Revista Colombiana de Química

Extraction and analysis of apoplastic phenolic metabolites in carnation roots and stems (Dianthus caryo-phyllus L)

Abstract The present study outlines the conditioning of various parameters for the efficient removal of the apoplastic fraction of carnation enriched in polar compounds, mainly phenolics. Several studies can apply the described workflow to different plant species in the particular or global analysis of those metabolites in this peripheral extracellular space. Hence, using carnation (Dianthus caryophyllus L) roots and stems, we evaluated different infiltration solutions for removing apoplastic metabolites. The best outcome was obtained by using the buffer solution NaH2PO4-Na2HPO4 0.1 M pH 6.5/NaCl 50 mM, since the highest amount of apoplastic phenolic metabolites can be obtained with the slightest contamination of intracellular compounds. The metabolites were separated using HPLC-DAD-ESI-MS, affording chromatographic profiles with reasonable quality parameters based on resolution, selectivity, and number of theoretical plates. It was possible to identify eight differential compounds (one flavone and seven flavonols), whose core moieties consisted of (iso)pratol, kaempferide, (dihydro)kaempferol, quercetin, and myricetin-type flavonoids according to the test organ and the cultivar. We deduced that identified flavonoids are related to phytoanticipin-type metabolites in carnation, such as hydroxy-methoxyflavone, di-o-benzoylquercetin, and kaempferide disalicyloylrhamnoside, which are abundantly present in the resistant cultivar. The conditions described in this work are fundamental for delving into the role of apoplastic phenolic metabolites related to the defense mechanisms of this ornamental plant.

Resumen En el presente estudio se describe el acondicionamiento de algunos parámetros con fines de obtención eficiente de extractos apoplásticos enriquecidos en compuestos polares, principalmente fenólicos. Este flujo de trabajo descrito, incluso, puede ser aplicado a diferentes especies vegetales para ser empleado en el análisis particular o global de metabolitos en este espacio extracelular periférico. Para ello, usando raíces y tallos de clavel (Dianthus cariophyllus L), se evaluaron diferentes soluciones de infiltración para la extracción de los metabolitos apoplásticos. El mejor resultado se logró con la disolución amortiguadora NaH2PO4-Na2HPO4 0,1 M pH 6,5/NaCl 50 mM, porque se obtiene la mayor cantidad de metabolitos fenólicos apoplásticos, con la menor contaminación de compuestos intracelulares. Los metabolitos se separaron mediante HPLC-DAD-ESI-MS, obteniendo perfiles cromatográficos con parámetros de calidad razonables basados en resolución, selectividad y número de platos teóricos. Con estas condiciones, fue posible identificar ocho compuestos diferenciales (una flavona y siete flavonoles), cuyas estructuras básicas comprendían flavonoides del tipo (iso)pratol, kaempférido, (dihidro) kaempferol, quercetina y miricetina, según el órgano de prueba y la variedad. Los flavonoides identificados están relacionados con metabolitos de tipo fitoanticipina en el clavel, como hidroxi-metoxiflavona, di-o-benzoilquercetina y kaempférido disaliciloilrhamnósido, abundantemente presentes en la variedad resistente. Las condiciones descritas en este trabajo son fundamentales para profundizar en el papel de los metabolitos fenólicos apoplásticos relacionados con los mecanismos de defensa de esta planta ornamental.

