Anharmonicity contributions to the vibrational second hyperpolarizability of conjugated oligomers

Restricted Hartree-Fock 6-31G calculations of electrical and mechanical anharmonicity contributions to the longitudinal vibrational second hyperpolarizability have been carried out for eight homologous series of conjugated oligomers - polyacetylene, polyyne, polydiacetylene, polybutatriene, polycumulene, polysilane, polymethineimine, and polypyrrole. To draw conclusions about the limiting infinite polymer behavior, chains containing up to 12 heavy atoms along the conjugated backbone were considered. In general, the vibrational hyperpolarizabilities are substantial in comparison with their static electronic counterparts for the dc-Kerr and degenerate four-wave mixing processes (as well as for static fields) but not for electric field-induced second harmonic generation or third harmonic generation. Anharmonicity terms due to nuclear relaxation are important for the dc-Kerr effect (and for the static hyperpolarizability) in the σ-conjugated polymer, polysilane, as well as the nonplanar π systems polymethineimine and polypyrrole. Restricting polypyrrole to be planar, as it is in the crystal phase, causes these anharmonic terms to become negligible. When the same restriction is applied to polymethineimine the effect is reduced but remains quantitatively significant due to the first-order contribution. We conclude that anharmonicity associated with nuclear relaxation can be ignored, for semiquantitative purposes, in planar π-conjugated polymers. The role of zero-point vibrational averaging remains to be evaluated

Intramolecular basis set superposition error effects on the planarity of benzene and other aromatic molecules: A solution to the problem

Recently, the surprising result that ab initio calculations on benzene and other planar arenes at correlated MP2, MP3, configuration interaction with singles and doubles (CISD), and coupled cluster with singles and doubles levels of theory using standard Pople’s basis sets yield nonplanar minima has been reported. The planar optimized structures turn out to be transition states presenting one or more large imaginary frequencies, whereas single-determinant-based methods lead to the expected planar minima and no imaginary frequencies. It has been suggested that such anomalous behavior can be originated by two-electron basis set incompleteness error. In this work, we show that the reported pitfalls can be interpreted in terms of intramolecular basis set superposition error (BSSE) effects, mostly between the C–H moieties constituting the arenes. We have carried out counterpoise-corrected optimizations and frequency calculations at the Hartree–Fock, B3LYP, MP2, and CISD levels of theory with several basis sets for a number of arenes. In all cases, correcting for intramolecular BSSE fixes the anomalous behavior of the correlated methods, whereas no significant differences are observed in the single-determinant case. Consequently, all systems studied are planar at all levels of theory. The effect of different intramolecular fragment definitions and the particular case of charged species, namely, cyclopentadienyl and indenyl anions, respectively, are also discussed

Protein oligomers studied by solid-state NMR the case of the full-length nucleoid-associated protein histone-like nucleoid structuring protein

Members of the histone-like nucleoid structuring protein (H-NS) family play roles both as architectural proteins and as modulators of gene expression in Gram-negative bacteria. The H-NS protein participates in modulatory processes that respond to environmental changes in osmolarity, pH, or temperature. H-NS oligomerization is essential for its activity. Structural models of different truncated forms are available. However, high-resolution structural details of full-length H-NS and its DNA-bound state have largely remained elusive. We report on progress in characterizing the biologically active H-NS oligomers with solid-state NMR. We compared uniformly ((13)C,(15)N)-labeled ssNMR preparations of the isolated N-terminal region (H-NS 1-47) and full-length H-NS (H-NS 1-137). In both cases, we obtained ssNMR spectra of good quality and characteristic of well-folded proteins. Analysis of the results of 2D and 3D (13)C-(13)C and (15)N-(13)C correlation experiments conducted at high magnetic field led to assignments of residues located in different topological regions of the free full-length H-NS. These findings confirm that the structure of the N-terminal dimerization domain is conserved in the oligomeric full-length protein. Small changes in the dimerization interface suggested by localized chemical shift variations between solution and solid-state spectra may be relevant for DNA recoginition.

