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Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Química Programa de PósGraduação em Química Projeto de Pesquisa de Mestrado TÍTULO Avaliação da atividade antioxidante dos complexos de MgII e aplicação como fertilizante Orientando Anderson Jun Tiyoda Orientadora Rose Maria Carlos São Carlos SP Fevereiro de 2025 RESUMO A crescente demanda global por alimentos e o aquecimento global cada vez mais intenso colocam a humanidade em risco A queima de combustíveis fósseis para a geração de energia e a agricultura são as duas fontes que mais contribuem para a mudança climática pela emissão de gases de efeito estufa GEE Estimase que a redução no uso de fertilizantes minerais poderia levar a uma redução de 20 nas emissões de GEE Por isso a urgência em desenvolver práticas agrícolas ecológicas e mais sustentáveis A implementação de produtos à base de bioprodutos é uma das metas em direção à segurança alimentar global sustentável Nosso grupo de pesquisa vem trabalhando no desenvolvimento de compostos constituídos de elementos essenciais a planta e que portanto apresentam os requisitos necessários para atuar como biofertilizantes Estes compostos são preparados com substâncias de baixo custo e a partir de resíduos industriais Propriedades como atividade antioxidante significativa solubilidade em meio aquoso independente do pH do meio e atividade inseticida superior aos inseticidas comerciais demonstram a viabilidade de aplicação destes compostos na agricultura Neste projeto pretendemos sintetizar novos compostos contendo produtos naturais e aprofundar estes estudos avaliando a qualidade das plantas na produção de mudas de feijão e tomates em vasos em função da adubação com estes compostos comparado com fertilizantes comerciais e o efeito no solo ABSTRACT The growing global demand for food and increasingly intense global warming put humanity at risk The burning of fossil fuels for energy generation and agriculture are the two sources that contribute most to climate change through the emission of greenhouse gases GHG It is estimated that reducing the use of mineral fertilizers could lead to a 20 reduction in GHG emissions This is why there is an urgent need to develop ecological and more sustainable agricultural practices The implementation of bioproductbased products is one of the goals towards sustainable global food security Our research group has been working on the development of compounds made up of elements that are essential to plants and which therefore meet the necessary requirements to act as biofertilizers These compounds are prepared with lowcost substances and from industrial waste Properties such as significant antioxidant activity solubility in aqueous media regardless of the pH of the medium and insecticidal activity superior to commercial insecticides demonstrate the viability of applying these compounds in agriculture In this project we intend to synthesize new compounds containing natural products and deepen these studies by evaluating plant quality in the production of bean and tomato seedlings in pots as a function of fertilization with these compounds compared to commercial fertilizers and the effect on the soil INTRODUÇÃO PRODUÇÃO AGRÍCOLA Um dos grandes desafios do setor agrícola mundial e que ameaça a segurança alimentar global é o estresse das culturas agrícolas As culturas agrícolas normalmente passam por uma série de processos fisiológicos fotossíntese respiração funções estomáticas e nutrição durante as etapas de desenvolvimento de seus ciclos de vida os quais são sensíveis às condições ambientais O estresse das culturas é um desvio prejudicial dos processos fisiológicos normais que resulta em uma queda nos rendimentos das plantações Isso pode ser causado por fatores bióticos pragas de insetos e patógenos de doenças como abióticos seca salinidade metais pesados inundações temperaturas extremas privação de oxigênio os quais associados as climáticas condições adversas devido as mudanças climáticas influenciam o crescimento e o desenvolvimento das plantas afetando o rendimento e a qualidade das culturas assim como a sustentabilidade agrícola em geral1 Uma pesquisa global recente indicou uma perda anual de produtividade de culturas que varia de 51 a 82 em todo o mundo devido a estresses abióticos2 Ao mesmo tempo a população humana global está em contínuo crescimento e esperase que alcance de 9 a 10 bilhões até 20503 O aquecimento global pode comprometer a produção de alimentos levando a perdas que começam com até R 74 bilhões em 2020 podendo atingir R 14 bilhões em 2070 O cenário agrícola no Brasil não é diferente A seca na região Sul no período de 2019 a 2020 contabilizou perdas na agricultura na ordem de R 134 bilhões e perdas no setor agrícola da ordem de US 153 bilhões na safra 20222023 para as regiões Sul e CentroOeste do Brasil456 Portanto medidas urgentes são necessárias para mitigar de forma abrangente os efeitos adversos desses estresses garantindo o desenvolvimento agrícola sustentável para atender à crescente demanda por alimentos ESTRESSE OXIDATIVO NAS PLANTAS As células das plantas produzem as espécies reativas de oxigênio e derivados EROs Figura 1 tanto como um subproduto natural do metabolismo das plantas bem como em resposta aos estresses ambientais sejam bióticos ou abióticos As EROs ativam os mecanismos de defesa das plantas podendo desencadear a ativação de antioxidantes e mecanismos de reparo ou servir como moléculas de sinalização para várias respostas de defesa Por outro lado a produção excessiva de EROs pode levar ao estresse oxidativo o que danifica células e tecidos Figura 1 Etapas de um elétron na redução do oxigênio levando a formação das espécies reativas do oxigênio superóxido peróxido de hidrogênio e radical hidroxila As plantas geralmente equilibram a produção de EROs com sistemas antioxidantes para manter seus níveis sob controle e evitar efeitos prejudiciais Os antioxidantes enzimáticos incluem a superóxido dismutase SOD catalase CAT ascrobato peroxidase APX peroxidase não específica POX monodeidroascorbato redutase MDHAR desidroascorbato redutase DHAR glutationa Stransferase GST glutationa peroxidase GPX oxidase alternativa AOX e peroxirredoxina Prx78 Os antioxidantes não enzimáticos incluem o ácido ascórbico AsA glutationa GSH carotenoides tocoferóis e flavonoides7 Cada um desses antioxidantes possui um mecanismo de ação único e pode atuar em diferentes tipos de danos causados por espécies reativas de oxigênio ROS Sob condições normais de crescimento das plantas a produção e remoção de EROs estão em equilíbrio e os níveis mantidos são baixos No entanto quando as plantas são expostas a estresses abióticos contínuos a produção de EROs pode aumentar drasticamente perturbando o equilíbrio normal Estudos mostraram que a atividade enzimática da SOD CAT APX e POX aumenta rapidamente e de forma significativa em resposta a diversos estresses89 Além disso o sistema antioxidante não enzimático também é ativado pelo aumento dos níveis de diversos antioxidantes endógenos como AsA GSH carotenoides tocoferóis e flavonoides7 No entanto a capacidade do sistema de defesa antioxidante muitas vezes é sobrecarregada pela produção aumentada de ROS resultando em estresse oxidativo Por outro lado vários estudos mostram que os danos causados pelo estresse nas plantas podem ser mitigados por estratégias alternativas que aumentam a atividade antioxidante10 ANTIOXIDANTES ARTIFICIAIS Vários estudos exploraram diferentes estratégias antioxidantes para mitigar o estresse oxidativo aumentando a tolerância ao estresse e a produtividade das plantas11011 O Brasil por ser um país com dimensão continental e com clima apropriado nas mais diferentes regiões para práticas agrícolas e pecuárias é um candidato em potencial para se constituir como o maior produtor de insumos agrícolas e pecuários do mundo O agronegócio no Brasil representa atualmente 25 do Produto Interno Bruto e é o responsável por colocar o Brasil como líder entre as nações emergentes13 Por outro lado em um investimento florestal a aplicação ou não de um fertilizante envolve um custo que deve ser minimizado e uma receita que deve ser maximizada Do ponto de vista ambiental há uma demanda urgente por agentes verdes que sejam eficientes mas que preservem o ecossistema local Isto é fundamental para assegurar a sustentabilidade da