Erythropoietic response to hypobaric hypoxia in rabbits

Animals subjected to hypoxia become hypocapnic and after some hours show an increase in circulating erythropoietin. The steps involved in the increased production of erythropoietin in response to hypoxia are not fully understood, although it has been postulated that changes in coincident variables such as acid-base balance may contribute to the mechanism of increased erythropoietin production. A rabbit model has been used to determine the physiological changes which occur in short-term hypobaric hypoxia. After 1 h, no changes were found in pCO2, pH, P50, base excess, standard bicarbonate or serum erythropoietic activity (SEA). After 3 h the pCO2, pH, base excess and standard bicarbonate had decreased while the P50 and SEA had increased. After 6 h, although the pCO2 was still significantly reduced, the pH, base excess and standard bicarbonate had returned to the initial levels and maximal SEA values. 20-fold greater than the pre-hypoxia values were found. Overall the data are consistent with the view that the magnitude of the erythropoietic response to hypoxia is modified by changes in acid-base balance.

Determining optimal duration of seed translocation periods for benthic mussel (Mytilus edulis) cultivation using physiological and behavioural measures of stress

During the benthic cultivation process of Mytilus edulis (blue mussels), wild mussel seed is often transplanted from naturally occurring subtidal beds to sheltered in-shore waters to be grown to a commercial size. The survival of these relaid mussels is ultimately a function of their quality and physiological condition upon relaying and it has been recognised that mussels can suffer from a loss in condition following transportation. We investigated whether the process of being transported to ongrowing plots had a negative effect on the physiological health and resultant behaviour of mussels by simulating transportation conditions in a controlled experiment. Mussels were kept, out of water, in plastic piping to recreate translocation conditions and further, we tested if depth held in a ship hold (0, 1.5 and 3 m) and length of time emersed (12, 24 and 48 h) affected mussel condition and behaviour. Physiological condition was assessed by quantifying mussel tissue pH and whole tissue glucose, glycogen, succinate and propionate concentrations. The rate of byssogenesis was also quantified to estimate recovery following a period of re-immersion. The depth at which mussels were held did not affect any of the physiological indicators of mussel stress but short-term byssus production was affected. Mussels held at 3 m produced fewer byssus threads during the first 72 h following re-immersion compared with mussels at 0 m (i.e. not buried) suggesting that depth held can impede recovery following transportation. Duration of emersion affected all stress indicators. Specifically, mussels held out of water for 48 h had a reduced physiological condition compared with those emersed for just 12 h. This work has practical implications for the benthic cultivation industry and based on these results we recommend that mussels are held out of water for less than 24 h prior to relaying to ensure physiological health and resultant condition is preserved.

Four steps to interpreting arterial blood gases

This article examines acid-base balance and the interpretation of arterial blood gases (ABG). The
article begins with a brief revision of related physiology, followed by a description of the primary
disorders associated with acid-base imbalance. The normal ranges and the significance of
abnormal ABG results are explored. The article concludes by providing an easy to follow four-step
guide to ABG interpretation with practice examples presented in the CPD task section.

Structure and thermal properties of salicylate-based-protic ionic liquids as new heat storage media. COSMO-RS structure characterization and modeling of heat capacities

During this research, we present a study on the thermal properties, such as the melting, cold crystallization, and glass transition temperatures as well as heat capacities from 293.15 K to 323.15 K of nine in-house synthesized protic ionic liquids based on the 3-(alkoxymethyl)-1H-imidazol-3-ium salicylate ([H-Im-C₁OC_n][Sal]) with n = 3–11. The 3D structures, surface charge distributions and COSMO volumes of all investigated ions are obtained by combining DFT calculations and the COSMO-RS methodology. The heat capacity data sets as a function of temperature of the 3-(alkoxymethyl)-1H-imidazol-3-ium salicylate are then predicted using the methodology originally proposed in the case of ionic liquids by Ge et al. 3-(Alkoxymethyl)-1H-imidazol-3-ium salicylate based ionic liquids present specific heat capacities higher in many cases than other ionic liquids that make them suitable as heat storage media and in heat transfer processes. It was found experimentally that the heat capacity increases linearly with increasing alkyl chain length of the alkoxymethyl group of 3-(alkoxymethyl)-1H-imidazol-3-ium salicylate as was expected and predicted using the Ge et al. method with an overall relative absolute deviation close to 3.2% for temperatures up to 323.15 K.

