Purines and nucleic acids removal with materials functionalized with ionic liquids

Abstract

Purines and nucleic acid are present in several fermented beverages, including beer. These compounds essentially come from malt and yeast DNA. When ingested by humans they are catabolized into uric acid, contributing to its serum level increase leading to hyperuricemia, a risk factor of gout. This disease causes inflammation and intense pain and can be acute or chronic. For this reason, in the treatment of gout, it is recommended a diet with beer restrictions. Therefore, it is relevant to develop methodologies that can remove purines and their precursors from beer, in this way the Supported Ionic Liquids (SIL) that are studied for the adsorption of purine compounds and DNA Saccharomyces cerevisiae from aqueous solutions. Five SILs with different cations and chloride as counter ion were synthesized and characterized using several techniques: Elemental analysis, Fourier-Transform Infrared spectroscopy with attenuated Total Reflectance, Solid-State 13C NMR, point of zero charges, Surface area and pore structure characterization and Scanning electron microscope. Then the materials are used for purines, DNA and amino acids assays- Tyrosine. SILs demonstrate no capacity to remove purines. On the other hand, the DNA extracted from Saccharomyces cerevisiae was used to performed adsorption assay. The data demonstrate that DNA adsorption is instantaneous, in this way, the models of kinetics are not applicable. Of the five synthesized SILs, [Si][C3C1Im]Cl; [Si][N3114]Cl and [Si][N3222]Cl showed the ability to remove DNA. [Si][C3C1Im]Cl demonstrates to be the most efficient for DNA removal with a capacity of removal 43.32 μg per mg of material. These SILs don’t demonstrate the adsorbed capacity for this amino acid removal, giving a little proof of selectivity. Further studies are being carried out in order to identify more promising materials that can be used to remove purine compounds and DNA from beer to avoid beer restrictions due to hyperuricemia and gout conditions.

Os ácidos nucleicos e as purinas estão presentes em muitas bebidas fermentadas, nomeadamente na cerveja. Estes compostos são essencialmente provenientes do ADN do malte e da levedura responsável pela fermentação da cerveja. Estes, quando ingeridos por seres humanos, são catabolizados em ácido úrico, contribuindo para o aumento do seu nível sérico, a hiperuricemia, um fator de risco da gota. Esta doença causa inflamação e dor intensa e pode ser aguda ou crónica. Por esse motivo, no tratamento da gota, recomenda-se uma dieta com restrições de cerveja. É por isso relevante desenvolver metodologias que consigam remover as purinas e os seus os precursores da cerveja. Neste sentido, surgiu os Líquidos Iónicos Suportados (LIS) que foram, então, estudados para adsorver compostos de purina e ADN de Saccharomyces cerevisiae a partir de soluções aquosas. Cinco LIS com diferentes catiões e com o anião cloreto foram sintetizados e caracterizados usando várias técnicas: análise elementar, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier com refletância total atenuada, ressonângia magnética nuclear de 13C em estado sólido, potencial zeta, método de isotérmica BET E BJH para a caracterização de área de superfície e da estrutura de poros e, por fim, microscópia eletrónica de varrimento. De seguida, os materiais foram utilizados em ensaios de adsorção de purinas, de ADN e de um aminoácido- a tirosina. Os LIS não demonstraram capacidade de remover purinas. Por outro lado, o ADN extraído de Saccharomyces cerevisiae foi utilizado para ensaios de adsorção. Os dados demonstraram que a adsorção de ADN é instantânea, não tendo sido possível ajustar modelos cinéticos aos dados experimentais. Dos cinco LIS sintetizados, três deles ([Si][C3C1Im]Cl; [Si][N3114]Cl e [Si][N3222]Cl) mostraram capacidade de remoção do ADN, sendo que o [Si][C3C1Im]Cl demonstrou ser o mais eficaz, com capacidade de remoção de 43,32 μg por mg de material. Estes LIS não demonstraram capacidade de remoção de aminoácidos, fornecendo uma pequena prova de seletividade. Mais estudos precisam de ser realizados, a fim de identificar materiais mais promissores que podem ser usados para remover compostos de purina e ADN da cerveja, a fim de evitar restrições devido a condições de hiperuricemia e gota.