Heterotrophic bacterial activity in selected aquaculture systems near cochin

The principal interest of the present investigation was to determine seasonal and vertical variation of chemoorganotrophic utilisation of glucose and sodium—acetate by the natural bacterial population in the aquaculture pond of Narakkal, Cochin using techniques which allow maintenance of the in situ gaseous concentrations during incubation. In addition salinity, dissolved oxygen, temperature, hydrogen—ion—.concentration, primary production, plant pigments and total bacterial concentration were determined seasonally and vertically because of their possible relationship to chemoorganotrophy.

Funktionsanalysen der Domänen des Vacuolin B und die Rolle des filamentösen Actins am Vacuolin B-positiven Kompartiment im endocytotischen Transit in Dictyostelium discoideum

Ähnlich wie in Säugerzellen ist das neutrale Postlysosom in Dictyostelium discoideum von einem Coat aus filamentösem Actin umgeben. In dieser Arbeit wurde der Frage nach der Funktion dieses Actin-Cytoskeletts am späten Endosom nachgegangen. Hierzu wurde zunächst eine Analyse der Domänen des Vacuolin B durchgeführt, das als bisher spätester bekannter Marker im Endocytoseweg in Dictyostelium discoideum das neutrale, postlysosomale Kompartiment dekoriert. In einer Yeast Two Hybrid-Analyse wurden die Bereiche des Vacuolin B identifiziert, die für eine Selbst-Interaktion des Proteins notwendig und ausreichend sind. Es handelt sich dabei um die coiled-coil-Domäne und einen daran anschließenden, 18 Aminosäuren langen, alpha-helicalen Abschnitt. Diesem helicalen Bereich scheint die Funktion einer modifizierenden, die coiled-coil-Ausbildung vermittelnden oder initiierenden Faltungseinheit zuzukommen. Sie weist jedoch nicht die typischen Merkmale einer trigger-Helix auf. Lokalisationsuntersuchungen mit GFP-Deletionskonstrukten zeigten, dass es einen Zusammenhang zwischen Interaktionsfähigkeit und Bindung des Vacuolin an die Oberfläche später Endosomen gibt: Eine korrekte Lokalisation und Membranassoziation waren nur dann zu beobachten, wenn in der Yeast Two Hybrid-Analyse eine Interaktion nachgewiesen werden konnte. Es wurden die für die Lokalisation und Assoziation mit der vacuolären Membran notwendigen Sequenzbereiche identifiziert; diese waren jedoch nicht hinreichend. Vermutlich sind hierfür auch Sequenzen des N-Terminus notwendig. Die erhobenen Daten legen weiterhin eine Bedeutung der hydrophoben Domäne des Vacuolin B für die korrekte Faltung des Proteins nahe. Im Anschluss an die Domänenanalyse wurde Vacuolin dazu benutzt, durch Herstellung von Hybridproteinen Actin-interagierende Proteine gezielt an das späte Endosom zu transportieren. Es wurde deren Einfluss auf den lokalen Actin Coat und den endocytotischen Transit untersucht. Zwei Actin-bindende Proteine mit depolymerisierender Wirkung konnten im Rahmen dieser Arbeit getestet werden, nämlich Severin und Cofilin. Die Schwächung des lokalen Actin Coats durch das Vorhandensein von Severin an der späten Vacuole war nicht eindeutig festzustellen. Severin am Postlysosom führte nicht zu einer Veränderung der Transitkinetik von Flüssigphasenmarker. Allerdings konnte ein Defekt in der Phagocytose festgestellt werden. Es könnte hierbei ein Zusammenhang zwischen der Mobilisierung von intrazellulärem Calcium während der Partikelaufnahme und der Calcium-abhängigen Regulation der Severin-Aktivität bestehen. Das Hybridprotein aus Vacuolin und Cofilin zeigte neben einer Assoziation mit der vacuolären Membran auch eine Lokalisation im Cytoplasma und Cortex der Zellen. Mit der Lokalisation im Cytoplasma und Cortex korrelierte eine Veränderung der endocytotischen Aktivität. Das Vacuolin-Cofilin-Fusionsprotein am Postlysosom rief einen Verlust des lokalen Actin Coats hervor. Dies führte zu einer traubenförmigen Assoziation der späten Endosomen; exocytotische Parameter blieben jedoch unbeeinflusst. Aufgrund der hier erhobenen Daten kann vermutet werden, dass der Actin Coat am Postlysosom dazu dient, eine Agglutination dieser Endosomen zu inhibieren. Dies könnte ein Schutzmechanismus zum Ausschluss von Docking- und Fusionsereignissen sein.

