Distinct Unfolding and Refolding Pathways of Ribonuclease A Revealed by Heating and Cooling Temperature Jumps

Heating and cooling temperature jumps (T-jumps) were performed using a newly developed technique to trigger unfolding and refolding of wild-type ribonuclease A and a tryptophan-containing variant (Y115W). From the linear Arrhenius plots of the microscopic folding and unfolding rate constants, activation enthalpy (ΔH#), and activation entropy (ΔS#) were determined to characterize the kinetic transition states (TS) for the unfolding and refolding reactions. The single TS of the wild-type protein was split into three for the Y115W variant. Two of these transition states, TS1 and TS2, characterize a slow kinetic phase, and one, TS3, a fast phase. Heating T-jumps induced protein unfolding via TS2 and TS3; cooling T-jumps induced refolding via TS1 and TS3. The observed speed of the fast phase increased at lower temperature, due to a strongly negative ΔH# of the folding-rate constant. The results are consistent with a path-dependent protein folding/unfolding mechanism. TS1 and TS2 are likely to reflect X-Pro114 isomerization in the folded and unfolded protein, respectively, and TS3 the local conformational change of the β-hairpin comprising Trp115. A very fast protein folding/unfolding phase appears to precede both processes. The path dependence of the observed kinetics is suggestive of a rugged energy protein folding funne

Aprofitament de residus vegetals per a la concentració i separació d'ions metàl·lics de solucions aquoses

La adsorció sobre carbó actiu és un tractament habitual para a l'eliminació de metalls contaminants d'afluents aquosos. Amb la finalitat de reduir el cost dels tractament actuals s'està estudiant la utilització d'adsorbents de baix cost com a substituts dels sorbents convencionals que s'utilitzen usualment en els tractaments d'aigües. En aquesta tesi s'ha avaluat la possibilitat d'aprofitar diversos residus vegetals procedents de processos agrícoles o residus industrials, com a sorbents per a l'eliminació de metalls de solucions aquoses. En concret, el treball s'ha centrat en assolir dos grans objectius, primer de tot, conèixer la possibilitat d'utilitzar el pinyol d'oliva com a adsorbent de metalls divalents de solucions aquoses, com són el Cd(II), Cu(II), Ni(II) i Pb(II), i en segon lloc, avaluar la utilització de quatre residus vegetals (escorça de yohimbe, rapa de raïm, suro i pinyol d'oliva) per a l'extracció de Cr(VI) de solucions aquoses i utilitzar el residu vegetal més apropiat com a base per tal d'obtenir un nou sorbent, amb més bona morfologia per ser utilitzat en sistemes d'eliminació de Cr(VI) en continu. Les dades cinètiques d'adsorció es van tractar amb el model cinètic de pseudo-segon ordre, amb el que es van determinar la velocitat inicial d'adsorció dels metalls. Els models d'isotermes d'equilibri de Langmuir i Freundlich es van utilitzar per descriure els equilibris d'adsorció i calcular els paràmetres de les isotermes. En els assajos amb mescles binàries de metalls, els resultats es van tractar amb el model ampliat de Langmuir. En aquest treball s'ha determinat, primerament, que el pinyol d'oliva és un bon sorbent dels metalls divalents estudiats. S'ha determinat que l'adsorció dels metalls varia amb el pH de la solució i que la presència de sals en la solució provoca una davallada en l'adsorció. També es va determinar la competència en l'adsorció entre els metalls al realitzar assajos en mescles binàries. Amb els estudis d'extracció de Cr(VI) amb els quatre materials s'ha determinat que aquests vegetals poden adsorbir el Cr(VI) en solució, tot i que la rapa i la yohimbe són els materials que presenten unes capacitats d'adsorció més elevades. Les anàlisis amb espectroscòpia electrònica de Raig-X realitzats en la rapa de raïm i la yohimbe en contacte amb Cr(VI) varen demostrar la presència del metall en els dos estats d'oxidació, Cr(VI) i Cr(III), evidenciant la participació del mecanisme de reducció de Cr(VI) en l'adsorció del metall sobre els materials. Amb l'encapsulació de la rapa de raïm es va incrementar significativament la capacitat d'adsorció del metall respecta a la seva utilització en la forma original. Les dades experimentals es van tractar amb un model de difusió i es va determinar el coeficient de difusió en l'adsorció en el sorbent amb diferent percentatge de rapa en l'interior. Finalment s'han realitzat estudis preliminars d'adsorció de crom hexavalent en continu utilitzant columnes de petites dimensions farcides amb el sorbent format per boles de rapa encapsulada en alginat càlcic. En aquests assajos s'ha determinat l'efecte en l'adsorció de metall de diversos paràmetres d'operació, com la concentració inicial de metall, el cabal i l'alçada de llit. El model de transferència de matèria i difusió en columna emprat pel tractament de les dades experimentals va mostrar l'efecte de la concentració inicial i del cabal en els coeficients de difusió i transferència de matèria. El model BDST no va predir correctament el temps de servei en els diferents paràmetres d'operació experimentats a causa de la complexitat del procés d'adsorció. Amb aquests assajos preliminars s'han establert les bases de l'adsorció de Cr(VI) amb el nou sorbent en sistemes en continu amb la finalitat de realitzar estudis posteriors d'eliminació del metall en columnes de majors dimensions.