One size fits all: stability of metabolic scaling under warming and ocean acidification in echinoderms

Responses by marine species to ocean acidification (OA) have recently been shown to be modulated by external factors including temperature, food supply and salinity. However the role of a fundamental biological parameter relevant to all organisms, that of body size, in governing responses to multiple stressors has been almost entirely overlooked. Recent consensus suggests allometric scaling of metabolism with body size differs between species, the commonly cited 'universal' mass scaling exponent (b) of A3/4 representing an average of exponents that naturally vary. One model, the Metabolic-Level Boundaries hypothesis, provides a testable prediction: that b will decrease within species under increasing temperature. However, no previous studies have examined how metabolic scaling may be directly affected by OA. We acclimated a wide body-mass range of three common NE Atlantic echinoderms (the sea star Asterias rubens, the brittlestars Ophiothrix fragilis and Amphiura filiformis) to two levels of pCO(2) and three temperatures, and metabolic rates were determined using closed-chamber respirometry. The results show that contrary to some models these echinoderm species possess a notable degree of stability in metabolic scaling under different abiotic conditions; the mass scaling exponent (b) varied in value between species, but not within species under different conditions. Additionally, we found no effect of OA on metabolic rates in any species. These data suggest responses to abiotic stressors are not modulated by body size in these species, as reflected in the stability of the metabolic scaling relationship. Such equivalence in response across ontogenetic size ranges has important implications for the stability of ecological food webs.

Small molecular logic systems can draw the outlines of objects via edge visualization

The recently-discovered ability of small logical molecules to recognize edges is exploited to achieve outline drawing from binary templates. Outlines of arbitrary curvature, several colours and thicknesses down to 1 mm are drawn in around 30 min or less by employing a common laboratory two-colour ultraviolet lamp. The outlines and the light dose-driven XOR logic with fluorescence output or ‘off-on-off’ action which is observed in the irradiated regions are modelled by combining foundational principles of photochemistry, acid-base neutralization and diffusion.

Estudo de receptores sintéticos no reconhecimento molecular de substratos aniónicos e iões metálicos

O trabalho descrito insere-se no âmbito da Química Supramolecular e consistiu no desenvolvimento de receptores artificiais, na forma protonada ou complexada, para o reconhecimento molecular de substratos aniónicos derivados de ácidos carboxílicos incluindo os herbicidas PMG2-, ATCP- e 2,4-D-. Foram investigadas duas séries de aniões, uma alifática (ox2-, mal2-, suc2-, glu2-, adip2-, cit3- e cta3-) e outra aromática (bzc-, naphc-, anthc-, pyrc-, ph2-, iph2-, tph2-, btc3-, dihyac2-, 4,4-dibzc2-, 3-nitrobzc- e 4-nitrobzc-). Foram sintetizados sete novos ligandos macrocíclicos simétricos constituídos por anéis aromáticos piridina ou fenantrolina ligados por cadeias de poliaminas saturadas. O comportamento ácido-base destes macrociclos foi investigado em solução aquosa e as constantes de protonação correspondentes determinadas por métodos potenciométricos e de RMN de 1H. As propriedades de complexação destes ligandos com os iões metálicos Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+ e Pb2+ foram também estudadas por métodos potenciométricos nas mesmas condições experimentais, tendo revelado que os macrociclos de dimensão média são capazes de acomodar um ou dois iões metálicos. O complexo dinuclear de Cu(II) derivado do macrociclo com dois grupos piridina foi utilizado como receptor de aniões carboxilato originando complexos ternários. Todos os complexos foram caracterizados em solução por espectroscopias de UV/vis/IVpróx e de RMN. As espécies paramagnéticas foram também caracterizadas por espectroscopia de RPE. A formação de espécies ternárias foi ainda investigada por espectrometria de massa ESI-MS e ESI-MS/MS. As estruturas cristalinas de alguns dos complexos foram determinadas por difracção de raios-X. As formas protonadas dos macrociclos foram utilizadas como receptores de uma grande variedade de aniões carboxilato. O reconhecimento molecular entre os receptores e os substratos aniónicos foi investigado em solução por métodos potenciométricos e de espectroscopia de RMN com determinação das constantes de associação. Os agregados supramoleculares foram caracterizados no estado sólido por difracção de raios-X. Finalmente as associações supramoleculares foram estudadas em solução por métodos de dinâmica molecular com determinação dos termos entrópicos e entálpicos das energias livres de ligação. Em resumo, nesta tese apresentam-se os resultados de estudos realizados com duas famílias de macrociclos: desde a síntese dos compostos, passando por estudos em solução e finalizando com simulação molecular. Este estudo sistemático através da conjugação de metodologias complementares permitiu caracterizar ao nível macroscópico e microscópico as associações moleculares.

