsbad, CA, EUA). O RT-qPCR foi realizado usando SYBR Green (Applied Biosystems, Foster City, CA, EUA) conforme descrito anteriormente (Fan et al., 2018). Os iniciadores usados ​​para RT-qPCR foram os seguintes: IL-1 & # x3b2-F (5 & # x2019-ACAGGCTCCGAGATGAACAA-3 & # x2019) / IL-1 & # x3b2-R (5 & # x2019-TGGGAGTAGTAGACAAGGTACAACCC-3 & # x2019), 6-F (5 & # x2019-TAGTCCTTCCTACCCCAATTTCC-3 & # x2019) / IL-6-R (5 & # x2019-CCTCTCGGCAGTGGATAAAG-3 & # x2019), e TNF - & # x3b1-F (5 & # x2019-CATCTACTAGT2019-CATCTACT-CCT2019-CATGAT2019) e TNF - & # x3b1 -F ) / TNF - & # x3b1-R (5 & # x2019-TGGGAGTAGACAAGGTACAACCC-3 & # x2019).

Medição dos níveis de citocinas pró-inflamatórias por ELISA

Células RAW 264.7 foram pré-tratadas com FX nas doses indicadas por 6 h seguidas por tratamento com LPS de 3 h (1,0 mg / L), e cultivadas em placas de 24 poços (1 & # xd7 10 6 células / poço) por 24 h. Os sobrenadantes das células RAW 264.7 cultivadas foram recolhidos.

Os níveis de TNF - & # x3b1, IL-1 & # x3b2 e IL-6 nos sobrenadantes e amostras de soro (ver acima) foram quantificados usando os kits ELISA (TNF - & # x3b1, R & ampD Systems, Minneapolis, MN, EUA , número de catálogo SMTA00B IL-1 & # x3b2, R & ampD Systems, Minneapolis, MN, EUA, número de catálogo SMLB00C IL-6, R & ampD Systems, Minneapolis, MN, EUA, número de catálogo SM6000B) de acordo com os protocolos do fabricante & # x2019s.

Análise Western Blot

O Western blotting foi realizado conforme descrito anteriormente (Chen et al., 2002, Xiao et al., 2019). Anticorpos anti-gene de resposta primária de diferenciação mieloide 88 (MyD88) (D80F5 # 4283), anti-fosfo-IKK & # x3b1 / & # x3b2 (Ser176 / 180) (16A6 # 2697), anti-IKK & # x3b1 (# 2682), Phospho-IKK & # x3b1 / & # x3b2 (Ser176 / 180) (16A6, # 2697), anti-I & # x3baB & # x3b1 (44D4, # 4812), anti-Fosfo-I & # x3baB & # x3b1 (Ser32 / 36) ( 5A5, # 9246), anti-NF - & # x3baB p65 (D14E12, # 8242) e anti-Phospho-NF - & # x3baB p65 (Ser536) (93H1, # 3033) foram adquiridos da Cell Signaling Technology.

NF - & # x3baB Ensaio de Atividade de Luciferase

As células humanas THP1-Lucia TM NF - & # x3baB foram derivadas da linha de células de monócitos THP-1 humana por integração estável de uma construção repórter Lucia TM induzível por NF - & # x3baB. As células repórter THP-1 Lucia NF & # x3baB foram adquiridas na InvivoGen (San Diego, CA, EUA). As células THP1-Lucia TM NF - & # x3baB foram projetadas especificamente para monitorar a via de transdução de sinal NF - & # x3baB em uma linha celular fisiologicamente relevante. As células THP1-Lucia TM NF - & # x3baB foram cultivadas em placa de 96 poços (1 & # x2009 & # xd7 10 5 / poço) 18 h na presença de diferentes concentrações de FX seguido por LPS (1,0 mg / L) para estimulação . Para a determinação da atividade da luciferase, as alíquotas de 20 & # x2009 & # x3bcl dos meios de cultura de células foram realocadas nas placas pretas de 96 poços (Corning, NY, EUA) seguido por solução de ensaio QUANTI-Luc TM (InvivoGen). As placas foram medidas imediatamente quanto à atividade de luciferase com leitor multiplaca Victor 2 (PerkinElmer) de acordo com as instruções do fabricante e # x2019s.

Coloração imunofluorescente

As células foram cultivadas e fixadas com paraformaldeído 4% por 10 & # x2009min em temperatura ambiente, seguido por tratamento com solução de penetração de membrana (0,3% Triton-100) por 10 min em temperatura ambiente. As células foram lavadas com 1 & # xd7 PBS cinco vezes e depois incubadas com anticorpos primários anti-NF - & # x3baB (p65) (diluição 1: 200) (Cell Signaling Technology, EUA) durante a noite a 4 & # xb0C, seguido de incubação com AlexaFluor 488 anticorpo secundário anti-coelho de cabra a 37 & # xb0C no escuro por 30 min. Os núcleos foram contrastados com 0,5 & # x3bcg / ml 4 & # x2032,6-diamidino-2-fenilindol (DAPI) (1: 800, Santa Cruz) em PBS durante 2 min. Os controles negativos foram preparados pela omissão de anticorpos primários. Após lavagem com PBS três vezes, as amostras foram montadas em meio de montagem (M1289, Sigma-Aldrich), observadas em um microscópio de fluorescência Zeiss (Carl Zeiss, Oberkochen, Alemanha), e as análises de imagem foram realizadas usando o software Zeiss LSM 510.

Análise estatística

Os dados são expressos como média & # xb1 desvio padrão (SD). A significância estatística foi determinada pela ANOVA de uma via e teste de Tukey & # x2019s para post hoc comparação múltipla por 5 software. o P valor & lt 0,05 foi considerado estatisticamente significativo.


17.4E: Algas Comestíveis - Biologia

A aplicação do LC-NMR / MS para a identificação direta de carboidratos em cerveja tem sido estudada. Os carboidratos são os principais componentes da cerveja, e sua caracterização estrutural apenas por NMR é seriamente prejudicada pela forte sobreposição espectroscópica. A análise direta da cerveja por LC-NMR / MS permite a identificação rápida (1−2 h) de dextrinas com grau de polimerização (DP) de até nove monômeros, sendo a desgaseificação o único tratamento de amostra necessário. Embora a presença de pontos de ramificação α (1 → 6) seja facilmente indicada por NMR para cada subfração separada por LC, surgem dificuldades para a atribuição inequívoca de formas lineares ou ramificadas de dextrinas de alto DP. As duas amostras de cerveja investigadas neste trabalho apresentaram composições de oligossacarídeos significativamente diferentes, refletindo as diferentes condições de produção empregadas. O uso de NMR hifenizado para a rápida caracterização da composição de carboidratos de cervejas pode ser a base de uma ferramenta útil para o controle de qualidade de cerveja.

