Caracterização estrutural de polissacarídeos de folhas de erva-mate (Llex paraguariensis) e suas propriedades biológicas

Orientador : Prof. Dr. Guilherme Lanzi SassakiCo-orientador : Dr. Lauro Mera dos SantosCo-orientadora : Profª Drª Yanna Dantas RattmannTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ciências : Bioquímica. Defesa: Curitiba, 28/10/2014Inclui referênciasResumo: Ilex paraguariensis (Aquifoliaceae), conhecida popularmente como erva-mate, é uma espécie nativa da América do Sul, da qual são obtidas diversas bebidas. Esta planta tem ganhado rápida introdução no mercado internacional, na obtenção de chás ou como ingrediente de alimentos e suplementos dietéticos, devido às suas várias propriedades (antioxidante, estimulante do sistema nervoso central, hepatoprotetora, etc). No presente trabalho, foram avaliadas as atividades anti-inflamatória e antiúlcera de polissacarídeos extraídos de folhas de erva-mate. Inicialmente foi obtido um polissacarídeo por meio da extração aquosa à quente de folhas processadas, conforme o processo de beneficiamento para o chimarrão (SPI). Análises de metilação e RMN-HSQC permitiram caracterizar SPI como uma ramnogalacturonana, com uma cadeia principal formada por unidades de -D-GalpA (14)-ligadas, intercaladas por unidades de -L-Rhap, e substituída por cadeias laterais de arabinogalactanas do tipo I. SPI foi testado quanto à sua ação farmacológica contra septicemia, utilizando o modelo de ligadura e perfuração de ceco em camundongos (CLP). O tratamento com SPI nas doses de 3, 7, e 10 mg/kg reduziu significativamente a letalidade dos camundongos, em vários pontos no decorrer do período de observação, especialmente entre o período de 24 a 108 horas. Ao final da curva de letalidade (168 h), os camundongos apresentaram taxa de sobrevivência de 20%, 40% e 60% com as respectivas doses, em comparação ao grupo tratado com o veículo. SPI também afetou a infiltração de neutrófilos, diminuindo seu acumulo nos pulmões e o consequente dano causado por eles. Além disso, diminuiu significativamente os níveis teciduais de iNOS e COX-2, duas importantes enzimas relacionadas ao processo inflamatório. Sabe-se que as condições de crescimento dos vegetais (luz solar, estações, chuvas, etc), assim como o estágio de maturação das folhas podem promover alterações nos constituintes químicos das plantas. Processos realizados pós-colheita como o sapeco e torrefação realizados na erva-mate também levam a modificações estruturais destes constituintes. Assim, o potencial gastoprotetor de polissacarídeos isolados de folhas de erva-mate em diferentes estágios de crescimento, sob diferentes condições de luz solar e submetidas a diferentes processamentos também foi avaliado. Os polissacarídeos isolados por meio de extração aquosa à quente apresentaram como componentes monossacarídicos majoritários Ara, Gal, GalA, Rha e Glc e foram caracterizados como arabinogalactanas do tipo I, ligadas a ramnogalacturonas do tipo I. Análises de HSQC/PCA mostraram haver diferenças na intensidade de sinais nos espectros dos polissacarídeos, evidenciando que a porção neutra (arabinogalactana) é maior nos polissacarídeos obtidos das folhas submetidas aos processos oxidativos. Ao serem testados quanto sua atividade antiúlcera gástrica, todos os polissacarídeos inibiram significativamente lesões gástricas induzidas por etanol em ratas. No entanto, os polissacarídeos obtidos das folhas oxidadas mostraram-se mais eficientes, sendo SP12 (polissacarídeo extraído das folhas maduras cultivadas a sombra) o mais eficaz. O mecanismo de ação destes polissacarídeos ainda não foi elucidado, uma vez que estes não alteram a quantidade de muco gástrico e níveis de glutationa reduzida, dois