Matéria húmica de sapal: variações estruturais e complexação com o cobre

No presente trabalho foram estudadas as variações na composição, estrutura e comportamento das substâncias húmicas sedimentares (SHS), promovidas pela presença de duas espécies de plantas da família Chenopodiacea, presentes nos sapais da Ria de Aveiro: a Halimione portulacoides e a Arthrocnemum fruticosum. Para além das variações espaciais horizontais, foram investigadas as variações ao longo de um perfil de profundidades. Desta forma, para além da camada superficial (0-10 cm) de sedimentos com diferentes espécies de plantas e sem plantas, também foram investigadas camadas de sedimentos intermédia (20-25 cm) e profunda (45-50 cm). Para a extracção das SHS recorreu-se a uma pequena modificação do método proposto pela International Humic Substances Society (IHSS) para extracção e purificação de substâncias húmicas de solos. As SH extraídas foram caracterizadas através dos métodos espectroscópicos de absorção no ultravioleta visível, de fluorescência molecular síncrona, de absorção no infravermelho com transformadas de Fourier (FTIR) e de RMN 13C em estado sólido. Estas técnicas de caracterização foram complementadas pela análise elementar e termogravimetria. Em algumas amostras, foram ainda determinados o conteúdo em alguns metais por ICP-AES e o conteúdo funcional ácido por titulações potenciométricas. Após exaustiva caracterização das amostras de AH, procedeu-se ao estudo da sua capacidade de complexação com o cobre, recorrendo a titulações monitorizadas por fluorescência molecular síncrona. Os resultados revelaram que a colonização de sedimentos por plantas vasculares superiores conduz a uma alteração profunda no ambiente sedimentar e que esta é reflectida na diagénese das substâncias húmicas sedimentares, tendo-se observado variações a uma pequena escala espacial. O estudo deste tipo de variações nunca tinha sido efectuado em trabalhos anteriores. Nos ácidos fúlvicos detectaram-se diferenças na composição e estrutura das amostras correspondentes às camadas superiores de sedimentos, reflectindo a presença de diferentes colonizações vegetais. Relativamente aos ácidos húmicos, foi possível classificá-los em dois tipos distintos. Os AH do tipo I correspondem aos sedimentos superficiais e intermédios dos locais com plantas. Neste tipo de AH verificou-se uma incorporação de polissacarídeos e estruturas peptídicas, em estados de humificação pouco desenvolvidos. Os AH do tipo II correspondem aos sedimentos mais profundos de todos os locais e aos intermédios do local sem plantas e caracterizam-se por um maior grau de humificação e polimerização, um maior conteúdo aromático e de estruturas conjugadas e um maior conteúdo de grupos carboxílicos. Essas diferenças estruturais conduzem a diferentes comportamentos ácido/base e de complexação com o cobre. Assim, os AH do tipo I, que apresentam sinais espectroscópicos mais baixos associados a grupos carboxílicos e fenólicos, têm menor conteúdo de grupos funcionais ácidos e menor capacidade de complexação com o cobre quando se consideram ligandos característicos de unidades aromáticas conjugadas. Relativamente aos valores de log K dos complexos de AHS com o cobre, as amostras representativas da camada superficial dos sedimentos com plantas apresentaram valores superiores aos das restantes amostras de AH estudadas, cujos valores de log K são similares entre si. Atendendo aos resultados de análise elementar e espectroscópica, este facto pode estar associado à presença de compostos de azoto não peptídicos. Quanto a outros ligandos para o cobre, nomeadamente os representativos de estruturas peptídicas contendo o aminoácido triptofano e estruturas aromáticas simples, não foi possível obter resultados conclusivos. Dado que os ácidos húmicos do tipo I demonstraram um maior conteúdo peptídico e menor conteúdo aromático, o estudo destes ligandos torna-se importante para compreender melhor o efeito da presença de plantas nos sedimentos de sapal sobre o comportamento dos ácidos húmicos sedimentares como ligandos para o cobre. Refere-se ainda que foram detectadas certas especificidades na variação das características do sedimento e das substâncias húmicas com a profundidade nos diferentes locais estudados que não podem ser explicadas meramente com a presença de material vegetal oriundo de diferentes espécies de plantas, requerendo um conhecimento mais aprofundado das comunidades bentónicas e do ambiente físico-químico do sedimento.