Palavras-chave: Beer NMR LC-NMR / MS carboidratos composição dextrinas

Extração de pimenta, pimenta preta e gengibre com CO quase crítico2, Propano e Éter Dimetílico: Análise dos Extratos por Ressonância Magnética Nuclear Quantitativa
  • Owen J. Catchpole,
  • John B. Gray,
  • Nigel B. Perry,
  • Elaine J. Burgess,
  • Wayne A. Redmond, e
  • Noel G. Porter

Gengibre, pimenta do reino e pimenta em pó foram extraídos usando dióxido de carbono quase crítico, propano e éter dimetílico em escala de laboratório para determinar o rendimento geral e a eficiência de extração para componentes pungentes selecionados. A dependência da temperatura do rendimento e da eficiência da extração também foi determinada para pimenta-do-reino e pimentão usando propano e éter dimetílico. A pungência dos extratos foi determinada por meio de uma técnica de RMN desenvolvida para este trabalho. Os teores de voláteis dos extratos de gengibre e pimenta-do-reino também foram determinados. A extração de todos os tipos de especiarias foi realizada com acetona para comparar os rendimentos gerais. O éter dimetílico subcrítico foi tão eficaz na extração dos princípios pungentes das especiarias quanto o dióxido de carbono supercrítico, embora uma quantidade substancial de água também tenha sido extraída. O propano subcrítico foi o solvente menos eficaz. Todos os solventes extraíram quantitativamente os gingeróis do gengibre. Os rendimentos das capsaicinas obtidas pelo CO2 supercrítico e pelo éter dimetílico foram semelhantes e aproximadamente o dobro do extraído pelo propano. O rendimento das piperinas obtidas pela extração com propano da pimenta-do-reino foi baixo, cerca de -10% do obtido com éter dimetílico e CO2, mas melhorou com o aumento da temperatura de extração.

Palavras-chave: Especiarias gengibre pimenta preta extração de pimenta malagueta quase crítica pungente gengibre piperina capsaicina NMR quantitativo

Determinação cromatográfica líquida simultânea de creatinina e pseudouridina na urina bovina e o efeito do pH da amostra na análise

Um método rápido e confiável para a determinação simultânea de creatinina e pseudouridina é descrito. Ambos os analitos foram detectados em um comprimento de onda ótimo de detecção (262 nm), considerando os níveis relativos presentes na urina bovina. A cimetidina foi usada como padrão interno e detectada em seu comprimento de onda máximo de absorção (220 nm) em um canal separado. Todos os três compostos foram eluídos em 15 min, usando um gradiente de tampão fosfato 10 mmol / L (pH 6,8) -metanol em uma coluna C18. Os dados de creatinina são significativamente dependentes do pH da amostra. As recuperações de ambos os analitos foram acima de 96%. Os níveis mais baixos detectáveis ​​de creatinina e pseudouridina foram 0,28 nmol e 9,0 pmol, respectivamente. O uso do padrão interno resultou em um método de alta precisão (desvio padrão de 1,42 mmol / L e 0,027 mmol / L para creatinina e pseudouridina), porém simples e rápido.

Palavras-chave: Creatinina pseudouridina HPLC padrão interno de matriz de diodos cimetidina

Diferenciação de fenilalanina e tirosina natural e sintética por meio de ressonância magnética nuclear 2 H de abundância natural
  • Elisabetta Brenna,
  • Giovanni Fronza,
  • Claudio Fuganti, e
  • Matteo Pinciroli

A caracterização por RMN de abundância natural de deutério de amostras dos aminoácidos tirosina (1) e fenilalanina (2), examinados como os ésteres metílicos acetilados 4 e 6, foi realizada com o objetivo de identificar por estes meios a contribuição em animais da hidroxilação. da dieta l-fenilalanina (2) à formação de l-tirosina (1), característica previamente revelada nas mesmas amostras por meio da determinação dos valores fenólicos de δ18O. O estudo, que inclui também o exame de NMR de ácido benzóico (5) de 2 e de tirosol (7) de 1, falha substancialmente em fornecer as informações necessárias porque o modo de rotulagem de deutério de amostras de tirosina de diferentes origens é bastante semelhante, mas indica uma diferença dramática no padrão de marcação de deutério dos dois aminoácidos 1 e 2. A variação mais relevante é com relação aos enriquecimentos de deutério nas posições CH2 e CH, que são invertidos nos dois aminoácidos de derivação natural. Além disso, enquanto os átomos de hidrogênio benzílico diastereotópicos de l-tirosina (1) parecem ser igualmente enriquecidos em deutério, em l-fenilalanina (2) o (D / H) 3R & gt (D / H) 3S. Da mesma forma, o ácido benzóico (5) mostra sinais separados para os núcleos de deutério aromático, que são bastante indicativos da derivação natural ou sintética. O modo de marcação com deutério da cadeia lateral de 1 e 2 é tentativamente correlacionado com as diferentes origens dos dois aminoácidos, naturais de fontes animais para l-tirosina e biotecnológicos provavelmente de microrganismos geneticamente modificados para l-fenilalanina.

Palavras-chave: Tirosina fenilalanina tirosol animal origem vegetal aspartame abundância natural deutério RMN

Identificação de compostos voláteis em soja em vários estágios de desenvolvimento usando microextração de fase sólida
  • Stephen M. Boué,
  • Betty Y. Shih,
  • Carol H. Carter-Wientjes, e
  • Thomas E. Cleveland

Os voláteis de sementes de soja (Glycine max) foram analisados ​​usando um método de microextração em fase sólida (SPME) combinado com cromatografia gasosa-espectrometria de massa (GC-MS). Trinta compostos voláteis já relatados para a soja foram recuperados e outros 19 compostos não relatados anteriormente foram identificados ou identificados provisoriamente. O método SPME foi utilizado para comparar o perfil de voláteis da semente de soja em três estágios distintos de desenvolvimento. A maioria dos compostos recentemente relatados em sementes de soja eram aldeídos e cetonas. Durante os primeiros períodos de desenvolvimento no estágio de maturidade R6, vários voláteis estavam presentes em concentrações relativamente altas, incluindo 3-hexanona, (E) -2-hexenal, 1-hexanol e 3-octanona. No estágio de maturidade R7 e R8, quantidades diminuídas de 3-hexanona, (E) -2-hexenal, 1-hexanol e 3-octanona foram observadas. No estágio de maturidade R8 hexanal, (E) -2-heptenal, (E) -2-octenal, etanol, 1-hexanol e 1-octen-3-ol foram detectados em concentrações relativamente altas. A SPME oferece a capacidade de diferenciar entre os três estágios de desenvolvimento da soja que geram informações práticas e fundamentais.