Avaluació del procés de desintegració de papers recuperats

La desintegració és una etapa important en la recuperació de paper vell, ja que té importants conseqüències en consum d'energia i en el comportament de les etapes posteriors. Per això els objectius es centren en analitzar la desintegració des del punt de vista del temps de desintegració, els aspectes energètics, modelització de la màquina de desintegració utilitzada i anàlisi dels factors de cisallament calculats com a mesura global de les forces implicades en la desintegració. Els autors que hi han treballat donen diferents explicacions a aquestes forces. Fins avui només s'ha pogut avaluar qualitativament la influència que tenen cada un dels mecanismes en el temps necessari per a desintegrar i en el consum energètic. Les característiques reològiques de les suspensions papereres, i el seu comportament no newtonià tenen una clara influència en el consum energètic i les forces de desfibrat en el desintegrador. Els experiments de desintegració s'han realitzat en un púlper convencional, amb tres tipus de paper recuperat: paper estucat d'alta qualitat imprès offset (PQ), paper revista estucat imprès en color (PR), paper blanc imprès en impresora làsser (PF). Anàlisi del temps de desintegració Per cada un del papers estudiats (PQ, PR i PF), les fraccions màssiques des de 0.06 fins a la màxima que estat possible per cada paper (de 0.14 a 0.18), i a dues velocitats d'agitació diferents, s'ha determinat el temps de desintegració (tD) fins a aconseguir un índex de Sommerville de 0.01%. S'obté que en augmentar la fracció màssica disminueix potencialment el temps de desintegració. S'ha estudiat la velocitat de desintegració, la producció teòrica del púlper en cada cas, i la seva relació amb les forces d'impacte i de fregament que produeixen la desintegració. Aspectes energètics El consum específic d'energia (SEC), definit com l'energia consumida per a desintegrar 1 kg de paper recuperat, disminueix molt en augmentar Xm, ja que a més de disminuir l'energia consumida en cada desintegració, el contingut en paper és més elevat. Pel disseny de desintegradors, cal tenir en compte que en augmentar Xm i en augmentar la velocitat, sempre augmenta la potència consumida. Però així com els beneficis de treballar a Xm alt són de 10 vegades en termes de SEC i de producció, l'augment de potència és només de l'ordre de 2 vegades la necessària respecte de la Xm baixa. Viscositat aparent i energia de fluidització S'estudia la relació entre el temps de desintegració, les forces de fregament i els valors de viscositat aparent de la bibliografia. Per cada paper i velocitat s'ha observat que el consum específic d'energia disminueix en funció de la viscositat aparent. Reologia del púlper Utilitzant el mètode de Metzner i Otto (1957) per determinar la viscositat aparent mitjana de les suspensions papereres, modificat per Roustan, s'ha caracteritzat el pulper mitjançant el model: Np= K· Rex·Fry S'han utilitzat dissolucions de glicerina com a fluid newtonià per a calcular les constants d'ajust, i a partir d'aquí, aïllar la viscositat aparent en funció de la potència neta i els paràmetres d'agitació. La viscositat aparent, d'acord amb Fabry (1999) es substitueix pel concepte de factor de cisallament. Factor de cisallament Calculat el factor de cisallament per a cada paperot i condicions d'agitació, s'ha relacionat amb Xm, SEC, tD, consum de potència, potència instal·lada i fracció cel·lulòsica. El factor de cisallament és un paràmetre útil per a quantificar les forces globals implicades en la desintegració.

