Electrogenic proton/L-glutamate symport in isolated asparagus sprengeri mesophyll cell

Medium' alkaliniiation occurred -lipon the addition of L-Glu to mechanically isolated Asparagus sprenger-i mesophyll cells suspended in 1 mM CaS04. Alkalinization resulted from the coupled entry of H+ and L-Glu anion into the cells. This H+ IL-Glu symport did not stimulate K+ efflux. K+ efflux has been observed during H~ lamino acid symport in other systems. The stimulation of K+ efflux by proton coupled symport is regarded as an indicator of a plasma membrane depolarizing electrogenic symport process. H+ IL-Glu symport in Asparagus sprengerimesophyl1 cells was investigated to determine whether or not the process was electrogenic. The rate of uptake of 0.25 11M 3H-MTPP+ ( Methyltriphenylphosphonium, methyl-3H ) is a probe for monitoring changes in the membrane potential. 3HMTPP+ uptake was reduced by K+ or CCCP, agents known to depolarize the membrane potential. Uptake of 3H-MTPP+ was also inhibited by L-Glu but not by D-Glu. Conversely, 10 mM external MTPP+ inhibited the uptake of 14C-U-LGlu. Simultaneous measurements of the rates of 14C-U-L-Glu uptake and L-Glu dependent H+ influx showed that the molar stoichiometry of H+ IL-Glu symport was 2 to 1. K+ or Na+ stimulated H+ efflux was completely inhibited by DCCD, DES, oligomycin and antimycin reagents which inhibit ATP driven H+ efflux. The H+ efflux \Vas also stimulate.d by the weak acids, butyric acid and acetic acid, which are known fo-aCidify the cytoplasm. This weak acid stimulated H+ efflux was also completely inhibited by oligomycin. It was calculated that net L-Glu dependent H+ influx increased by 100% in the presence of oligomycin and that despite net medium alkalinization H+ IL-Glu symport stimulates ATP dependent H+ efflux. 11 The data presented in this study indicate that H+ IL-Glu symport is electrogenic. The data also show that ATP dependent Ht efflux rather than K+ efflux is the- process compensating for thi~ electrogenic H+ IL-Glu symport.

Proton translocation by cytochrome c oxidase reconstituted into proteoliposomes

Cytochrome c oxidase .inserted into proteoliposomes translocates protons with a stoichiometry of approx-, imately 0.4-0.6 H+/e- in the presence of valinomycin plus pottasium. The existance .ofsuchproton translocation is .supportedby experiments with lauryl maltoside which abolished the pulses but~~d not inhibit cyt. c binding .or oxidase turnover. Pulses with K3FeCN6 did not induce acidification further supporting vectorial proton transport by cyt ..aa3 . Upon lowering the ionic strength and pulsing with ferrocytochrome c, H+/eratios increased. This increase is attributed to scaler proton release consequent upon cyt.c-phospholipid binding. Oxygen pulses at low ionic strength however did not exhibit this large scaler increase in H+/e- ratios.A-small increase was observed upon .02 pul'sing at·low ionic strengt.h. This increase was KeN and, ,pcep sensitive and thus possibly due to a redox linked scaler deprotonation. Increases in the H+/e- ratio also occurred ifp~lses ,were performed in the presence of nonactin rather.than valinomycin. The fluorescent pH indicator pyranine was internally trapped inaa3 conta~ning "proteoliposomes. Internal alkalinization, as mon,itored by pyranine fluorescence leads to a of approx.imately 0.35 units, which is proportional to electron flux. This internal alkalinization was also DCCD sensitive, being inhibited by approximately 50%. This 50% inhibition of internal alkalinization supports the existance of vectorial proton transport.

Étude des collisions proton-proton dans l’expérience ATLAS avec les détecteurs ATLAS-MPX