agricultura sem comprometer a integridade ambiental eou a saúde pública Por exemplo os flavonoides são exemplos de um conjunto versátil de metabólitos secundários de baixo peso molecular com uma estrutura polifenólica envolvidos nas funções fisiológicas das plantas frequentemente demonstrando efeitos protetores contra estresses bióticos e abióticos incluindo radiação UVB13 estresse salino14 e seca15 pelo menos em parte desintoxicando as EROs produzidas sob condições de estresse nas plantas1617 Os flavonoides também desempenham um papel crucial nas associações plantamicroorganismo predominantemente nas simbioses plantarizóbio e micorrízicas arbusculares18 Certos flavonoides atuam como compostos sinalizadores desencadeando a indução de nódulos ao induzir a transcrição dos genes nod em rizóbios o primeiro passo nas relações simbióticas leguminosarizóbio19 Além disso alguns flavonoides agem para combater certos parasitas e patógenos20 Com base nestes estudos nos princípios da química verde considerando o desenvolvimento sustentável e procurando a melhor relação custobenefício direcionamos nossas pesquisas para a produção de antioxidantes inorgânicos contendo produtos naturais Os compostos preparados até o momento combinam um metal essencial MgII e um composto antioxidante flavonóides ácidos fenólicos em um produto estável no estado sólido em meio fluido e na presença de luz solar2122232425 A Figura 2 apresenta alguns resultados obtidos com o complexo Mgphenfer Mgfer phen 110fenantrolina fer ácido ferúlico21 O complexo Mgfer é estável na faixa de pH de 4 a 8 o que possibilita sua aplicação em solo ácido e básico A observação de grande atividade antioxidante contra o oxigênio singleto e o radical peroxila mimético de radical lipídico além de estabilizar a riboflavina prevenindo sua degradação e reduzindo a formação de radicais livres mostram que este composto apresenta potencial para atuar tanto na causa quanto na consequência da fotooxidação lipídica e poderia aumentar a vida útil e qualidade nutricional de vários alimentos a b Figura 2 a Compostos de MgII do grupo apresentou resultados contra o estresse oxidativo24 b Complexos de MgII obtiveram resultados significativos na para a diminuição deteorização oxidativa em músculos suínos23 Estes resultados enfatizam o potencial dos compostos preparados até o momento como antioxidantes ecologicamente amigáveis PROPOSTA DE TRABALHO Neste projeto pretendemos sintetizar caracterizar e investigar a atividade antioxidante dos complexos de MgII contendo o ácido ferúlico e o flavonoide hesperidina avaliar o desenvolvimento e qualidade das plantas na produção de mudas de feijões e tomates em vasos em função da adubação com estes compostos e comparar com fertilizantes comerciais e investigar o efeito destes compostos no solo em comparação aos fertilizantes comerciais Dependendo dos resultados obtidos nesta fase os estudos serão ampliados para soja e citrus Este projeto conta com a colaboração dos professores Alberto Carlos de Campos Bernardi e Caue Ribeiro de Oliveira ambos pesquisadores da EMBRAPA e da Profa Dra Maria Fátima das Graças Fernandes da Silva docente do DQUFSCar OBJETIVO Os compostos propostos neste projeto foram planejados para estabelecer uma nova tecnologia para proteção de plantas melhorando tanto a qualidade da plantação como favorecendo segurança aos consumidores bem como favorecendo a viabilidade econômica OBJETIVOS ESPECÍFICOS FASE 1 Síntese e caracterização de compostos contendo elementos essenciais à saúde e antioxidantes naturais obtidos a partir de resíduos industriais ou não Nesta etapa serão utilizadas as técnicas de espectrometria de massas com ionização por eléctron spray ESI massas modo positivo e RMN de 1H e 13 C para determinar a composição e estrutura dos compostos propostos FASE 2 Avaliação das propriedades físicoquímicas e atividade antioxidante dos compostos preparados Nesta etapa serão avaliadas a solubilidade dos compostos em diferentes ambientes químicos e pH e a atividade antioxidante com compostos padrão como ABTS e DPPH e pela técnica de EPR usando sequestradores de radicais FASE 3 Avaliação do desenvolvimento de plantas em estufas Nestes estudos os compostos em solução aquosa ou imobilizados em filmes de amido ou de gelatina serão depositados em quantidades prédeterminadas no solo de 32 vasos de 3L onde serão colocadas sementes das plantas de interesse Para efeitos de comparação os mesmos experimentos serão realizados com fertilizantes comerciais Este estudo será realizado em triplicata FASE 4 Após o período de plantio serão realizadas medidas do tamanho do caule e folhas durante toda a fase de crescimento Durante este período serão realizados cortes aéreos de 30 a 90 dias dependendo da planta para observar a absorção dos compostos por fluorescência e avaliar a quantidade de P N e Mg Os estudos serão comparados com o controle MATERIAIS E MÉTODOS 1 Síntese e Caracterização Complexo MgL2 L ácido ferúlico 110fenantrolina MgCH3COO24H2O 1 mmol e L 15 mmol serão dissolvidos em solução contendo metanol 150 mL e na sequência etilenodiamina 15 mmol será adicionada A solução será mantida sob agitação em atmosfera de N2 sob refluxo por 2 h A mistura será filtrada a temperatura ambiente e a solução remanescente será mantida a 0C por 3 dias Nosso grupo de pesquisa domina a preparação destes compostos 2122232425 O material de partida acetato de magnésio tetrahidratado e o ácido ferúlico serão adquiridos da Aldrich e a hesperidina da Aldrich e ofertada pela indústria de sucos CITROSUCOS do resíduo da produção do suco de laranja As caracterizações dos ligantes e complexos serão realizadas por análise elementar C H N e espectrometria de massas por injeção de elétrons A determinação da geometria do complexo será investigada pelas técnicas espectroscópicas UVvis IV RMN de 1H e 13C raiosX quando for possível obter cristais O espectro eletrônico dos complexos de MgII em geral possuem suas transições eletrônicas sobrepostas na região do UVvisível 260350 nm que são atribuídas as transições de transferência de carga interna do ligante LLCT Esses estudos serão realizados tanto em meio prótico quanto aprótico a fim de investigar os efeitos e influência do meio sob a estabilidade do complexo formado bem como em suas espécies aniônicas catiônicas e radicalares que podem ser geradas em função do meio O espectro vibracional dos complexos de MgII será investigado na sua forma sólida Diferentes estiramentos são esperados para os ácidos fenólicos livres para quando coordenados em relação ao estiramento do grupo ácido carboxílico A coordenação dos ácidos fenólicos é proposta que ocorra pela desprotonação do ácido carboxílico perdendo a característica de carbonila De modo que o estiramento da carbonila será fundamental para assegurar a coordenação ou não dos ligantes26 A técnica de voltametria cíclica será usada para examinar e determinar o efeito da coordenação dos ligantes sobre a estabilidade e tempo de vida do radical fenoxil seu cátion radicalar e seus potenciais redox Assim como nos estudos espectroscópicos as propriedades eletroquímicas serão avaliadas em meio prótico e aprótico e com valores de pH entre 2 a 10 Esses estudos permitirão identificar os diferentes sítios redoxes dos ligantes coordenados A solubilidade dos compostos antioxidantes é particularmente importante para que se determine a atividade biológica e mecanismo de ação do mesmo Por exemplo 16 substâncias polares são mais efetivas em meio lipofílico porque podem se acumular na interface da membrana ou no interior dela onde as reações de oxidação lipídica ocorrem com maior frequência devido à alta concentração de oxigênio Ao contrário antioxidantes não polares são acumulados na interface óleoágua onde ocorre a interação entre os hidroperóxidos das gotículas e as substâncias próoxidantes da fase aquosa como por exemplo os metais de transição Essa tendência contrária dos antioxidantes lipofílicohidrofílico tem sido denominada como paradoxo antioxidante27 O coeficiente de solubilidade ou solubilidade pode ser definida como a concentração máxima que certa substância conseguese dissolver em um determinado solvente a uma dada temperatura Já a lipofilicidade é definida por seu coeficiente de partição log P o qual é um parâmetro físicoquímico que se pode estimar a tendência de uma substância em interagir com membranas biológicas parte lipofílica ou permanecer