Palavras-chave: Maturidade de voláteis de soja cromatografia gasosa espectrometria de massa microextração em fase sólida SPME

Marcação isotópica e quantificação LC-APCI-MS para investigação da absorção de carotenóides e filoquinona de couve (Brassica oleracea)
  • Anne C. Kurilich,
  • Steven J. Britz,
  • Beverly A. Clevidence e
  • Janet A. Novotny

A capacidade de estudar a biodisponibilidade de nutrientes dos alimentos é uma etapa importante na determinação do impacto desses nutrientes na saúde. Este trabalho descreve um método para estudar a biodisponibilidade de nutrientes da couve (Brassica oleracea var. Acephala) rotulando os nutrientes com carbono-13, alimentando a couve para um voluntário adulto e analisando amostras de plasma para os nutrientes rotulados. Os resultados mostraram que as condições para a produção de couve marcada intrinsecamente na atmosfera não tiveram efeito prejudicial sobre o crescimento das plantas. Luteína, β-caroteno, retinol e filoquinona foram analisados ​​usando espectrometria de massa de ionização química de pressão atmosférica - cromatografia líquida. A análise das amostras de plasma mostrou que a luteína marcada atingiu o pico no plasma em 11 h (0,23 μM), o β-caroteno atingiu o pico em 8 (0,058 μM) e 24 h (0,062 μM), o retinol atingiu o pico em 24 h (0,10 μM) e a filoquinona atingiu o pico às 7 h (3,0 nM). Este método de marcação de couve com 13C foi bem-sucedido na produção de curvas cinéticas claramente definidas para 13C-luteína, 13C-β-caroteno, 13C-retinol e 13C-filoquinona.

Palavras-chave: Carotenóide β-caroteno luteína retinol vitamina A filoquinona vitamina K isótopo espectrometria de massa LC-MS couve Brassica oleracea

COMPONENTES BIOATIVOS
Efeitos ovicidas e adulticidas de Eugenia caryophyllata Compostos de óleo de botão e folha em Pediculus capitis
  • Young-Cheol Yang,
  • Si-Hyeock Lee,
  • Won-Ja Lee,
  • Don-Ha Choi, e
  • Young-Joon Ahn

A toxicidade do botão de Eugenia caryophyllata e compostos derivados do óleo da folha (acetileugenol, β-cariofileno, eugenol, α-humuleno e salicilato de metila) e congêneres do eugenol (isoeugenol e metileugenol) contra ovos e fêmeas de Pediculus capitis foi examinada usando contato direto métodos de aplicação e fumigação e comparados com os amplamente utilizados δ-fenotrina e piretro. Em um bioensaio de difusão em papel de filtro com fêmeas de P. capitis, a atividade pediculicida do botão de Eugenia e dos óleos das folhas foi comparável à da δ-fenotrina e do piretro com base nos valores de LT50 a 0,25 mg / cm2. A 0,25 mg / cm2, o composto mais tóxico para a fêmea de P. capitis foi o eugenol seguido por salicilato de metila. Acetileugenol, β-cariofileno, α-humuleno, isoeugenol e metileugenol não foram eficazes. Eugenol a 0,25 mg / cm2 foi tão potente quanto δ-fenotrina e piretro, mas foi ligeiramente menos eficaz do que os piretróides a 0,125 mg / cm2. Contra ovos de P. capitis, salicilato de metila e eugenol foram altamente eficazes a 0,25 e 1,0 mg / cm2, respectivamente, enquanto pouca ou nenhuma atividade a 5 mg / cm2 foi observada com os outros compostos de teste, bem como com δ-fenotrina e piretro. Em testes de fumigação com fêmeas de P. capitis a 0,25 mg / cm2, o eugenol e o salicilato de metila foram mais eficazes em copos fechados do que abertos, indicando que o efeito dos compostos foi em grande parte devido à ação na fase de vapor. Nem a δ-fenotrina nem o piretro exibiram toxicidade fumigante. Os óleos essenciais de folhas e botões de Eugenia, particularmente eugenol e salicilato de metila, merecem estudos adicionais como potenciais agentes de controle de P. capitis ou compostos de chumbo.

Palavras-chave: Inseticida natural pediculicida ovicida fumigante Pediculus capitis Eugenia caryophyllata óleo essencial GC-MS eugenol metil salicilato modo de ação

Teor de Antocianina e Proantocianidina em Vinhos Tintos e Brancos Selecionados. Comparação da capacidade de absorção do radical de oxigênio com vinhos não tradicionais obtidos de mirtilo alto

A capacidade antioxidante, medida pela capacidade de absorção do radical de oxigênio (ORACPE), os teores de fenólicos totais, antocianinas totais e individuais e da fração de proantocianidina foram avaliados em vinhos tintos e brancos de uvas. Uma comparação em termos de capacidade antioxidante é feita com vinhos não tradicionais feitos de mirtilo highbush. O mirtilo está entre as frutas mais reconhecidas por seus potenciais benefícios à saúde. Nos vinhos tintos, o conteúdo oligomérico total de proantocianidina, incluindo catequinas, foi substancialmente maior (177,18 ± 96,06 mg / L) do que nos vinhos brancos (8,75 ± 4,53 mg / L). Uma correlação relativamente alta em vinhos tintos foi encontrada entre os valores de ORACPE e compostos de malvidina (r = 0,75, P & lt 0,10) e proantocianidinas (r = 0,87, P & lt 0,05). Em vinhos brancos, uma correlação significativa foi encontrada entre a fração trimérica de proantocianidina e os valores de eliminação do radical peroxil (r = 0,86, P & lt 0,10). Uma bebida moderada (1 bebida por dia, cerca de 140 mL) de vinho tinto, vinho branco ou vinho feito de mirtilo highbush corresponde a uma ingestão de 2,04 ± 0,81 mmol de TE, 0,47 ± 0,15 mmol de TE e 2,42 ± 0,88 mmol de TE de ORACPE / dia, respectivamente.