New mono- and dinuclear ruthenium complexes containing the 3,5-bis(2-pyridyl)pyrazole ligand. Synthesis, characterization and applications

Se han sintetizado dos nuevos complejos mononucleares de Ru, con formula [RuCl2(Hbpp)(dmso)2], a partir de la reacción entre [RuCl2(dmso)4] y Hbpp (3,5-bis(2-piridil)pirazola). El hecho que sólo tres de los seis posibles estereoisómeros se obtengan a partir de esta reacción, se ha racionalizado en base a factores estructurales y electrónicos. Estos complejos se han caracterizado de forma estructural, espectroscópica y electroquímica. En acetonitrilo en medio básico, el isómero trans,cis-[RuCl2(Hbpp)(dmso)2] da lugar a procesos de isomerización de enlace de un ligando dmso cuando el Ru(II) se oxida a Ru(III). Las constantes termodinámicas y cinéticas para el proceso se han determinado por voltametria cíclica. La irradiación de trans,cis-[RuCl2(Hbpp)(dmso)2] y cis(out),cis-[RuCl2(Hbpp)(dmso)2] con luz UV o solar da lugar a reacciones de fotosustitución de un ligando dmso por una molécula de acetonitrilo para dar un nuevo compuesto el cual ha sido caracterizado en solución por técnicas espectroscópicas y electroquímicas. Ambos complejos resultan catalizadores útiles en la transferencia de hidrógeno de isopropanol a acetofenona, obteniéndose 1-feniletanol como único producto y un 42.1% de conversión (36.1 ciclos metálicos) a 80ºC con el isómero trans,cis-[RuCl2(Hbpp)(dmso)2], que resulta significativamente más eficaz que el complejo cis(out),cis-[RuCl2(Hbpp)(dmso)2]. La reacción de cis(out),cis-[RuCl2(Hbpp)(dmso)2] con trpy (2,2':6',2"-terpiridina) da lugar a los dos isómeros geométricos del complejo [Ru(Hbpp)(trpy)(Cl)]+, el in y el out. Estos complejos se han aislado y caracterizado por técnicas estructurales, espectroscópicas y electroquímicas. Estos cloro complejos han sido utilizados como precursores para la síntesis de los complejos análogos con ligandos aqua (in,out-[Ru(Hbpp)(trpy)(H2O)]2+) y piridina (in,out-[Ru(Hbpp)(trpy)(py)]2+), los cuales también han sido aislados y caracterizados. Las propiedades ácido-base de los aqua complejos, y del complejo out-py se han estudiado detalladamente por voltametria cíclica y mediante valoraciones espectrofotométricas ácido-base. El tratamiento matemático de los datos así obtenidos nos ha permitido determinar los valores de pKa para los distintos equilibrios de protonación de los complejos en los estados de oxidación II y III. El complejo out-aqua ha demostrado ser un buen catalizador para la oxidación electroquímica del alcohol benzílico, presumiblemente a benzaldehido. La constante de velocidad de segundo orden para el proceso ha sido determinada como 17.1 M-1 s-1, por simulación matemática. El dímero con un puente cloro, [Ru2Cl(bpp)(trpy)2]2+ ha sido preparado por dos rutas sintéticas diferentes. El dímero análogo con un puente acetato se ha obtenido por reacción del cloro dímero con un exceso de acetato sódico. El dímero con dos ligandos aqua [Ru2(bpp)(trpy)2(OH2)2]3+ puede obtenerse por hidrólisis ácida del complejo con un acetato puente o por hidrólisis básica del complejo con un puente cloro. Estos complejos han sido caracterizados por técnicas estructurales, espectroscópicas y electroquímicas. Las soluciones del dímero con dos ligandos aqua en medio ácido resultan inestables a la coordinación de aniones de la solución con el tiempo. Las propiedades ácido-base del dímero con dos aguas coordinadas han sido estudiadas por voltametria cíclica y mediante experimentos de electrólisis a potencial controlado. El pKa para la desprotonación de uno de los ligandos aqua ha sido determinado mediante una valoración espectrofotométrica ácido-base como 6.7. Este valor tan bajo de pKa se atribuye a la formación de la entidad {Ru2O2H3}, favorable termodinámicamente. Los espectros UV-vis para los distintos estados de oxidación del aqua dímero, de RuIIRuII a RuIIIRuIV, han sido obtenidos por oxidación química y electroquímica del complejo. Se han llevado a cabo estudios cinéticos de la oxidación, paso a paso, de RuII,II a RuIV,IV , y se han determinado las constantes de oxidación de segundo orden para los distintos procesos de oxidación. La capacidad del aqua dímero en la oxidación del agua a oxígeno molecular ha sido investigada en solución homogénea utilizando CeIV como oxidante. La evolución de oxígeno se ha demostrado por cromatografia de gases. Se ha obtenido una eficiencia del 73% y 18.6 ciclos catalíticos, cuando 1.83 x 10-6 moles de dímero se han mezclado con un exceso de 100 equivalentes de cerio. El dímero con dos aguas cataliza también la oxidación del agua de forma heterogénea, con el complejo adsorbido sobre una membrana de nafion, aunque la eficiencia es menor. Se ha propuesto un mecanismo intramolecular para la reacción de oxidación del agua. Consiste en la oxidación a 4 electrones del dímero, de RuII,II a RuIV,IV, el cual reacciona con el agua para formar oxígeno y revierte nuevamente al estado de oxidación II,II. Este modelo es consistente con estudios catalíticos de la evolución de oxígeno en función de las concentraciones de cerio y catalizador, llevados a cabo en solución ácida homogénea, que demuestran que la oxidación a 4 electrones del agua se encuentra catalizada por una sola molécula de complejo bajo concentraciones elevadas de cerio. La constante de pseudo-primer-orden para la evolución de oxígeno tiene un valor de 1.4 x 10-2 s-1, que es uno de los valores de constante más elevados obtenidos hasta la fecha. Desafortunadamente, el aqua dímero se desactiva durante el proceso de catálisis dando lugar a una especie naranja, la cual estamos actualmente tratando de caracterizar.