Aplicação de cortiça em dois tipos de reatores para tratamento de água

A qualidade da água degradou-se de forma relevante nas últimas décadas e os processos de sorção têm vindo a ser investigados como métodos promissores para o tratamento de águas contaminadas. Neste trabalho avaliou-se a capacidade de dois tipos de cortiça para a remoção de diversos contaminantes, em reatores de vaso fechado e de leito fixo. Os ensaios realizados em reatores de vaso fechado permitiram (i) avaliar o efeito do pH e da granulometria na eficiência dos sorventes na remoção de mercúrio e (ii) avaliar a afinidade dos sorventes para outros contaminantes, nomeadamente arsénio, cádmio, níquel e chumbo. Estruturalmente as duas cortiças estudadas aparentam ser semelhantes, com uma pequena diferença de comportamento ácido-base e não apresentam diferenças estatisticamente significativas na remoção de mercúrio. Os resultados obtidos permitiram constatar que o processo de remoção é independente do pH, tendo-se obtido percentagens de remoção da ordem dos 80% e de concentrações de mercúrio na cortiça na ordem dos 117 μg/g. As cortiças estudadas revelaram-se menos eficazes no tratamento de água com os restantes contaminantes, atingindo percentagens de remoção máximas de 0% para As, 11% para Cd, 35% para Ni e 69% para Pb. Os ensaios em leito fixo, mesmo sem terem sido otimizados, revelam que é possível obter uma eficácia de remoção de mercúrio superior a 90% nas primeiras 40 horas de trabalho, sendo a concentração de mercúrio no leito de 680 μg/g. Relativamente aos mecanismos de sorção, os resultados experimentais indicam que estes são possivelmente de natureza química e que as interações eletrostáticas têm pouca importância.

Études Structurales par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) du Site Actif du Ribozyme VS de Neurospora.

Nous étudions le ribozyme VS de Neurospora, en tant que système modèle, pour augmenter nos connaissances sur la relation entre la structure et la fonction chez les ARNs, ainsi que pour mieux comprendre le mécanisme de clivage de ce ribozyme. Il a été proposé précédemment que la boucle interne A730 dans la tige-boucle VI (SLVI) contient le site actif du ribozyme et lie un ou plusieurs ions métalliques qui pourraient participer au mécanisme réactionnel. Nous avons déterminé par spectroscopie RMN la structure de la tige-boucle SLVI contenant la boucle A730 afin d’éclaircir ce mécanisme. La structure obtenue est en accord avec les études biochimiques antérieures et présente un ou plusieurs sites de liaison au magnésium associé à la boucle interne. Suite à des études de cinétique et de mutagenèse, il a été proposé qu’une adénine localisée dans le site actif, A756, participe à la catalyse par acide/base générale. Des études de pH effectuées précédemment ont identifié un pKa catalytique (5.2-5.8) qui correspond probablement à l’équilibre de protonation du A756. À l’aide de méthodes utilisant le carbone-13, nous avons identifié un pKa modifié appartenant au A756, ce qui supporte le rôle de ce résidu dans la catalyse par acide/base générale. Les études structurales présentées ici aident donc à augmenter notre compréhension du mécanisme de clivage chez le ribozyme VS.