Palavras-chave: Vinho uva mirtilo antocianinas proantocianidinas fenólicas ORAC

Isolamento e efeito anti-hipertensivo dos peptídeos inibidores da enzima conversora da angiotensina I (ACE) do espinafre rubisco
  • Yanjun Yang,
  • Ewa D. Marczak,
  • Megumi Yokoo,
  • Hachiro Usui, e
  • Masaaki Yoshikawa

Quatro novos peptídeos inibitórios para a enzima conversora de angiotensina I (ACE), isto é, MRWRD, MRW, LRIPVA e IAYKPAG, foram isolados da digestão de pepsina-pancreatina do espinafre Rubisco com o uso de HPLC. Os valores de IC50 de peptídeos individuais foram 2,1, 0,6, 0,38 e 4,2 μM, respectivamente. MRW e MRWRD tiveram um efeito anti-hipertensivo após administração oral a ratos espontaneamente hipertensos. A redução máxima ocorreu 2 h após a administração oral de MRW, enquanto a MRWRD apresentou redução máxima 4 h após a administração oral em doses de 20 e 30 mg / kg, respectivamente. IAYKPAG também exerceu atividade anti-hipertensiva após administração oral na dose de 100 mg / kg, apresentando uma redução máxima 4 h após administração oral. IAYKP, IAY e KP, os fragmentos de peptídeos de IAYKPAG, também exerceram atividade anti-hipertensiva. LRPVIA não mostrou nenhum efeito anti-hipertensivo na dose de 100 mg / kg, apesar de sua potente atividade inibitória da ECA.

Palavras-chave: Rubisco espinafre inibidor da ECA efeito anti-hipertensivo em ratos espontaneamente hipertensos (SHR)

Caracterização Química e Efeitos Biológicos do Siciliano Opuntia ficus indica (L.) Mill. Suco de frutas: atividade antioxidante e antiulcerogênica
  • Enza Maria Galati,
  • Maria Rita Mondello,
  • Daniele Giuffrida,
  • Giacomo Dugo,
  • Natalizia Miceli,
  • Simona Pergolizzi, e
  • Maria fernanda taviano

O suco de frutas inteiras de cultivares sicilianas de figos da Índia (Opuntia ficus indica (L.) Mill.) Foi investigado e os teores de ácido ascórbico, polifenóis totais e flavonóides foram determinados. In the juice, ferulic acid was the chief derivative of hydroxycinnamic acid and the mean concentration of total phenolic compounds was 746 μg/mL. The flavonoid fraction, analyzed by high-performance liquid chromatography−diode array detection, consisted of rutin and isorhamnetin derivatives. The juice showed antioxidant activity in the DPPH• test, probably due to the phenolic compounds that are effective radical scavengers. The preventive administration of the juice inhibited the ulcerogenic activity of ethanol in rat. Light microscopy observations showed an increase in mucus production and the restoration of the normal mucosal architecture. The juice is nutritionally interesting, and its dietary intake could provide protection against oxidative damage.

Keywords: Opuntia ficus indica fruit juice antioxidant flavonols antiulcer activity mucosa structural changes

Enhancing Volatile Phenol Concentrations in Wine by Expressing Various Phenolic Acid Decarboxylase Genes in Saccharomyces cerevisiae
  • Annél Smit ,
  • Ricardo R. Cordero Otero ,
  • Marius G. Lambrechts ,
  • Isak S. Pretorius , and
  • Pierre van Rensburg

Phenolic acids, which are generally esterified with tartaric acid, are natural constituents of grape must and wine and can be released as free acids (principally p-coumaric, caffeic, and ferulic acids) by certain cinnamoyl esterase activities during the wine-making process. Some of the microorganisms present in grape can metabolize the free phenolic acids into 4-vinyl and 4-ethyl derivatives. These volatile phenols contribute to the aroma of wine. The Saccharomyces cerevisiae phenyl acrylic acid decarboxylase gene (PAD1) is steadily transcribed, but its encoded product, Pad1p, shows low activity. In contrast, the phenolic acid decarboxylase (PADC) from Bacillus subtilis and the p-coumaric acid decarboxylase (PDC) from Lactobacillus plantarum display substrate-inducible decarboxylating activity in the presence of phenolic acids. In an attempt to develop wine yeasts with optimized decarboxylation activity on phenolic acids, the padc, pdc, and PAD1 genes were cloned under the control of S. cerevisiae's constitutive phosphoglyceratekinase I gene promoter (PGK1P) and terminator (PGK1T) sequences. These gene constructs were integrated into the URA3 locus of a laboratory strain of S. cerevisiae, Σ1278b. The overexpression of the two bacterial genes, padc and pdc, in S. cerevisiae showed high enzyme activity. However, this was not the case for PAD1. The padc and pdc genes were also integrated into an industrial wine yeast strain, S. cerevisiae VIN13. As an additional control, both alleles of PAD1 were disrupted in the VIN13 strain. In microvinification trials, all of the laboratory and industrial yeast transformants carrying the padc and pdc gene constructs showed an increase in volatile phenol formation as compared to the untransformed host strains (Σ1278b and VIN13). This study offers prospects for the development of wine yeast starter strains with optimized decarboxylation activity on phenolic acids and the improvement of wine aroma in the future.

Keywords: Phenolic acid decarboxylation volatile phenols wine yeast wine aroma

Molluscicidal Saponins from Sapindus mukorossi, Inhibitory Agents of Golden Apple Snails, Pomacea canaliculata
  • Hui-Chi Huang ,
  • Sin-Chung Liao ,
  • Fang-Rong Chang ,
  • Yao-Haur Kuo , and
  • Yang-Chang Wu

Extracts of soapnut, Sapindus mukorossi Gaertn. (Sapindaceae) showed molluscicidal effects against the golden apple snail, Pomacea canaliculata Lamarck. (Ampullariidae) with LC50 values of 85, 22, and 17 ppm after treating 24, 48, and 72 h, respectively. Bioassay-directed fractionation of S. mukorossi resulted in the isolation of one new hederagenin-based acetylated saponin, hederagenin 3-O-(2,4-O-di-acetyl-α-l-arabinopyranoside)-(1→3)-α-l-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-l-arabinopyranoside (1), along with six known hederagenin saponins, hederagenin 3-O-(3,4-O-di-acetyl-α-l-arabinopyranoside)-(1→3)-α-l-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-l-arabinopyranoside (2), hederagenin 3-O-(3-O-acetyl-β-d-xylopyranosyl)-(1→3)-α-l-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-l-arabinopyranoside (3), hederagenin 3-O-(4-O-acetyl-β-d-xylopyranosyl)-(1→3)-α-l-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-l-arabinopyranoside (4), hederagenin 3-O-(3,4-O-di-acetyl-β-d-xylopyranosyl)-(1→3)-α-l-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-l-arabinopyranoside (5), hederagenin 3-O-β-d-xylopyranosyl-(1→3)-α-l-rhamnopyranosyl-(1→2)-α-l-arabinopyranoside (6), and hederagenin 3-O-α-l-arabinopyranoside (7). The bioassay data revealed that 1−7 were molluscicidal, causing 70−100% mortality at 10 ppm against the golden apple snail.

Keywords: Sapindus mukorossi Sapindaceae molluscicidal effects Pomacea canaliculata hederagenin saponins


5. Related Species of Malus domestica

As mentioned earlier, the number of species in the genus Malus varies widely, with different taxonomic treatments recognizing anywhere from 8 to 78 primary species (see Section 2.1). Many of the crabapple species can be difficult to differentiate due to the lack of distinguishing characters (Dickson et al. 1991).

