Effets de l'expression de l'hydrogénase NAD-dépendante de Ralstonia eutropha et des limitations d'azote et de phosphate sur la production d'hydrogène chez Escherichia coli

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Effets de l'expression de l'hydrogénase NAD-dépendante de Ralstonia eutropha et des limitations d'azote et de phosphate sur la production d'hydrogène chez Escherichia coli

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Improvements in Fermentative Hydrogen Production through Physiological Manipulation and Metabolic Engineering

La production biologique d'hydrogène (H2) représente une technologie possible pour la production à grande échelle durable de H2 nécessaire pour l'économie future de l'hydrogène. Cependant, l'obstacle majeur à l'élaboration d'un processus pratique a été la faiblesse des rendements qui sont obtenus, généralement autour de 25%, bien en sous des rendements pouvant être atteints pour la production de biocarburants à partir d'autres processus. L'objectif de cette thèse était de tenter d'améliorer la production d'H2 par la manipulation physiologique et le génie métabolique. Une hypothèse qui a été étudiée était que la production d'H2 pourrait être améliorée et rendue plus économique en utilisant un procédé de fermentation microaérobie sombre car cela pourrait fournir la puissance supplémentaire nécessaire pour une conversion plus complète du substrat et donc une production plus grande d'H2 sans l'aide de l'énergie lumineuse. Les concentrations optimales d’O2 pour la production de H2 microaérobie ont été examinées ainsi que l'impact des sources de carbone et d'azote sur le processus. La recherche présentée ici a démontré la capacité de Rhodobacter capsulatus JP91 hup- (un mutant déficient d’absorption-hydrogénase) de produire de l'H2 sous condition microaérobie sombre avec une limitation dans des quantités d’O2 et d'azote fixé. D'autres travaux devraient être entrepris pour augmenter les rendements d'H2 en utilisant cette technologie. De plus, un processus de photofermentation a été créé pour améliorer le rendement d’H2 à partir du glucose à l'aide de R. capsulatus JP91 hup- soit en mode non renouvelé (batch) et / ou en conditions de culture en continu. Certains défis techniques ont été surmontés en mettant en place des conditions adéquates de fonctionnement pour un rendement accru d'H2. Un rendement maximal de 3,3 mols de H2/ mol de glucose a été trouvé pour les cultures en batch tandis que pour les cultures en continu, il était de 10,3 mols H2/ mol de glucose, beaucoup plus élevé que celui rapporté antérieurement et proche de la valeur maximale théorique de 12 mols H2/ mol de glucose. Dans les cultures en batch l'efficacité maximale de conversion d’énergie lumineuse était de 0,7% alors qu'elle était de 1,34% dans les cultures en continu avec un rendement de conversion maximum de la valeur de chauffage du glucose de 91,14%. Diverses autres approches pour l'augmentation des rendements des processus de photofermentation sont proposées. Les résultats globaux indiquent qu'un processus photofermentatif efficace de production d'H2 à partir du glucose en une seule étape avec des cultures en continu dans des photobioréacteurs pourrait être développé ce qui serait un processus beaucoup plus prometteur que les processus en deux étapes ou avec les co-cultures étudiés antérieurément. En outre, l'expression hétérologue d’hydrogenase a été utilisée comme une stratégie d'ingénierie métabolique afin d'améliorer la production d'H2 par fermentation. La capacité d'exprimer une hydrogénase d'une espèce avec des gènes de maturation d'une autre espèce a été examinée. Une stratégie a démontré que la protéine HydA orpheline de R. rubrum est fonctionnelle et active lorsque co-exprimée chez Escherichia coli avec HydE, HydF et HydG provenant d'organisme différent. La co-expression des gènes [FeFe]-hydrogénase structurels et de maturation dans des micro-organismes qui n'ont pas une [FeFe]-hydrogénase indigène peut entraîner le succès dans l'assemblage et la biosynthèse d'hydrogénase active. Toutefois, d'autres facteurs peuvent être nécessaires pour obtenir des rendements considérablement augmentés en protéines ainsi que l'activité spécifique des hydrogénases recombinantes. Une autre stratégie a consisté à surexprimer une [FeFe]-hydrogénase très active dans une souche hôte de E. coli. L'expression d'une hydrogénase qui peut interagir directement avec le NADPH est souhaitable car cela, plutôt que de la ferrédoxine réduite, est naturellement produit par le métabolisme. Toutefois, la maturation de ce type d'hydrogénase chez E. coli n'a pas été rapportée auparavant. L'opéron hnd (hndA, B, C, D) de Desulfovibrio fructosovorans code pour une [FeFe]-hydrogénase NADP-dépendante, a été exprimé dans différentes souches d’E. coli avec les gènes de maturation hydE, hydF et hydG de Clostridium acetobutylicum. L'activité de l'hydrogénase a été détectée in vitro, donc une NADP-dépendante [FeFe]-hydrogénase multimérique active a été exprimée avec succès chez E. coli pour la première fois. Les recherches futures pourraient conduire à l'expression de cette enzyme chez les souches de E. coli qui produisent plus de NADPH, ouvrant la voie à une augmentation des rendements d'hydrogène via la voie des pentoses phosphates.