na fase aquosa parte hidrofílica Normalmente a mistura octanolágua que é um sistema imiscível é usado para mimetizar a interface membranaágua uma vez que a partição águaoctanol se aproxima do particionamento entre o citosol e as membranas lipídicas de sistemas vivos Assim o valor de log P é o log da razão entre a concentração da substância na fase orgânica e sua concentração na fase aquosa em um sistema em equilíbrio28 O método shakeflask será usado para determinação da solubilidade e log P por ser um método convencional simples e válido em uma ampla faixa de valores 4 logP 4 Nosso grupo de pesquisa está familiarizado com experimentos de lipofilicidade29 2 Atividade Antioxidante a Ensaio com NBT O ensaio espectrofotométrico com NBT será utilizado afim de determinar a atividade sequestradora de radicais superóxido pelos complexos e fenóis livres para fins de comparação Neste método o radical superóxido O2 é gerado pelo sistema METVitB2NBT48 onde a metionina MET e a VitB2 vitamina B2 produzem o radical superóxido e o nitroazultetrazólio NBT é o indicador A atividade sequestradora de radicais O2 pelos compostos antioxidantes será avaliada pelo acompanhamento da absorção a 560 nm do azul de formazano qual é o produto da redução quantitativa de NBT com o O2 formado Os valores de IC50 concentração do composto teste que inibe em 50 a formação de O2 serão calculados a partir de curvas de regressão em que o eixo x corresponde ao log da concentração do composto testado em μmol L1 e o eixo y corresponde à porcentagem de inibição dos compostos testados b Ensaio com DPPH A atividade antioxidante pode ser avaliada através do ensaio espectrofotométrico com DPPH 22difenil1picrilhidrazina é amplamente usado devido à simplicidade rapidez da medida quanto a precisão e reprodutibilidade30 O DPPH é um radical livre estável sendo a deslocalização do elétron desemparelhado por toda a molécula responsável por esta estabilidade e apresenta coloração violeta intensa em etanol A absorção do radical DPPH é inibida quando átomos de hidrogênio são doados ao radical levando a formação de um aduto a hidrazina que possui coloração amarelo pálido A descoloração da solução é estequiométrica em relação ao número de elétrons retirados e independente de qualquer atividade enzimática O grau de descoloração indica a capacidade sequestradora de radical livre O Trolox análogo estável da vitamina E será usado como referência31 Os valores de IC50 e acinética da reação será acompanhada a cada 20 minutos por 150200 min dependendo da resposta antioxidante O mesmo procedimento será avaliado seguindo por RPE c Ensaio com ABTS Outro método bastante aplicado é do sequestro do radical ABTS 22 azinobis3etilbenzotiazolina6ácido sulfônico32 Assim como DPPHo ABTS também é um radical estável em determinadas condições de análise A diferença entre eles é que o radical ABTS é formado em solução sendo solúvel tanto em meio orgânico como em meio aquoso além de ser sensível ao pH32 Este fato possibilita a análise de amostras lipofílicas e hidrofílicas A adição de perssulfato de potássio a uma solução de ABTS leva a formação do cátion radicalar o qual apresenta coloração esverdeada com absorção intensa na região entre 600 a 750 nm Na presença de antioxidantes o cátion radicalar é reduzido regenerando a molécula de ABTS provocando a perda da coloração verde A vantagem desse método em relação ao método com DPPH é a solubilidade e facilidade de acompanhamento pelo UVvis pois há a presença de vários máximos de absorção Os resultados serão apresentados em relação ao padrão Trolox 100 a 2000 M em MTroloxgrama amostra atividade antioxidante equivalente ao Trolox3132 d Ensaio com Escapoletina A determinação da concentração de peróxido de hidrogêniopode ser feita através do ensaio com escapoletina 7hidroxi6metoxi2Hlbenzopirano2ona queé um substrato fluorescente O método emprega as enzimas cátalase ou peroxidase na presença de peróxido de hidrogênio levando a formação de um complexo o qual oxida a escapoletina com consequente perda da sua luminescência A intensidade da fluorescência é relacionada com a concentração da escapoletina e é inversamente proporcional a escapoletina oxidada ie a concentração de H2O2 Na presença de um antioxidante a oxidação da escapoletina é inibida e o H2O2 pode ser monitorado por um espectrofluorímetro no comprimento de onda em 430 nm33 e Ensaio da atividade antioxidante total pelo método de redução do ferro Para este ensaio da atividade antioxidante será empregado o método proposto por Kukic34 O método se baseia em meio ácido pH 36 na medida direta da habilidade dos antioxidantes da amostra em reduzir o complexo de coloração amarela Fe3TPTZ33 TPTZ tripiridiltriazina para formar o complexo azul intenso Fe2TPTZ32 max 593 nm Para um resultado quantitativo do poder de ação dos antioxidantes uma curva de calibração será feita com sulfato ferroso 100 2000 µM e os resultados expressos em µM de Fe2mg de amostra f Atividade antioxidante pela técnica de Ressonância Paramagnética de elétrons RPE A técnica de RPE para identificação de radicais livres e quantificação dos mesmos é amplamente empregada35 Com essa técnica é possível determinar as mais diferentes espécies reativas de oxigênio que são formadas durante stress oxidativo que ocorre nos tecidos musculares dos seres vivos como radical hidroxila OH radical superóxido O2ˉ radical peroxil RO oxigênio singleto 1O2 bem como avaliar a oxidação lipídica g Inibição da produção radical hidroxila radical superóxido e radical peroxil Esses radicais poderão ser avaliados através da formação do aduto com 55dimetil1pirrolina Noxido DMPO fenilNtercbutilnitrone PBN e 2266Tetramethylpiperidin1 yl oxyl TEMPO frente a diferentes concentrações de ligantes e complexos onde em cada um desses spin trap terão uma diferente divisão de hiperfinas consequência dos diferentes valores de g que dependem do aduto formado entre estes e com o radical encontrado em solução36 h Os radicais peroxil serão gerados de decomposição térmica 22azobis2 metilpropinamidina dihidrocloreto ABAP a 35C em tampão fosfato pH 7437 A essa solução será adicionado primeiramente só o sequestrador de spin e a uma segunda solução será adicionado o sequestrador de spin e os complexos parava avaliar a eficiência dos complexos como antioxidantes frente a esses radicais Os radicais hidroxila serão produzidos através de uma reação do tipo de Fenton em tampão fosfato 50 mM pH74 com uma concentração final de 02 mmol L1 de sulfato de ferroII e 06 vv de H2O238 A essa solução será adicionado primeiramente só sequestrador de spin e a uma segunda solução será adicionado sequestrador de spin e os complexos parava avaliar a eficiência dos complexos como antioxidante frente a esses radicais A integral da área de cada espectro mostrará a quantidade de radical que foi inibido podendose determinar as condições ideais para o uso do complexo de MgII Os espectros de RPE serão adquiridos à frequência de microondas 964 GHz potência de micro ondas 200 mW e a temperatura ambiente i Determinação atividade antioxidante do radical DPPH Serão preparadas soluções em metanol de concentrações variadas dos ligantes e dos complexos e serão misturadas à soluções contendo o radical DPPH na mesma concentração que os agentes antioxidantes Após a mistura essas soluções finais serão mantidas no escuro e medidas por intervalos de tempo espaçados de 5 minutos que toda a atividade oxidante cesse30 Os valores de IC50 serão calculados a partir da regressão não linear da área sob o espectro integração de RPE do padrão DPPH em função das concentrações utilizadas39 3 Atividade Fertilizante a Para a comparação do efeito dos complexos de Mg como fertilizantes serão comparadas amostras de solo sem nenhum agroquímico controle e com fertilizantes comerciais Ao final do plantio as amostras serão retiradas dos vasos para a avaliação dos comprimentos do caule folhas e raízes Todas amostras serão realizadas em triplicata para os devidos tratamentos estatísticos40 b Para as análises vegetais inicialmente as partes vegetais devem ser lavadas para minimizar possíveis contaminantes das amostras a próxima etapa é a extração dos elementos químicos da amostra vegetal a técnica mais utilizada é a digestão úmida por forno microondas e a composição dos elementos químicos devem ser determinados por Espectrômetro de emissão óptica por plasma acoplado indutivamente ICPEOS41 c Para