Sellutehtaan sekundäärilämmön käytön tehostaminen.

Tämä diplomityö on tehty Sunila Oy:n sulfaattisellutehtaalle. Työssä käsitellään sekundäärilämmön hyödyntämisen ja käytön periaatteita sulfaattisellutehtaassa. Tehtaan primääri- ja sekundääritaseet on laskettu tehtaan informaatiojärjestelmästä saatujen tietojen avulla. Taselaskelmat on määritetty sekä talvi- että kesätilanteelle. Niiden perusteella on tarkasteltu hyödynnettävissä olevaa sekundäärilämpöä. Lisäksi työssä on käsitelty mahdollisuuksia käyttää apulauhduttimeen johdettavaa höyryä kaukolämmön tuottamiseen. Lämmöntuotannon vaihteluiden vuoksi työssä on käsitelty lämmön varastoimista kaukolämpöakkuun. Kaukolämpöä on laskelmien mukaan saatavissa talvella keskimäärin 19 MW.

Leijukerroslämmönsiirtimen leijutusjärjestelyjen säätö ja optimointi

Energiantuotantoa koskeva jatkuvasti tiukentuva lainsäädäntö ja yleinen tarve polttaa yhä vaativampia polttoaineita asettaa leijukerroskattiloille suuria haasteita. Eräs käyttökelpoinen työkalu tulevaisuuden haasteisiin vastaamisessa on säädettävä leijukerroslämmönsiirrin. Tiheässä leijukerroksessa toimiva lämmönsiirrin on vähemmän alttiina korroosiolle kuin savukaasukanavistossa sijaitsevat rakenteet. Rakenne tuo tarpeellista säädettävyyttä koko kattilalle, mikäli lämmönsiirtimen antamaa tehoa voidaan säätää tehokkaasti. Erityisen hyvä tilanne saavutetaan, jos lämmönsiirrin kykenee käyttämään hyväkseen tulipesän sisäistä kiintoainekiertoa. Tässä työssä tutkitaan kiertoleijukattilaan sijoitettavan leijukerroslämmönsiirtimen säädön toteuttamista leijutusjärjestelyjen avulla. Teoreettinen tarkastelu keskittyy leijukerroslämmönsiirtimen toimintaolosuhteisiin ja kiintoainevirtauksen säätömahdollisuuksiin. Kokeellisessa osuudessa etsitään käytännössä toimivaa säätöperiaatetta tutkimuksen kohteena olevalle leijukerroslämmönsiirrinrakenteelle.

Subcellular Redistribution of Root Aquaporins Induced by Hydrogen Peroxide.

Aquaporins are water channel proteins that mediate the fine-tuning of cell membrane water permeability during development or in response to environmental stresses. The present work focuses on the oxidative stress-induced redistribution of plasma membrane intrinsic protein (PIP) aquaporins from the plasma membrane (PM) to intracellular membranes. This process was investigated in the Arabidopsis root. Sucrose density gradient centrifugation showed that exposure of roots to 0.5 mM H2O2 induces significant depletion in PM fractions of several abundant PIP homologs after 15 min. Analyses by single-particle tracking and fluorescence correlative spectroscopy showed that, in the PM of epidermal cells, H2O2 treatment induces an increase in lateral motion and a reduction in the density of a fluorescently tagged form of the prototypal AtPIP2;1 isoform, respectively. Co-expression analyses of AtPIP2;1 with endomembrane markers revealed that H2O2 triggers AtPIP2;1 accumulation in the late endosomal compartments. Life-time analyses established that the high stability of PIPs was maintained under oxidative stress conditions, suggesting that H2O2 triggers a mechanism for intracellular sequestration of PM aquaporins without further degradation. In addition to information on cellular regulation of aquaporins, this study provides novel and complementary insights into the dynamic remodeling of plant internal membranes during oxidative stress responses.