Resumo O presente estudo descreve o condicionamento de alguns parâmetros para a obtenção eficiente de extratos apoplásticos enriquecidos em compostos polares, principalmente fenólicos. Este fluxo de trabalho descrito pode até mesmo ser aplicado a diferentes espécies de plantas para serem usadas na análise particular ou global de metabólitos neste espaço extracelular periférico. Para isso, utilizando raízes e caules de craveiro (Dianthus cariophyllus L), diferentes soluções de infiltração foram avaliadas para a extração de metabólitos apoplásticos. O melhor resultado foi obtido com a solução tampão NaH2PO4-Na2HPO40 0.1 M pH 6.5/NaCl 50 mM, pois a maior quantidade de metabólitos fenólicos apoplásticos é extraída. Os metabólitos foram separados por HPLC-DAD-ESI-MS, obtendo-se perfis cromatográficos com parâmetros de qualidade razoáveis baseados na resolução, seletividade e número de pratos teóricos. Nessas condições, foi possível identificar oito compostos diferenciais (uma flavona e sete flavonóis), cujas estruturas básicas compreendem flavonóides do tipo (iso) pratol, kaempferida, (dihidro)kaempferol, quercetina e miricetina, de acordo com o órgão e a variedade de craveiro utilizado. Os flavonóides identificados estão relacionados a metabólitos do tipo fitoanticipinas no craveiro, como hidroxi-metoxiflavona, di-O-benzoilquercetina e kaempférido disaliciloilramnósido, abundantemente ocorridos na cultivar resistente. As condições descritas neste trabalho são essenciais para se aprofundar no papel dos metabólitos fenólicos apoplásticos relacionados aos mecanismos de defesa dessa planta ornamental.

In silico modeling of Pseudomonas fluoresceins organomercurial lyase (MerB)

Resumen El modelamiento ¡n silíco ha sido de gran contribución en los procesos proteómicos, desarrollando estructuras de las secuencias proteicas ya existentes, que por motivos de altos costos y las diferentes tecnologías necesarias para el desarrollo de estas metodologías, se encuentran deficientes en el número de modelamientos de proteínas disponibles. Entre aquellas secuencias con carencia de estructura proteica se encuentra la proteína liasa organomercurial (MerB) de Pseudomonas /luorescens, importante en la resistencia al mercurio. En el presente artículo se analizó tanto estructural como funcionalmente la proteína MerB en Pseudomonas jluorescens, utilizando la herramienta de la química estructural "modelamiento por homología" mediante plataformas bioinformáticas, con el fin de obtener un modelo que represente la estructura 3D más precisa y que capturen las mejores variantes estructurales entre todas las posibles conformaciones de las proteínas en la familia. En este trabajo, se desarrolló un método comparativo de la secuencia estudiada con las reportadas en las bases de datos para las proteínas MerB del género Pseudomonas. Se propone un modelo tridimensional para la enzima (MerB) en P. jluorescens, mediante el modelamiento por homología, se muestra la caracterización en la estructura secundaria, terciaria, la caracterización del dominio catalítico y los motivos estructurales presentes.

Abstract In silico modeling has made a great contribution to proteomic processes, developing structures of the already existing protein sequences, which for reasons of high costs and the different technologies necessary for the development of these methodologies, are deficient in the number of models of available proteins. Among those sequences lacking protein structure is the organomercurial lyase (MerB) protein from Pseudomonas fluoresceins, important in mercury resistance. In this article, the MerB protein in Pseudomonas fluorescens was analyzed both structurally and functionally, using the structural chemistry tool "homology modeling" using bioinformatic platforms, in order to obtain a model that represents the most accurate 3D structure and that captures the best structural variants among all the possible conformations of the proteins in the family. In this work, a comparative method of the sequence studied with those reported in the databases for MerB proteins of the genus Pseudomonas was developed. A three-dimensional model for the enzyme (MerB) in P. fluorescens is proposed, through homology modeling, the characterization at the secondary and tertiary structure level, the characterization of the catalytic domain and the structural motifs present is shown.