a análise do solo os elementos químicos devem ser extraídos através do extrator Mehlich e análise dos elementos químicos desejados por diversas técnicas analíticas41 INSTRUMENTAÇÃO E FACILIDADES Podemos listar as seguintes facilidades quanto à instrumentação disponível em nosso grupo de pesquisa Espectrofotômetro Agilent 8453 espectrofluorímetro Shimadzu RF5301PC TRSPC Bricker and Higher com laser diodo 450 nm microscópio de fluorescência invertido Zeiss Observer 70 Dos equipamentos alocados na central analítica do Departamento de Química da UFSCar faremos uso de Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear BRUKER DRX 400 MHz e 600 MHz Medidas de análise elementar com o analisador CHN modelo EA 1108 da FISONS e espectros vibracionais na região do infravermelho com espectrofotômetro BOMEM MICHELSON FT MB102 CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO AtividadesSemestral 1 2 3 4 Síntese e caracterização dos complexos de MgII propostos X Investigar as propriedades espectroscópicas eletroquímicas e físicoquímicas X X Investigar a atividade antioxidante X X Investigar o desenvolvimento e qualidade das plantas feijão tomate X X Investigar a qualidade do solo antes e após plantio feijão tomate na ausência e presença do s complexos de MgII X X Disciplinas seminários X X Participação com apresentação de trabalhos em congressos redação da dissertação e artigos X X REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1 HASANUZZAMAN Mirza et al Reactive oxygen species and antioxidant defense in plants under abiotic stress Revisiting the crucial role of a universal defense regulator Antioxidants v 9 n 8 p 681 2020 2 KOPECKÁ Romana et al Abiotic stress in crop production International Journal of Molecular Sciences v 24 n 7 p 6603 2023 3 RAY Deepak K et al Yield trends are insufficient to double global crop production by 2050 PloS one v 8 n 6 p e66428 2013 4 COELHO Cíntia de A w et at Mudança do clima no Brasil síntese atualizada e perspectiva para decisões estratégicas Ministério da Ciência Tecnologia e Inovação 2024 5 CNM Seca na Região Sul causa prejuízo de R 154 bilhões a Municípios entre 2019 e 2020 Disponível em httpscnmorgbrcomunicacaonoticiassecanaregiaosulcausa prejuizoder154bilhoesamunicipiosentre2019e202 Acesso em 30 de janeiro de 2025 6 Ministério da Agricultura e Pecuária MAPA Relatório de gestão exercício 2023 2024 7 SACHDEV Swati et al Abiotic stress and reactive oxygen species Generation signaling and defense mechanisms Antioxidants v 10 n 2 p 277 2021 8 RAJPUT Vishnu D et al Recent developments in enzymatic antioxidant defence mechanism in plants with special reference to abiotic stress Biology v 10 n 4 p 267 2021 9 CHANGJIE Jiang ZHENGWEI Liang XIANZHI Xie Priming for saline alkaline tolerance in rice Current knowledge and future challenges Rice Science v 30 n 5 p 417425 2023 10 MORITA Shigeto Engineering of Abiotic Stress Tolerance by Modulating Antioxidant Defense Systems In Advances in Rice Research for Abiotic Stress Tolerance Woodhead Publishing 2019 p 755765 11 KERCHEV Pavel I VAN BREUSEGEM Frank Improving oxidative stress resilience in plants The Plant Journal v 109 n 2 p 359372 2022 12 Centro de Estudos Avançados em Economia Aplicada CEPEA ESALQUSP PIB do Agronegócio Brasileiro Disponível em httpswwwcepeaesalquspbrbrpibdoagronegociobrasileiroaspx Acesso em 30 de janeiro de 2025 13 CHALKERSCOTT Linda Environmental significance of anthocyanins in plant stress responses Photochemistry and photobiology v 70 n 1 p 19 1999 14 CHEN Shuai et al NtMYB4 and NtCHS1 are critical factors in the regulation of flavonoid biosynthesis and are involved in salinity responsiveness Frontiers in plant science v 10 p 178 2019 15 SHOJAIE Behrokh MOSTAJERAN Akbar GHANADIAN MUSTAFA Flavonoid dynamic responses to different drought conditions amount type and localization of flavonols in roots and shoots of Arabidopsis thaliana L Turkish Journal of Biology v 40 n 3 p 612622 2016 16 BRUNETTI Cecilia et al Flavonoids as antioxidants and developmental regulators relative significance in plants and humans International journal of molecular sciences v 14 n 2 p 35403555 2013 17 CUSHNIE TP Tim LAMB Andrew J Antimicrobial activity of flavonoids International journal of antimicrobial agents v 26 n 5 p 343356 2005 18 SINGLA Priyanka GARG Neera Plant flavonoids Key players in signaling establishment and regulation of rhizobial and mycorrhizal endosymbioses Mycorrhizafunction diversity state of the art p 133 176 2017 19 LIU ChengWu MURRAY Jeremy D The role of flavonoids in nodulation hostrange specificity an update Plants v 5 n 3 p 33 2016 20 MIERZIAK Justyna KOSTYN Kamil KULMA Anna Flavonoids as important molecules of plant interactions with the environment Molecules v 19 n 10 p 1624016265 2014 21 MARCHI Rafael C et al Antioxidant activity of an Mg ii compound containing ferulic acid as a chelator potential application for active packaging and riboflavin stabilisation Food Function v 15 n 3 p 1527 1538 2024 22 SILVA Eldevan S et al Insecticidal and fungicidal activity of a magnesium compound containing isovanillic acid against leafcutting ant and its symbiotic fungus Química Nova v 44 p 267271 2021 23 MARCHI Rafael C et al Effect of a Magnesium II Complex Containing Isovanillate Group on Lipid Oxidation of Porcine Muscles ACS Food Science Technology v 1 n 5 p 813818 2021 24 MARCHI Rafael C et al Synthesis Characterization and LowToxicity Study of a Magnesium II Complex Containing an Isovanillate Group ACS omega v 5 n 7 p 35043512 2020 25 OLIVEIRA Regina MM et al Structural effects on the hesperidin properties obtained by chelation to magnesium complexes Journal of inorganic biochemistry v 129 p 3542 2013 26 MARCHI Rafael C Uso Versátil de Novos Complexos de MgII Proteção a EROS à Oxidação Lipídica 2021 164 f Tese Doutor em Ciências Universidade Federal de São Carlos 2021 27 BOCK Charles W et al Manganese as a replacement for magnesium and zinc functional comparison of the divalent ions Journal of the American Chemical Society v 121 n 32 p 73607372 1999 28 DUDEV Todor COWAN J A LIM Carmay Competitive binding in magnesium coordination chemistry water versus ligands of biological interest Journal of the American Chemical Society v 121 n 33 p 7665 7673 1999 29 SHAHI Abbas et al The role of magnesium in different inflammatory diseases Inflammopharmacology v 27 p 649661 2019 30 GHOSH Nilanjan et al Synthesis characterization and study of antioxidant activity of quercetinmagnesium complex Spectrochimica Acta Part A Molecular and Biomolecular Spectroscopy v 151 p 807813 2015 31 DUDEV Todor LIM Carmay Monodentate versus bidentate carboxylate binding in magnesium and calcium proteins what are the basic principles The Journal of Physical Chemistry B v 108 n 14 p 4546 4557 2004 32 MANCUSO Cesare SANTANGELO Rosaria Ferulic acid pharmacological and toxicological aspects Food and Chemical Toxicology v 65 p 185 195 2014 33 SIERANSKI Tomasz KRUSZYNSKI Rafal Magnesium sulphate complexes with hexamethylenetetramine and 1 10phenanthroline Thermal structural and spectroscopic properties Journal of thermal analysis and calorimetry v 109 n 1 p 141152 2012 34 CAPONE Santi et al Thermodynamics of formation of magnesium calcium strontium and barium complexes with 2 2bipyridyl and 1 10 phenanthroline at different ionic strengths in aqueous solution Talanta v 32 n 8 p 675677 1985 35 Bank W World Development Indicators 2015 World DevelopmentIndicators 2015 36 Group WB Enabling the Business of Agriculture 2017 World Bank Washington DC 2017 37 Brazil Livestock and Products Semiannual USDA Foreign Agricultural Service Accessed August 17 2021 httpswwwfasusdagovdatabrazil livestockandproductssemiannual4 38 FLETCHER Bridget et al Advances in meat spoilage detection A short focus on rapid methods and technologies CyTAJournal of Food v 16 n 1 p 10371044 2018 39 RODRIGUEZLAZARO David et al Next day Salmonella spp detection method based on realtime PCR for meat dairy and vegetable food products International journal of food microbiology v 184 p 113120 2014 40 KLAIC Rodrigo et al Synergy of Aspergillus niger and components in biofertilizer composites increases the availability of nutrients to plants Current microbiology v 78 n 4 p 15291542 2021 41 SILVA Fábio Cesar da Ed Manual de análises químicas de solos plantas e fertilizantes 2 ed rev ampl Brasília DF Embrapa Informação Tecnológica 2009 627 p