Les seize détecteurs MPX constituant le réseau ATLAS-MPX ont été placés à différentes positions dans le détecteur ATLAS et sa averne au CERN dans le but de mesurer en emps réel les champs de radiation produits ar des particules primaires (protons des faisceaux) et des particules secondaires (kaons, pions, g, protons) issues des collisions proton-proton. Des films de polyéthylène (PE) et de fluorure de lithium (6LiF) recouvrent les détecteurs afin d’augmenter leur sensibilité aux neutrons produits par les particules primaires et secondaires interagissant avec les matériaux présents dans l’environnement d’ATLAS. La reconnaissance des traces laissées par les particules dans un détecteur ATLAS-MPX se fait à partir des algorithmes du logiciel MAFalda (“Medipix Analysis Framework”) basé sur les librairies et le logiciel d’analyse de données ROOT. Une étude sur le taux d’identifications erronées et le chevauchement d’amas a été faite en reconstruisant les activités des sources 106Ru et 137Cs. L’efficacité de détection des neutrons rapides a été mesurée à l’aide des sources 252Cf et 241AmBe (neutrons d’énergie moyenne de 2.13 et 4.08 MeV respectivement). La moyenne des efficacités de détection mesurées pour les neutrons produits par les sources 252C f et 241AmBe a été calculée pour les convertisseurs 6LiF et PE et donnent (0.8580 ± 0.1490)% et (0.0254 ± 0.0031)% pour LiF et (0.0510 ± 0.0061)% et (0.0591 ± 0.0063)% pour PE à bas et à haut seuil d’énergie respectivement. Une simulation du calcul de l’efficacité de détection des neutrons dans le détecteur MPX a été réalisée avec le logiciel GEANT4. Des données MPX correspondant aux collisions proton-proton à 2.4 TeV et à 7 TeV dans le centre de masse ont été analysées. Les flux détectés d’électrons et de photons sont particulièrement élevés dans les détecteurs MPX01 et MPX14 car ils sont plus près du point de collision. Des flux de neutrons ont été estimés en utilisant les efficacités de détection mesurées. Une corrélation avec la luminosité du LHC a été établie et on prédit que pour les collisions à 14 TeV dans le centre de masse et avec une luminosité de 10^34 cm-1*s-1 il y aura environ 5.1x10^8 ± 1.5x10^7 et 1.6x10^9 ± 6.3x10^7 particules détectées par les détecteurs MPX01 et MPX14 respectivement.

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.

Mesures et analyses de la luminosité d’ATLAS grâce aux détecteurs MPX

Medipix2 (MPX) sont des détecteurs semi-conducteurs au silicium montés sur 256x256 pixels. Chaque pixel a une aire de 55x55μm2. L’aire active d’un détecteur MPX est d’environ 2 cm2. Avec deux modes de détection, un seuil et un temps d’exposition ajustables, leur utilisation peut être optimisée pour une analyse spécifique. Seize de ces détecteurs sont présentement installés dans l’expérience ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) au CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire). Ils mesurent en temps réel le champ de radiation dû aux collisions proton-proton, au point d’interaction IP1 (Point d’Interaction 1) du LHC (Grand Collisionneur d’Hadrons). Ces mesures ont divers buts comme par exemple la mesure du champ de neutrons dans la caverne d’ATLAS. Le réseau de détecteurs MPX est complètement indépendant du détecteur ATLAS. Le groupe ATLAS-Montréal s’est intéressé à l’analyse des données récoltées par ces détecteurs pour calculer une valeur de la luminosité du LHC au point de collision des faisceaux, autour duquel est construit le détecteur ATLAS. Cette valeur est déterminée indépendamment de la luminosité mesurée par les divers sous-détecteurs d’ATLAS dédiés spécifiquement à la mesure de la luminosité. Avec l’augmentation de la luminosité du LHC les détecteurs MPX les plus proches du point d’interaction détectent un grand nombre de particules dont les traces sont impossibles à distinguer sur les images ("frames") obtenues, à cause de leur recouvrement. Les paramètres de mesure de certains de ces détecteurs ont été optimisés pour des mesures de luminosité. Une méthode d’analyse des données permet de filtrer les pixels bruyants et de convertir les données des images, qui correspondent à des temps d’exposition propres aux détecteurs MPX, en valeur de luminosité pour chaque LumiBlock. Un LumiBlock est un intervalle de temps de mesure propre au détecteur ATLAS. On a validé les mesures de luminosité premièrement en comparant les résultats obtenus par différents détecteurs MPX, et ensuite en comparant les valeurs de luminosité relevées à celles obtenues par les sous-détecteurs d’ATLAS dédiés spécifiquement à la mesure de la luminosité.

High-momentum proton removal from 16 O and the (e,e'p) cross section

The cross section for the removal of high-momentum protons from 16O is calculated for high missing energies. The admixture of high-momentum nucleons in the 16O ground state is obtained by calculating the single-hole spectral function directly in the finite nucleus with the inclusion of short-range and tensor correlations induced by a realistic meson-exchange interaction. The presence of high-momentum nucleons in the transition to final states in 15N at 60¿100 MeV missing energy is converted to the coincidence cross section for the (e,e¿p) reaction by including the coupling to the electromagnetic probe and the final state interactions of the outgoing proton in the same way as in the standard analysis of the experimental data. Detectable cross sections for the removal of a single proton at these high missing energies are obtained which are considerably larger at higher missing momentum than the corresponding cross sections for the p-wave quasihole transitions. Cross sections for these quasihole transitions are compared with the most recent experimental data available.