Aplicació de la termoquimiolisi - cromatografia de gasos - espectrometria de masses a l'estudi de la matèria orgànica del sòl

Estudi realitzat a partir d’una estada a la Université de Poitiers, França, entre 2007 i 2009. El treball s'ha centrat en dues activitats bàsiques. El treball realitzat s’ha centrat en dues activitats bàsiques. D’una banda, la posada a punt d'un protocol de fraccionament de la matèria orgànica del sòl, per extraccions successives amb solvents alcalins després d'una seqüència de pretractaments al sòl: cap pretractament, atac amb àcid (per destruir els carbonats), atac amb ditionit (per reduir els òxids de Fe i Al i facilitar l'extracció de la matèria orgànica associada a aquests compostos). El protocol dóna una visió de conjunt de la situació de la matèria orgànica del sòl, combinant aspectes físics (protecció, precipitació, oclusió per carbonats) i químics (grau d'humificació). D’altra banda, l'aprenentatge de la tècnica de termoquimiolisi-cromatografia de gasos-espectrometria de masses. Aquest era l'objectiu de l'estada a Poitiers, al qual hem donat prioritat. Ens hem centrat en l'estudi de fraccions físiques (densimètriques) obtingudes en estudis anteriors sobre sòls forestals. Les fraccions considerades són: fracció lleugera (FL), tres fraccions ocluïdes (OC1, OC2 i OC3) i fracció densa (FD). L’aplicació de la termoquimiolisi permet de caracteritzar diversos grups de substàncies, de les quals ens hem centrat en alguns indicadors bioquímics: àcids grasos, alcohols, diàcids, productes fenòlics i altres productes aromàtics, derivats de carbohidrats. L’estudi de conjunt d’aquests productes indica que és a les fraccions ocluïdes (que solen ser minoritàries a tots els horitzons) on la matèria orgànica d’origen microbià és dominant, mentre que a les fraccions lleugera (FL) i densa (FD) la matèria orgànica d’origen vegetal sembla dominant. Es preveu aplicar aquesta tècnica a l’estudi de les fraccions obtingudes a la primera part del treball, actualment congelades i a l’espera de ser processades.

Mecanismes de reacció de sistemes catalítics amb èmfasi en carbens de Fischer i quantificació de l'aromaticitat en petites molècules inorgàniques cícliques i planes.

El tema principal del treball és sobre l'estudi teòric de l'estructura i reactivitat en carbens de Fischer de la forma (CO)5Cr=C(X)R (X= OH, NH2, OMe, NMe2 i R= CHCH2 i Ph). Particularment, el nostre interès va sorgir del tipus de reaccions de cicloadicció que donen lloc a la síntesi de productes naturals i fàrmacs de gran valor afegit. Hem estudiat els mecanismes de reacció dels casos més comuns de cicloanul•lació: la reacció de benzanul•lació de Dötz i ciclopentanulacions que es troben en competència amb el primer cas, derivats de l'inserció de acetilè i fenilacetilè. En l'últim pas de les reaccions que comporten la formació d'un sistema de més d'un anell, hi tenim una migració del complex metàl•lic de crom d'un extrem a un altre anomenat com rearranjament haptotròpic. Aleshores, hem investigat sobre els mecanismes de migració haptotròpica de Cr(CO)3 sobre hidrocarburs aromàtics policíclics analitzant l'efecte de la mida i la curvatura del sistema així com la complexació d'un segon fragment metàl•lic a la manera de coordinació als anells. D'una altre banda, vam estudiar l'aromaticitat en 54 cúmuls cíclics de molecules inorgàniques mitjançant metodologia desenvolupada al nostre grup de recerca i altres. Vam proposar la tècnica del scan-NICS com nova mesura quantitativa d'aromaticitat i reportar l'escassa correlació entre els distints índexs d'aromaticitat a la literatura. Finalment, com resultat de col•laboracions en estades de recerca, he desenvolupat propostes de mecanismes de reacció en sistemes catalítics de isonitrils i fosfinetà-amides i en dímers de gassos nobles.

Estudi de la desadsorció del pirè amb diferents surfactants en tres sòls artificials

Un dels problemes associats a la remeiació de contaminants hidròfobs és la seva poca disponibilitat. Es considera que un contaminant està disponible quan roman a la fase líquida del medi, ja sigui solubilitzat o en forma d’emulsió. Els surfactants són substàncies anfifíliques que promouen la transferència de compostos hidròfobs de la fase sòlida a la líquida. En aquest estudi s’escull el pirè com a representant dels hidrocarburs aromàtics policíclics i tres surfactants no iònics: un àmpliament citat a la bibliografia científica (Tween 80) i dos comercials (Gold Crew, BS-400). L’estudi es fa amb tres mescles d’argila i sorra amb diferents proporcions. La concentració micel·lar crítica (CMC) s’assoleix abans en sòls amb poc contingut en argila. L’eficiència dels surfactants està estretament relacionada amb la proporció d’argila i sorra. A concentracions molt per sobre de la CMC no s’observa una relació entre l’eficiència i la quantitat d’argila. El Tween 80 ha donat millors resultats que el Gold Crew i el BS-400, sense que aquest darrer no hagi presentat desadsorció de pirè.