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Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Química Programa de PósGraduação em Química Projeto de Pesquisa de Mestrado TÍTULO Avaliação da atividade antioxidante dos complexos de MgII e aplicação como fertilizante Orientando Anderson Jun Tiyoda Orientadora Rose Maria Carlos São Carlos SP Fevereiro de 2025 RESUMO A crescente demanda global por alimentos e o aquecimento global cada vez mais intenso colocam a humanidade em risco A queima de combustíveis fósseis para a geração de energia e a agricultura são as duas fontes que mais contribuem para a mudança climática pela emissão de gases de efeito estufa GEE Estimase que a redução no uso de fertilizantes minerais poderia levar a uma redução de 20 nas emissões de GEE Por isso a urgência em desenvolver práticas agrícolas ecológicas e mais sustentáveis A implementação de produtos à base de bioprodutos é uma das metas em direção à segurança alimentar global sustentável Nosso grupo de pesquisa vem trabalhando no desenvolvimento de compostos constituídos de elementos essenciais a planta e que portanto apresentam os requisitos necessários para atuar como biofertilizantes Estes compostos são preparados com substâncias de baixo custo e a partir de resíduos industriais Propriedades como atividade antioxidante significativa solubilidade em meio aquoso independente do pH do meio e atividade inseticida superior aos inseticidas comerciais demonstram a viabilidade de aplicação destes compostos na agricultura Neste projeto pretendemos sintetizar novos compostos contendo produtos naturais e aprofundar estes estudos avaliando a qualidade das plantas na produção de mudas de feijão e tomates em vasos em função da adubação com estes compostos comparado com fertilizantes comerciais e o efeito no solo ABSTRACT The growing global demand for food and increasingly intense global warming put humanity at risk The burning of fossil fuels for energy generation and agriculture are the two sources that contribute most to climate change through the emission of greenhouse gases GHG It is estimated that reducing the use of mineral fertilizers could lead to a 20 reduction in GHG emissions This is why there is an urgent need to develop ecological and more sustainable agricultural practices The implementation of bioproductbased products is one of the goals towards sustainable global food security Our research group has been working on the development of compounds made up of elements that are essential to plants and which therefore meet the necessary requirements to act as biofertilizers These compounds are prepared with lowcost substances and from industrial waste Properties such as significant antioxidant activity solubility in aqueous media regardless of the pH of the medium and insecticidal activity superior to commercial insecticides demonstrate the viability of applying these compounds in agriculture In this project we intend to synthesize new compounds containing natural products and deepen these studies by evaluating plant quality in the production of bean and tomato seedlings in pots as a function of fertilization with these compounds compared to commercial fertilizers and the effect on the soil INTRODUÇÃO PRODUÇÃO AGRÍCOLA Um dos grandes desafios do setor agrícola mundial e que ameaça a segurança alimentar global é o estresse das culturas agrícolas As culturas agrícolas normalmente passam por uma série de processos fisiológicos fotossíntese respiração funções estomáticas e nutrição durante as etapas de desenvolvimento de seus ciclos de vida os quais são sensíveis às condições ambientais O estresse das culturas é um desvio prejudicial dos processos fisiológicos normais que resulta em uma queda nos rendimentos das plantações Isso pode ser causado por fatores bióticos pragas de insetos e patógenos de doenças como abióticos seca salinidade metais pesados inundações temperaturas extremas privação de oxigênio os quais associados as climáticas condições adversas devido as mudanças climáticas influenciam o crescimento e o desenvolvimento das plantas afetando o rendimento e a qualidade das culturas assim como a sustentabilidade agrícola em geral1 Uma pesquisa global recente indicou uma perda anual de produtividade de culturas que varia de 51 a 82 em todo o mundo devido a estresses abióticos2 Ao mesmo tempo a população humana global está em contínuo crescimento e esperase que alcance de 9 a 10 bilhões até 20503 O aquecimento global pode comprometer a produção de alimentos levando a perdas que começam com até R 74 bilhões em 2020 podendo atingir R 14 bilhões em 2070 O cenário agrícola no Brasil não é diferente A seca na região Sul no período de 2019 a 2020 contabilizou perdas na agricultura na ordem de R 134 bilhões e perdas no setor agrícola da ordem de US 153 bilhões na safra 20222023 para as regiões Sul e CentroOeste do Brasil456 Portanto medidas urgentes são necessárias para mitigar de forma abrangente os efeitos adversos desses estresses garantindo o desenvolvimento agrícola sustentável para atender à crescente demanda por alimentos ESTRESSE OXIDATIVO NAS PLANTAS As células das plantas produzem as espécies reativas de oxigênio e derivados EROs Figura 1 tanto como um subproduto natural do metabolismo das plantas bem como em resposta aos estresses ambientais sejam bióticos ou abióticos As EROs ativam os mecanismos de defesa das plantas podendo desencadear a ativação de antioxidantes e mecanismos de reparo ou servir como moléculas de sinalização para várias respostas de defesa Por outro lado a produção excessiva de EROs pode levar ao estresse oxidativo o que danifica células e tecidos Figura 1 Etapas de um elétron na redução do oxigênio levando a formação das espécies reativas do oxigênio superóxido peróxido de hidrogênio e radical hidroxila As plantas geralmente equilibram a produção de EROs com sistemas antioxidantes para manter seus níveis sob controle e evitar efeitos prejudiciais Os antioxidantes enzimáticos incluem a superóxido dismutase SOD catalase CAT ascrobato peroxidase APX peroxidase não específica POX monodeidroascorbato redutase MDHAR desidroascorbato redutase DHAR glutationa Stransferase GST glutationa peroxidase GPX oxidase alternativa AOX e peroxirredoxina Prx78 Os antioxidantes não enzimáticos incluem o ácido ascórbico AsA glutationa GSH carotenoides tocoferóis e flavonoides7 Cada um desses antioxidantes possui um mecanismo de ação único e pode atuar em diferentes tipos de danos causados por espécies reativas de oxigênio ROS Sob condições normais de crescimento das plantas a produção e remoção de EROs estão em equilíbrio e os níveis mantidos são baixos No entanto quando as plantas são expostas a estresses abióticos contínuos a produção de EROs pode aumentar drasticamente perturbando o equilíbrio normal Estudos mostraram que a atividade enzimática da SOD CAT APX e POX aumenta rapidamente e de forma significativa em resposta a diversos estresses89 Além disso o sistema antioxidante não enzimático também é ativado pelo aumento dos níveis de diversos antioxidantes endógenos como AsA GSH carotenoides tocoferóis e flavonoides7 No entanto a capacidade do sistema de defesa antioxidante muitas vezes é sobrecarregada pela produção aumentada de ROS resultando em estresse oxidativo Por outro lado vários estudos mostram que os danos causados pelo estresse nas plantas podem ser mitigados por estratégias alternativas que aumentam a atividade antioxidante10 ANTIOXIDANTES ARTIFICIAIS Vários estudos exploraram diferentes estratégias antioxidantes para mitigar o estresse oxidativo aumentando a tolerância ao estresse e a produtividade das plantas11011 O Brasil por ser um país com dimensão continental e com clima apropriado nas mais diferentes regiões para práticas agrícolas e pecuárias é um candidato em potencial para se constituir como o maior produtor de insumos agrícolas e pecuários do mundo O agronegócio no Brasil representa atualmente 25 do Produto Interno Bruto e é o responsável por colocar o Brasil como líder entre as nações emergentes13 Por outro lado em um investimento florestal a aplicação ou não de um fertilizante envolve um custo que deve ser minimizado e uma receita que deve ser maximizada Do ponto de vista ambiental há uma demanda urgente por agentes verdes que sejam eficientes mas que preservem o ecossistema local Isto é fundamental para assegurar a sustentabilidade da