Intonation contours vs. syntactic structure as predictors of apparent segmentation

This paper is a review of a study on perception and comprehension of speech using syntactic, visual and acoustic information.

On the energetics of stratified turbulent mixing, irreversible thermodynamics, Boussinesq models and the ocean heat engine controversy

In this paper, the available potential energy (APE) framework of Winters et al. (J. Fluid Mech., vol. 289, 1995, p. 115) is extended to the fully compressible Navier– Stokes equations, with the aims of clarifying (i) the nature of the energy conversions taking place in turbulent thermally stratified fluids; and (ii) the role of surface buoyancy fluxes in the Munk & Wunsch (Deep-Sea Res., vol. 45, 1998, p. 1977) constraint on the mechanical energy sources of stirring required to maintain diapycnal mixing in the oceans. The new framework reveals that the observed turbulent rate of increase in the background gravitational potential energy GPEr , commonly thought to occur at the expense of the diffusively dissipated APE, actually occurs at the expense of internal energy, as in the laminar case. The APE dissipated by molecular diffusion, on the other hand, is found to be converted into internal energy (IE), similar to the viscously dissipated kinetic energy KE. Turbulent stirring, therefore, does not introduce a new APE/GPEr mechanical-to-mechanical energy conversion, but simply enhances the existing IE/GPEr conversion rate, in addition to enhancing the viscous dissipation and the entropy production rates. This, in turn, implies that molecular diffusion contributes to the dissipation of the available mechanical energy ME =APE +KE, along with viscous dissipation. This result has important implications for the interpretation of the concepts of mixing efficiency γmixing and flux Richardson number Rf , for which new physically based definitions are proposed and contrasted with previous definitions. The new framework allows for a more rigorous and general re-derivation from the first principles of Munk & Wunsch (1998, hereafter MW98)’s constraint, also valid for a non-Boussinesq ocean: G(KE) ≈ 1 − ξ Rf ξ Rf Wr, forcing = 1 + (1 − ξ )γmixing ξ γmixing Wr, forcing , where G(KE) is the work rate done by the mechanical forcing, Wr, forcing is the rate of loss of GPEr due to high-latitude cooling and ξ is a nonlinearity parameter such that ξ =1 for a linear equation of state (as considered by MW98), but ξ <1 otherwise. The most important result is that G(APE), the work rate done by the surface buoyancy fluxes, must be numerically as large as Wr, forcing and, therefore, as important as the mechanical forcing in stirring and driving the oceans. As a consequence, the overall mixing efficiency of the oceans is likely to be larger than the value γmixing =0.2 presently used, thereby possibly eliminating the apparent shortfall in mechanical stirring energy that results from using γmixing =0.2 in the above formula.

Exploring the spatial relations between soil physical properties and apparent electrical conductivity

