Entropy analysis of DNA code dynamics in human chromosomes

Deoxyribonucleic acid, or DNA, is the most fundamental aspect of life but present day scientific knowledge has merely scratched the surface of the problem posed by its decoding. While experimental methods provide insightful clues, the adoption of analysis tools supported by the formalism of mathematics will lead to a systematic and solid build-up of knowledge. This paper studies human DNA from the perspective of system dynamics. By associating entropy and the Fourier transform, several global properties of the code are revealed. The fractional order characteristics emerge as a natural consequence of the information content. These properties constitute a small piece of scientific knowledge that will support further efforts towards the final aim of establishing a comprehensive theory of the phenomena involved in life.

And I say to myself: “What a fractional world!”

This paper discusses several complex systems in the perspective of fractional dynamics. For prototype systems are considered the cases of deoxyribonucleic acid decoding, financial evolution, earthquakes events, global warming trend, and musical rhythms. The application of the Fourier transform and of the power law trendlines leads to an assertive representation of the dynamics and to a simple comparison of their characteristics. Moreover, the gallery of different systems, both natural and man made, demonstrates the richness of phenomena that can be described and studied with the tools of fractional calculus.

The transport of carboxylic acids and important role of the Jen1p transporter during the development of yeast colonies

On solid substrates, yeast colonies pass through distinct developmental phases characterized by the changes in pH of their surroundings from acidic to nearly alkaline and vice versa. At the beginning of the alkali phase colonies start to produce ammonia, which functions as a quorum-sensing molecule inducing the reprogramming of cell metabolism. Such reprogramming includes, among others, the activation of several plasma membrane transporters and is connected with colony differentiation. In the present study, we show that colony cells can use two transport mechanisms to import lactic acid: a ‘saturable’ component of the transport, which requires the presence of a functional Jen1p transporter, and a ‘non-saturable’ component (diffusion) that is independent of Jen1p. During colony development, the efficiency of both transport components changes similarly in central and outer colonial cells. Although the lactate uptake capacity of central cells gradually decreases during colony development, the lactate uptake capacity of outer cells peaks during the alkali phase and is also kept relatively high in the second acidic phase. This lactate uptake profile correlates with the localization of the Jen1p transporter to the plasma membrane of colony cells. Both lactic acid uptake mechanisms are diminished in sok2 colonies where JEN1 expression is decreased. The Sok2p transcription factor may therefore be involved in the regulation of non-saturable lactic acid uptake in yeast colonies.

Fractional Order Description of DNA

This study addresses the deoxyribonucleic acid (DNA) and proposes a procedure based on the association of statistics, information theory, signal processing, Fourier analysis and fractional calculus for describing fundamental characteristics of the DNA. In a first phase the 24 chromosomes of the Human are evaluated. In a second phase, 10 chromosomes for different species are also processed and the results compared. The results reveal invariance in the description and close resemblances with fractional Brownian motion.

Fractional Analysis of the DNA Information

Proceedings of the 12th Conference on 'Dynamical Systems -Theory and Applications'

Lipid content and fatty acid profile of Senegalese sole (Solea senegalensis Kaup, 1858) juveniles as affected by feed containing different amounts of plant protein sources

A growth trial with Senegalese Sole (Solea senegalensis Kaup, 1858) juveniles fed with diets containing increasing replacement levels of fishmeal by mixtures of plant protein sources was conducted over 12 weeks. Total fat contents of muscle, liver, viscera, skin, fins and head tissues were determined, as well as fatty acid profiles of muscle and liver (GC-FID analysis). Liver was the preferential local for fat deposition (5.5–10.8% of fat) followed by fins (3.4–6.7% fat). Increasing levels of plant protein in the diets seems to be related to increased levels of total lipids in the liver. Sole muscle is lean (2.4–4.0% fat), with total lipids being similar among treatments. Liver fatty acid profile varied significantly among treatments. Plant protein diets induced increased levels of C16:1 and C18:2 n -6 and a decrease in ARA and EPA levels. Muscle fatty acid profile also evidenced increasing levels of C18:2 n 6, while ARA and DHA remained similar among treatments. Substitution of fishmeal by plant protein is hence possible without major differences on the lipid content and fatty acid profile of the main edible portion of the fish – the muscle.

Phenylketonuria: Protein content and amino acids profile of dishes for phenylketonuric patients. The relevance of phenylalanine

Phenylketonuria is an inborn error of metabolism, involving, in most cases, a deficient activity of phenylalanine hydroxylase. Neonatal diagnosis and a prompt special diet (low phenylalanine and natural-protein restricted diets) are essential to the treatment. The lack of data concerning phenylalanine contents of processed foodstuffs is an additional limitation for an already very restrictive diet. Our goals were to quantify protein (Kjeldahl method) and amino acid (18) content (HPLC/fluorescence) in 16 dishes specifically conceived for phenylketonuric patients, and compare the most relevant results with those of several international food composition databases. As might be expected, all the meals contained low protein levels (0.67–3.15 g/100 g) with the highest ones occurring in boiled rice and potatoes. These foods also contained the highest amounts of phenylalanine (158.51 and 62.65 mg/100 g, respectively). In contrast to the other amino acids, it was possible to predict phenylalanine content based on protein alone. Slight deviations were observed when comparing results with the different food composition databases.