Analisi de compostos orgànics persistents i estudi de la procedència d'hidrocarburs en sediments del mar Mediterrani català

Els sediments del fons marí són molt importants en els ecosistemes aquàtics. Aquests sediments són considerats absorbents naturals, ja que s’hi acumulen moltes substàncies nocives, com ara metalls pesants i contaminants orgànics persistents (COPs). En aquest estudi s’han analitzat mostres de sediments del mar Mediterrani amb la finalitat d’examinar els COPs i la possible procedència d’hidrocarburs derivats del petroli. Les mostres han estat extretes davant de la desembocadura del riu Besòs (se n’ha fet una extracció a 8 km i una altra a 54 km de distància respecte la costa) i davant del municipi català anomenat Vilanova i la Geltrú (se n’ha fet, també, una extracció a 8-10 km i una altra a 30-40 km de distància respecte la costa). D’aquestes mostres, obtingudes per perforació, se n’han analitzat el primer i segon centímetres. S’han quantificat els hidrocarburs aromàtics policíclics (PAHs), els bifenils policlorats (PCBs) i els compostos organoclorats (OCPs) utilitzats antigament com a pesticides. S’ha posat de manifest que en les zones més properes a la costa, les concertacions COPs són més elevades a la regió més meridional, tot i estar davant de la desembocadura del riu Besòs. Segurament això és degut a la influència de la deriva litoral (corrent costaner marí en direcció NE-SW). Finalment, l’índex Phytane/Pristane, l’índex de preferència de carboni o, en anglès Carbon Preference Index (CPI) i la barreja complexa sense resoldre o, en anglès, Unresolved Complex Mixture (UCM) apunten a la conclusió que l’origen dels hidrocarburs analitzats (n-alcans) podria ser petrogènic.

The nature of the Cr-C bond: direct estimation of aromaticity in Fischer carbenes

Report for the scientific sojourn at the the Philipps-Universität Marburg, Germany, from september to december 2007. For the first, we employed the Energy-Decomposition Analysis (EDA) to investigate aromaticity on Fischer carbenes as it is related through all the reaction mechanisms studied in my PhD thesis. This powerful tool, compared with other well-known aromaticity indices in the literature like NICS, is useful not only for quantitative results but also to measure the degree of conjugation or hyperconjugation in molecules. Our results showed for the annelated benzenoid systems studied here, that electron density is more concentrated on the outer rings than in the central one. The strain-induced bond localization plays a major role as a driven force to keep the more substituted ring as the less aromatic. The discussion presented in this work was contrasted at different levels of theory to calibrate the method and ensure the consistency of our results. We think these conclusions can also be extended to arene chemistry for explaining aromaticity and regioselectivity reactions found in those systems.In the second work, we have employed the Turbomole program package and density-functionals of the best performance in the state of art, to explore reaction mechanisms in the noble gas chemistry. Particularly, we were interested in compounds of the form H--Ng--Ng--F (where Ng (Noble Gas) = Ar, Kr and Xe) and we investigated the relative stability of these species. Our quantum chemical calculations predict that the dixenon compound HXeXeF has an activation barrier for decomposition of 11 kcal/mol which should be large enough to identify the molecule in a low-temperature matrix. The other noble gases present lower activation barriers and therefore are more labile and difficult to be observable systems experimentally.