Resumo A modelagem in silico tem dado um grande contributo para os processos proteómicos, desenvolvendo estruturas de sequências de proteínas já existentes, as quais, pelos elevados custos e pelas diferentes tecnologias necessárias ao desenvolvimento destas metodologias, são deficientes no número de modelos de proteínas disponíveis. Entre as sequências sem estrutura protéica está a proteína organomercurial liase (MerB) de Pseudomonas fluorescens, importante na resistência ao mercúrio. Neste artigo, a proteína MerB em Pseudomonas fluorescens foi analisada estrutural e funcionalmente, usando a ferramenta de química estrutural "modelagem de homologia" usando plataformas de bioinformática, a fim de obter um modelo que represente a estrutura 3D mais precisa e que capture as melhores variantes estruturais. entre todas as conformações possíveis das proteínas da família. Neste trabalho, foi desenvolvido um método comparativo da sequência estudada com aqueles relatados em bancos de dados para proteínas MerB do gênero Pseudomonas. Um modelo tridimensional para a enzima (MerB) em P. fluorescens é proposto, através de modelagem por homologia, a caracterização em nível de estrutura secundária e terciária, a caracterização do domínio catalítico e os motivos estruturais presentes são mostradas.

The state of the art of marine natural products in Colombia

Abstract Marine Natural Products (MNPs) isolated from samples collected in Colombia have been an object of study since the early 1980's; however, this information is neither integrated nor compiled. This systematic review describes the articles published in scientific journals up to December 2019. 173 papers met the inclusion criteria of focusing on MNPs obtained from specimens collected from Colombian seas; all original papers written in English, Portuguese or Spanish. The selected papers were mostly authored by researchers from Colombian groups, with low interaction amongst themselves. 99.4% of the papers studied samples collected from the Caribbean Sea; 183 species were studied, mainly sponges and octocorals. In this study, 1,690 compounds (238 new ones) were reviewed, mainly diterpenes and sterol derivatives. Of the selected papers, 76.8% measured various biological activities, including antibiotic (34%) and anticancer (30%). These papers were published in 51 journals (74.6% were international). In conclusion, scientific work on natural marine products of Colombian origin has incremented over time. The most relevant opportunities to address and fill existing gaps comprise: exploring Pacific Ocean organisms and several of the misrepresented taxa; promoting strong interactions amongst the MNPs research groups, and accordingly with other areas of knowledge; and having the productive sector participate in MNPs research.

Resumen Los productos naturales marinos (PNM) aislados de muestras recolectadas en Colombia han sido estudiados desde principios de los años 1980, mas esta información no está integrada, ni recopilada. Esta revisión sistemática describe los artículos publicados hasta diciembre de 2019. 173 artículos cumplieron los criterios de inclusión de enfoque en PNM obtenidos de especímenes recolectados en mares colombianos; trabajos originales escritos en inglés, portugués o español. La mayoría de los artículos fueron escritos por investigadores de grupos colombianos, con poca interacción entre ellos. El 99,4% de los artículos estudiaban muestras recolectadas del mar Caribe. Se estudiaron 183 especies, especialmente esponjas y octocorales. Se identificaron 1690 compuestos (238 nuevos), principalmente diterpenos y derivados de esteroles. En el 76,8% de los artículos se midió alguna actividad biológica, principalmente antibiótica (34%) y anticancerígena (30%). Los artículos se publicaron en 51 revistas (74,6% internacionales). En conclusión, la investigación sobre los PNM de origen colombiano ha crecido con el tiempo. Algunas oportunidades para abordar las lagunas encontradas comprenden: explorar los organismos del océano Pacífico y los taxa poco estudiados; promover interacciones entre los grupos de investigación de los PNM y de otras áreas del conocimiento; e involucrar al sector productivo en la investigación de los PMN.