Table 2: Provincial distribution of Malus species present in Canada outside of cultivation (from: Brouillet et al. 2010+ CFIA and NRCan/CFS 2011+ Kartesz 1999 Scoggan 1979).
Descriptive text:

The purpose of the table is to illustrate the provincial distribution of Malus species present in Canada outside of cultivation. The table describes whether the species is native to Canada or introduced and the species distribution by province.

Distribution collated from reports of synonyms Malus pumila Moinho. e Malus sylvestris (L. ) Mill. in the literature.

5.1 Inter-species/genus hybridization

Table 3: Reports of experimental interspecific hybrid crosses reported for Malus species present in Canada.
Descriptive text:

The purpose of the table is to highlight reports of experimental interspecific hybrid crosses reported for the Malus species present in Canada. It describes the cross, the number of pollinations and matured fruits, as well as provides references for each cross.

5.2 Potential for introgression of genetic information from Malus domestica into relatives

5.3 Summary of the ecology of relatives of Malus domestica


Material e métodos

In this study, a total of 34 PEPC protein sequences of 14 different families in C4 and CAM plants were collected from National Center for Biotechnology Information (NCBI, http://www.ncbi.nlm.nih.gov).

The Search Tool for the Retrieval of Interacting Genes/Proteins (STRING 10) database (http://string-db.org/) was used to foresee the interacting proteins (Szklarczyk et al. 2014 ). The database contains information from numerous sources, including experimental repositories, computational prediction methods and public text collections.

Various online web services and software were used for analyses of PEPC proteins in C4 and CAM plants. Comparative and bioinformatic analyses were carried out online at the website ExPASy (http://expasy.org/tools). Functional domains in PEPC proteins were identified by ProDom server (http://prodom.prabi.fr/prodom/current/html/form.php) (Altschul et al. 1997 ). Physico-chemical parameters of PEPC proteins were analyzed by ProtParam (http://web.expasy.org/protparam) (Gasteiger et al. 2005 ) and the secondary structure prediction was analyzed by SOPMA (http://npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.html) (Geourjon and Deleage 1995 ).

Prediction of mitochondrial and plastid targeting sequences was accomplished by Predotar 1.03 server (https://urgi.versailles.inra.fr/predotar/predotar.html) while prediction of signal peptide cleavage sites was achieved by SignalP 4.1 server (http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP) (Petersen et al. 2011 ). Identification of subcellular locations and transmembrane helices in proteins was performed by TargetP 1.1 and (www.cbs.dtu.dk/services/TargetP/) (Emanuelsson et al. 2000 ) and TMHMM 2.0 (http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/) (Moller et al. 2001 ) servers, respectively.

The tertiary structure prediction analysis of PEPC proteins was performed by the Phyre2 server using profile–profile matching and secondary structure (http://www.sbg.bio.ic.ac.uk/phyre2/html/page.cgi?id=index) (Kelley and Sternberg 2009 ). Chimera 1.10.1 was used for 3D structure visualization of Zea mays as the model of plants (https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/). Backbone similarities and differences of obtained models were estimated by TM-score server (http://zhanglab.ccmb.med.umich.edu/TM-score/) (Zhang and Skolnick 2004 Xu and Zhang 2010 ). Additionally, the SuperPose web server was used to find the most and the least similarities of PEPC sequences in C4 and CAM plants (http://wishart.biology.ualberta.ca/SuperPose/) (Maiti et al. 2004 ). Finally, stereochemical quality and accuracy of the model was evaluated with PROCHECK 3.5 (http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/software/PROCHECK) by Ramachandran plot analysis (Laskowski et al. 1993 ). Z-score was calculated using interactive ProSA-web service (https://prosa.services.came.sbg.ac.at/prosa.php) for the recognition of errors in three-dimensional structure which indicated model quality and total energy deviation of the structure with respect to energy distribution derived from random conformations (Wiederstein and Sippl 2007 ).

The motifs of protein sequences were discovered using the program of Multiple Em for Motif Elicitation (MEME version 4.10.2) (Bailey et al. 2009 ) and Motif Alignment and Search Tool (MAST version 4.9.1) (Bailey and Gribskov 1998 ) at the website http://meme.nbcr.net/meme. The parameters of MEME analyses were applied as follows: distribution of motif occurrences, zero or one per sequence number of different motifs, 10 minimum motif width, six and maximum motif width, 50.

o múltiplo sequence alignment of PEPC proteins was performed with ClustalW algorithm implemented in Molecular Evolutionary Genetic Analysis (MEGA 6.06) (http://www.megasoftware.net) (Tamura et al. 2013 ) with default parameters. The phylogenetic tree was constructed using the neighbor-joining (NJ) method and the bootstrap test carried out with 1000 replicates.


DISCUSSÃO

This study expanded our understanding of the anatomy and function of the EO in two species of planktivorous fishes of special importance, H. molitrix e H. nobilis, by demonstrating that the EO is an important chemosensory organ in these species. We suggest that it uses this sense to accumulate tiny food particles. In addition, this study provides the first detailed description of the morphology of the gill rakers and EO in these important species and shows that their extremely fine gill rakers and EO canals are closely associated and capable of functioning as an integrated unit. While differences in gill raker morphology and spacing were noted between species, their EOs seem much the same (if not identical). We also present histological evidence suggesting that the EO functions as a sophisticated pharyngeal chemosensory organ with both taste buds and SCCs. Our electrophysiological recordings, the first reported from an EO, demonstrate that the EO detects food-related chemicals including l -amino acids and likely other yet unknown chemicals. Together, these data suggest that the EO via pump filtering identifies and packages planktonic food that bigheaded carp have become specialized to consume. This ability might explain the extreme efficiency with which these carp species feed and thus their invasiveness in eutrophic waters.

Histological staining with nuclear red/light green/orange of 14 μm cryosections of the EO. Cartilage and bone were stained green, the brain, nerves and nerve fiber bundles were stained orange, and epithelia including taste buds were stained purple. These stainings were done for a general overview on sections adjacent to the sections used for immunohistochemistry. Images A, B and C show H. molitrix images D, E, F and G show H. nobilis. A, B and C depict cross-sections through the epibranchial organ and its tubes (T). Image B shows the supporting cartilaginous structures (*) and the ridges at the outside of the epibranchial organ (arrowheads). (D) Horizontal section: the tubes are lined with epithelium that contains taste buds (arrows in C). In some areas modified gill rakers face the areas with taste buds. (E) Higher magnification of the modified gill rakers. (F) Some areas of the tubes contain small flaps as shown in Fig. 4C. (G) Higher magnification of the small flaps, which are lined with abundant mucus cells (arrows).