Funcions de les molècules associades a la mielina i la proteïna priònica cel•lular (PrPc) en neurodegeneració (Malaltia d’Alzheimer) i neuroinflamació (Esclerosi Múltiple)

Les proteïnes associades a la mielina (MAIS), Nogo-A, MAG i OMgp, són molècules que presenten una capacitat inhibitòria molt important per el recreixement axonal i la neuroreparació després de lesió. No obstant des de fa anys les seves funcions han estat ampliades i s’han involucrat en diferents processos degeneratius del sistema nerviós o en processos neuroinflamatoris del sistema nerviós central i el perifèric com ara l'Escleresi Múltiple (MS). La base neurobiològica d’indicadors moleculars que són responsables del dany axonal en MS segueixen sense estar plenament descrits. Recentment s’ha publicat que el mecanisme de senyalització Nogo-A pot regir els primers canvis de la desmielinització immunomediada del sistema nerviós central en el model animal de MS, l’encefalomielitis autoimmune experimental (EAE). De la mateixa forma la proteïna priònica cel•lular és una proteïna que s’ha associat majoritàriament a malalties espongiformes, però que recentment s’ha vinculat (no sense controvèrsia) amb la seva possible relació amb la Malaltia d'Alzheimer (AD), ja que seria capaç de reclutar els oligòmers d’Aβ (ADDLs), els quals correlacionen millor amb el grau de demència, i amb els que interacciona directament, actuant així com un possible mediador de la fosforilació de tau en la malaltia. No obstant, les funcions de les MAIS i de la PrPc en aquests models de la malaltia no estan clarament definits i, per altra banda, es desconeixen els mecanismes de senyalització implicats, no descartant de forma clara el component neural i l’immune.

Projecte de cultiu ecològic de planta aromàtica i medicinal i avantprojecte d'assecador a la finca de Mas Teulera, al municipi de Lladó, l'Alt Empordà

El projecte estudia la producció ecològica de planta aromàtica i medicinal com a alternativa a la producció de cereals en una de les parcel·les de Mas Teulera, situada al terme municipal de Lladó, a l’Alt Empordà, per millorar la rendibilitat econòmica de la finca. Es proposa la rotació de cultius de planta aromàtica i medicinal més adequada tenint en compte la seva adaptació en el medi, la sortida comercial més interessant i la compatibilitat del seu procés productiu amb les característiques tècniques de l’explotació. Es realitza a més, un avantprojecte sobre la transformació de la collita per a conèixer les característiques del procés d’assecat de les plantes necessari per obtenir un producte de qualitat i amb el format adequat per a la seva comercialització

Projecte de reorientació productiva de la finca Horta de les Flors de Canet de Mar (Barcelona)

Estudi de la reorientació productiva d’una finca amb espècies hortícoles i aromàtiques autòctones de la zona del Maresme. Per a obtenir les condicions òptimes de producció s’instal•laran tots els equips i mitjans auxiliars necessaris. La finalitat del projecte és produir espècies autòctones de la comarca del Maresme que a posteriori s’intentaran comercialitzar al detall dins la mateixa finca. Les espècies que no es venguin directament a la finca es vendran a minoristes que les portaran principalment al mercat local beneficiant-nos així, del valor afegit que poden tenir les espècies autòctones. No es descarta comercialitzar el producte, que aniria al minorista local, a alguna empresa del sector alimentari

Electronic couplings and on-site energies for hole transfer in DNA: systematic quantum mechanical/molecular dynamic study

The electron hole transfer (HT) properties of DNA are substantially affected by thermal fluctuations of the π stack structure. Depending on the mutual position of neighboring nucleobases, electronic coupling V may change by several orders of magnitude. In the present paper, we report the results of systematic QM/molecular dynamic (MD) calculations of the electronic couplings and on-site energies for the hole transfer. Based on 15 ns MD trajectories for several DNA oligomers, we calculate the average coupling squares 〈 V2 〉 and the energies of basepair triplets X G+ Y and X A+ Y, where X, Y=G, A, T, and C. For each of the 32 systems, 15 000 conformations separated by 1 ps are considered. The three-state generalized Mulliken-Hush method is used to derive electronic couplings for HT between neighboring basepairs. The adiabatic energies and dipole moment matrix elements are computed within the INDO/S method. We compare the rms values of V with the couplings estimated for the idealized B -DNA structure and show that in several important cases the couplings calculated for the idealized B -DNA structure are considerably underestimated. The rms values for intrastrand couplings G-G, A-A, G-A, and A-G are found to be similar, ∼0.07 eV, while the interstrand couplings are quite different. The energies of hole states G+ and A+ in the stack depend on the nature of the neighboring pairs. The X G+ Y are by 0.5 eV more stable than X A+ Y. The thermal fluctuations of the DNA structure facilitate the HT process from guanine to adenine. The tabulated couplings and on-site energies can be used as reference parameters in theoretical and computational studies of HT processes in DNA