Resumo Os Produtos Naturais Marinhos (PNMs) isolados de amostras coletadas na Colômbia têm sido objeto de estudo desde a década de 1980; porém, esta informação não está integrada nem compilada. Esta revisão sistemática descreve os artigos publicados em revistas científicas até dezembro de 2019. 173 artigos atenderam aos critérios de inclusão de foco em PNMs obtidos de espécimes coletados em mares colombianos; artigos originais escritos em inglês, português ou espanhol. A maioria dos autores dos artigos eram pesquisadores de grupos colombianos, com baixa interação entre eles. 99,4% dos artigos estudavam amostras coletadas no Mar do Caribe. Foram estudadas 183 espécies, especialmente esponjas e octocorais. Nesta revisão, identificaram-se 1690 compostos (238 novos), principalmente diterpenos e derivados de esterol. 76,8% dos artigos mediram algumas atividades biológicas, incluindo antibiótica (34%) e anticancerígena (30%). Os artigos analisados foram publicados em 51 periódicos (74,6% internacionais). Em conclusão, o trabalho científico sobre PNM de origem colombiana cresceu ao longo do tempo. As oportunidades mais relevantes para preencher as lacunas existentes incluem: explorar organismos do Oceano Pacífico e os taxa pouco estudados; promover interação entre os grupos de pesquisa de PNMs e com grupos de outras áreas do conhecimento; e envolver o setor produtivo na pesquisa de PNMs.

Evaluation of the performance of a microbial fuel cell with modified graphite electrode for the treatment of wastewater from coffee processing

Resumen La actividad cafetalera en Costa Rica procesa aproximadamente 69.000 toneladas de café mediante la técnica de beneficiado húmedo. Esta actividad conlleva un alto impacto ambiental debido a la generación de8Lde agua residual/kg de café oro producido. El presente trabajo tiene como objetivo utilizar el agua residual del procesamiento de café como sustrato en celdas combustibles microbianas (CCM), con el propósito de generar energía eléctrica a través de su uso y, a la vez, disminuir la carga orgánica del residuo. La CCM empleó un cátodo modificado con ftalocianinas de hierro (FePc), generó una eficiencia coulómbica de 0,7% y una densidad de potencia de 89 UW/ cm2 en un ciclo de operación de cinco días. Además, se determinó que la CCM disminuye la demanda química de oxígeno (DQO) del residuo hasta en 27% bajo las condiciones de operación nativas del sustrato, a temperatura ambiente, sin mediadores químicos para la reacción anódica y con el uso de electrodos de platino para el cátodo. El estudio confirma la oportunidad de emplear el sustrato con una flora microbiana nativa apta para la operación de la tecnología de la CCM, y así perfilar el dispositivo como una opción novedosa para el tratamiento de este residuo en Costa Rica.

Abstract In Costa Rica coffee production is the most traditional agroindustrial activity, each year approximately 69,000 tons of coffee are processed through the technique of wet processing. The process has a high environmental impact since it generates eight liters of wastewater/kg of produced coffee. Consequently, the main goal of this research was to evaluate the electric generation of a Microbial Fuel Cell (MFC) with two chambers, using coffee wastewater as a substrate, which would generate a sustainable solution with an added economic value to this waste in Costa Rica. The MFC with a cathode modified with iron phthalocyanines (FePc) generated a coulombic efficiency of 0.7% and a power density of 89 |uW/cm2 in a 5-day operation cycle. In addition, it was determined that the MFC decreases the COD of the waste by up to 27% under native substrate conditions, without the use of high temperatures, or chemical mediators for the anodic reaction and platinum electrodes for the cathode chamber. The efficiency of the device can be improved with changes at design level that reduce the ohmic internal resistance and improve electrical generation, the study confirms the potential of the substrate with a native microorganism suitable for the use of MFC technology, shaping the device as a novelty option for the treatment of the waste in Costa Rica.

Resumo A indústria do café na Costa Rica processa cerca de 69 000 toneladas de café por meio da técnica de moagem úmida, o que acarreta um alto impacto ambiental devido à geração de 8 L de água residual / kg de café dourado. O objetivo deste trabalho era usar águas residuais do processamento do café como substrato em Células de Combustível Microbianas (CCM) a fim de gerar energia elétrica por meio do seu aproveitamento e ao mesmo tempo reduzir a carga orgânica do resíduo. CCM usando cátodo modificado com ftalocianinas de ferro (FePc) gerou uma eficiência coulômbica de 0,7% e uma densidade de potência de 89 uW/cm2 em um ciclo operacional de cinco dias. Além disso, foi determinado que o CCM reduz a Demanda Química de Oxigénio (DQO) do resíduo em até 27% nas condições nativas de operação do substrato, à temperatura ambiente, sem mediadores químicos para a reação anódica e com a utilização de eletrodos de platina para o cátodo. O estudo confirma a oportunidade de utilizar o substrato com flora microbiana nativa adequada para o funcionamento da tecnologia CCM e, assim, delinear o dispositivo como uma nova opção para o tratamento desses resíduos na Costa Rica.