importantes mecanismos citoprotetores contra lesões gástricas. Em paralelo aos estudos realizados com os polissacarídeos realizou-se uma análise comparativa de metabólitos secundários em diferentes espécies de Ilex. Palavras-chaves: Ilex paraguariensis, polissacarídeos, ramnogalacturonanas, arabinogalactanas, sepse, anti-inflamatória, efeito gastoprotetor.Abstract: Ilex paraguariensis (Aquifoliaceae), popularly known as erva-mate, is a species native to South America, from which various beverages are obtained. This plant has gained rapid introduction in the international market, for tea manufacturing or as ingredient for foods and supplements, because it has many properties (e. g. antioxidant, stimulant of the central system, hepatoprotective, etc). In this study, were evaluated the anti-inflammatory and gastric protection activities of polysaccharides extracted from leaves of erva-mate. A polysaccharide was obtained by the hot aqueous extraction from chimarrão-type leaves (named SPI). Methylation analysis and NMR-HSQC allowed to characterize SPI, as a rhamnogalacturonana with a main chain of units -D-GalpA (14)-linked, intercalated by units -L-Rhap, branched by side chains of arabinogalactan type I. SPI was assayed for pharmacological action on septicemia in mice model, induced by cecal ligation and puncture (CLP). The treatment with SPI at doses of 3, 7, and 10 mg/kg significantly reduced the lethality of mice, at various points of curve during the observation period, particularly between from 24 to 108 hours. At the end of lethality curve (168 h), the mice survival rates was 20%, 40% or 60% accordingly to the doses of SPI, in comparison with the group treated with the vehicle. SPI also affected neutrophil infiltration, avoiding its accumulation in the lungs and the subsequent tissue damage. In addition, SPI significantly reduced the tissue levels of iNOS and COX-2, two important enzymes related to the inflammatory process. It is known that the cultivation conditions (i. e. sunlight, seasons, rain, etc), the maturation level of the leaves and post-harvest processes, such as blanching and roasting in mate can lead to structural modifications of the chemical constituents of plants. Thus, the potential gastroprotection of polysaccharides from I. paraguariensis, obtained from leaves at different stages of growth, under different conditions of sunlight or subjected to different manufacturing process was evaluated. The polysaccharides isolated by the hot aqueous extract showed as major components monossacarídicos Ara, Gal, GalA, Rha and Glc and were characterized as arabinogalactan type I linked to rhamnogalacturonan type I. Analysis by HSQC/PCA showed some differences in the intensity signals in the spectra of the polysaccharides, evidencing that neutral portion (arabinogalactan) is greater in the polysaccharides obtained from the leaves submitted the oxidative processes. When they were tested for their gastric antiulcer activity, all polysaccharides significantly inhibited ethanol-induced gastric lesions in rats. However polysaccharides obtained from the oxidized leaves were more efficient, and SP12 (polysaccharide extracted from cultured mature leaf shade) the more effective. The mechanism of action of these polysaccharides have not yet been elucidated, since they do not alter the amount of gastric mucus and levels of reduced glutathione, two cytoprotective mechanisms important against gastric lesions. In parallel to the studies of the polysaccharides was carried out a comparative analysis of different secondary metabolites Ilex species. Keywords: I. paraguariensis, polysaccharides, rhamnogalacturonan, arabinogalactan, sepsis, anti-inflammatory, potential gastroprotection