Projecte de cultiu ecològic de plantes medicinals i aromàtiques, en una finca a Arenys de Mar (comarca del Maresme)

El cultiu de plantes medicinals i aromàtiques (PAM) a Catalunya és un cultiu minoritari, però podria ser una alternativa a cultius que cada vegada més són menys rendibles. La finca estudiada, situada al terme municipal d’Arenys de Mar, al Maresme, s'ha emprat per al cultiu de plantes hortícoles. Ara ja fa anys que la finca està inactiva, i el nou propietari s’ha interessat en el cultiu de PAM com a possibilitat de tornar a activar la finca, escollint com a sistema de producció, el cultiu ecològic . El projecte presenta el cultiu de quatre espècies de PAM ((Thymus vulgaris, Timó, Lavandula angustifolia, Lavanda, Mentha x piperita, Menta pebrera i Sàlvia comuna, Sàlvia), tenint en compte les seves necessitats i les característiques edafoclimàtiques de la zona, així com el mercat de les PAM, la normativa de producció ecològica i procurant utilitzar tot els mitjans existents a la finca per tal de minimitzar la inversió

Nematode selenoproteome: the use of the selenocysteine insertion system to decode one codon in an animal genome?

Selenocysteine (Sec) is co-translationally inserted into selenoproteins in response to codon UGA with the help of the selenocysteine insertion sequence (SECIS) element. The number of selenoproteins in animals varies, with humans having 25 and mice having 24 selenoproteins. To date, however, only one selenoprotein, thioredoxin reductase, has been detected in Caenorhabditis elegans, and this enzyme contains only one Sec. Here, we characterize the selenoproteomes of C.elegans and Caenorhabditis briggsae with three independent algorithms, one searching for pairs of homologous nematode SECIS elements, another searching for Cys- or Sec-containing homologs of potential nematode selenoprotein genes and the third identifying Sec-containing homologs of annotated nematode proteins. These methods suggest that thioredoxin reductase is the only Sec-containing protein in the C.elegans and C.briggsae genomes. In contrast, we identified additional selenoproteins in other nematodes. Assuming that Sec insertion mechanisms are conserved between nematodes and other eukaryotes, the data suggest that nematode selenoproteomes were reduced during evolution, and that in an extreme reduction case Sec insertion systems probably decode only a single UGA codon in C.elegans and C.briggsae genomes. In addition, all detected genes had a rare form of SECIS element containing a guanosine in place of a conserved adenosine present in most other SECIS structures, suggesting that in organisms with small selenoproteomes SECIS elements may change rapidly.

Association between GIS-based exposure to urban air pollution during pregnancy and birth weight in the INMA Sabadell Cohort

Background: There is growing evidence that traffic-related air pollution reduces birth weight. Improving exposure assessment is a key issue to advance in this research area.Objective: We investigated the effect of prenatal exposure to traffic-related air pollution via geographic information system (GIS) models on birth weight in 570 newborns from the INMA (Environment and Childhood) Sabadell cohort.Methods: We estimated pregnancy and trimester-specific exposures to nitrogen dioxide and aromatic hydrocarbons [benzene, toluene, ethylbenzene, m/p-xylene, and o-xylene (BTEX)] by using temporally adjusted land-use regression (LUR) models. We built models for NO2 and BTEX using four and three 1-week measurement campaigns, respectively, at 57 locations. We assessed the relationship between prenatal air pollution exposure and birth weight with linear regression models. We performed sensitivity analyses considering time spent at home and time spent in nonresidential outdoor environments during pregnancy.Results: In the overall cohort, neither NO2 nor BTEX exposure was significantly associated with birth weight in any of the exposure periods. When considering only women who spent < 2 hr/day in nonresidential outdoor environments, the estimated reductions in birth weight associated with an interquartile range increase in BTEX exposure levels were 77 g [95% confidence interval (CI), 7–146 g] and 102 g (95% CI, 28–176 g) for exposures during the whole pregnancy and the second trimester, respectively. The effects of NO2 exposure were less clear in this subset.Conclusions: The association of BTEX with reduced birth weight underscores the negative role of vehicle exhaust pollutants in reproductive health. Time–activity patterns during pregnancy complement GIS-based models in exposure assessment.