Histological staining with nuclear red/light green/orange of 14 μm cryosections of the EO. Cartilage and bone were stained green, the brain, nerves and nerve fiber bundles were stained orange, and epithelia including taste buds were stained purple. These stainings were done for a general overview on sections adjacent to the sections used for immunohistochemistry. Images A, B and C show H. molitrix images D, E, F and G show H. nobilis. A, B and C depict cross-sections through the epibranchial organ and its tubes (T). Image B shows the supporting cartilaginous structures (*) and the ridges at the outside of the epibranchial organ (arrowheads). (D) Horizontal section: the tubes are lined with epithelium that contains taste buds (arrows in C). In some areas modified gill rakers face the areas with taste buds. (E) Higher magnification of the modified gill rakers. (F) Some areas of the tubes contain small flaps as shown in Fig. 4C. (G) Higher magnification of the small flaps, which are lined with abundant mucus cells (arrows).

The primary finding of this study is that the EO of bigheaded carps functions as a chemoreceptive organ. It has large numbers of taste buds and SCCs and is innervated by vagal nerve fibers that respond to relevant chemical stimuli. Specifically, we found large numbers of both taste buds and SCCs both within and outside the EO in both species. The taste buds stained with calretinin, typical of taste buds described in other fish (Reutter et al., 1974). In contrast, we found few taste buds and no SCCs either on the lips or within the buccal cavity of either species, consistent with our inability to record neural activity to chemical stimuli applied to these areas. Together, these data strongly suggest that the EO is the primary taste organ in these species. Although rather small, taste buds of the bigheaded carps resembled those of other fish species (Reutter et al., 1974). For comparison, taste buds in catfish of sizes comparable to the size of our specimens are about 50–80 μm high (Kirino et al., 2013) and in other fish species reach heights even up to 80 μm and widths 40–60 μm (Hansen and Reutter, 2004). The taste buds in the bigheaded carps were only 22–25 μm high and 10–18 μm wide. That these taste buds responded to AAs is typical of those on other organs in other fishes (Sorensen and Caprio, 1998) (see below). Our experiments also described the presence of SCCs on the EO as well as on the internal flaps within the EO and the gill rakers. SCCs have been observed on gill rakers in other teleosts (Hansen, 2005) as well as other organs of other vertebrates (Finger et al., 2003), but their function is not well understood. SCC morphology varies with respect to the apical endings of the cells and may vary even in the same fish species (Kotrschal et al., 1997), as seen here in the bigheaded carps. Only in the sea robin, Prinotus carolinus (Silver and Finger, 1984), is there direct evidence for the types of chemical stimuli detected by SCCs in fish, and l -amino acids have been implicated. It is possible, but unknown, whether our electrophysiological recordings included responses from SCCs.

In addition to presenting clear histological results that the EO serves as a specialized pharyngeal taste organ, we present electrophysiological evidence that it is responsive to the chemical stimuli found in their planktonic foods. It is notable that the detection threshold of the EO was about 1% that of stock concentration because this concentration would be relevant within the buccal cavity, which lacks other chemosensory structures: the EO appears to be the primary taste organ in these species. The mixture of l -amino acids found in their algal food was only partly responsible for the responsiveness, strongly suggesting that additional unidentified stimuli exist. This is notable because it is commonly thought that l -amino acids are the primary feeding cues in fishes, although most work has focused on carnivores (Sorensen and Caprio, 1998) likely some not yet tested chemostimulatory metabolites are present in their specialized planktonic diet which includes cyanobacteria. Although future studies should examine the physiological function of the EO in greater detail, we believe our work establishes the EO as a new type of internal, pharyngeal taste organ.

Histology of the epibranchial organ. Sections adjacent to those of Fig. 5 were treated with antibodies against calretinin (red), a marker for taste buds and solitary chemosensory cells, and acetylated tubulin (green), a marker for nerve fibers. Images A, B, D and E show H. molitrix, images C, F, G and H show H. nobilis. (A) As seen in Fig. 5, parts of the tubes are lined with epithelium containing taste buds whereas taste buds in other areas are scarce. (B) The epithelium outside the EO has ridges that contain taste buds (cf. Fig. 5B). (C) Taste buds innervated by small tubulin-positive nerve fibers lie opposite modified gill rakers (*), which usually do not have taste buds. (D) The modified gill rakers (*) contain few solitary chemosensory cells (arrow). (E) Higher magnification of the modified gill rakers. The red dots depict a few calretinin-positive solitary chemosensory cells. (F) The ridges on the outside of the EO have small protrusions that contain several taste buds. (G) Higher magnification of a taste bud (red) contacted by small nerve fibers (green). (H) Higher magnification of a solitary chemosensory cell also contacted by small nerve fibers.

Histology of the epibranchial organ. Sections adjacent to those of Fig. 5 were treated with antibodies against calretinin (red), a marker for taste buds and solitary chemosensory cells, and acetylated tubulin (green), a marker for nerve fibers. Images A, B, D and E show H. molitrix, images C, F, G and H show H. nobilis. (A) As seen in Fig. 5, parts of the tubes are lined with epithelium containing taste buds whereas taste buds in other areas are scarce. (B) The epithelium outside the EO has ridges that contain taste buds (cf. Fig. 5B). (C) Taste buds innervated by small tubulin-positive nerve fibers lie opposite modified gill rakers (*), which usually do not have taste buds. (D) The modified gill rakers (*) contain few solitary chemosensory cells (arrow). (E) Higher magnification of the modified gill rakers. The red dots depict a few calretinin-positive solitary chemosensory cells. (F) The ridges on the outside of the EO have small protrusions that contain several taste buds. (G) Higher magnification of a taste bud (red) contacted by small nerve fibers (green). (H) Higher magnification of a solitary chemosensory cell also contacted by small nerve fibers.

Our study extends our understanding of the gross morphology of the EO in bigheaded carps while elaborating on its remarkable anatomical specialization. In particular, we confirmed Boulenger's (Boulenger, 1901) century-old observation that the EO in bigheaded carp contains four blind tubes and demonstrate that the gill rakers of these species directly continue into these tubes through a series of specialized protrusions, probably allowing it to serve as an integrated feeding system. These protrusions, which have not been noted before, may keep larger undesirable particles from entering the EO. As long suspected, but not previously demonstrated, our histological results show that the EO contains large numbers of mucus cells and food boli inside the EO, suggesting that it does indeed aggregate food particles (Wilamovski, 1972). No other specialized secretory cell types were found in the EO, adding no support to a previous conjecture that the organ may also have a digestive function (Bertmar et al., 1969). While confirming an earlier report that the EO is muscular (Wilamovski, 1972 Bauchot et al., 1993), we found new evidence that the EO is reinforced with cartilage, which probably facilitates its ability to forcefully intake and expel water and food particles. Additionally, we illustrated gill raker morphology in both species in a detail not previously shown (Boulenger, 1901 Fang, 1928). Their fine structure is consistent with the likelihood that the gill rakers function with the EO to direct food for aggregation at the entrance of the alimentary canal via cross-flow filtration (Sandersen et al., 2001).