agricultura sem comprometer a integridade ambiental eou a saúde pública Por exemplo os flavonoides são exemplos de um conjunto versátil de metabólitos secundários de baixo peso molecular com uma estrutura polifenólica envolvidos nas funções fisiológicas das plantas frequentemente demonstrando efeitos protetores contra estresses bióticos e abióticos incluindo radiação UVB13 estresse salino14 e seca15 pelo menos em parte desintoxicando as EROs produzidas sob condições de estresse nas plantas1617 Os flavonoides também desempenham um papel crucial nas associações plantamicroorganismo predominantemente nas simbioses plantarizóbio e micorrízicas arbusculares18 Certos flavonoides atuam como compostos sinalizadores desencadeando a indução de nódulos ao induzir a transcrição dos genes nod em rizóbios o primeiro passo nas relações simbióticas leguminosarizóbio19 Além disso alguns flavonoides agem para combater certos parasitas e patógenos20 Com base nestes estudos nos princípios da química verde considerando o desenvolvimento sustentável e procurando a melhor relação custobenefício direcionamos nossas pesquisas para a produção de antioxidantes inorgânicos contendo produtos naturais Os compostos preparados até o momento combinam um metal essencial MgII e um composto antioxidante flavonóides ácidos fenólicos em um produto estável no estado sólido em meio fluido e na presença de luz solar2122232425 A Figura 2 apresenta alguns resultados obtidos com o complexo Mgphenfer Mgfer phen 110fenantrolina fer ácido ferúlico21 O complexo Mgfer é estável na faixa de pH de 4 a 8 o que possibilita sua aplicação em solo ácido e básico A observação de grande atividade antioxidante contra o oxigênio singleto e o radical peroxila mimético de radical lipídico além de estabilizar a riboflavina prevenindo sua degradação e reduzindo a formação de radicais livres mostram que este composto apresenta potencial para atuar tanto na causa quanto na consequência da fotooxidação lipídica e poderia aumentar a vida útil e qualidade nutricional de vários alimentos a b Figura 2 a Compostos de MgII do grupo apresentou resultados contra o estresse oxidativo24 b Complexos de MgII obtiveram resultados significativos na para a diminuição deteorização oxidativa em músculos suínos23 Estes resultados enfatizam o potencial dos compostos preparados até o momento como antioxidantes ecologicamente amigáveis PROPOSTA DE TRABALHO Neste projeto pretendemos sintetizar caracterizar e investigar a atividade antioxidante dos complexos de MgII contendo o ácido ferúlico e o flavonoide hesperidina avaliar o desenvolvimento e qualidade das plantas na produção de mudas de feijões e tomates em vasos em função da adubação com estes compostos e comparar com fertilizantes comerciais e investigar o efeito destes compostos no solo em comparação aos fertilizantes comerciais Dependendo dos resultados obtidos nesta fase os estudos serão ampliados para soja e citrus Este projeto conta com a colaboração dos professores Alberto Carlos de Campos Bernardi e Caue Ribeiro de Oliveira ambos pesquisadores da EMBRAPA e da Profa Dra Maria Fátima das Graças Fernandes da Silva docente do DQUFSCar OBJETIVO Os compostos propostos neste projeto foram planejados para estabelecer uma nova tecnologia para proteção de plantas melhorando tanto a qualidade da plantação como favorecendo segurança aos consumidores bem como favorecendo a viabilidade econômica OBJETIVOS ESPECÍFICOS FASE 1 Síntese e caracterização de compostos contendo elementos essenciais à saúde e antioxidantes naturais obtidos a partir de resíduos industriais ou não Nesta etapa serão utilizadas as técnicas de espectrometria de massas com ionização por eléctron spray ESI massas modo positivo e RMN de 1H e 13 C para determinar a composição e estrutura dos compostos propostos FASE 2 Avaliação das propriedades físicoquímicas e atividade antioxidante dos compostos preparados Nesta etapa serão avaliadas a solubilidade dos compostos em diferentes ambientes químicos e pH e a atividade antioxidante com compostos padrão como ABTS e DPPH e pela técnica de EPR usando sequestradores de radicais FASE 3 Avaliação do desenvolvimento de plantas em estufas Nestes estudos os compostos em solução aquosa ou imobilizados em filmes de amido ou de gelatina serão depositados em quantidades prédeterminadas no solo de 32 vasos de 3L onde serão colocadas sementes das plantas de interesse Para efeitos de comparação os mesmos experimentos serão realizados com fertilizantes comerciais Este estudo será realizado em triplicata FASE 4 Após o período de plantio serão realizadas medidas do tamanho do caule e folhas durante toda a fase de crescimento Durante este período serão realizados cortes aéreos de 30 a 90 dias dependendo da planta para observar a absorção dos compostos por fluorescência e avaliar a quantidade de P N e Mg Os estudos serão comparados com o controle MATERIAIS E MÉTODOS 1 Síntese e Caracterização Complexo MgL2 L ácido ferúlico 110fenantrolina MgCH3COO24H2O 1 mmol e L 15 mmol serão dissolvidos em solução contendo metanol 150 mL e na sequência etilenodiamina 15 mmol será adicionada A solução será mantida sob agitação em atmosfera de N2 sob refluxo por 2 h A mistura será filtrada a temperatura ambiente e a solução remanescente será mantida a 0C por 3 dias Nosso grupo de pesquisa domina a preparação destes compostos 2122232425 O material de partida acetato de magnésio tetrahidratado e o ácido ferúlico serão adquiridos da Aldrich e a hesperidina da Aldrich e ofertada pela indústria de sucos CITROSUCOS do resíduo da produção do suco de laranja As caracterizações dos ligantes e complexos serão realizadas por análise elementar C H N e espectrometria de massas por injeção de elétrons A determinação da geometria do complexo será investigada pelas técnicas espectroscópicas UVvis IV RMN de 1H e 13C raiosX quando for possível obter cristais O espectro eletrônico dos complexos de MgII em geral possuem suas transições eletrônicas sobrepostas na região do UVvisível 260350 nm que são atribuídas as transições de transferência de carga interna do ligante LLCT Esses estudos serão realizados tanto em meio prótico quanto aprótico a fim de investigar os efeitos e influência do meio sob a estabilidade do complexo formado bem como em suas espécies aniônicas catiônicas e radicalares que podem ser geradas em função do meio O espectro vibracional dos complexos de MgII será investigado na sua forma sólida Diferentes estiramentos são esperados para os ácidos fenólicos livres para quando coordenados em relação ao estiramento do grupo ácido carboxílico A coordenação dos ácidos fenólicos é proposta que ocorra pela desprotonação do ácido carboxílico perdendo a característica de carbonila De modo que o estiramento da carbonila será fundamental para assegurar a coordenação ou não dos ligantes26 A técnica de voltametria cíclica será usada para examinar e determinar o efeito da coordenação dos ligantes sobre a estabilidade e tempo de vida do radical fenoxil seu cátion radicalar e seus potenciais redox Assim como nos estudos espectroscópicos as propriedades eletroquímicas serão avaliadas em meio prótico e aprótico e com valores de pH entre 2 a 10 Esses estudos permitirão identificar os diferentes sítios redoxes dos ligantes coordenados A solubilidade dos compostos antioxidantes é particularmente importante para que se determine a atividade biológica e mecanismo de ação do mesmo Por exemplo 16 substâncias polares são mais efetivas em meio lipofílico porque podem se acumular na interface da membrana ou no interior dela onde as reações de oxidação lipídica ocorrem com maior frequência devido à alta concentração de oxigênio Ao contrário antioxidantes não polares são acumulados na interface óleoágua onde ocorre a interação entre os hidroperóxidos das gotículas e as substâncias próoxidantes da fase aquosa como por exemplo os metais de transição Essa tendência contrária dos antioxidantes lipofílicohidrofílico tem sido denominada como paradoxo antioxidante27 O coeficiente de solubilidade ou solubilidade pode ser definida como a concentração máxima que certa substância conseguese dissolver em um determinado solvente a uma dada temperatura Já a lipofilicidade é definida por seu coeficiente de partição log P o qual é um parâmetro físicoquímico que se pode estimar a tendência de uma substância em interagir com membranas biológicas parte lipofílica ou permanecer