Sterol regulatory element binding protein-1a transactivates 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase gene promoter

6-Phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase (PFKFB)catalyzes the synthesis and degradation of fructose-2,6-bisphosphate, a key modulator of glycolysis-gluconeogenesis. To gain insight into the molecular mechanism behind hormonal and nutritional regulation of PFKFB expression, we have cloned and characterized the proximal promoter region of the liver isoform of PFKFB (PFKFB1) from gilthead sea bream (Sparus aurata). Transient transfection of HepG2 cells with deleted gene promoter constructs and electrophoretic mobility shift assays allowed us to identify a sterol regulatory element (SRE) to which SRE binding protein-1a (SREBP-1a)binds and transactivates PFKFB1 gene transcription. Mutating the SRE box abolished SREBP-1a binding and transactivation. The in vivo binding of SREBP-1a to the SRE box in the S. aurata PFKFB1 promoter was confirmed by chromatin immunoprecipitation assays. There is a great deal of evidence for a postprandial rise of PFKB1 mRNA levels in fish and rats. Consistently, starved-to-fed transition and treatment with glucose or insulin increased SREBP-1 immunodetectable levels, SREBP-1 association to PFKFB1 promoter, and PFKFB1 mRNA levels in the piscine liver. Our findings demonstrate involvement of SREBP-1a in the transcriptional activation of PFKFB1, and we conclude that SREBP-1a may exert a key role mediating postprandial activation of PFKFB1 transcription.

Aineominaisuuksien mallinnustarkkuuden vaikutukset lämmönsiirtimien lämpöteknisessä simuloinnissa

Työssä on käsitelty fluidien aineominaisuuksien vaikutuksia paperikoneiden kuivatusosissa käytettävien lämmönsiirtimien lämpöteknisessä simuloinnissa. Pääkohteena selvitettiin kostean ilman ja veden fysikaalisien aineominaisuuksien mallinnustarkkuuden vaikutuksia lämpövirtaan lauhduttamattomissa ja lauhduttavissa tapauksissa. Asiaa tutkittiin tekemällä herkkyysanalyysi työssä kehitetyille termodynaamisille malleille. Perinteisen herkkyysanalyysin lisäksi herkkyyksiä tutkittiin myös Bayesiläisellä tilastoanalyysillä. Työssä käsiteltiin myös aineominaisuuksien käyttäytymistä ja mallintamista lämmönsiirtimissä. Kirjallisuudesta etsittiin aineominaisuusmallit, joilla kostean ilman ja veden fysikaalisia aineominaisuuksia voidaan kuvata riittävän tarkasti. Työssä havaittiin, että yksittäisistä aineominaisuuksista selkeästi suurimmat vaikutukset on ominaisentalpioiden mallinnuksen epätarkkuuksilla. Myös kaikkien aineominaisuuksien epätarkkuuksilla havaittiin olevan huomattavan suuret yhteisvaikutukset lämpövirran laskentatarkkuuteen. Viiden prosentin epätarkkuus kaikkien aineominaisuuksien mallinnuksessa johtaa 3 - 7 %:n epätarkkuuteen lämpövirran laskennassa. Näin ollen kaikkien aineominaisuuksien mallintamiseen tulee kiinnittää huomiota.

Sterol regulatory element binding protein-1a transactivates 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase gene promoter

6-Phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase (PFKFB)catalyzes the synthesis and degradation of fructose-2,6-bisphosphate, a key modulator of glycolysis-gluconeogenesis. To gain insight into the molecular mechanism behind hormonal and nutritional regulation of PFKFB expression, we have cloned and characterized the proximal promoter region of the liver isoform of PFKFB (PFKFB1) from gilthead sea bream (Sparus aurata). Transient transfection of HepG2 cells with deleted gene promoter constructs and electrophoretic mobility shift assays allowed us to identify a sterol regulatory element (SRE) to which SRE binding protein-1a (SREBP-1a)binds and transactivates PFKFB1 gene transcription. Mutating the SRE box abolished SREBP-1a binding and transactivation. The in vivo binding of SREBP-1a to the SRE box in the S. aurata PFKFB1 promoter was confirmed by chromatin immunoprecipitation assays. There is a great deal of evidence for a postprandial rise of PFKB1 mRNA levels in fish and rats. Consistently, starved-to-fed transition and treatment with glucose or insulin increased SREBP-1 immunodetectable levels, SREBP-1 association to PFKFB1 promoter, and PFKFB1 mRNA levels in the piscine liver. Our findings demonstrate involvement of SREBP-1a in the transcriptional activation of PFKFB1, and we conclude that SREBP-1a may exert a key role mediating postprandial activation of PFKFB1 transcription.