Funktionelle Analyse der LC-FACS in Dictyostelium discoideum

"Funktionelle Analyse der LC-FACS in Dictyostelium discoideum" Das Dictyostelium discoideum Gen fcsA kodiert für ein 75 kDa großes Protein. Es kann durch Homologieanyalysen der Amino-säuresequenz zu den "long-chain fatty acyl-CoA"-Synthetasen ge-rechnet werden, die lang-kettige Fettsäuren durch die kovalente Bindung von Coenzym A akti-vie-ren und damit für diverse Reak-tionen in Stoffwechsel und Molekül-Synthese der Zelle verfügbar machen. Die hier untersuchte D. discoideum LC-FACS lokalisiert als peripher assoziiertes Protein an der cytosolischen Seite der Membran von Endo-somen und kleiner Vesikel. Bereits kurz nach der Bildung in der frühen sauren Phase kann die Lokalisation der LC-FACS auf Endosomen ge-zeigt werden. Sie dissoziiert im Laufe ihrer Neutra-li-sierung und kann auf späten Endosomen, die vor ihrer Exocytose stehen nicht mehr nach-gewiesen werden. Ein Teil der kleinen die in der gesamte Zelle verteilten kleinen Vesikel zeigt eine Kolokalisation mit lysosomalen Enzymen. Trotz des intrazellulären Verteilungs-mus-ters, das eine Beteiligung dieses Pro-teins an der Endocytose nahe-legt, konnte kein signifikanter Rückgang der Pino- und Phagocytose-Rate in LC-FACS Nullmutanten beobachtet werden. Der endo-cy-to-ti-sche Transit ist in diesen Zellen etwas verlängert, außerdem zeigen die Endosomen einen deutlich erhöhten pH-Wert, was zu einer weniger effektiven Prozessierung eines lysosomalen Enzyms führt (a-Mannosidase). Die Funktion der LC-FACS ist die Aufnahme von langkettigen Fettsäuren aus dem Lumen der Endosomen.

Zur Reaktionskinetik der Oxidation von Kohlenstoffmaterialien aus Biomasse

Zur Modellierung von Vergasungs- und Verbrennungsprozessen zur energetischen Nutzung von Biomasse ist die Kenntnis von reaktionskinetischen Daten für die Sauerstoff-Oxidation von Biomassepyrolysaten erforderlich. Eine ausführliche Literaturübersicht zeigt den Stand der Forschung bezüglich der experimentellen Ermittlung von reaktionskinetischen Parametern für die Oxidation von Pyrolysaten aus Lignin, Cellulose und pflanzlicher Biomasse sowie der Suche nach einem plausiblen Reaktionsmechanismus für die Reaktion von Sauerstoff mit festen Kohlenstoffmaterialien. Es wird eine Versuchsanlage mit einem quasistationär betriebenen Differentialreaktor konstruiert, die eine Messung der Reaktionskinetik und der reaktiven inneren Oberfläche (RSA) für die Reaktion eines Pyrolysats aus Maispflanzen mit Sauerstoff ermöglicht. Die getrockneten und zerkleinerten Maispflanzen werden 7 Minuten lang bei 1073 K in einem Drehrohrofen pyrolysiert. Das Pyrolysat zeichnet sich vor allem durch seine hohe Porosität von über 0,9 und seinen hohen Aschegehalt von 0,24 aus. Die RSA wird nach der Methode der Messung von Übergangskinetiken (TK) bestimmt. Die Bestimmung der RSA erfolgt für die Reaktionsprodukte CO und CO2 getrennt, für die entsprechend ermittelten Werte werden die Bezeichnungen CO-RSA und CO2-RSA eingeführt. Die Abhängigkeit dieser Größen von der Sauerstoffkonzentration läßt sich durch eine Langmuir-Isotherme beschreiben, ebenso das leichte Absinken der CO-RSA mit der Kohlendioxidkonzentration. Über dem Abbrand zeigen sich unterschiedliche Verläufe für die CO-RSA, CO2-RSA und die innere Oberfläche nach der BET-Methode. Zur Charakterisierung der Oberflächenzwischenprodukte werden temperaturprogrammierte Desorptionsversuche (TPD) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, daß eine Unterscheidung in zwei Kohlenstoff-Sauerstoff-Oberflächenkomplexe ausreichend ist. Die experimentellen Untersuchungen zum Oxidationsverlauf werden im kinetisch bestimmten Bereich durchgeführt. Dabei werden die Parameter Temperatur, Sauerstoff-, CO- und CO2-Konzentration variiert. Anhand der Ergebnisse der reaktionskinetischen Untersuchungen wird ein Reaktionsmechanismus für die Kohlenstoff-Sauerstoff-Reaktion entwickelt. Dieser Reaktionsmechanismus umfaßt 7 Elementarreaktionen, für welche die reaktionskinetischen Parameter numerisch ermittelt werden. Darüber hinaus werden reaktionskinetische Parameter für einfachere massenbezogene Reaktionsgeschwindigkeitsansätze berechnet und summarische Reaktionsgeschwindigkeitsansätze für die Bildung von CO und CO2 aus dem Reaktionsmechanismus hergeleitet.