Elementary steps in aqueous proton transfer reactions : a first principles molecular dynamics study

La nature des acides dans un environnement aqueux est primordiale dans de nombreux aspects de la chimie et de la biologie. La caractéristique principale d'un acide est sa capacité à transférer un proton vers une molécule d'eau ou vers n'importe quelle base, mais ce procédé n'est pas aussi simple qu'il y paraît. Il peut au contraire être extrêmement complexe et dépendre de manière cruciale de la solvatation des différents intermédiaires de réaction impliqués. Cette thèse décrit les études computationnelles basées sur des simulations de dynamique moléculaire ab initio qui ont pour but d'obtenir une description à l'échelle moléculaire des divers procédés de transferts de proton entre acide et bases dans un milieu aqueux. Pour cela, nous avons étudié une serie de système, dont l'acide hydrofluorique aqueux, l'acide trifluoroacétique aqueux, et un système modèle constitué d'un phénol et d'une entité carboxylate reliés entre eux par une molécule d'eau en solution aqueuse. Deux états intermédiaires ont été identifiés pour le transfert d'un proton depuis un acide. Ces intermédiaires apparaissent stabilisés par un motif local de solvatation via des ponts H. Leurs signatures spectroscopiques ont été caractérisées au moyen de la spectroscopie infrarouge, en utilisant le formalisme de la dynamique moléculaire ab initio, qui inclut l'effet quantique nucléaire de manière explicite. Cette étude a aussi identifié trois chemins de réaction élémentaire, qui sont responsable pour le transfert d'un proton d'un acide à une base, ainsi que leurs échelles de temps caractéristiques. Les conclusions tirées de ces études sont discutées dans les détails, au niveau moléculaire, avec une emphase sur les comparaisons entre les résultats théoriques et les mesures expérimentales obtenues dans a littérature ou via des collaborateurs.

Supramolecular polymers azo-containing : photo-responsive block copolymer elastomers and homopolymers

Beaucoup d'efforts dans le domaine des matériaux polymères sont déployés pour développer de nouveaux matériaux fonctionnels pour des applications spécifiques, souvent très sophistiquées, en employant des méthodes simplifiées de synthèse et de préparation. Cette thèse porte sur les polymères photosensibles – i.e. des matériaux fonctionnels qui répondent de diverses manières à la lumière – qui sont préparés à l'aide de la chimie supramoléculaire – i.e. une méthode de préparation qui repose sur l'auto-assemblage spontané de motifs moléculaires plus simples via des interactions non covalentes pour former le matériau final désiré. Deux types de matériaux photosensibles ont été ciblés, à savoir les élastomères thermoplastiques à base de copolymères à blocs (TPE) et les complexes d'homopolymères photosensibles. Les TPEs sont des matériaux bien connus, et même commercialisés, qui sont généralement composés d’un copolymère tribloc, avec un bloc central très flexible et des blocs terminaux rigides qui présentent une séparation de phase menant à des domaines durs isolés, composés des blocs terminaux rigides, dans une matrice molle formée du bloc central flexible, et ils ont l'avantage d'être recyclable. Pour la première fois, au meilleur de notre connaissance, nous avons préparé ces matériaux avec des propriétés photosensibles, basé sur la complexation supramoléculaire entre un copolymère tribloc simple parent et une petite molécule possédant une fonctionnalité photosensible via un groupe azobenzène. Plus précisément, il s’agit de la complexation ionique entre la forme quaternisée d'un copolymère à blocs, le poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle)-poly(acrylate de n-butyle)-poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle) (PDM-PnBA-PDM), synthétisé par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes (ATRP), et l'orange de méthyle (MO), un composé azo disponible commercialement comportant un groupement SO3 -. Le PnBA possède une température de transition vitreuse en dessous de la température ambiante (-46 °C) et les blocs terminaux de PDM complexés avec le MO ont une température de transition vitreuse élevée (140-180 °C, en fonction de la masse molaire). Des tests simples d'élasticité montrent que les copolymères à blocs complexés avec des fractions massiques allant de 20 à 30% présentent un caractère élastomère. Des mesures d’AFM et de TEM (microscopie à force atomique et électronique à ii transmission) de films préparés à l’aide de la méthode de la tournette, montrent une corrélation entre le caractère élastomère et les morphologies où les blocs rigides forment une phase minoritaire dispersée (domaines sphériques ou cylindriques courts). Une phase dure continue (morphologie inversée) est observée pour une fraction massique en blocs rigides d'environ 37%, ce qui est beaucoup plus faible que celle observée pour les copolymères à blocs neutres, dû aux interactions ioniques. La réversibilité de la photoisomérisation a été démontrée pour ces matériaux, à la fois en solution et sous forme de film. La synthèse du copolymère à blocs PDM-PnBA-PDM a ensuite été optimisée en utilisant la technique d'échange d'halogène en ATRP, ainsi qu’en apportant d'autres modifications à la recette de polymérisation. Des produits monodisperses ont été obtenus à la fois pour la macroamorceur et le copolymère à blocs. À partir d'un seul copolymère à blocs parent, une série de copolymères à blocs partiellement/complètement quaternisés et complexés ont été préparés. Des tests préliminaires de traction sur les copolymères à blocs complexés avec le MO ont montré que leur élasticité est corrélée avec la fraction massique du bloc dur, qui peut être ajustée par le degré de quaternisation et de complexation. Finalement, une série de complexes d'homopolymères auto-assemblés à partir du PDM et de trois dérivés azobenzènes portant des groupes (OH, COOH et SO3) capables d'interactions directionnelles avec le groupement amino du PDM ont été préparés, où les dérivés azo sont associés avec le PDM, respectivement, via des interactions hydrogène, des liaisons ioniques combinées à une liaison hydrogène à travers un transfert de proton (acidebase), et des interactions purement ioniques. L'influence de la teneur en azo et du type de liaison sur la facilité d’inscription des réseaux de diffraction (SRG) a été étudiée. L’efficacité de diffraction des SRGs et la profondeur des réseaux inscrits à partir de films préparés à la méthode de la tournette montrent que la liaison ionique et une teneur élevée en azo conduit à une formation plus efficace des SRGs.