Voimalaitoskattilan pyörivän regeneratiivisen ilman esilämmittimen suorituskyky ja mitoitus

Diplomityön tarkoituksena oli kehittää laskentaohjelma pyörivälle regeneratiiviselle lämmönsiirtimelle. Työ tehtiin Foster Wheeler Energia Oy:n Varkauden toimipisteessä. Työn ensimmäisessä osuudessa tutkittiin kirjallisuuden avulla regeneraattoreihin liittyvää teoriaa. Tämä osuus sisältää regeneratiivisen lämmönsiirron perusteita, regeneraattoreiden luokittelua, sektorijakoja, vuotoja, lämpöpintojen geometriaa ja likaantumista. Soveltavassa osassa tehtiin laskentaohjelma, jonka avulla voidaan laskea pyörivän regeneraattorin mitoitus- ja suorituskykylaskuja. Lisäksi ohjelman avulla voidaan laskea regeneraattorin lämpötilaprofiili.

Turbulenttisen putkivirtauksen numeerinen mallinnus.

Numeerisella mallinnuksella on tavoitteena täydentää ja korvata kokeellista tutkimusta. Tässä tutkimuksessa on mallinnettu CFX 4.1- ja CFX 4.2-ohjelmien avulla lämmönsiirtoa putken sisäpinnalla. Virtausaineena putkessa on käytetty vettä ja vesi-monopropyleeniglykoliliuosta. Tarkasteltujen virtaustapausten Reynoldsin luku vaihtelee 200 - 30000. Kun glykolipitoisuus on suuri ja liuoksen lämpötila on pieni virtaus on laminaarista ja tällöin lämmönsiirtymiskerroin on pieni. Lämmönsiirron tehostamiseksi putkeen on asennettu turbulaattorilanka. Työssä on selvitetty edellytyksiä mallintaa hydraulisesti sileässä putkessa tapahtuvaa virtausta. Reynoldsin luvun ollessa alle 2300 mallinnuksessa on käytetty laminaarimallia. Reynoldsin luvuilla 2300-30000, turbulenttisella alueella, on käytetty pienten Reynoldsin luvun k-ɛ-mallia. Malli vaatii toimiakseen tiheän laskentaverkon putken seinämän läheisyydessä. Tarkastellulla alueella virtauksen ja lämmönsiirron mallinnuksen tulokset ovat vastaavat kuin teorian perusteella lasketut ja kokeellisista mittauksista saatavat tulokset. Lämmönsiirron tehostamiseksi putkeen on asennettu turbulaattorilanka. Tässä työssä on numeerisin menetelmin (pienten Reynoldsin luvun k-ɛ-malli ja k-ɛ-malli) suoritettu laskentaa yhdellä turbulaattorilankarakenteella. Laskennan vertailuaineistona on käytetty aikaisemmasta kokeellisesta tutkimuksesta saatua mittausdataa. Kokeellisessa tutkimuksessa turbulaattorirakenteena on käytetty putken seinämällä kiertyvää turbulaattorilankaa. Todellinen kolmiulotteinen geometria osoittautui vaikeaksi mallintaa. Toimivaa mallia ei ollut mahdollista toteuttaa aikataulun puitteissa ja mallin laskentakapasiteetin tarve kasvoi liian suureksi. Lankarakenne yksinkertaistettiin tasavälein toistuvaksi riparakenteeksi, joka on helpompi mallintaa aksisymmetriaa käyttäen kaksiulotteisena. Mallin tuloksista painehäviö asettuu kirjallisuudesta saatavan vertailuaineiston kanssa samalle tasolle, mutta lämmönsiirtymiskerroin on vertailuaineistoa huomattavasti suurempi.