Theoretical study of the CO Oxidation with O₂ using Au-Pd and Au-Pt catalysts

Resumen En el presente estudio se realizaron cálculos con base en la Teoría del Funcional de la Densidad Electrónica (DFT) con la aproximación B3PW91/LANL2DZ para optimizar los sistemas monometálicos y bimetálicos Au9, Au8Pd, Au8Pt, AuPd8, AuPt8, Pd9 y Pt9. Los materiales fueron teóricamente evaluados como catalizadores para la oxidación de monóxido de carbono (CO) y se determinó el sistema más favorable para la adsorción de esta molécula. La sustitución de átomos de Pt y Pd por átomos de Au en los nonámeros generó un cambio en la estructura tridimensional del sistema. El análisis de reactividad global mostró que el clúster más reactivo es PÍ9, seguido por AuPt s . Los índices de Fukui identificaron los sitios más susceptibles para un ataque nucleofílico de ambos clústeres. La adsorción de CO generó una cascada de oxidación que liberó ~4,5 eV, indicando que la reacción es altamente exotérmica y exergónica. Los clústeres AuPt s y Pt 9 mostraron los valores más bajos de energía de activación de la etapa determinante del mecanismo. En general, la sustitución de un átomo de platino (o paladio) por un átomo de oro no afecta la reactividad de los nonámeros y, por tanto, se infiere que el clúster AuPt s podría ser un catalizador promisorio en la oxidación de CO.

Abstract In the current study were development calculations based on Density Functional Theory (DFT) with the B3PW91/LANL2DZ approach for optimizing both monometallic and bimetallic systems: Au9, AusPd, Au8Pt, AuPds, AuPts, Pd9 y Pt9. Such materials were theoretically tested as catalyst for the oxidation of carbon monoxide (CO) and the most favorable system for its further adsorption was determined. The substitution of Pt and Pd by Au atoms in the nonamers generated a change in the tridimensional structure of the system. The global reactivity analysis showed that the most reactive cluster is Pt9 followed by AuPts. On the other hand, the Fukui indexes identified the most susceptible sites for a nucleophilic attack of both clusters. The CO adsorption generated an oxidation cascade which liberated ∼ 4.5 eV, indicating that the reaction is highly exothermic and exergonic. Both AuPt8 and Pt9 showed the lowest values of activation energy in the determining step of the mechanism. In general, the substitution of a Pt (Pd) atom by an Au atom does not affect the reactivity of the nonamers and then it is inferred that the AuPds cluster could be a promissory catalyst in the CO oxidation.

Resumo No presente estudo, cálculos baseados na Teoria do Funcional da Densidade Eletrônica (DFT) com a abordagem B3PW91/LANL2DZ foram realizados para otimizar sistemas monometálicos e bimetálicos Au9, Au8Pd, Au8Pt, AuPd8, AuPt8, Pd9 y Pt9. Tais materiais foram teoricamente avaliados como catalisadores para a oxidação do monóxido de carbono (CO) e foi determinado o sistema mais favorável para a adsorção desta molécula. A substituição dos átomos de Pt e Pd por átomos de Au nós não-nomes gerou uma mudança na estrutura tridimensional do sistema. A análise de reatividade global mostrou que o cluster mais reativo é Pt9, seguido por AuPt8. Os índices de Fukui identificaram os sítios mais suscetíveis ao ataque nucleofílico de ambos os clusters. A adsorção de CO gerou uma cascata de oxidação que liberou ~4,5 eV, indicando que a reação é altamente exotérmica e exergônica. Os aglomerados AuPt 8 y Pt 9 apresentaram os menores valores de energia de ativação do estágio determinante do mecanismo. Em geral, a substituição de um átomo de platina (ou paládio) por um átomo de ouro não afeta a reatividade dos não-nomes e, portanto, infere-se que o aglomerado AuPt 8 pode ser um catalisador promissor na oxidação do CO.