Temperature- and Pressure-induced Proton Transfer in the 1:1 Adduct Formed between Squaric Acid and 4,4 '-Bipyridine

We have applied a combination of spectroscopic and diffraction methods to study the adduct formed between squaric acid and bypridine, which has been postulated to exhibit proton transfer associated with a single-crystal to single-crystal phase transition at ca. 450 K. A combination of X-ray single-crystal and very-high flux powder neutron diffraction data confirmed that a proton does transfer from the acid to the base in the high-temperature form. Powder X-ray diffraction measurements demonstrated that the transition was reversible but that a significant kinetic energy barrier must be overcome to revert to the original structure. Computational modeling is consistent with these results. Modeling also revealed that, while the proton transfer event would be strongly discouraged in the gas phase, it occurs in the solid state due to the increase in charge state of the molecular ions and their arrangement inside the lattice. The color change is attributed to a narrowing of the squaric acid to bipyridine charge-transfer energy gap. Finally, evidence for the possible existence of two further phases at high pressure is also presented.

Calcium carbonate solubilization through H-proton release from some legumes grown in calcareous saline-sodic soils

Increasing levels of CO2 and H+ proton in the rhizosphere from some legumes may play an important role in calcite dissolution of calcareous salt affected soils. Soils planted with white and brown varieties of cowpea (Vigna unguiculata L.) and hyacinth bean (Dolichos lablab L.) relying on either fertilizer N (KNO3) or N-fixation were compared against soils to which gypsum was applied and a control without plants and gypsum application to study the possibility of Ca2+ release from calcite and Na+ leaching. As compared to plants relying on inorganic N, leachates from all pore volumes (0·5, 1·0, 1·5, 2·0 pore volume) in lysimeters planted with N-fixing hyacinth bean contained significantly higher concentrations of HCO with lower concentrations from lysimeters planted with white cowpea relying on N-fixation. However, the lowest concentrations of HCO were recorded in the gypsum and control treatments. In initial leaching, lysimeters planted with N-fixing plants maintained similar leachate Ca2+ and Na+ concentrations compared to gypsum amended soils. However, gypsum amended soils were found to have a prolonged positive effect on Na+ removal. It might be concluded that some legumes that are known to fix N in calcareous salt affected soils may be an alternative ameliorant to the extremely expensive gypsum through calcite solubilization and a consequent release of Ca2+.

Argon predissociation spectroscopy of the OH-center dot H2O and Cl-center dot H2O complexes in the 1000-1900 cm(-1) region: Intramolecular bending transitions and the search for the shared-proton fundamental in the hydroxide monohydrate

We present argon predissociation vibrational spectra of the OH-.H2O and Cl-.H2O complexes in the 1000-1900 cm(-1) energy range, far below the OH stretching region reported in previous studies. This extension allows us to explore the fundamental transitions of the intramolecular bending vibrations associated with the water molecule, as well as that of the shared proton inferred from previous assignments of overtones in the higher energy region. Although the water bending fundamental in the Cl-.H2O spectrum is in very good agreement with expectations, the OH-.H2O spectrum is quite different than anticipated, being dominated by a strong feature at 1090 cm(-1). New full-diniensionality calculations of the OH-.H2O vibrational level structure using diffusion Monte Carlo and the VSCF/CI methods indicate this band arises from excitation of the shared proton.

Intramolecular proton transfer in [Ph2B-OH2](+). Participation of a phenyl group

Ab initio calculations at the HF/6-31+G* level on [Ph2B-OH2](+) show that in the gas phase the structure with the proton attached to an ipso C is lower in energy than the one with the proton on the oxygen atom by 8.40 kcal mol(-1). The transition states and reaction paths for intramolecular proton transfer in [Ph2B-OH2](+) have also been studied.

Highly proton-ordered water structures on oxygen precovered Ru{0001}

We present helium scattering measurements of a water ad-layer grown on a O(2 1)/Ru(0001) surface. The adsorbed water layer results in a well ordered helium diffraction pattern with systematic extinctions of diffraction spots due to glide line symmetries. The data reflects a well-defined surface structure that maintains proton order even at surprisingly high temperatures of 140 K. The diffraction data we measure is consistent with a structure recently derived from STM measurements performed at 6 K. Comparison with recent DFT calculation is in partial agreement, suggesting that these calculations might be underestimating the contribution of relative water molecule orientations to the binding energy.

A microblock ionomer in proton exchange membrane electrolysis for the production of high purity hydrogen

Proton exchange membranes (PEM’s) are currently under investigation for membrane water electrolysis (PEMWE) to deliver efficient production of the high purity hydrogen needed to supply emerging clean-energy technologies such as hydrogen fuel cells. The microblock aromatic ionomer described in this work achieves high mechanical strength in an aqueous environment as a result of its designed, biphasic morphology and displays many of the qualities required in a PEM. The new ionomer membrane thus shows good proton conductivity (63 mS cm−1 at 80 °C and 100% RH), while retaining mechanical integrity under high temperature, hydrated conditions. Testing in electrolysis has shown good energy efficiency (1.67 V at 1 A cm−2 and 80 °C, corresponding to 4 kWh/Nm3 of H2), making this ionomer a potential candidate for commercial application in PEMWE.