Avaliação dos polissacarídeos e metabólitos secundários das folhas de erva-mate (Ilex Paraguariensis) em diferentes estados fisiológicos e de processamento

Resumo: Ilex paraguariensis (Aquifoliaceae), conhecida popularmente como erva-mate, é uma espécie nativa da América do Sul, da qual são obtidas diversas bebidas. Esta planta tem ganhado rápida introdução no mercado industrial, na obtenção de chás ou como ingrediente de alimentos formulados e suplementos dietéticos, devido às suas várias propriedades (antioxidante, estimulante do sistema central, hepatoprotetora, etc). No presente trabalho foram avaliados os efeitos da maturação das folhas (jovens ou maduras), do local de cultivo (sol ou sombreado) e de processamentos pós-colheita (in natura, cancheamento ou oxidação) sobre os polissacarídeos e componentes do seu metabolismo secundário. Extrações aquosas foram realizadas, e o extrato bruto precipitado com etanol, resultando em duas frações. Os polissacarídeos, presentes no precipitado, apresentaram como componentes monossacarídicos majoritários Ara, Gal, GalA e Glc em todas as amostras. Análises por espectroscopia de RMN-HSQC indicaram a presença de três polissacarídeos: arabinogalactana tipo II, ácido poligalacturônico e amido. Algumas diferenças na intensidade de sinais foram observadas quando os espectros de HSQC foram comparados entre os diferentes tratamentos. As folhas oxidadas apresentaram uma diminuição na intensidade de sinais referentes ao amido e ao ácido galacturônico, indicando que este processo estaria provocando a degradação destes polissacarídeos. As frações solúveis após a adição de etanol foram analisadas por ESI-MS e UPLC, sendo que vários compostos foram identificados, entre estes, fenólicos, xantinas, saponinas e carboidratos. Posteriormente estes compostos foram quantificados e os resultados comparados. Além disso, as frações foram testadas com relação à sua atividade antioxidante. Em geral, as folhas cultivadas ao sol apresentaram concentrações mais altas dos compostos analisados, quando comparadas às cultivadas em sombra. O tratamento que as folhas foram submetidas após a colheita também teve influência sobre esta composição. Folhas cancheadas apresentaram um decréscimo na concentração de xantinas, enquanto que as oxidadas apresentaram uma menor concentração de compostos fenólicos, quando comparadas com folhas verdes (in natura). A redução na concentração de fenóis está diretamente relacionada com a diminuição da atividade antioxidante e, consequentemente, entre tratamentos testados, as folhas oxidadas apresentaram a menor atividade antioxidante

Rhamnogalacturonan from Ilex paraguariensis: A potential adjuvant in sepsis treatment

AbstractThe present study evaluated the anti-inflammatory activity of a polysaccharide from maté, using a clinically relevant model of sepsis induced by cecal ligation and puncture (CLP). A polysaccharide from maté (SPI) was obtained from aqueous extraction followed by fractionation, being identified as a rhamnogalacturonan with a main chain of →4)-6-OMe-α-d-GalpA-(1→ groups, interrupted by α-l-Rhap units, substituted by a type I arabinogalactan. SPI was tested against induced-polymicrobial sepsis, at doses of 3, 7 and 10mg/kg. Via oral administration, SPI prevented the late mortality of infected mice by a rate of 60% at 10mg/kg, in comparison with untreated mice Dexamethasone, used as positive control, was slightly less effective, with an overall survival rate of 16.7% of mice at the end of the observation period. SPI also affected neutrophil influx, avoiding its accumulation in lungs, and significantly decreased tissue expression of iNOS and COX-2. In this context, maté is a potential nutraceutical, and its polysaccharide a promising adjuvant for sepsis treatment, being consumed as tea-like beverages with no related adverse effects

APLICAÇÃO DE UM SISTEMA DE CULTIVO HIDROPÔNICO COM MONITORAMENTO AUTOMATIZADO

A hidroponia corresponde a uma técnica empregada para o cultivo de plantas sem o uso do solo, de forma que a nutrição das plantas é fornecida por uma solução nutritiva. Para o crescimento adequado das plantas nesse sistema é fundametal controlar as condições ambientais, podendo ser aliado a sistemas automatizados, com o objetivo de otimizar o tempo de trabalho, reduzir a mão-de-obra e aumentar a produtividade. O presente estudo objetiva propor o monitoramento do fotoperíodo, registro de dados de temperatura, umidade relativa do ar e luminosidade, em tempo real, para o cultivo hidropônico de espécies vegetais em experimentos de fitorremediação, a partir da utilização do microcontrolador Arduino Uno. O sistema hidropônico foi construído em uma estrutura de pequeno porte sobre bancada, utilizando madeira, com dimensões de 2 m de altura, 2,40 m de comprimento e 0,75 m de largura. Para a cobertura foram utilizadas lonas plásticas. Com o acompanhamento dos dados registrados, verificou-se que foi possível manter as condições ideais para o desenvolvimento dos cultivos e, associado às funções automatizadas, auxiliaram de forma positiva na condução de experimentos, reduzindo o trabalho manual

Avaliação dos polissacarídeos e metabólitos secundários das folhas de erva-mate (Ilex Paraguariensis) em diferentes estados fisiológicos e de processamento