Kipsin kiteytymiseen vaikuttavat tekijät ammoniumsulfaattikiteyttämön lämmönvaihtimissa

Työssä pyrittiin selvittämään syitä kipsin saostumiseen ammoniumsulfaattikiteyttämön putkilämmönvaihtimien pinnalle ja miten epätoivottua saostumista voitaisiin estää. Lämmönvaihtimissa virtaa ammoniumsulfaattia, jossa on epäpuhtautena kalsiumia, joka saostuu pinnoille kalsiumsulfaattina. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin kiteytymisen mekanismia ja kipsin kiteytymiseen vaikuttavia tekijöitä. Saostumien estoaineita ja niiden vaikutusta kipsin kiteytymiseen sekä kipsin liukoisuutta ammoniumsulfaattiliuoksessa käsiteltiin myös kirjallisuusosassa. Kipsin kiteytymiseen vaikuttavia tekijöitä selvitettiin laboratoriokokeilla, joissa pyrittiin simuloimaan lämmönvaihdinta lämpövastuksella. Laboratoriokokeissa kokeiltiin erilaisia saostuman estoaineita ja pyrittiin löytämään prosessiin mahdollisimman tehokas kipsin kiteytymisen estoaine. Lämmönvaihtimien toiminnan tehokkuutta eli muodostuneen saostuman vaikutusta lämmönsiirtymiseen tutkittiin veden luovuttaman lämpövirran avulla. Lämmönvaihtimien tukkeutumista selvitettiin putkien vaihdon tarpeen perusteella. Kalsiumpitoisuuden vaihteluja prosessivirroissa selvitettiin kalsiumtaseen avulla. Saostumiseen vaikuttavien tekijöiden lisäksi selvitettiin mistä ja kuinka paljon kalsiumia kulkeutuu prosessiin ja poistuu sieltä. Työn tarkoituksena oli löytää ratkaisu, jolla epätoivottua saostumista lämmönvaihdin-ten pinnoille pystyttäisiin vähentämään joko kemiallisesti tai muuttamalla prosessi-muuttujia. Kalsiumia havaittiin olevan eniten pelkistämön sisäisissä ammoniumsul-faattiliuoskierroissa. Kalsiumtaseen perusteella kalsiumia poistuu pelkistämöltä eniten kipsinä ammoniumsulfaattituotteen mukana. Laboratoriokokeissa havaittiin polykar-boksylaattien estävän kipsin kasvua parhaiten, joskin estoaineen oikealla annostuksel-la havaittiin olevan suuri vaikutus. Lämmönvaihtimien saostuman havaittiin olevan kipsin ja glauberiitin seos. Vaippapuolen luovuttamien lämpövirran arvojen perusteel-la pystyttiin seuraamaan putkien tukkeutumista.

Influence of Gilbert's syndrome on the formation of ethyl glucuronide.

A drinking experiment with participants suffering from Gilbert's syndrome was performed to study the possible influence of this glucuronidation disorder on the formation of ethyl glucuronide (EtG). Gilbert's syndrome is a rather common and, in most cases, asymptomatic congenital metabolic aberration with a prevalence of about 5 %. It is characterized by a reduction of the enzyme activity of the uridine diphosphate glucuronosyltransferase (UGT) isoform 1A1 up to 80 %. One of the glucuronidation products is EtG, which is formed in the organism following exposure to ethanol. EtG is used as a short-term marker for ethyl alcohol consumption to prove abstinence in various settings. After 2 days of abstinence from ethanol and giving a void urine sample, 30 study participants drank 0.1 L of sparkling wine (9 g ethanol). 3, 6, 12, and 24 h after drinking, urine samples were collected. 3 hours after drinking, an additional blood sample was taken, in which liver enzyme activities, ethanol, hematological parameters, and bilirubin were measured. EtG and ethyl sulfate (EtS), another short-term marker of ethanol consumption, were determined in the urine samples using liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS); creatinine was measured photometrically. In all participants, EtG and EtS were detected in concentrations showing a wide range (EtG: 3 h sample 0.5-18.43 mg/L and 6 h sample 0.67-13.8 mg/L; EtS: 3 h sample 0.87-6.87 mg/L and 6 h sample 0.29-4.48 mg/L). No evidence of impaired EtG formation was found. Thus, EtG seems to be a suitable marker for ethanol consumption even in individuals with Gilbert's syndrome.

