Unravelling the nanostructure of strawberry fruit pectins by atomic force microscopy

Atomic force microscopy (AFM) allows the analysis of individual polymers at nanostructural level with a minimal sample preparation. This technique has been used to analyse the pectin disassembly process during the ripening and postharvest storage of several fleshy fruits. In general, pectins analysed by AFM are usually visualized as isolated chains, unbranched or with a low number of branchs and, occasionally, as large aggregates. However, the exact nature of these structures is unknown. It has been suggested that pectin aggregates represent a mixture of rhamnonogalacturonan I and homogalacturonan, while isolated chains and their branches are mainly composed by polygalacturonic acid. In order to gain insight into the nature of these structures, sodium carbonate soluble pectins from ripe strawberry (Fragaria x ananassa, Duch.) fruits were subjected to enzymatic digestion with endo-Polygalacturonase M2 from Aspergillus aculeatus, and the samples visualized by AFM at different time intervals. Pectins isolated from control, non-transformed plants, and two transgenic genotypes with low level of expression of ripening-induced pectinase genes encoding a polygalacturonase (APG) or a pectate lyase (APEL) were also included in this study. Before digestion, isolated pectin chains from control were shorter than those from transgenic fruits, showing number-average (LN) contour length values of 73.2 nm vs. 95.9 nm and 91.4 nm in APG and APEL, respectively. The percentage of branched polymers was significantly higher in APG polyuronides than in the remaining genotypes, 33% in APG vs. 6% in control and APEL. As a result of the endo-PG treatment, a gradual decrease in the main backbone length of isolated chains was observed in the three samples. The minimum LN value was reached after 8 h of digestion, being similar in the three genotypes, 22 nm. By contrast, the branches were not visible after 1.5-2 h of digestion. LN values were plotted against digestion time and the data fitted to a first-order exponential decay curve, obtaining R2 values higher than 0.9. The half digestion time calculated with these equations were similar for control and APG pectins, 1.7 h, but significantly higher in APEL, 2.5 h, indicating that these polymer chains were more resistant to endo-PG digestion. Regarding the pectin aggregates, their volumes were estimated and used to calculate LN molecular weights. Before digestion, control and APEL samples showed complexes of similar molecular weights, 1722 kDa, and slightly higher than those observed in APG samples. After endo-PG digestion, size of complexes diminished significantly, reaching similar values in the three pectin samples, around 650 kDa. These results suggest that isolated polymer chains visualized by AFM are formed by a HG domain linked to a shorter polymer resistant to endo-PG digestion, maybe xylogalacturonan or RG-I. The silencing of the pectate lyase gene slightly modified the structure and/or chemical composition of polymer chains making these polyuronides more resistant to enzymatic degradation. Similarly, polygalacturonic acid is one of the main component of the aggregates.

Raman Spectroscopy and DFT calculations for the Electronic Structure Characterization of Conjugated Polymers

In the last three decades, there has been a broad academic and industrial interest in conjugated polymers as semiconducting materials for organic electronics. Their applications in polymer light-emitting diodes (PLEDs), polymer solar cells (PSCs), and organic field-effect transistors (OFETs) offer opportunities for the resolution of energy issues as well as the development of display and information technologies1. Conjugated polymers provide several advantages including low cost, light weight, good flexibility, as well as solubility which make them readily processed and easily printed, removing the conventional photolithography for patterning2. A large library of polymer semiconductors have been synthesized and investigated with different building blocks, such as acenes or thiophene and derivatives, which have been employed to design new materials according to individual demands for specific applications. To design ideal conjugated polymers for specific applications, some general principles should be taken into account, including (i) side chains (ii) molecular weights, (iii) band gap and HOMO and LUMO energy levels, and (iv) suited morphology.3-6 The aim of this study is to elucidate the impact that substitution exerts on the molecular and electronic structure of π-conjugated polymers with outstanding performances in organic electronic devices. Different configurations of the π-conjugated backbones are analyzed: (i) donor-acceptor configuration, (ii) 1D lineal or 2D branched conjugated backbones, and (iii) encapsulated polymers (see Figure 1). Our combined vibrational spectroscopy and DFT study shows that small changes in the substitution pattern and in the molecular configuration have a strong impact on the electronic characteristics of these polymers. We hope this study can advance useful structure-property relationships of conjugated polymers and guide the design of new materials for organic electronic applications.

Aminoácidos y obesidad: relación de los niveles de homocisteína, aminoácidos de cadena ramificada y citrulina con sobrepeso-obesidad y resistencia insulínica en niños prepuberales