Resumo: Ilex paraguariensis (Aquifoliaceae), conhecida popularmente como erva-mate, é uma espécie nativa da América do Sul, da qual são obtidas diversas bebidas. Esta planta tem ganhado rápida introdução no mercado industrial, na obtenção de chás ou como ingrediente de alimentos formulados e suplementos dietéticos, devido às suas várias propriedades (antioxidante, estimulante do sistema central, hepatoprotetora, etc). No presente trabalho foram avaliados os efeitos da maturação das folhas (jovens ou maduras), do local de cultivo (sol ou sombreado) e de processamentos pós-colheita (in natura, cancheamento ou oxidação) sobre os polissacarídeos e componentes do seu metabolismo secundário. Extrações aquosas foram realizadas, e o extrato bruto precipitado com etanol, resultando em duas frações. Os polissacarídeos, presentes no precipitado, apresentaram como componentes monossacarídicos majoritários Ara, Gal, GalA e Glc em todas as amostras. Análises por espectroscopia de RMN-HSQC indicaram a presença de três polissacarídeos: arabinogalactana tipo II, ácido poligalacturônico e amido. Algumas diferenças na intensidade de sinais foram observadas quando os espectros de HSQC foram comparados entre os diferentes tratamentos. As folhas oxidadas apresentaram uma diminuição na intensidade de sinais referentes ao amido e ao ácido galacturônico, indicando que este processo estaria provocando a degradação destes polissacarídeos. As frações solúveis após a adição de etanol foram analisadas por ESI-MS e UPLC, sendo que vários compostos foram identificados, entre estes, fenólicos, xantinas, saponinas e carboidratos. Posteriormente estes compostos foram quantificados e os resultados comparados. Além disso, as frações foram testadas com relação à sua atividade antioxidante. Em geral, as folhas cultivadas ao sol apresentaram concentrações mais altas dos compostos analisados, quando comparadas às cultivadas em sombra. O tratamento que as folhas foram submetidas após a colheita também teve influência sobre esta composição. Folhas cancheadas apresentaram um decréscimo na concentração de xantinas, enquanto que as oxidadas apresentaram uma menor concentração de compostos fenólicos, quando comparadas com folhas verdes (in natura). A redução na concentração de fenóis está diretamente relacionada com a diminuição da atividade antioxidante e, consequentemente, entre tratamentos testados, as folhas oxidadas apresentaram a menor atividade antioxidante

Phytochemical profile of morphologically selected yerba-mate progenies

ABSTRACT Yerba-mate (Ilex paraguariensis St. Hil) is a native South American species. Plant progenies are populations that differ in terms of their productivity, morphology and phytochemical profile. This study aimed to determine the concentration of primary and secondary metabolites, such as antioxidants, in leaves, of yerba-mate progenies selected based on morphological characteristics. We evaluated the centesimal composition of secondary metabolites in the leaves of five yerba-mate plants. Methylxanthines and phenolic compounds were determined by UPLC-PDA, and antioxidant activity by measuring DPPH scavenging. Significant differences were found in centesimal composition and the contents of caffeine, theobromine, rutin and chlorogenic acid, as well as antioxidant activities, in selected progenies. The IC50 values were correlated with the chlorogenic acid levels (r2 = 0.5242) and soluble content (r2 = 0.7686). The morphological characteristics observed in yerba-mate leaves can be used as a tool for plant selection, to obtain matrices with different phytochemical profiles as a genetic material source

Total Phenolic Contents and Antioxidant Activity in Oxidized Leaves of Mate (Ilex paraguariensis St. Hil)

Ilex paraguariensis is a native species to South America. Its economic importance is in the use of its leaves and twigs in the processing of a product popularly known as "chimarrão". The aim of this study was to evaluate the correlations between some physico-chemical process parameters in the oxidation of I. paraguariensis leaves oxidation. The leaves of Maté with age 1.0, 6.5 and 12.0 months were subjected to an oxidation process for 3 h under different relative humidity conditions (80, 90 and 99%) at 26°C. The extracts were evaluated using the experimental design techniques to maximize the oxidation conditions for the total polyphenols, antioxidant capacity, water activity and color. The condition of 90% humidity and leaf age 6.5 months resulted in lower lightness and yellow color of the product. Green color was not significantly influenced by the studied parameters. The highest levels of total phenols and antioxidant potential were found when the leaf age was one month and humidity was 90%. Thus, it could be concluded that the air humidity of the chamber and leaf age influenced the oxidation process of the leaves of Maté as well as the antioxidant capacity of the extract obtained