Identificació de paràmetres cinètics i estequiomètrics del procés de depuració de fangs actius mitjançant tècniques respiromètriques

El sistema de depuració de tipus Fangs Actius constitueix una de les tècniques més esteses arreu del món pel tractament biològic de les aigües residuals. Els softwares de modelització i simulació permeten adquirir coneixements de forma ràpida i senzilla sobre el funcionament dels processos de fangs actius, dur a terme la comparació entre diferents tecnologies de tractament i determinar les estratègies d'operació més rentables d'una EDAR minimitzant els costos. L'objectiu de la present tesi consisteix en la identificació dels principals paràmetres cinètics i coeficients estequiomètrics que caracteritzen el procés de fangs actius a partir de la mesura de la velocitat de consum d'oxigen de la biomassa. En aquest sentit s'ha dissenyat i desenvolupat un Respiròmetre Tancat Seqüencial (RTS), un Respiròmetre Tancat (RT) i un Programa d'Anàlisi de Respirometries (PAR) per la determinació dels paràmetres cinètics més representatius i característics dels sistemes de fangs actius en diferents casos.

Estabilitat conformacional de variants de la ribonucleasa A: pressió i temperatura com a inductors dels desplegament proteic

A fi d'analitzar la contribució de la regió C-terminal proposada com a iniciadora del plegament (CFIS 106-118) a l'estabilitat de l'RNasa A, els residus alifàtics d'aquesta regió es van substituir, mitjançant mutagènesi dirigida, per altres residus en els quals la cadena lateral alifàtica era rogressivament escurçada. La major part de les substitucions projectades suposaven delecions no disruptives de grups metil(è). A més, es va reemplaçar la Tyr115 per un Trp, de manera que, potencialment, s'introduïa una única sonda fluorescent, no desestabilitzant, per tal de seguir els canvis conformacionals que es poguessin generar en la regió durant el procés de legament/desplegament de la proteïna. Tant els paràmetres cinètics, com els espectres d'FTIR i CD, determinats per cadascuna de les ribonucleases variants, indiquen que els reemplaçaments aminoacídics efectuats presenten, en general, poc o cap efecte en l'estructura nativa i en l'activitat de l'enzim. Es va emprar l'espectroscòpia d'absorció a l'ultraviolat de quarta derivada, la fluorescència (per la variant amb Trp) i l'espectroscòpia d'infraroig per transformada de Fourier, per tal de seguir i caracteritzar, en condicions d'equilibri, les transicions conformacionals de cada variant en funció de la pressió i de la temperatura. Els resultats es van comparar amb els que es van obtenir per la proteïna salvatge. Per determinar més a fons les característiques del procés de desplegament de la variant Y115W, les transicions de desnaturalització induïdes per urea d'aquesta variant i de la proteïna salvatge, van ésser examinades per mitjà d'electroforesi en gradient d'urea i espectroscòpia de fluorescència. Curiosament, els canvis conformacionals que resulten de la desnaturalització per pressió són molt semblants als que s'obtenen per temperatura. Enfront d'un augment gradual tant de pressió com de temperatura, l'estructura terciària i els elements d'estructura secundària de les proteïnes estudiades es perden de manera conjunta i reversible. Aquestes variacions estructurals que es promouen descriuen un procés de desplegament molt cooperatiu i en dos estats. Atès que ambdues tècniques (UV i FTIR) utilitzen cadascuna un règim de concentració proteica molt diferent, els resultats indiquen que el procés de desplegament per pressió i per temperatura és intramolecular. Els resultats obtinguts suggereixen que la hidrofobicitat i el volum de les cadenes laterals del CFIS, juntament amb les interaccions de van der Waals entre elements d'estructura secundària intervenen de manera molt notable en l'estabilització de la proteïna. Entre els diferents aminoàcids alifàtics que pertanyen al CFIS C-terminal, la Val108 és el residu més important per tal de preservar la integritat estructural de l'estat natiu. Els reemplaçaments en aquesta posició causen petites alteracions conformacionals i una gran desestabilització de la proteïna (per exemple, el punt mig de la transició de desnaturalització per pressió i per temperatura de la variant V108G disminueix uns 592 MPa i 25ºC, respectivament, respecte a la proteïna salvatge). D'acord amb els resultats obtinguts, la variant Y115W ofereix una sonda útil per tal de seguir la cinètica de plegament/desplegament de l'RNasa A.