Acidity/basicity, electron donor properties and catalytic activity of sulphate modified stannic oxide

The surface electron donor properties of sulphate modified stannic oxide have been determined from the adsorption of electron acceptors of various electron affinities on the oxide surface. The acid base properties of stannic oxide have been determined by titration method using Hammett indicators. Catalytic activities of the oxide for esterification of acetic acid using n-butanol.reduction of cyclohexanone in 2-propanol and oxidation of cyclohexanol with benzophenone have been studied. The data have been correlated with the surface electron donor properties of these oxides. The activity for reduction and oxidation decreases and that for esterification reaction increases on modification with sulphate ion. It has heen found that electron donating capacity decreased when stannic oxide was modified with sulphate ion.

Alkylation of phenol with methanol over mixed oxides of tin with some rare earth elements

Alkylation of phenol with methanol has been carried out over Sn-La and Sn-Sm mixed oxides of varying compositions at 623 K in a vapour phase flow reactor. It is found that the product selectivity is greatly influenced by the acid-base properties of the catalysts. Ortho-cresol formation is favoured over catalysts with weak acid sites whereas formation of 2,6-xylenol occurs in the presence of stronger acid sites. The cyclohexanol decomposition reaction and titrimetric method using Hammett indicators have been employed to elucidate the acid-base properties of the catalysts.

Effect of vanadia on physico-chemical and catalytic characteristics of dysprosia

Physico-chemical characterization of DY203/V2O5 systems prepared through wet impregnation method has been carried out using various techniques like EDX, XRD, FTIR. thermal studies, BET surface area, pore volume and pore size distribution analysis. The amount of vanadia incorporated has been found to influence the surface properties of dysprosia. The spectroscopic results combining with X-ray analysis reveal that vanadia species exist predominantly as isolated amorphous vanadyl units along with crystalline dysprosium orthovanadate. Basicity studies have been conducted by adsorption of electron acceptors and acidity and acid strength distribution by temperature programmed desorption of ammonia. Cyclohexanol decomposition has been employed as a chemical probe reaction to examine the effect of vanadia on the acid base property of Dy2O3. Incorporation of vanadia titrates thc Lewis acid and base sites of Dy2O3, while an enhancement of Bronsted acid sites has been noticed. Data have been correlated with the catalytic activity of these oxides towards the vapour phase methylation of phenol