An NAD(P)(+)-dependent secondary-alcohol dehydrogenase of Alcaligenes eutrophus: Purification, characterization and its application for the production of chiral alcohols

A soil micro-organism identified as Alcaligenes eutrophus capable of utilizing nerolidol, a sesquiterpene alcohol as the sole source of carbon, contains an inducible NAD(P)(+)-linked secondary-alcohol dehydrogenase (SADH), The enzyme was purified 252-fold from crude cell-free extract by a combination of salt precipitation, ion-exchange and affinity-matrix chromatography, Native and SDS/PAGE PAGE of the purified enzyme showed a single protein band and the enzyme appears to be a homotetramer having an apparent molecular mass of 139 kDa comprising four identical subunits of 38.5 kDa, The isoelectric point (pi) of SADH was determined to be 6.2, Depending on pH of the reaction media, the enzyme carried out both oxidation and reductions of various terpenoids and steroids, At pH 5.5, the enzyme catalysed the stereospecific reduction of prochiral ketones to optically active (S)-alcohols and the oxidation reaction was predominated over the former at pH 9.5, NADP(+) and NADPH were respectively preferred over NAD(+) and NADH for oxidation and reduction reactions, The K-m values for testosterone, NADP(+) and NAD(+) were 11.8, 55.6, and 122 mu M respectively, Neither enzyme was significantly inhibited by metal-binding agents, but some thiol-blocking compounds inhibited it, SADH tolerates moderate concentrations of water-miscible organic solvents such as ethanol, methanol, acetone and dioxan, Some of the properties of this enzyme were found to be significantly different from those thus far described.

Interaction Signatures Stabilizing the NAD(P)-Binding Rossmann Fold: A Structure Network Approach

The fidelity of the folding pathways being encoded in the amino acid sequence is met with challenge in instances where proteins with no sequence homology, performing different functions and no apparent evolutionary linkage, adopt a similar fold. The problem stated otherwise is that a limited fold space is available to a repertoire of diverse sequences. The key question is what factors lead to the formation of a fold from diverse sequences. Here, with the NAD(P)-binding Rossmann fold domains as a case study and using the concepts of network theory, we have unveiled the consensus structural features that drive the formation of this fold. We have proposed a graph theoretic formalism to capture the structural details in terms of the conserved atomic interactions in global milieu, and hence extract the essential topological features from diverse sequences. A unified mathematical representation of the different structures together with a judicious concoction of several network parameters enabled us to probe into the structural features driving the adoption of the NAD(P)-binding Rossmann fold. The atomic interactions at key positions seem to be better conserved in proteins, as compared to the residues participating in these interactions. We propose a ``spatial motif'' and several ``fold specific hot spots'' that form the signature structural blueprints of the NAD(P)-binding Rossmann fold domain. Excellent agreement of our data with previous experimental and theoretical studies validates the robustness and validity of the approach. Additionally, comparison of our results with statistical coupling analysis (SCA) provides further support. The methodology proposed here is general and can be applied to similar problems of interest.

Conserved water-mediated recognition and dynamics of NAD(+) (carboxamide group) to hIMPDH enzyme: water mimic approach toward the design of isoform-selective inhibitor

Inosine monophosphate dehydrogenase (IMPDH) enzyme involves in GMP biosynthesis pathway. Type I hIMPDH is expressed at lower levels in all cells, whereas type II is especially observed in acute myelogenous leukemia, chronic myelogenous leukemia cancer cells, and 10 ns simulation of the IMP-NAD(+) complex structures (PDB ID. 1B3O and 1JCN) have revealed the presence of a few conserved hydrophilic centers near carboxamide group of NAD(+). Three conserved water molecules (W1, W, and W1 `) in di-nucleotide binding pocket of enzyme have played a significant role in the recognition of carboxamide group (of NAD(+)) to D274 and H93 residues. Based on H-bonding interaction of conserved hydrophilic (water molecular) centers within IMP-NAD(+)-enzyme complexes and their recognition to NAD(+), some covalent modification at carboxamide group of di-nucleotide (NAD(+)) has been made by substituting the -CONH(2)group by -CONHNH2 (carboxyl hydrazide group) using water mimic inhibitor design protocol. The modeled structure of modified ligand may, though, be useful for the development of antileukemic agent or it could be act as better inhibitor for hIMPDH-II.