Finally, our study adds new insight into the function of the EO. We show that the EO contains numerous mucus and chemosensory cells, its canals are continuous with the gill rakers, and it contracts strongly when exposed to chemical stimuli. These findings directly support conjecture by Wilamovski (Wilamovski, 1972) that the EO in the bigheaded carps aggregate food from the gill rakers by secreting mucous and pumping and expelling it as boli, to the floor of the pharynx near the tiny alimentary canal for consumption (see Fig. 8 for schematic detail). From this study it now appears that the EO detects the presence of accumulating, desirable food particles in its canals using food chemicals detected by its taste buds and SCCs. Given the huge mass of fine particles that frequently exist in eutrophic (and dimly lit) waters, many of which would not be expected to be edible, but which would tend to accumulate in the gill rakers, the presence of chemosensory cells to discern food consumption would be highly adaptive. The fact that EO detects compounds other than AAs is intriguing given that many phytoplankton species (i.e. cyanobacteria) contain toxins (Beveridge et al., 1993 Leflaive and Ten-Hage, 2007), which might also be detected as part of a possible role of the EO in food selection. Whether mucus production in the EO might be directly stimulated by appropriate food chemicals is unknown. The precise connection between the presence of food particles and their chemicals, and EO pumping will be critical to unravel. Analogies may exist between the EO and the palatal organ, a specialized internal food recognition and sorting system in Eurasian carps including the goldfish, Carassius auratus (Finger, 2008), and common carp (Sibbing, 1982). It is interesting that taste buds and SCCs both occur on the EO, but any functional consequences of this association are unknown at present.

Electrophysiological responses of a branch of the vagus nerve which innervates the epibranchial organ of bighead carp to chemical feeding stimuli. (A) Integrated gustatory electrophysiological responses from a branch of the vagus nerve in bighead carp to increasing concentrations of the filtrate of the algal food (AF) and the l -amino acids this food contains (AA). Mean responses (± s.e.m.) are expressed relative to those elicited by the AA mixture (STD). Data represent three preparations. (B) Representative integrated traces from one of the carp whose data are represented in panel A. Responses are shown to 0.1, 1.0, 10.0, 33.3 and 100% AF (Control: well water control STD: AA mixture at full strength). The responses elicited to 100% AA and AF differed (P<0.10, paired t-teste N=3).

Electrophysiological responses of a branch of the vagus nerve which innervates the epibranchial organ of bighead carp to chemical feeding stimuli. (A) Integrated gustatory electrophysiological responses from a branch of the vagus nerve in bighead carp to increasing concentrations of the filtrate of the algal food (AF) and the l -amino acids this food contains (AA). Mean responses (± s.e.m.) are expressed relative to those elicited by the AA mixture (STD). Data represent three preparations. (B) Representative integrated traces from one of the carp whose data are represented in panel A. Responses are shown to 0.1, 1.0, 10.0, 33.3 and 100% AF (Control: well water control STD: AA mixture at full strength). The responses elicited to 100% AA and AF differed (P<0.10, paired t-teste N=3).

In conclusion, this study demonstrates new aspects of the function of the EO in fishes, and in bigheaded carps in particular. Our results show that the EO is chemosensitive, and suggest that it plays a role in ingestion and food selection. It is possible that the chemosensitivity of the EO function might be exploited using flavored nanoparticles that are now being considered as means to selectively deliver toxins to these species for control (Hinterthuer, 2012). Further studies will need to determine the full range of chemical classes detected by the EO and its precise role in food ingestion in these species and other species that possess this intriguing organ. How this system might work together with the sense of smell (which is seemingly well developed) to locate, select and ingest novel planktonic food will also be interesting to determine.


Advanced BioFuels USA

Teachers will find many useful links and information on the Education Resources page and on the Grants page. In addition, Advanced Biofuels USA has prepared PowerPoint presentations available in the Biofuels Basics section on the PowerPoint Presentations page.

This page provides links and information about a sample of programs and activities in schools stories about teachers and students who “learned by doing” and news reports about educational activities.

For more examples, click on categories such as Education and Teacher Resources along the right margin of the web site. And, subscribe to our free monthly newsletter.

Network, Share, Collaborate

Advanced Biofuels USA is gathering contact information for educators around the world who are working on curriculum-based educational materials to teach about advanced biofuels. If you or someone you know is working on such materials–or wants to, please provide us with contact information and the reason you/they want to be a part of this network. Let us know what sorts of materials or services this collaborative network might provide that would be useful for developing quality, effective, up-to-date educational materials. Email us at [email protected] and put Educational Network in the subject line.

The Bioenergy and Bioproducts Education Programs (BBEP) (formerly Northeast Bioenergy & Bioproducts (NBB) Programs)

Based at Cornell University, Bioenergy & Bioproducts Education Programs provide professional development and hands-on teaching tools for educators (grades 6 – 16 in service and pre-service teachers and extension educators) who want to learn and teach about the Bioenergy and Bioproducts systems currently in use and under development in the United States. Through the collaborative efforts and expertise of six institutions of research and higher learning, this program aims to inspire today’s students to pursue careers in math and science by aligning concern for the natural environment with the emerging bioenergy and bioproducts industries. CONSULTE MAIS INFORMAÇÃO

Smithsonian Science Education Academies for Teachers

SSEAT Academies provide teachers with an opportunity to take part in a week-long professional development course behind-the-scenes at Smithsonian museums and other world class research facilities throughout the greater Washington, DC area.

Since 2005, the Smithsonian Science Education Center (SSEC) has held summer academies, Smithsonian Science Education Academies for Teachers (SSEATs). The SSEAT Academies provide teachers with an opportunity to take part in a week-long professional development course behind-the-scenes at Smithsonian museums and other world class research facilities throughout the greater Washington, DC area. The academies help to bridge the gap between the formal science education programs of the SSEC and the informal science education that exists throughout the Smithsonian, and combine training in science pedagogy with content presented by scientists and researchers who are experts in their fields.