Introducción: la obesidad infantil es uno de los problemas de Salud Pública más graves del s.XXI, sobre todo por las complicaciones cardiovasculares y endocrino-metabólicas asociadas. La prevalencia de obesidad se ha multiplicado por más de dos entre 1980 y 2014, estimándose que, a nivel mundial, más de 42 millones de niños tienen sobrepeso. En adultos hay estudios que reportan que la ingesta proteica conlleva efectos beneficiosos aunque altos niveles de determinados aminoácidos se relacionan con obesidad y resistencia insulínica; no obstante, en niños existen escasos estudios que confirmen tal asociación. Objetivos: analizar cómo se relacionan los niveles sanguíneos de los aminoácidos de cadena ramificada, la homocisteína y la citrulina con las variables que se utilizan en la práctica clínica habitual para diagnosticar obesidad en niños y adolescentes, así como estudiar si hay relación de éstos con la resistencia a la insulina. Material y métodos: estudio observacional analítico longitudinal prospectivo de una cohorte. Colaboración entre niveles asistenciales (atención hospitalaria y atención primaria). Se seleccionaron niños en diferentes centros de salud de Málaga entre 6-11 años, prepúberes (estadios de Tanner 1-2). Para conseguir un intervalo de confianza del 95% y siendo la prevalencia de sobrepeso-obesidad del 30%, se estimó que habría que incluir unos 100 sujetos. Criterios de exclusión: obesidad de causa secundaria, enfermedad orgánica añadida, ingesta crónica de medicamentos y antecedentes de diabetes personales o en familiares de primer grado. Se realizó: hoja de recogida de datos clínicos, epidemiológicos, encuesta de hábitos sociales, alimentarios y de ejercicio físico. Se extrajo una analítica sanguínea con bioquímica básica y ampliada (perfil lipídico, vitaminas B9 y B12, transaminasas, insulina…) y se determinaron aminoácidos de interés para el estudio (homocisteína, isoleucina, leucina, valina, citrulina, tirosina, fenilalanina y acilcarnitinas (C3 y C5)). La obesidad se define como IMC ≥2 SDS expresado en Z score (gráficas de Hernández). Para la resistencia insulínica se usó un índice HOMA mayor de 3. De los 100 sujetos de estudio en el momento basal completaron el seguimiento, a los 12 meses, 40 de ellos, repitiéndose todas las mediciones, para determinar si las variaciones clínico-analíticas se relacionaban con variaciones en los aminoácidos. Conclusiones: Los sujetos con exceso de peso presentaron niveles menores de colesterol-HDL y vitamina B12, y mayores niveles de triglicéridos, insulina e índice HOMA. No se observó relación entre el exceso de peso y el ácido fólico. Los factores epidemiológicos más asociados a niños con exceso de peso fueron: la presencia de sobrepeso en el progenitor “padre”; el elevado consumo de zumos, refrescos y snacks; la existencia de una mayor distancia del hogar al colegio; y el exceso de horas viendo la televisión o jugando a la consola. La resistencia insulínica se relacionó inversamente con los niveles plasmáticos de leucina e isoleucina, en el momento basal. Aunque la valina y la citrulina no obtuvieron significación estadística, sus datos fueron similares a los de la leucina e isoleucina. También se evidenció una relación directa entre la resistencia insulínica y el IMC y los TG, e inversa con el HDL, la vitamina B12 y el ácido fólico. La homocisteína no se correlacionó con datos antropométricos ni con resistencia insulínica. Los BCAA (valina, leucina e isoleucina) se relacionaron inversamente con el IMC y el perímetro abdominal, tanto en el momento basal como tras un año de seguimiento. La leucina e isoleucina obtuvieron asociación estadística con la resistencia insulínica, es decir, aquellos con HOMA >3 presentaron menores niveles de estos aminoácidos, a diferencia de los datos contrarios de otras publicaciones. Se constató la ausencia de diferencias, tras un año de evolución, entre los valores medios de los BCAA con respecto al desarrollo de resistencia insulínica. Sólo se apreciaron diferencias estadísticamente significativas para la arginina, siendo menores sus cifras en los que desarrollaron resistencia insulínica. Hay que resaltar que sólo la valina, al año de seguimiento, estuvo ligeramente aumentada en niños con índice HOMA > 3, aunque los datos no fueron significativos. Este hecho podría ser el primer indicio de las consecuencias de la resistencia insulínica en el metabolismo de los aminoácidos. La citrulina se relacionó inversamente con el perímetro abdominal y con el IMC. No hubo diferencias con la resistencia insulínica ni con el IMC al año. Bibliografía: a destacar: WHO. Overweight and obesity. (sitio web). Geneva, Switzerland: World Health Organization, 2006. (citado 5 agosto 2014). Disponible en: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs311/en/index.html. Ice CL, Murphy E, Cottrell L, Neal WA. Morbidly obese diagnosis as an indicator of cardiovascular disease risk in children: results from the CARDIAC Project. Int J Pediatr Obes. 2011; 6:113-119. Carrascosa A, Yeste D. Complicaciones metabólicas de la obesidad infantil. An Pediatr (Barc). 2011; 75(2):135.e1-135.e9. De Farias AA, Camêlo A, Almeida GM, Da Silva MO, Teixeira A,Campos C et al. Homocysteine: cardiovascular risk factor in children and adolescents? Rev Assoc Med Bras. 2 0 1 3; 5 9(6):622-628. Lynch CJ, Adams SH. Branched-chain amino acids in metabolic signalling and insulin resistance. Nat. Rev. Endocrinol 2014; 10, 723-736. Fike CD, Summar M, Aschner JL. L-citrulline provides a novel strategy for treating chronic pulmonary hypertension in newborn infants. Acta Paediatr. 2014 Oct; 103(10):1019-26. doi: 10.1111/apa.12707. Epub 2014 Jun 20.