Relations between the apparent electrical conductivity of the soil (ECa) and top- and sub-soil physical properties were examined for two arable fields in southern England (Crowmarsh Battle Farms and the Yattendon Estate). The spatial variation of ECa and the soil properties was explored geostatistically. The variogram ranges showed that ECa varied on a similar spatial scale to many of the soil physical properties in both fields. Several features in the map of kriged predictions of ECa were also evident in maps of the soil properties. In addition, the correlation coefficients showed a strong relation between ECa and several soil properties. A moving correlation analysis enabled differences in the relations between ECa and the soil properties to be examined within the fields. The results indicated that relations were inconsistent; they were stronger in some areas than others. A regression of ECa on the principal component scores of the leading components for both fields showed that the first two components accounted for a large proportion of the variance in ECa, whereas the others accounted for little or none. For Crowmarsh topsoil sand and clay, loss on ignition and volumetric water measured in the autumn had large correlations on the first component, and for Yattendon they were large for topsoil sand and clay, and autumn and spring volumetric water. The cross-variograms suggested strong coregionalization between ECa and several soil physical properties; in particular subsoil sand and silt at Crowmarsh, and subsoil sand and clay at Yattendon. The structural correlations from the linear model of coregionalization confirmed the strength of the relations between ECa and the subsoil properties. Nevertheless, no one property was consistently important for both fields. Although a map of ECa can indicate the general patterns of spatial variation in the soil, it is not a substitute for information on soil properties obtained by sampling and analysing the soil. Nevertheless, it could be used to guide further sampling. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Causes of the apparent scale independence of fractal indices associated with forest fragmentation in Bolivia

In a recent investigation, Landsat TM and ETM+ data were used to simulate different resolutions of remotely-sensed images (from 30 to 1100 m) and to analyze the effect of resolution on a range of landscape metrics associated with spatial patterns of forest fragmentation in Chapare, Bolivia since the mid-1980s. Whereas most metrics were found to be highly dependent on pixel size, several fractal metrics (DLFD, MPFD, and AWMPFD) were apparently independent of image resolution, in contradiction with a sizeable body of literature indicating that fractal dimensions of natural objects depend strongly on image characteristics. The present re-analysis of the Chapare images, using two alternative algorithms routinely used for the evaluation of fractal dimensions, shows that the values of the box-counting and information fractal dimensions are systematically larger, sometimes by as much as 85%, than the "fractal" indices DLFD, MPFD, and AWMFD for the same images. In addition, the geometrical fractal features of the forest and non-forest patches in the Chapare region strongly depend on the resolution of images used in the analysis. The largest dependency on resolution occurs for the box-counting fractal dimension in the case of the non-forest patches in 1993, where the difference between the 30 and I 100 m-resolution images corresponds to 24% of the full theoretical range (1.0 to 2.0) of the mass fractal dimension. The observation that the indices DLFD, MPFD, and AWMPFD, unlike the classical fractal dimensions, appear relatively unaffected by resolution in the case of the Chapare images seems due essentially to the fact that these indices are based on a heuristic, "non-geometric" approach to fractals. Because of their lack of a foundation in fractal geometry, nothing guarantees that these indices will be resolution-independent in general. (C) 2006 International Society for Photogrammetry and Remote Sensing, Inc. (ISPRS). Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Redefinition of the kilogram: a decision whose time has come

The kilogram, the base unit of mass in the International System of Units (SI), is defined as the mass m(K) of the international prototype of the kilogram. Clearly, this definition has the effect of fixing the value of m(K) to be one kilogram exactly. In this paper, we review the benefits that would accrue if the kilogram were redefined so as to fix the value of either the Planck constant h or the Avogadro constant NA instead of m(K), without waiting for the experiments to determine h or NA currently underway to reach their desired relative standard uncertainty of about 10−8. A significant reduction in the uncertainties of the SI values of many other fundamental constants would result from either of these new definitions, at the expense of making the mass m(K) of the international prototype a quantity whose value would have to be determined by experiment. However, by assigning a conventional value to m(K), the present highly precise worldwide uniformity of mass standards could still be retained. The advantages of redefining the kilogram immediately outweigh any apparent disadvantages, and we review the alternative forms that a new definition might take.

On defining base units in terms of fundamental constants

The definitions of the base units of the international system of units have been revised many times since the idea of such an international system was first conceived at the time of the French revolution. The objective today is to define all our units in terms of 'invariants of nature', i.e. by referencing our units to the fundamental constants of physics, or the properties of atoms, rather than the characteristics of our planet or of artefacts. This situation is reviewed, particularly in regard to finding a new definition of the kilogram to replace its present definition in terms of a prototype material artefact.

Force constants and dipole‐moment derivatives of molecules from perturbed Hartree–Fock calculations

General expressions for the force constants and dipole‐moment derivatives of molecules are derived, and the problems arising in their practical application are reviewed. Great emphasis is placed on the use of the Hartree–Fock function as an approximate wavefunction, and a number of its properties are discussed and re‐emphasised. The main content of this paper is the development of a perturbed Hartree–Fock theory that makes possible the direct calculation of force constants and dipole‐moment derivatives from SCF–MO wavefunctions. Essentially the theory yields ∂ϕi / ∂RJα, the derivative of an MO with respect to a nuclear coordinate.