Syntheses and magnetic properties of substituted bis-indacenyl bi-metallic complexes & application

Abstract Organometallic compounds, Bis (2,4,6,8 teramethyl-indacenyl) di Iron (1), Bis (2,4,6,8 teramethyl s-indacenyl) mono iron, mono cobalt (2), and Bis (2,6 diethyl-4,8-dimethyl-s-indacenyl) di cobalt (3) were synthesised by means of salt elimination strategy, using Fe(II) and Co(II) salts. The compounds were characterised through spectroscopic and electrochemical methods. Magnetic measurements were carried out by Physical Property Measurement System (PPMS). Mossbauer spectroscopic data reveals that in all compounds, surprisingly, Iron is in +3 oxidation state. DFT calculations have been carried out to understand the change in the oxidation state of a metal. DFT study confirms the electron transfer nature of ligand to metal. Cyclic voltametric study on these compounds shows a large separation (ΔE>800mV) between two oxidation peaks confirming the strong interaction between the metal centres. Magnetic measurements on these organometallic compounds reveals that they exhibit a ferrimagnetic behaviour at temperatures below 40 K.

Resumen En este trabajo se sintetizaron los compuestos organometálicos Bis (2,4,6,8 terametil-indacenil) férrico (1), Bis (2,4,6,8 terametil s-indacenil) ferroso, cobaltoso (2) y Bis (2,6 dietil-4,8-dimetil-s-indacenil) di cobalto (3) mediante la estrategia de eliminación de sales, utilizando sales de Fe(II) y Co(II).Los compuestos se caracterizan por métodos espectroscópicos y electroquímicos. Las mediciones magnéticas se llevaron a cabo mediante el sistema de medición de propiedades físicas (PPMS). Los datos espectroscópicos Mossbauer revelan que, en todos los compuestos, sorprendentemente, el hierro se encuentra en el estado de oxidación +3. También se realizaron cálculos DFT para comprender el cambio en el estado de oxidación de los metales. El estudio DFT confirmó la naturaleza de transferencia de electrones del ligando al metal. El estudio voltamperométrico cíclico de estos compuestos muestra una gran separación (ΔE>800mV) entre los dos picos de oxidación que confirman la fuerte interacción entre los centros metálicos. Las mediciones magnéticas de estos compuestos organometálicos revelan que presentan un comportamiento ferrimagnético a temperaturas inferiores a 40 K.

Resumo Compostos organometálicos, Bis (2,4,6,8 terametil-indacenil) di ferro (1), Bis (2,4,6,8 terametil s-indacenil) mono ferro, mono cobalto (2) e Bis (2,6 dietil-4,8-dimetil-s-indacenil) di cobalto (3) foram sintetizados por estratégia de eliminação de sal, utilizando sais de Fe(II) e Co(II). Os compostossão caracterizados por métodos espectroscópicos e eletroquímicos. As medições magnéticas foram realizadas pelo Sistema de Medição de Propriedades Físicas (PPMS). Os dados espectroscópicos Mossbauerrevelam que em todos os compostos, surpreendentemente, o ferro está em +3 estado de oxidação.Os cálculos do DFT foram realizados para entender a mudança no estado de oxidação de um metal. O estudo DFT confirma a natureza da transferência de elétrons do ligante para o metal. O estudovoltamétrico cíclico dessescompostosmostrauma grande separação (ΔE>800mV) entre dois picos de oxidação confirmando a forteinteração entre os centros metálicos. As medições magnéticas nestescompostos organometálicos revelam que eles apresentam um comportamento ferrimagnético a uma temperatura abaixo de 40 K.