Valorização da Borra de Café: Otimização da Produção de Biodiesel por Catálise Enzimática

O decréscimo das reservas de petróleo e as consequências ambientais resultantes do recurso a combustíveis fósseis nos motores a diesel têm levado à procura de combustíveis alternativos. Esta pesquisa alicerçada nas fontes de energia renovável tornou-se essencial, face à crescente procura de energia e ao limitado fornecimento de combustíveis fósseis . Resíduos de óleo de cozinha, gordura animal, entre outros resíduos de origem biológica, tais como a borra de café, são exemplos de matérias-primas para a produção de biodiesel. A sua valorização tem interesse quer pela perspetiva ambiental, quer pela económica, pois aumenta não só a flexibilidade e diversificação das matérias-primas, mas também contribui para uma estabilidade de custos e alteração nas políticas agrícolas e de uso do solo. É neste contexto que se enquadra o biodiesel e a borra de café, pretendendo-se aqui efetuar o estudo da produção, à escala laboratorial, de biodiesel a partir da borra de café, por transesterificação enzimática, visando a procura das melhores condições reacionais. Iniciando-se com a caracterização da borra de café, foram avaliados antes e após a extração do óleo da borra de café, diversos parâmetros, de entre os quais se destacam: o teor de humidade (16,97% e 6,79%), teor de cinzas (1,91 e 1,57%), teor de azoto (1,71 e 2,30%), teor de proteínas (10,7 e 14,4%), teor de carbono (70,2 e 71,7%), teor de celulose bruta (14,77 e 18,48%), teor de lenhina (31,03% e 30,97%) e poder calorifico superior (19,5 MJ/kg e 19,9 MJ/kg). Sumariamente, constatou-se que os valores da maioria dos parâmetros não difere substancialmente dos valores encontrados na literatura, tendo sido evidenciado o potencial da utilização desta biomassa, como fonte calorifica para queima e geração de energia. Sendo a caracterização do óleo extraído da borra de café um dos objetivos antecedentes à produção do biodiesel, pretendeu-se avaliar os diferentes parâmetros mais significativos. No que diz respeito à caracterização do óleo extraído, distingue-se a sua viscosidade cinemática (38,04 mm2/s), densidade 0,9032 g/cm3, poder calorífico de 37,9 kcal/kg, índice de iodo igual a 63,0 gI2/ 100 g óleo, o teor de água do óleo foi de 0,15 %, o índice de acidez igual a 44,8 mg KOH/g óleo, ponto de inflamação superior a 120 ºC e teor em ácidos gordos de 82,8%. Inicialmente foram efetuados ensaios preliminares, a fim de selecionar a lipase (Lipase RMIM, TL 100L e CALB L) e álcool (metanol ou etanol puros) mais adequados à produção de biodiesel, pelo que o rendimento de 83,5% foi obtido através da transesterificação mediada pela lipase RMIM, utilizando como álcool o etanol. Sendo outro dos objetivos a otimização do processo de transesterificação enzimática, através de um desenho composto central a três variáveis (razão molar etanol: óleo, concentração de enzima e temperatura), recorrendo ao software JMP 8.0, determinou-se como melhores condições, uma razão molar etanol: óleo 5:1, adição de 4,5% (m/m) de enzima e uma temperatura de 45 ºC, que conduziram a um rendimento experimental equivalente a 96,7 % e teor de ésteres 87,6%. Nestas condições, o rendimento teórico foi de 99,98%. Procurou-se ainda estudar o efeito da adição de água ao etanol, isto é, o efeito da variação da concentração do etanol pela adição de água, para teores de etanol de 92%, 85% e 75%. Verificou-se que até 92% decorreu um aumento da transesterificação (97,2%) para um teor de ésteres de (92,2%), pelo que para teores superiores de água adicionada (75% e 85%) ocorreu um decréscimo no teor final em ésteres (77,2% e 89,9%) e no rendimento da reação (84,3% e 91,9%). Isto indica a ocorrência da reação de hidrólise em maior extensão, que leva ao desvio do equilíbrio no sentido contrário à reação de formação dos produtos, isto é, dos ésteres. Finalmente, relativamente aos custos associados ao processo de produção de biodiesel, foram estimados para o conjunto de 27 ensaios realizados neste trabalho, e que corresponderam a 767,4 g de biodiesel produzido, sendo o custo dos reagentes superior ao custo energético, de 156,16 € e 126,02 €, respetivamente. Naturalmente que não esperamos que, a nível industrial os custos sejam desta ordem de grandeza, tanto mais que há economia de escala e que as enzimas utilizadas no processo deveriam ser reutilizadas diversas vezes.