CERKL Knockdown Causes Retinal Degeneration in Zebrafish

The human CERKL gene is responsible for common and severe forms of retinal dystrophies. Despite intense in vitro studies at the molecular and cellular level and in vivo analyses of the retina of murine knockout models, CERKL function remains unknown. In this study, we aimed to approach the developmental and functional features of cerkl in Danio rerio within an Evo-Devo framework. We show that gene expression increases from early developmental stages until the formation of the retina in the optic cup. Unlike the high mRNA-CERKL isoform multiplicity shown in mammals, the moderate transcriptional complexity in fish facilitates phenotypic studies derived from gene silencing. Moreover, of relevance to pathogenicity, teleost CERKL shares the two main human protein isoforms. Morpholino injection has been used to generate a cerkl knockdown zebrafish model. The morphant phenotype results in abnormal eye development with lamination defects, failure to develop photoreceptor outer segments, increased apoptosis of retinal cells and small eyes. Our data support that zebrafish Cerkl does not interfere with proliferation and neural differentiation during early developmental stages but is relevant for survival and protection of the retinal tissue. Overall, we propose that this zebrafish model is a powerful tool to unveil CERKL contribution to human retinal degeneration

Germination, senescence and pathogenic attack in soybean (Glycine max. L.): Identification of the cytosolic aconitase participating in the glyoxylate cycle

During our study of the glyoxylate cycle in soybean (Glycine max. L. var. Maple arrow), two mitochondrial and three cytosolic aconitase molecular species (EC 4.2.1.3) were detected, designated as M1, M2, C1, C2 and C3 isoforms, respectively, according to their intracellular locations and electrophoretic mobilities. Using the glyoxylate cycle marker enzymes isocitrate lyase (ICL, EC 4.1.3.1) and malate synthase (MS, EC 4.1.3.2), the activity of this pathway providing the essential link between P-oxidation and gluconeogenesis was confirmed during germination (cotyledons) and senescence (leaves). It was then established that, in both cases, the activity of the CI aconitase isoform developed concomitantly with the transcription and translation levels of the icl and ms genes. This strongly suggests that C1 aconitase is constitutive of the glyoxylate cycle. In addition, the same isoform was found to be active during pathogenic attack as well (hypocotyls). It might be assumed that in such a case the glyoxylate cycle is reinitiated as a part of a carbon reallocation system feeding on the diseased tissue cellular components.

Alternatively spliced proline-rich cassettes link WNK1 to aldosterone action.

The thiazide-sensitive NaCl cotransporter (NCC) is important for renal salt handling and blood-pressure homeostasis. The canonical NCC-activating pathway consists of With-No-Lysine (WNK) kinases and their downstream effector kinases SPAK and OSR1, which phosphorylate NCC directly. The upstream mechanisms that connect physiological stimuli to this system remain obscure. Here, we have shown that aldosterone activates SPAK/OSR1 via WNK1. We identified 2 alternatively spliced exons embedded within a proline-rich region of WNK1 that contain PY motifs, which bind the E3 ubiquitin ligase NEDD4-2. PY motif-containing WNK1 isoforms were expressed in human kidney, and these isoforms were efficiently degraded by the ubiquitin proteasome system, an effect reversed by the aldosterone-induced kinase SGK1. In gene-edited cells, WNK1 deficiency negated regulatory effects of NEDD4-2 and SGK1 on NCC, suggesting that WNK1 mediates aldosterone-dependent activity of the WNK/SPAK/OSR1 pathway. Aldosterone infusion increased proline-rich WNK1 isoform abundance in WT mice but did not alter WNK1 abundance in hypertensive Nedd4-2 KO mice, which exhibit high baseline WNK1 and SPAK/OSR1 activity toward NCC. Conversely, hypotensive Sgk1 KO mice exhibited low WNK1 expression and activity. Together, our findings indicate that the proline-rich exons are modular cassettes that convert WNK1 into a NEDD4-2 substrate, thereby linking aldosterone and other NEDD4-2-suppressing antinatriuretic hormones to NCC phosphorylation status.