Avaliação da função de barreira da pele pela análise Bi-compartimental de medições dinâmincas da PTEA : validação de novas condições analíticas

Neste trabalho é revista uma metodologia baseada na modelação matemática de dados de perda transepidérmica de água (PTEA) após a realização de um plastic occlusion stress test (POST), para avaliar a dinâmica hídrica cutânea através de parâmetros cinéticos. Embora simples de executar, esta metodologia consome muito tempo, uma vez que normalmente envolve a recolha de dados durante, pelo menos, 30 minutos. Esta investigação tem como objectivo optimizar o protocolo, reduzindo o tempo total da experiência através da recolha de mais pontos na fase inicial do estudo.Foi possível reduzir significativamente o tempo de análise, o que se torna vantajoso tanto para os investigadores, como para os voluntários, uma vez que, por um lado, há redução dos custos de investigação, bem como se assegura o conforto dos participantes no estudo.

Exploring the enzymatic landscape: distribution and kinetics of hydrolytic enzymes in soil particle-size fractions

The location of extracellular enzymes within the soil architecture and their association with the various soil components affects their catalytic potential. A soil fractionation study was carried out to investigate: (a) the distribution of a range of hydrolytic enzymes involved in C, N and P transformations, (b) the effect of the location on their respective kinetics, (c) the effect of long-term N fertilizer management on enzyme distribution and kinetic parameters. Soil (silty clay loam) from grassland which had received 0 or 200 kg N ha(-1) yr(-1) was fractionated, and four particle-size fractions (> 200, 200-63, 63-2 and 0. 1-2 mum) were obtained by a combination of wet-sieving and centrifugation, after low-energy ultrasonication. All fractions were assayed for four carbohydrases (beta-cellobiohydrolase, N-acetyl-beta-glucosammidase, beta-glucosidase and beta-xylosidase), acid phosphatase and leucine-aminopeptidase using a microplate fluorimetric assay based on MUB-substrates. Enzyme kinetics (V-max and K-m) were estimated in three particle-size fractions and the unfractionated soil. The results showed that not all particle-size fractions were equally enzymatically active and that the distribution of enzymes between fractions depended on the enzyme. Carbohydrases predominated in the coarser fractions while phosphatase and leucine-aminopeptidase were predominant in the clay-size fraction. The Michaelis constant (K.) varied among fractions, indicating that the association of the same enzyme with different particle-size fractions affected its substrate affinity. The same values of Km were found in the same fractions from the soil under two contrasting fertilizer management regimes, indicating that the Michaelis constant was unaffected by soil changes caused by N fertilizer management. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A novel Bayesian approach to drug design with simple and complex enzymes: Use with lens aldehyde dehydrogenase and the glyoxalase pathway