na fase aquosa parte hidrofílica Normalmente a mistura octanolágua que é um sistema imiscível é usado para mimetizar a interface membranaágua uma vez que a partição águaoctanol se aproxima do particionamento entre o citosol e as membranas lipídicas de sistemas vivos Assim o valor de log P é o log da razão entre a concentração da substância na fase orgânica e sua concentração na fase aquosa em um sistema em equilíbrio28 O método shakeflask será usado para determinação da solubilidade e log P por ser um método convencional simples e válido em uma ampla faixa de valores 4 logP 4 Nosso grupo de pesquisa está familiarizado com experimentos de lipofilicidade29 2 Atividade Antioxidante a Ensaio com NBT O ensaio espectrofotométrico com NBT será utilizado afim de determinar a atividade sequestradora de radicais superóxido pelos complexos e fenóis livres para fins de comparação Neste método o radical superóxido O2 é gerado pelo sistema METVitB2NBT48 onde a metionina MET e a VitB2 vitamina B2 produzem o radical superóxido e o nitroazultetrazólio NBT é o indicador A atividade sequestradora de radicais O2 pelos compostos antioxidantes será avaliada pelo acompanhamento da absorção a 560 nm do azul de formazano qual é o produto da redução quantitativa de NBT com o O2 formado Os valores de IC50 concentração do composto teste que inibe em 50 a formação de O2 serão calculados a partir de curvas de regressão em que o eixo x corresponde ao log da concentração do composto testado em μmol L1 e o eixo y corresponde à porcentagem de inibição dos compostos testados b Ensaio com DPPH A atividade antioxidante pode ser avaliada através do ensaio espectrofotométrico com DPPH 22difenil1picrilhidrazina é amplamente usado devido à simplicidade rapidez da medida quanto a precisão e reprodutibilidade30 O DPPH é um radical livre estável sendo a deslocalização do elétron desemparelhado por toda a molécula responsável por esta estabilidade e apresenta coloração violeta intensa em etanol A absorção do radical DPPH é inibida quando átomos de hidrogênio são doados ao radical levando a formação de um aduto a hidrazina que possui coloração amarelo pálido A descoloração da solução é estequiométrica em relação ao número de elétrons retirados e independente de qualquer atividade enzimática O grau de descoloração indica a capacidade sequestradora de radical livre O Trolox análogo estável da vitamina E será usado como referência31 Os valores de IC50 e acinética da reação será acompanhada a cada 20 minutos por 150200 min dependendo da resposta antioxidante O mesmo procedimento será avaliado seguindo por RPE c Ensaio com ABTS Outro método bastante aplicado é do sequestro do radical ABTS 22 azinobis3etilbenzotiazolina6ácido sulfônico32 Assim como DPPHo ABTS também é um radical estável em determinadas condições de análise A diferença entre eles é que o radical ABTS é formado em solução sendo solúvel tanto em meio orgânico como em meio aquoso além de ser sensível ao pH32 Este fato possibilita a análise de amostras lipofílicas e hidrofílicas A adição de perssulfato de potássio a uma solução de ABTS leva a formação do cátion radicalar o qual apresenta coloração esverdeada com absorção intensa na região entre 600 a 750 nm Na presença de antioxidantes o cátion radicalar é reduzido regenerando a molécula de ABTS provocando a perda da coloração verde A vantagem desse método em relação ao método com DPPH é a solubilidade e facilidade de acompanhamento pelo UVvis pois há a presença de vários máximos de absorção Os resultados serão apresentados em relação ao padrão Trolox 100 a 2000 M em MTroloxgrama amostra atividade antioxidante equivalente ao Trolox3132 d Ensaio com Escapoletina A determinação da concentração de peróxido de hidrogêniopode ser feita através do ensaio com escapoletina 7hidroxi6metoxi2Hlbenzopirano2ona queé um substrato fluorescente O método emprega as enzimas cátalase ou peroxidase na presença de peróxido de hidrogênio levando a formação de um complexo o qual oxida a escapoletina com consequente perda da sua luminescência A intensidade da fluorescência é relacionada com a concentração da escapoletina e é inversamente proporcional a escapoletina oxidada ie a concentração de H2O2 Na presença de um antioxidante a oxidação da escapoletina é inibida e o H2O2 pode ser monitorado por um espectrofluorímetro no comprimento de onda em 430 nm33 e Ensaio da atividade antioxidante total pelo método de redução do ferro Para este ensaio da atividade antioxidante será empregado o método proposto por Kukic34 O método se baseia em meio ácido pH 36 na medida direta da habilidade dos antioxidantes da amostra em reduzir o complexo de coloração amarela Fe3TPTZ33 TPTZ tripiridiltriazina para formar o complexo azul intenso Fe2TPTZ32 max 593 nm Para um resultado quantitativo do poder de ação dos antioxidantes uma curva de calibração será feita com sulfato ferroso 100 2000 µM e os resultados expressos em µM de Fe2mg de amostra f Atividade antioxidante pela técnica de Ressonância Paramagnética de elétrons RPE A técnica de RPE para identificação de radicais livres e quantificação dos mesmos é amplamente empregada35 Com essa técnica é possível determinar as mais diferentes espécies reativas de oxigênio que são formadas durante stress oxidativo que ocorre nos tecidos musculares dos seres vivos como radical hidroxila OH radical superóxido O2ˉ radical peroxil RO oxigênio singleto 1O2 bem como avaliar a oxidação lipídica g Inibição da produção radical hidroxila radical superóxido e radical peroxil Esses radicais poderão ser avaliados através da formação do aduto com 55dimetil1pirrolina Noxido DMPO fenilNtercbutilnitrone PBN e 2266Tetramethylpiperidin1 yl oxyl TEMPO frente a diferentes concentrações de ligantes e complexos onde em cada um desses spin trap terão uma diferente divisão de hiperfinas consequência dos diferentes valores de g que dependem do aduto formado entre estes e com o radical encontrado em solução36 h Os radicais peroxil serão gerados de decomposição térmica 22azobis2 metilpropinamidina dihidrocloreto ABAP a 35C em tampão fosfato pH 7437 A essa solução será adicionado primeiramente só o sequestrador de spin e a uma segunda solução será adicionado o sequestrador de spin e os complexos parava avaliar a eficiência dos complexos como antioxidantes frente a esses radicais Os radicais hidroxila serão produzidos através de uma reação do tipo de Fenton em tampão fosfato 50 mM pH74 com uma concentração final de 02 mmol L1 de sulfato de ferroII e 06 vv de H2O238 A essa solução será adicionado primeiramente só sequestrador de spin e a uma segunda solução será adicionado sequestrador de spin e os complexos parava avaliar a eficiência dos complexos como antioxidante frente a esses radicais A integral da área de cada espectro mostrará a quantidade de radical que foi inibido podendose determinar as condições ideais para o uso do complexo de MgII Os espectros de RPE serão adquiridos à frequência de microondas 964 GHz potência de micro ondas 200 mW e a temperatura ambiente i Determinação atividade antioxidante do radical DPPH Serão preparadas soluções em metanol de concentrações variadas dos ligantes e dos complexos e serão misturadas à soluções contendo o radical DPPH na mesma concentração que os agentes antioxidantes Após a mistura essas soluções finais serão mantidas no escuro e medidas por intervalos de tempo espaçados de 5 minutos que toda a atividade oxidante cesse30 Os valores de IC50 serão calculados a partir da regressão não linear da área sob o espectro integração de RPE do padrão DPPH em função das concentrações utilizadas39 3 Atividade Fertilizante a Para a comparação do efeito dos complexos de Mg como fertilizantes serão comparadas amostras de solo sem nenhum agroquímico controle e com fertilizantes comerciais Ao final do plantio as amostras serão retiradas dos vasos para a avaliação dos comprimentos do caule folhas e raízes Todas amostras serão realizadas em triplicata para os devidos tratamentos estatísticos40 b Para as análises vegetais inicialmente as partes vegetais devem ser lavadas para minimizar possíveis contaminantes das amostras a próxima etapa é a extração dos elementos químicos da amostra vegetal a técnica mais utilizada é a digestão úmida por forno microondas e a composição dos elementos químicos devem ser determinados por Espectrômetro de emissão óptica por plasma acoplado indutivamente ICPEOS41 c Para