Modulação das vias de sinalização intracelulares pelo sistema NAD(P)H oxidase em melanoma humano

Evidências têm mostrado que as espécies reativas de oxigênio (ROS) geradas pela NAD(P)H oxidase são importantes moduladores de diversas funções celulares como migração, crescimento, proliferação e sobrevivência. Estudos recentes demonstraram o envolvimento da atividade da NAD(P)H oxidase no crescimento e sobrevivência de células de melanoma. Neste trabalho, investigamos o efeito da inibição da NAD(P)H oxidase por difenileneiodônio (DPI) sobre o crescimento das células de melanoma humano MV3 e observamos que este composto reduziu o crescimento destas células em aproximadamente 50%. A inibição da NAD(P)H oxidase induziu mudanças no formato celular, com arredondamento, diminuição do espraiamento e descolamento celular. Esta redução foi acompanhada por um rearranjo do citoesqueleto de actina, diminuição da fosforilação no resíduo Tyr397 da quinase de adesão focal (FAK) e redução na associação de FAK com actina e com a tirosina quinase c-Src. Isto indica que a inibição da geração de ROS está modulando negativamente vias de sinalização ativadas por integrinas, o que freqüentemente conduz a um tipo particular de morte celular conhecida por anoikis. Comprovando a ocorrência deste fenômeno, observamos que a inibição da atividade da NAD(P)H oxidase aumentou a apoptose das células de melanoma e induziu a ativação da caspase-3. Nossos resultados mostram ainda que a inibição da viabilidade celular por DPI foi revertida com o pré-tratamento das células MV3 com um inibidor de tirosina fosfatases (ortovanadato de sódio). Em resumo, este estudo mostra que a geração de ROS por NAD(P)H oxidase está envolvida nos mecanismos de sobrevivência em células de melanoma, uma vez que afetam as vias de sinalização dependentes de FAK-Src, através da inibição da atividade de proteína tirosina fosfatases.

Przegląd dotychczasowych badań nad związkami cech osobowości nauczycieli i uczniów z procesem nauczania / uczenia się

Poniższy artykuł oparty jest na dwóch pozycjach: Psychologia dla nauczycieli Davida Fontana oraz Individual differences in second language learning Petera Skehana i stanowi podstawę teoretyczną dla jednego z tandemów badawczych, w projekcie dotyczącym autonomizacji procesu uczenia się / nauczania. Techniką wykorzystaną w doświadczeniu jest rozwinięta forma znanej w metodyce techniki role play do postaci role playing game. (gry fabularne). Celem doświadczenia jest sprawdzenie skuteczności tejże techniki w kształtowaniu autokontroli i autokorekty, jako elementów Indywidualnej Kompetencji Komunikacyjnej w powiązaniu z cechami osobowości.

Charakter i cele Polskiego Towarzystwa Badania Gier oraz perspektywy badań nad grami w Polsce

Wartość poznawcza zamieszczonych w tomie artykułów polega na oglądzie gier jako nowego zjawiska w kulturze i na staraniach o zrozumienie ich atrakcyjności oraz na wysiłku poszukiwania ich pozytywnej roli wobec użytkowników. Autorzy artykułów podejmują rozmaite tematy związane w pierwszym rzędzie z grami komputerowymi i fabularnymi. Przedstawiają ich nowe cechy, oświetlają je z różnych punktów widzenia: medialnego, socjologicznego, psychologicznego, etycznego. I co równie interesujące, dostrzegają wiele powiązań z dobrze zakorzenionymi w kulturze dziedzinami, na przykład z literaturą czy filozofią. Czytelnik zyskuje wgląd w dzisiejszy stan badań nad grami. Nie tylko otrzymuje obraz wstępnych refleksji, ale ma szansę zetknąć się z postawą badawczą w stosunku do gier. (z recenzji wydawniczej prof. dr hab. Maryli Hopfinger)

Jakość opieki nad dzieckiem w rodzinie a jego emocjonalno-społeczne funkcjonowanie

Wydział Studiów Edukacyjnych: Zakład Teoretycznych Podstaw Edukacji

Antyk i współczesność: wokół pragmatyki tekstu antycznego (1Tm 1, 17). Z badań nad tradycją antyczną na Górnym Śląsku

The article presents an interpretation of the Soli Deo honor et gloria inscription from the fronton of the metropolitan cathedral of Christ the King in Katowice. The interpretation of the text depends on whether the word soli is taken as solely attributive or also as predicative. Given both the ancient and the contemporary historical and cultural contexts the former appears more plausible.

Spór o wspólnotę w perspektywie badań nad miastem postindustrialnym

Wydział Nauk Społecznych: Instytut Kulturoznawstwa