Purpose: Acquiring details of kinetic parameters of enzymes is crucial to biochemical understanding, drug development, and clinical diagnosis in ocular diseases. The correct design of an experiment is critical to collecting data suitable for analysis, modelling and deriving the correct information. As classical design methods are not targeted to the more complex kinetics being frequently studied, attention is needed to estimate parameters of such models with low variance. Methods: We have developed Bayesian utility functions to minimise kinetic parameter variance involving differentiation of model expressions and matrix inversion. These have been applied to the simple kinetics of the enzymes in the glyoxalase pathway (of importance in posttranslational modification of proteins in cataract), and the complex kinetics of lens aldehyde dehydrogenase (also of relevance to cataract). Results: Our successful application of Bayesian statistics has allowed us to identify a set of rules for designing optimum kinetic experiments iteratively. Most importantly, the distribution of points in the range is critical; it is not simply a matter of even or multiple increases. At least 60 % must be below the KM (or plural if more than one dissociation constant) and 40% above. This choice halves the variance found using a simple even spread across the range.With both the glyoxalase system and lens aldehyde dehydrogenase we have significantly improved the variance of kinetic parameter estimation while reducing the number and costs of experiments. Conclusions: We have developed an optimal and iterative method for selecting features of design such as substrate range, number of measurements and choice of intermediate points. Our novel approach minimises parameter error and costs, and maximises experimental efficiency. It is applicable to many areas of ocular drug design, including receptor-ligand binding and immunoglobulin binding, and should be an important tool in ocular drug discovery.

Efficient and accurate experimental design for enzyme kinetics: Bayesian studies reveal a systematic approach

In areas such as drug development, clinical diagnosis and biotechnology research, acquiring details about the kinetic parameters of enzymes is crucial. The correct design of an experiment is critical to collecting data suitable for analysis, modelling and deriving the correct information. As classical design methods are not targeted to the more complex kinetics being frequently studied, attention is needed to estimate parameters of such models with low variance. We demonstrate that a Bayesian approach (the use of prior knowledge) can produce major gains quantifiable in terms of information, productivity and accuracy of each experiment. Developing the use of Bayesian Utility functions, we have used a systematic method to identify the optimum experimental designs for a number of kinetic model data sets. This has enabled the identification of trends between kinetic model types, sets of design rules and the key conclusion that such designs should be based on some prior knowledge of K-M and/or the kinetic model. We suggest an optimal and iterative method for selecting features of the design such as the substrate range, number of measurements and choice of intermediate points. The final design collects data suitable for accurate modelling and analysis and minimises the error in the parameters estimated. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

The decomposition of some RDX and HMX based materials in the one-dimensional time to explosion apparatus. Part 1. Time to explosion and apparent activation energy

A One-Dimensional Time to Explosion (ODTX) apparatus has been used to study the times to explosion of a number of compositions based on RDX and HMX over a range of contact temperatures. The times to explosion at any given temperature tend to increase from RDX to HMX and with the proportion of HMX in the composition. Thermal ignition theory has been applied to time to explosion data to calculate kinetic parameters. The apparent activation energy for all of the compositions lay between 127 kJ mol−1 and 146 kJ mol−1. There were big differences in the pre-exponential factor and this controlled the time to explosion rather than the activation energy for the process.

Fulvalene titanium and zirconium complexes: synthesis and NMR study of phosphanido-, alkyl-, and alkynyl-derivatives. X-ray crystal structures of [{Ti(η5−C5H5)(μ−PPH2)}2{μ−(η5−C5H4−η5−C5H4)}] and [{Zr(η5−C5H5)(μ−C≡CSiMe3)}2{μ−(η5−C5H4−η5−C5H4)}]

Reaction of with one or two equivalents of LiPPh2 afforded the new phosphanidometal(III) complexes . Reaction of 2 with LiC≡CSiMe3 led to the diamagnetic zirconium(III) alkynyl derivative [{Zr(C5H5)(μ−C≡CSiMe3)}2(μ−η5−C5H4−η5−C5H4], 7. Alkylation of 6 with LiCH2CMe2Ph gave [{Zr(η5−C5H5)(CH2CMe2Ph)2}2{μ−(η5−C5H4)}], 8. A detailed NMR study of complexes 3 and 4 allowed the observation of the spectral behaviour of the eight different fulvalene protons through their coupling to the 31P nucleus. The fluxional behaviour of complex 7 was studied by dynamic DNMR, and kinetic parameters for the σ-π-conversion of the alkynyl ligand were determined. The molecular structures of complexes 3 and 7 were determined by X-ray diffraction methods.