a análise do solo os elementos químicos devem ser extraídos através do extrator Mehlich e análise dos elementos químicos desejados por diversas técnicas analíticas41 INSTRUMENTAÇÃO E FACILIDADES Podemos listar as seguintes facilidades quanto à instrumentação disponível em nosso grupo de pesquisa Espectrofotômetro Agilent 8453 espectrofluorímetro Shimadzu RF5301PC TRSPC Bricker and Higher com laser diodo 450 nm microscópio de fluorescência invertido Zeiss Observer 70 Dos equipamentos alocados na central analítica do Departamento de Química da UFSCar faremos uso de Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear BRUKER DRX 400 MHz e 600 MHz Medidas de análise elementar com o analisador CHN modelo EA 1108 da FISONS e espectros vibracionais na região do infravermelho com espectrofotômetro BOMEM MICHELSON FT MB102 CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO AtividadesSemestral 1 2 3 4 Síntese e caracterização dos complexos de MgII propostos X Investigar as propriedades espectroscópicas eletroquímicas e físicoquímicas X X Investigar a atividade antioxidante X X Investigar o desenvolvimento e qualidade das plantas feijão tomate X X Investigar a qualidade do solo antes e após plantio feijão tomate na ausência e presença do s complexos de MgII X X Disciplinas seminários X X Participação com apresentação de trabalhos em congressos redação da dissertação e artigos X X REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1 HASANUZZAMAN Mirza et al Reactive oxygen species and antioxidant defense in plants under abiotic stress Revisiting the crucial role of a universal defense regulator Antioxidants v 9 n 8 p 681 2020 2 KOPECKÁ Romana et al Abiotic stress in crop production International Journal of Molecular Sciences v 24 n 7 p 6603 2023 3 RAY Deepak K et al Yield trends are insufficient to double global crop production by 2050 PloS one v 8 n 6 p e66428 2013 4 COELHO Cíntia de A w et at Mudança do clima no Brasil síntese atualizada e perspectiva para decisões estratégicas Ministério da Ciência Tecnologia e Inovação 2024 5 CNM Seca na Região Sul causa prejuízo de R 154 bilhões a Municípios entre 2019 e 2020 Disponível em httpscnmorgbrcomunicacaonoticiassecanaregiaosulcausa prejuizoder154bilhoesamunicipiosentre2019e202 Acesso em 30 de janeiro de 2025 6 Ministério da Agricultura e Pecuária MAPA Relatório de gestão exercício 2023 2024 7 SACHDEV Swati et al Abiotic stress and reactive oxygen species Generation signaling and defense mechanisms Antioxidants v 10 n 2 p 277 2021 8 RAJPUT Vishnu D et al Recent developments in enzymatic antioxidant defence mechanism in plants with special reference to abiotic stress Biology v 10 n 4 p 267 2021 9 CHANGJIE Jiang ZHENGWEI Liang XIANZHI Xie Priming for saline alkaline tolerance in rice Current knowledge and future challenges Rice Science v 30 n 5 p 417425 2023 10 MORITA Shigeto Engineering of Abiotic Stress Tolerance by Modulating Antioxidant Defense Systems In Advances in Rice Research for Abiotic Stress Tolerance Woodhead Publishing 2019 p 755765 11 KERCHEV Pavel I VAN BREUSEGEM Frank Improving oxidative stress resilience in plants The Plant Journal v 109 n 2 p 359372 2022 12 Centro de Estudos Avançados em Economia Aplicada CEPEA ESALQUSP PIB do Agronegócio Brasileiro Disponível em httpswwwcepeaesalquspbrbrpibdoagronegociobrasileiroaspx Acesso em 30 de janeiro de 2025 13 CHALKERSCOTT Linda Environmental significance of anthocyanins in plant stress responses Photochemistry and photobiology v 70 n 1 p 19 1999 14 CHEN Shuai et al NtMYB4 and NtCHS1 are critical factors in the regulation of flavonoid biosynthesis and are involved in salinity responsiveness Frontiers in plant science v 10 p 178 2019 15 SHOJAIE Behrokh MOSTAJERAN Akbar GHANADIAN MUSTAFA Flavonoid dynamic responses to different drought conditions amount type and localization of flavonols in roots and shoots of Arabidopsis thaliana L Turkish Journal of Biology v 40 n 3 p 612622 2016 16 BRUNETTI Cecilia et al Flavonoids as antioxidants and developmental regulators relative significance in plants and humans International journal of molecular sciences v 14 n 2 p 35403555 2013 17 CUSHNIE TP Tim LAMB Andrew J Antimicrobial activity of flavonoids International journal of antimicrobial agents v 26 n 5 p 343356 2005 18 SINGLA Priyanka GARG Neera Plant flavonoids Key players in signaling establishment and regulation of rhizobial and mycorrhizal endosymbioses Mycorrhizafunction diversity state of the art p 133 176 2017 19 LIU ChengWu MURRAY Jeremy D The role of flavonoids in nodulation hostrange specificity an update Plants v 5 n 3 p 33 2016 20 MIERZIAK Justyna KOSTYN Kamil KULMA Anna Flavonoids as important molecules of plant interactions with the environment Molecules v 19 n 10 p 1624016265 2014 21 MARCHI Rafael C et al Antioxidant activity of an Mg ii compound containing ferulic acid as a chelator potential application for active packaging and riboflavin stabilisation Food Function v 15 n 3 p 1527 1538 2024 22 SILVA Eldevan S et al Insecticidal and fungicidal activity of a magnesium compound containing isovanillic acid against leafcutting ant and its symbiotic fungus Química Nova v 44 p 267271 2021 23 MARCHI Rafael C et al Effect of a Magnesium II Complex Containing Isovanillate Group on Lipid Oxidation of Porcine Muscles ACS Food Science Technology v 1 n 5 p 813818 2021 24 MARCHI Rafael C et al Synthesis Characterization and LowToxicity Study of a Magnesium II Complex Containing an Isovanillate Group ACS omega v 5 n 7 p 35043512 2020 25 OLIVEIRA Regina MM et al Structural effects on the hesperidin properties obtained by chelation to magnesium complexes Journal of inorganic biochemistry v 129 p 3542 2013 26 MARCHI Rafael C Uso Versátil de Novos Complexos de MgII Proteção a EROS à Oxidação Lipídica 2021 164 f Tese Doutor em Ciências Universidade Federal de São Carlos 2021 27 BOCK Charles W et al Manganese as a replacement for magnesium and zinc functional comparison of the divalent ions Journal of the American Chemical Society v 121 n 32 p 73607372 1999 28 DUDEV Todor COWAN J A LIM Carmay Competitive binding in magnesium coordination chemistry water versus ligands of biological interest Journal of the American Chemical Society v 121 n 33 p 7665 7673 1999 29 SHAHI Abbas et al The role of magnesium in different inflammatory diseases Inflammopharmacology v 27 p 649661 2019 30 GHOSH Nilanjan et al Synthesis characterization and study of antioxidant activity of quercetinmagnesium complex Spectrochimica Acta Part A Molecular and Biomolecular Spectroscopy v 151 p 807813 2015 31 DUDEV Todor LIM Carmay Monodentate versus bidentate carboxylate binding in magnesium and calcium proteins what are the basic principles The Journal of Physical Chemistry B v 108 n 14 p 4546 4557 2004 32 MANCUSO Cesare SANTANGELO Rosaria Ferulic acid pharmacological and toxicological aspects Food and Chemical Toxicology v 65 p 185 195 2014 33 SIERANSKI Tomasz KRUSZYNSKI Rafal Magnesium sulphate complexes with hexamethylenetetramine and 1 10phenanthroline Thermal structural and spectroscopic properties Journal of thermal analysis and calorimetry v 109 n 1 p 141152 2012 34 CAPONE Santi et al Thermodynamics of formation of magnesium calcium strontium and barium complexes with 2 2bipyridyl and 1 10 phenanthroline at different ionic strengths in aqueous solution Talanta v 32 n 8 p 675677 1985 35 Bank W World Development Indicators 2015 World DevelopmentIndicators 2015 36 Group WB Enabling the Business of Agriculture 2017 World Bank Washington DC 2017 37 Brazil Livestock and Products Semiannual USDA Foreign Agricultural Service Accessed August 17 2021 httpswwwfasusdagovdatabrazil livestockandproductssemiannual4 38 FLETCHER Bridget et al Advances in meat spoilage detection A short focus on rapid methods and technologies CyTAJournal of Food v 16 n 1 p 10371044 2018 39 RODRIGUEZLAZARO David et al Next day Salmonella spp detection method based on realtime PCR for meat dairy and vegetable food products International journal of food microbiology v 184 p 113120 2014 40 KLAIC Rodrigo et al Synergy of Aspergillus niger and components in biofertilizer composites increases the availability of nutrients to plants Current microbiology v 78 n 4 p 15291542 2021 41 SILVA Fábio Cesar da Ed Manual de análises químicas de solos plantas e fertilizantes 2 ed rev ampl Brasília DF Embrapa Informação Tecnológica 2009 627 p