Recent topics of the SSEATs include Biodiversity, Energy’s Innovations and Implications, Earth’s History and Global Change, and Space Science. Each SSEAT academy engages 20-30 teachers from grades K–12 over a week. Each day, participants engage in carefully selected science experiences directly related to concepts addressed in the content and pedagogical training, and guided by scientists, curators, and educators from a variety of facilities including the Smithsonian. The goals and design of the academy align with the Smithsonian’s goals and the Smithsonian’s Strategic Plan for Science. The Smithsonian Institution strongly supports the initiative, which it sees as complementing its education outreach work of promoting and providing a framework for the participation of their staff in the professional development of teachers.

  • Learn from distinguished guests such as world-renowned NASA scientific illustrator Sally Bensusen
  • Participate in hands-on activities that translate directly into the classroom using a variety of resources, including Smithsonian Science for Global Goals curriculum
  • Tour state of the art facilities such as the Harvard College observatory or get a behind-the-scenes look at Smithsonian museum

The Smithsonian Science Education Center is proud to offer Continuing Education Units (CEUs) for our Academies through Virginia Commonwealth University. The VCU Office of Continuing and Professional Education offers opportunities for personal and professional development as well as custom training solutions, logistical support and skills training in negotiation and mediation. Take the next step at: ocpe.vcu.edu.

* Not all academies are offered every year. Please see here to see which academies will be offered this year. CONSULTE MAIS INFORMAÇÃO

National Council for Science and the Environment

NCSE has established a range of programs to increase the number, quality and diversity of people capable of bringing science to bear on the critical environmental challenges facing our society. These include the:

    EnvironMentors is a science education and national college access program with a mission to mentor and motivate high school students from communities underrepresented in the sciences as they plan and conduct environmental research and acquire skills that will allow them to build careers and become more active stewards of their communities and the environment. EnvironMentors chapters are located around the country and are hosted through partnerships with universities and educational based nonprofit organizations. Since 1992, the program has paired over 2,000 high school students with mentors through its network of chapters throughout the country.

NCSE Alliance of Sustainability and Environmental Leaders The NCSE Alliance of Sustainability and Environmental Academic Leaders (NCSE Leaders’ Alliance) brings together over 100 deans, directors, and academic leaders of environmental and sustainability departments, programs, and schools from all NCSE Members. Participation in the NCSE Leaders’ Alliance provides a valuable peer network for academic leaders to improve the quality and effectiveness of environmental and sustainability higher education programs, research, curricula, and workforce development.

Formerly known as the NCSE Council of Environmental Deans and Directors (CEDD) and the NCSE Community College Alliance for Sustainability Education (CCASE), the NCSE Leaders’ Alliance now captures both CEDD and CCASE and includes the expansion of academic leaders beyond deans and directors as the landscape of sustainability education has continued to evolve and grow. Each NCSE Member is invited to select two deans, directors, and academic leaders to represent their institution on the NCSE Leaders’ Alliance. The NCSE Leaders’ Alliance provides input and perspective on priorities of NCSE Members and advances the quality and effectiveness of interdisciplinary environmental and sustainability education and scholarship.

Current Membership Benefits

  • Participate in the NCSE Alliance of Sustainability and Environmental Academic Leaders (NCSE Leaders’ Alliance), a group for deans, directors, and academic leaders to connect with peers on a range of issues in higher education.
  • Attend the NCSE Annual Conference with select complimentary registrations and unlimited discounted registrations.
  • Engage with local governments and support students to navigate the science-policy interface.
  • Lead and participate in Communities of Practice, technical working groups that support and amplify education, research, and analysis from higher education institutions.
  • Access to NCSE Higher Education Research Reports for analysis of national trends in environmental and sustainability education and research to help institutions innovate.
  • Receive exclusive communications that shares tangible tools for science to engage in environmental decision-making, such as NCSE Pathways and a members-only email list.
  • Attend in-person and virtual events and webinars that convene scientists, thought leaders, and decision-makers.

National Energy Education Development (NEED) Project

Started in 1980, The National Energy Education Development (NEED) Project began as a one-day celebration of energy education when National Energy Education Day was recognized by a Joint Congressional Resolution. In the same year, President Jimmy Carter issued a Presidential Proclamation stressing the need for comprehensive energy education in our schools, a reduction in our dependence of fossil fuels, and increasing energy efficiency and the use of renewable energy technologies. Since its founding 40 years ago, NEED has kept its Kids Teaching Kids philosophy as a fundamental principle of NEED programming – encouraging students to explore, experiment, engage, and encouraging teachers to embrace student leadership in the classroom. NEED trains and assists teachers in harnessing the energy of the classroom – the energy of students.

NEED is expanding and evolving to best meet the needs of both teachers and students – in the classroom and beyond. In just the last decade The NEED Project has grown to encompass a curriculum portfolio of 100+ teacher and student guides designed to engage and teach teachers and students about energy. At the same time, the training opportunities offered by NEED expanded to include a variety of teacher professional development and training for educators and school district energy personnel as well. NEED’s work in after school programs, student clubs, scouting groups, and home school networks also continues to grow.

Growth Energy and National Association of Agricultural Educators (NAAE) High School Biofuels Curriculum

The curriculum is the first industry-supported biofuels curriculum that provides students a guided in-classroom experience and will offer agricultural educators the tools needed to provide students with an array of technical skills and historical knowledge in biofuels.

Agricultural educators considering including this curriculum into their lesson plan for the semester will have access to a number of resources to help supplement the activities provided within the curriculum. These include helpful presentation slides on the history, technology, and policy that make biofuels important for the rural economy, and assessment tools that educators can use to assess and track student progress. Additionally, each activity concludes with a short self-assessment meant to encourage discussion and identify key takeaways that students can reflect on. The curriculum can be downloaded here.

ExploraVision Science Competition K-12

ExploraVision is a science competition that encourages K-12 students of all interest, skill and ability levels to create and explore a vision of future technology by combining their imaginations with the tools of science. All inventions and innovations result from creative thinking and problem solving. That’s what ExploraVision is all about. CONSULTE MAIS INFORMAÇÃO

Ethanol 101

Basic information about ethanol from “Let’s Clear the Air.” READ MORE

University of Idaho 4-H

The University of Idaho’s Biodiesel Education Program has released curriculum designed to help students between the ages of eight and 12 understand the concepts of energy and renewable energy. While the free seven-lesson program was written for 4-H clubs, the Biodiesel Education Program stresses it is also appropriate for use by elementary school teachers.

The curriculum features several hand-on activities, including a matching game, a fossil fuels timeline and a renewable energy model. Other components of the program include an energy tour and viscosity wands.

The program includes two parts, a student workbook and an instructor’s manual. The student workbook contains lessons titled “What is Energy,” “Liquid Fuels as Energy Sources,” “Fossil Fuels,” “Renewable Energy,” “Vegetable Oil and Animal Fat as Sources of Energy,” “How is Biodiesel Made and Used,” and “Scientists and Engineers.” READ MORE and MORE