Determination of the degradation kinetics of anthocyanins in a model juice system using isothermal and non-isothermal methods

The effect of temperature on the degradation of blackcurrant anthocyanins in a model juice system was determined over a temperature range of 4–140 °C. The thermal degradation of anthocyanins followed pseudo first-order kinetics. From 4–100 °C an isothermal method was used to determine the kinetic parameters. In order to mimic the temperature profile in retort systems, a non-isothermal method was applied to determine the kinetic parameters in the model juice over the temperature range 110–140 °C. The results from both isothermal and non-isothermal methods fit well together, indicating that the non-isothermal procedure is a reliable mathematical method to determine the kinetics of anthocyanin degradation. The reaction rate constant (k) increased from 0.16 (±0.01) × 10−3 to 9.954 (±0.004) h−1 at 4 and 140 °C, respectively. The temperature dependence of the rate of anthocyanin degradation was modelled by an extension of the Arrhenius equation, which showed a linear increase in the activation energy with temperature.

Comparison of polar ozone loss rates simulated by one-dimensional and three-dimensional models with Match observations in recent Antarctic and Arctic winters

Simulations of ozone loss rates using a three-dimensional chemical transport model and a box model during recent Antarctic and Arctic winters are compared with experimental loss rates. The study focused on the Antarctic winter 2003, during which the first Antarctic Match campaign was organized, and on Arctic winters 1999/2000, 2002/2003. The maximum ozone loss rates retrieved by the Match technique for the winters and levels studied reached 6 ppbv/sunlit hour and both types of simulations could generally reproduce the observations at 2-sigma error bar level. In some cases, for example, for the Arctic winter 2002/2003 at 475 K level, an excellent agreement within 1-sigma standard deviation level was obtained. An overestimation was also found with the box model simulation at some isentropic levels for the Antarctic winter and the Arctic winter 1999/2000, indicating an overestimation of chlorine activation in the model. Loss rates in the Antarctic show signs of saturation in September, which have to be considered in the comparison. Sensitivity tests were performed with the box model in order to assess the impact of kinetic parameters of the ClO-Cl2O2 catalytic cycle and total bromine content on the ozone loss rate. These tests resulted in a maximum change in ozone loss rates of 1.2 ppbv/sunlit hour, generally in high solar zenith angle conditions. In some cases, a better agreement was achieved with fastest photolysis of Cl2O2 and additional source of total inorganic bromine but at the expense of overestimation of smaller ozone loss rates derived later in the winter.

Intra-crystalline protein diagenesis (IcPD) in Patella vulgata. Part II: Breakdown and temperature sensitivity

Artificial diagenesis of the intra-crystalline proteins isolated from Patella vulgata was induced by isothermal heating at 140 °C, 110 °C and 80 °C. Protein breakdown was quantified for multiple amino acids, measuring the extent of peptide bond hydrolysis, amino acid racemisation and decomposition. The patterns of diagenesis are complex; therefore the kinetic parameters of the main reactions were estimated by two different methods: 1) a well-established approach based on fitting mathematical expressions to the experimental data, e.g. first-order rate equations for hydrolysis and power-transformed first-order rate equations for racemisation; and 2) an alternative model-free approach, which was developed by estimating a “scaling” factor for the independent variable (time) which produces the best alignment of the experimental data. This method allows the calculation of the relative reaction rates for the different temperatures of isothermal heating. High-temperature data were compared with the extent of degradation detected in sub-fossil Patella specimens of known age, and we evaluated the ability of kinetic experiments to mimic diagenesis at burial temperature. The results highlighted a difference between patterns of degradation at low and high temperature and therefore we recommend caution for the extrapolation of protein breakdown rates to low burial temperatures for geochronological purposes when relying solely on kinetic data.