Virtausjakauman kokeellinen määritys levylämmönsiirtimissä

Diplomityön tavoitteena oli kokeellisen tutkimuksen keinoin selvittää juotettujen levylämmönsiirtimien levypakkarakenteessa virtausten käyttäytyminen ja jakautuminen sekä löytää ideoita ja kehitysehdotuksia levylämmönsiirtimen levypakan ja levyprofiilin kehittämiseksi. Kokeellinen tutkimus suoritettiin Oy Danfoss Ab LPM:n levylämmönsiirtimien tutkimuslaboratoriossa. Virtausjakauman tutkimusta varten suunniteltiin ja valittiin tutkimuslaitteisto, joka koostui termoelementtiantureista, tiedonkeruulaitteistosta sekä ohjelmistosta. Lämmönsiirtimistä mitattiin ensiö- ja toisiopuolen tilavuusvirrat ja painehäviöt sekä lämpötilat ennen ja jälkeen lämmönsiirtimen. Tutkimuslaitteiston avulla mitattiin lämpötiloja lämmönsiirtimen sisältä levyväleistä. Mittaukset suoritettiin neljällä levypakkarakenteella useilla massavirran arvoilla. Mittaustuloksista määritettiin levylämmönsiirtimien lämpö- ja virtaustekniset ominaisuudet nesteen Reynoldsin luvun funktiona sekä selvitettiin nesteen virtausjakaumat. Mittaustuloksien perusteella laskettuja virtausjakauman arvoja verrattiin teorian mukaan laskettuihin jakaumiin. Mitatuista siirtimistä lasketut massavirrat viittaavat siihen, että suurin osa nesteestä virtaa siirtimien keskeltä tai lähempää loppupäätä kuin alkupäästä. Teorian mukaan suurin nestemäärä virtaisi siirtimen alkupäästä vähentyen tasaisesti kohti levypakan loppupäätä. Teorian mukaiselle virtausjakaumalle ja lasketuille jakaumille ei löydetty yhteyttä. Tutkimuksessa havaittiin suuria, jopa yli 20 asteen, lämpötilaeroja levyväleistä ulostulevissa virtauksissa. Levyvälien virtauksen käyttäytymisen ja jakautumisen tutkiminen nähdäänkin levypakan pitkittäistä kehittämistä suurempana mielenkiinnon ja kehittämisen kohteena.

A mild form of SLC29A3 disorder: a frameshift deletion leads to the paradoxical translation of an otherwise noncoding mRNA splice variant

We investigated two siblings with granulomatous histiocytosis prominent in the nasal area, mimicking rhinoscleroma and Rosai-Dorfman syndrome. Genome-wide linkage analysis and whole-exome sequencing identified a homozygous frameshift deletion in SLC29A3, which encodes human equilibrative nucleoside transporter-3 (hENT3). Germline mutations in SLC29A3 have been reported in rare patients with a wide range of overlapping clinical features and inherited disorders including H syndrome, pigmented hypertrichosis with insulin-dependent diabetes, and Faisalabad histiocytosis. With the exception of insulin-dependent diabetes and mild finger and toe contractures in one sibling, the two patients with nasal granulomatous histiocytosis studied here displayed none of the many SLC29A3-associated phenotypes. This mild clinical phenotype probably results from a remarkable genetic mechanism. The SLC29A3 frameshift deletion prevents the expression of the normally coding transcripts. It instead leads to the translation, expression, and function of an otherwise noncoding, out-of-frame mRNA splice variant lacking exon 3 that is eliminated by nonsense-mediated mRNA decay (NMD) in healthy individuals. The mutated isoform differs from the wild-type hENT3 by the modification of 20 residues in exon 2 and the removal of another 28 amino acids in exon 3, which include the second transmembrane domain. As a result, this new isoform displays some functional activity. This mechanism probably accounts for the narrow and mild clinical phenotype of the patients. This study highlights the"rescue" role played by a normally noncoding mRNA splice variant of SLC29A3, uncovering a new mechanism by which frameshift mutations can be hypomorphic.